이 글의 목적은 암반발파 시 발생하는 비산물(플라이락) 위험을 체계적으로 관리하기 위해 원인 분석, 위험반경 산정, 방호시설(방호매트·방호벽·토사제방·방호망) 설계와 운영 절차를 현장에서 바로 적용할 수 있도록 제공하는 것이다.
1. 용어와 현상 이해
비산물(플라이락)이란 발파 시 암석·토사·장약 부속물 등이 폭발력에 의해 원지면을 이탈하여 원거리로 날아가는 현상을 말한다. 인접 인원·장비·구조물에 치명적인 충돌 위험을 유발하며, 소음·진동과 달리 짧은 시간에 고에너지로 피해를 발생시키는 것이 특징이다.
주요 발생 메커니즘은 다음과 같다.
- 과대장약으로 인한 과도한 가스압과 파괴에너지 집중이다.
- 부적절한 버든·간격 또는 천공 편심으로 인한 파괴면 불균일이다.
- 스템밍 불량(길이 부족·재료 부적합)으로 인한 상향 분출이다.
- 지연오차 및 동시폭굉 증가로 인한 순간 최대장약량(MC) 증가이다.
- 불연속면(절리·단층·풍화대) 또는 약한 상부 토피층 존재로 인한 저항력 저하이다.
2. 위험관리 기본 원칙
- 제거·대체 단계에서 과도한 장약과 불필요한 구간발파를 제거한다.
- 공학적 통제로 에너지 경로를 제어한다(프리스플릿·버퍼블라스트·데킹·스템밍 최적화 등).
- 물리적 차폐로 잔여 위험을 저감한다(방호매트·방호벽·토사제방·방호망 등).
- 관리적 통제로 출입통제·경보·기상관리·교육을 시행한다.
- 검증과 기록으로 매 발파의 데이터 기반 피드백을 수행한다.
주의 : 방호시설은 과대장약이나 스템밍 불량을 보완하는 최후 수단이 아니라 병행하는 다중장치(multiple barrier) 전략의 한 요소여야 한다.
3. 사전 조사와 입력 파라미터
3.1 지질·지반
- 암종·풍화도·절리간격·절리 방향·암석 단위중량·일축압축강도·포아송비를 조사한다.
- 지하수와 수분조건을 기록한다. 습윤 암반은 가스 유동 패턴에 영향을 준다.
3.2 공법·장비
- 천공 직경(D), 구멍 깊이, 버든(B)·간격(S), 구멍 경사, 발파 방향을 도면화한다.
- 장약 형태(연속·데킹), 폭약 종류(밀도·폭속·가스량), 기폭시스템(전기·비전기·전자식)을 명시한다.
- 스템밍 재료(파쇄석 입경·모래·플러그)와 길이를 계획한다.
4. 최대장약량과 스케일드 거리
비산물 위험반경은 순간 최대장약량(MC, kg)과 스케일드 거리(Scaled Distance, SD) 개념으로 1차 추정이 가능하다. 일반화식은 다음과 같다.
# 단위주의: R[m], MC[kg], k,n은 현장 상수(보수값 적용) # Scaled Distance SD = R / (MC ** (1/3))
비산물 위험 경계 경험식(보수 예시)
SD_min = k * (위험허용수준)^(-n)
위험반경 역산
R = SD_min * (MC ** (1/3))
예시 파라미터(보수 설계 권장 범위)
전자뇌관 사용, 스템밍 양호, 정상 건암 기준
k = 10 ~ 15
n = 1.0
경험상 전자식 지연을 사용하고 스템밍이 양호한 건암 조건에서 SDmin 보수값을 10~15로 두면 비산물 위험경계 1차 추정이 가능하다. 풍화대·절리 발달·습윤 조건·대구경 천공·연속장약은 계수를 상향 조정한다.
주의 : 위 경험식은 1차 계획용이다. 시운전 발파 데이터를 축적하여 현장 고유 회귀계수로 보정해야 한다.
