[토질 및 기초 기술사] 130회 1교시 기출문제 9번

터널굴착시 Convex Arch 및 Inverted Arch

 

 

1. 정의 또는 개요

1. Convex Arch(상향 아치) : 터널 상부에서 굴착 시 발생하는 응력이 주변 지반으로 분산되며 형성되는 압축 아치
2. Inverted Arch(하향 아치) : 터널 저면에서 하중 재분배로 인해 상향 반력이 발생하여 형성되는 반대 방향의 아치

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2. 개요도

• Convex Arch : 터널 상부, 반원형 아치 → 상재하중 화살표 ↓ → 곡선 아치로 분산 → 측벽 전달
• Inverted Arch : 터널 저면, 바닥에서 반력 화살표 ↑ → 곡선으로 상향 아치 형성

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3. 거동 메커니즘

① Convex Arch
· 상재하중이 터널 천단부에서 측벽으로 분산되어 압축 아치 작용
· 터널 천단의 지반 안정성 확보에 기여
② Inverted Arch
· 저면 굴착 시 하중이 중앙부를 밀어올리며 들림 현상 발생
· 구조적 대책 필요(바닥 보강, 반력 구조)

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4. 특징 및 장단점

• Convex Arch
  · 장점 : 상재하중 감소, 지반 자체 안정 효과
  · 단점 : 연약지반에서는 불완전, 천단 붕괴 우려
• Inverted Arch
  · 장점 : 저면 지지 효과 → 터널 안정성 보조
  · 단점 : 과대 발현 시 바닥 heaving, 구조물 손상 위험

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5. 활용성 및 기술자적 제언

1. Convex Arch는 NATM 공법 설계 시 지반-구조물 상호작용 해석의 기본 개념으로 활용.
2. Inverted Arch는 바닥 heaving 방지와 안정 확보를 위한 보강(바닥 콘크리트 라이닝, 강재 보강 등) 필요.
3. 굴착 지반의 특성과 지하수 상태에 따라 두 아치 거동을 종합적으로 고려해야 함.
4. 기술자는 터널 설계·시공 시 상·하부 아치 작용을 동시에 고려하여 안정성을 확보해야 한다.