5. 버든·간격·스템밍의 정량 기준
| 항목 | 권장 범위(보수 설계) | 설계 영향 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 버든 B | 25~35 × D | 작으면 과도한 상향분출, 크면 비경제 | D=천공직경 |
| 간격 S | 30~45 × D | 과밀 시 MC 증가, 과소 시 과파쇄 | 현장 회귀로 보정 |
| 스템밍 길이 T | 25~40 × D | T 부족 시 비산 급증 | 입경 1/10~1/6 D 파쇄석 권장 |
| 장약 형태 | 데킹 권장 | MC 저감, 가스 제어 | 수두·공극 고려 |
| 지연 시스템 | 전자식 권장 | 지연정확도 개선으로 MC 감소 | 밀리초 제어 |
주의 : 스템밍은 건조·각진 파쇄석을 사용한다. 모래·습윤 미립토는 가스 누출로 비산을 악화시킬 수 있다.
6. 위험반경 산정 절차(실무 예)
- 설계 지연패턴으로 순간 최대장약량 MC를 확정한다.
- 지질 조건을 반영해 SDmin 보수값을 선정한다(건암 12, 풍화·절리 15~18, 습윤 18~20 등 현장 규범 적용).
- R = SDmin × MC1/3으로 1차 위험반경을 계산한다.
- 지형 차폐·방호시설 설치 계획을 반영해 방향별 위험반경을 수정한다.
- 시운전 발파 3~5회 데이터를 이용해 비산거리 회귀곡선과 상관계수를 산출하고 더 큰 값을 채택한다.
# 입력 MC = 18.0 # kg, 순간 최대장약량 SDmin = 15 # 보수 계수(풍화·절리 고려)
계산
R = SDmin * (MC ** (1/3))
결과
MC ** (1/3) ≈ 2.6207
R ≈ 39.3 m
관리계수 1.3 적용 → 통제반경 = 51 m
주의 : 실제 통제반경은 최소 안전거리, 낙하고도, 비산 고각 및 바람을 고려해 관리계수(1.2~1.5)를 곱해 확장한다.
7. 방호대책 유형과 설계
7.1 공법적 대책(에너지·파괴면 제어)
- 프리스플릿·버퍼블라스트로 파괴면을 미리 형성하여 비정상 파괴를 억제한다.
- 데킹 장약으로 가스 체류를 분할하고 상향 분출을 억제한다.
- 전자식 지연으로 지연 정밀도를 확보하고 MC를 낮춘다.
- 스템밍 최적화로 누출을 감소시킨다. 스템밍은 층상 다짐한다.
- 천공 오차 관리(편심·경사·깊이 허용오차 준수)로 버든 확보를 보장한다.
7.2 물리적 차폐(방호시설)
| 방호수단 | 구성 | 설치 기준(예시) | 장점 | 주의점 |
|---|---|---|---|---|
| 방호매트 | 와이어로프·체인 결속 고무타이어 매트 또는 스틸메시·러버 복합매트 | 발파면 상단을 연속 피복, 겹침 0.5 m 이상, 앵커·크레인으로 고정 | 상향 비산물 억제 효과 큼 | 이음부 벌어짐 방지, 비점착 물질 제거 |
| 방호망 | 고장력 강연선 네트(링네트·로프네트)와 말뚝·앵커 | 방향성 위험에 배치, 상단 인장, 지면과의 틈새 최소화 | 방향 선택적 방호 가능 | 낙하충격 설계필요, 노후 점검 |
| 토사제방 | 성토·자갈 혼합 제방 | 비산 고도보다 높은 마루고, 사면안정 1.3 이상 | 시공 용이, 대면적 차폐 | 우수침투·세굴 관리 |
| 방호벽 | 콘크리트 블록·가비온·H빔+패널 | 충돌에너지 설계, 연속 배치, 틈새 5 cm 이하 | 고강도 차폐 | 기초 지지력 검토, 전도방지 |
| 이동식 방호케이지 | 강구조 프레임+와이어메시 | 장비·시설 보호 용도 국부배치 | 재배치 유연 | 피복 범위 제한 |
주의 : 일반 건축용 낙하물 방지망은 플라이락 차폐 용도가 아니며, 고속 비산암석의 관통 위험이 높다.
7.3 관리적 대책
- 통제구역: 계산된 통제반경 이상을 콘형 표지·바리케이드로 폐쇄하고, 감시원을 배치한다.
- 경보체계: 사이렌·무전·시각신호를 사전 고지하고 발화 1분 전, 30초 전, 발화 직후 단계를 표준화한다.
- 기상관리: 강풍·우천 시 상향 비산 및 스템밍 성능 저하를 고려하여 지연 또는 추가 방호를 적용한다.
- 교육·적격성: 발파책임자, 발파원, 감시원 역할을 구분하고 일일 브리핑을 수행한다.
8. 방호매트 설계·시공 디테일
- 규격: 타이어 매트 두께 0.4~0.6 m, 블록 크기 1.5×2.0 m 내외, 단위 질량 800~1200 kg/블록을 기준으로 한다.
- 연결: 16~20 mm 체인 또는 22 mm 와이어로프 클립 이중 체결을 사용한다.
- 배치: 발파면 상단 전면 피복, 오버랩 0.5 m 이상, 방향별 2중 피복을 검토한다.
- 고정: 천공 상부의 앵커 또는 주변 고정구에 체인으로 묶고, 비산 방향으로 인장한다.
- 양중: 크레인 사용 시 스플리트 링크·스프레더빔으로 균형 양중한다.
- 점검: 체인 마모·파단, 로프 클립 풀림, 타이어 균열을 매회 점검한다.
9. 방호벽·토사제방 설계 포인트
- 높이: 비산물 최고고도(발파면 높이·방향 각)를 고려하여 시야 차폐고를 산정한다.
- 두께: 예상 투사체 에너지 E = ½ m v²를 가정하고 관통 저항을 확보한다. 자갈 혼합층은 에너지 분산에 유리하다.
- 기초 안정: 전도·활동 안전율 1.5 이상을 기준으로 한다.
- 틈새 제거: 개구부는 5 cm 이하로 제한하고 필수 개구부에는 보강그리드를 설치한다.
10. 천공 정밀도와 검수
비산물의 다수는 천공 오차에서 기인한다. 다음 허용기준을 준수한다.
- 천공 위치 편차: 설계점 대비 ≤ 2%·최대 100 mm 이내 권장이다.
- 구멍 경사 오차: 설계각 대비 ≤ 1.5° 권장이다.
- 구멍 깊이 오차: 설계 대비 +0 / -100 mm 권장이다.
- 버든 실제값 확인: 로드·스캐닝으로 가장 작은 버든을 확인하고 장약량을 해당 구멍에서 감액한다.
11. 장약·지연 설계 체크리스트
| 항목 | 체크포인트 | 빈도 |
|---|---|---|
| MC 산정 | 지연패턴 별 동시 기폭 구멍 수와 장약량 검증 | 매 발파 |
| 데킹 | 물받이층·공극부에 불활성재 데킹 | 매 발파 |
| 스템밍 | 길이·입경·층상다짐·상부 마개 확인 | 매 발파 |
| 지연정확도 | 전자식 우선, 공차·순서 역전 방지 | 매 발파 |
| 불연속면 대응 | 절리·연약대 통과 시 구멍별 감약 | 매 발파 |
12. 운영 절차(발파 당일 표준)
- 사전 브리핑: 장약·지연표, 통제구역, 대피 경로를 팀 전원에게 설명한다.
- 구역 폐쇄: 통제반경 외곽에 감시원을 배치하고 접근로를 봉쇄한다.
- 방호시설 설치 확인: 매트 피복 연속성, 방호벽 틈새, 제방 침하를 재확인한다.
- 경보: 시각·청각 신호를 규정 순서대로 수행한다.
- 기폭: 지연 순서 모니터링, 오작동 시 즉시 비상절차 가동한다.
- 잔류위험 확인: 오발·미폭을 확인할 때까지 통제구역을 유지한다.
- 사후 조사: 비산거리, 파쇄도, 진동·소음, 영상기록을 수집하여 다음 설계에 반영한다.
13. 데이터 기반 피드백
매 발파 후 다음 데이터를 표준 양식으로 축적한다.
- MC, 지연패턴, 스템밍 조건, 풍향·풍속, 지표상태를 기록한다.
- 비산물 최대거리·방향을 좌표로 기록하고, 누적 30건 이상 자료로 현장 회귀식을 구축한다.
- 회귀 결과로 SD현장 값을 갱신하고 통제반경을 조정한다.
14. 실패 모드와 대책
- 상향 분출: 스템밍 부족·미립토 사용. → 스템밍 길이 증대, 각진 파쇄석 사용, 상부 매트 2중 피복 한다.
- 측방 비산: 천공 편심·버든 과소. → 작은 버든 구간 감약, 프리스플릿 적용, 방호망 설치한다.
- 국부 집중 비산: 지연 역전·동시폭굉. → 전자식 지연으로 전환, 라인별 시간차 확대한다.
- 관통 비산: 방호벽·망 관통. → 다층 재료 복합화, 충격에너지 재산정, 틈새 제거한다.
15. 비상 대응 계획
- 기폭 불발 시 대기시간 최소 30분 이상 유지 후 접근 절차를 따른다.
- 비산 피해 발생 시 1차 응급, 2차 현장 통제 유지, 3차 기록·보고 순서로 진행한다.
- 파편 위치·크기·비행방향을 기록하여 원인분석에 사용한다.
16. 샘플 계산·양식
16.1 통제반경 산정 시트 예시
# 입력 MC_kg = 12.5 # 순간 최대장약량 SDmin = 14 # 보수 계수(현장 규범)
계산
R_base = SDmin * (MC_kg ** (1/3)) # m
R_ctrl = 1.3 * R_base # 관리계수 1.3
print(f"위험반경: {R_base:.1f} m, 통제반경: {R_ctrl:.1f} m")
16.2 방호매트 수량 산정
# 발파면 폭 W, 길이 L, 매트 모듈 a×b, 겹침 여유 o W = 18.0 # m L = 12.0 # m a = 2.0 # m b = 1.5 # m o = 0.5 # m # 오버랩
nx = int((W + o) // (a - o)) + 1
ny = int((L + o) // (b - o)) + 1
N = nx * ny
print(f"필요 매트 수량: {N} EA (배치 {nx}×{ny})")
17. 점검 체크리스트(현장용)
| 구분 | 점검항목 | 합/부 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 설계 | MC 산정·지연표 승인 | ||
| 설계 | 버든·간격·스템밍 도면 반영 | ||
| 장비 | 천공 위치·경사 계측 기록 | ||
| 방호 | 방호매트 연속 피복·겹침 확인 | ||
| 방호 | 방호벽·제방 틈새·안정 확인 | ||
| 관리 | 통제구역 설정·감시원 배치 | ||
| 관리 | 경보·무전·대피 경로 주지 | ||
| 환경 | 풍향·풍속·강수 확인 | ||
| 사후 | 비산거리·방향 기록·회귀 갱신 |
18. 사례 적용 가이드
조건: D=89 mm, 건암, 전자식 지연, 스템밍 3.0 m, 데킹 적용, 설계 MC=16 kg이다.
- 1차 위험반경: R = 12 × 161/3 ≈ 30.2 m이다.
- 관리계수 1.3 적용 통제반경: 39 m로 설정한다.
- 인접 도로가 비산 방향 25 m에 위치하므로 방호벽 H=3.0 m를 설치하고 방호매트를 2중 피복한다.
- 기상 풍속 8 m/s 측풍 시 통제반경을 1.1배 확대한다.
19. 교육·문서화
- 발파 전 TBM에 비산물 방호대책을 필수 안건으로 포함한다.
- 발파대장에 MC·SD·통제반경·방호시설 배치도를 첨부한다.
- 영상기록(드론·고정카메라)으로 비산 패턴을 축적한다.
20. 핵심 요약
- 비산물 위험은 MC·버든·스템밍·지연정확도에 좌우된다.
- R = SDmin × MC1/3으로 1차 추정 후 관리계수로 확대한다.
- 방호매트·방호벽·토사제방·방호망을 위험 방향에 중첩 적용한다.
- 천공 정밀도 확보와 구멍별 감약이 최우선이다.
- 데이터 기반 회귀로 현장 SD를 갱신한다.
FAQ
방호매트만으로 안전이 확보되는가?
단독 사용은 권장하지 않는다. 장약·스템밍 최적화와 방호벽·망 등을 병행하여 다중장치로 설계해야 한다.
전자식 지연이 비산 저감에 유효한가?
지연 정밀도로 순간 최대장약량이 감소하므로 유효하다. 특히 라인 지연 간섭을 줄여 측방 비산을 억제한다.
버든이 불균일한 암반에서의 대응은?
가장 작은 버든을 기준으로 해당 구멍 장약을 감액하고, 프리스플릿·버퍼블라스트로 파괴면을 유도한다.
통제반경은 어떻게 결정하나?
MC와 SDmin으로 1차 산정 후 지형·기상·방호시설을 반영해 확대한다. 시운전 회귀로 검증한다.
습윤 조건에서 주의점은?
가스 경로가 변하고 스템밍 성능이 저하되므로 스템밍 재료 변경, 데킹 강화, 통제반경 확대가 필요하다.