Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.133-149
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2021
This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability of the excavation surface during tunnel excavation, based on measurements taken at the actual site. After using a 12 m steel pipe attached with a shape displacement meter and a strain gauge to reinforce the actual tunnel surface, behavioral characteristics were identified by analyzing the measured deformation and stress of the steel pipe. Taking into account that the steel pipes were overlapped every 6 m, the measured data up to 7 m of excavation were used. In addition, the behavioral characteristics of the steel pipe reinforcement according to the difference in strength were also examined by applying steel pipes with different allowable stresses (SGT275 and SGT550). As a result of analyzing the behavior of steel pipes for 7 hours after the first excavation for 1 m and before proceeding with the next excavation, the stress redistribution due to the arching effect caused by the excavation relaxation load was observed. As excavation proceeded by 1 m, the excavated section exhibited the greatest deformation during excavation of 4 to 6 m due to the stress distribution of the three-dimensional relaxation load, and deformation and stress were generated in the steel pipe installed in the ground ahead of the tunnel face. As a result of comparing the behavior of SGT275 steel pipe (yield strength 275 MPa) and SGT550 steel pipe (yield strength 550 MPa), the difference in the amount of deformation was up to 18 times and the stress was up to 12 times; the stronger the steel pipe, the better it was at responding to the relaxation load. In this study, the behavior mechanism of steel pipe reinforcement grouting in response to the arching effect due to the relaxation load was identified based on the measured data during the actual tunnel excavation, and the results were reported.
The tunnel is excavated through the alluvial layer composed of sand and gravel with groundwater deposited on rock. A portion of upper part of the tunnel is located in the alluvial layer and there are several buildings just above the curved section of the tunnel. It is necessary to prevent from sand-flowing into the tunnel due to low strength of the alluvial, high groundwater level and shallow depth of the tunnel from the ground surface. For this, the alluvial around the tunnel is pre-reinforced by umbrella arch method with multi-stage grouting through large diameter steel pipes or jet grouting before excavating the tunnel. The effect of the pre-reinforcement of the tunnel and the safety of the buildings are monitored by measurement of ground deformation occurred during tunnelling.
In this study it was analyzed by 2-D FEM and 3-D FEM to evaluate the ground reinforceing effect of steel pipe reinforced multi -step grouting (SPRG) technique and the behavior of ground in the vicinity using the nonlinear FEM program for the ground condition of alluvium located on the top of tunnel applied by SPRG technique. It was found that the nonlinear 3-D analysis performed better than 2-D analysis in evaluating the usefulness of the SPRG technique, and it was also found that the safety was relatively secured by the stiffness of steel pipe to distribute the concentrated stress in the tunnel faceing. It was reported that the change of settlement on the top of tunnel becomes about 40% of the total expected settlement before tunnel faceing reaches tunnel gauging point, and 60% of the total expected settlement while tunnel facing passes tunnel gauging point and takes a distance about tunnel diameter. With the aid of the SPRG technique the control range of displacement and stress of the ground in the vicinity could be reached up to tunnel top, namely depth ratio from 0.38 to 0.83 or 2D(D : tunnel diameter) before the tunnel facing, and about 20% of settlement control in this particular case was possible.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.6
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pp.407-416
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2010
A new tunnel auxiliary method is proposed in this paper which utilizes the concept of cavity expansion for tuunel reinforcement by forming an umbrella arch on the roof of tunnel. When an inflatable pipe is inserted and expanded by pressure in the bore hole of umbrella arch, the ground around the bore hole can be compacted so that the stress condition above the tunnel perimeter is favorably changed. In order to verify the reinforcement effect of new concept, pilot-scale chamber test, trapdoor test and numerical analysis were performed and compared. In pilot-scale chamber test, three types of inflatable pipes are tested to verify the capability of expansion, and the results arc compared with analytical results obtained by applying cavity expansion theory and with results obtained from finite clement analysis, and the experimental results showed agreeable matches with analytical and numerical ones. Numerical analysis of a tunnel and trapdoor test applied with the inflatable pipes are also performed to figure out the reinforcement effect of the proposed techniques, and the results implied that the new method with 3 directional inflatable pipe (no pressure to downward direction) can contribute to reduce tunnel convergence and face settlement.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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1995.03a
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pp.27-40
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1995
한강하저의 지질은 수많은 대ㆍ소 단층들로 인해 심하게 교란되어 있어 지질상황의 변화가 매우 심하며, 터널을 굴착함에 있어 지하수의 유입을 차단하는 것이 안전시공을 위한 필수 과제로 직면한다. 본 고에서는 기 시공실적을 바탕으로 암반상태에 따른 차수그라우딩의 패턴을 비교ㆍ검토하였다. 본 구간에서는 암반상태에 따라 5가지 패턴이 적용되었으며, 경암 암반일 경우는 상부반단면만을 주입범위(주입범위 : 3.5m, 28공)로 하고 암반의 전단강도증진을 위해 강관보강을 시행하였다. 연암 암반 내지 파쇄대가 부분적으로 협재된 경우는 상부반단면만을 주입하되 주입범위 및 그라우팅 공수를 늘리는 방식(주입범위 : 5∼7, 42∼56공)으로 보강하였다. 풍화암 암반의 경우는 전단면을 주입범위로 하여 그라우팅 공수를 늘림(주입범위 : 7m, 81공)으로서 차수효과를 증진시켰다. 또한 본 공사구간 중 가장 난제였던 연약지반대(잔류토 내지 풍화토) 85m 구간은 자문회의 등을 거쳐 주입범위, 주입길이 및 주입공수, bulk head 구간을 늘려 시공하고, 굴착하면서 차수효과를 확인하는 방식을 취하였다.
The stability of the intersection area of two tunnels is analyzed by observational method. The depth from ground surface to the intersected area is shallow and the geology around the area consists of soil and/or weathered rock. The tunnel is supported by reinforced protective umbrella method with 12 m long 3-layer steel-pipes and the intersected area is additionally reinforced with 6 m long rockbolts. The measured displacements are converged and mechanical stability of the intersected area of two tunnels is confirmed; tunnel arch settles to 6-7 mm at the crown and the sidewalls converges to about 5 mm. So based on the displacement measurements, the supporting system for the tunnel intersection proves to be effective to not only reduce the deformation of tunnels but also maintain the stability of tunnels.
Mudstone has characteristics that it has high enough strength and stiffness in a dry condition, but the strength and stiffness decrease in a wet condition with groundwater infiltration. The sliding of cut slope frequently encountered in Pohang area has been reported due to the rapid reduction of shear strength in mudstone after being exposed to the air. The study in this paper shows that mudstone having enough strength in a boring stage has lost the strength after installing PRD (percussion rotary drill) steel pipe pile inducing an insufficient bearing capacity. Field test has been performed to investigate the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone with various methods such as MSG (Micro Silica Grouting) around the tip and side of a pile, the perimeter grouting combined with Micro pile reinforcement, and concrete filling after tip reinforcing grouting. MSG has been turned out to be the most favorable method for increasing a pile bearing capacity in mudstone, confirmed by the static load test.
This paper deals with an Umbrealla Arch Reinforcement Method (UARM) in tunnelling. It is known that the mechanism of the reinforcement system is too complex to be simulated in existent finite element (FE) frameworks when considering its complex geometry of pipe arrangements and contribution of each component of the reinforcement to reinforcing effect. In this study a 3-D elastoplastic FE procedure is, therefore, proposed by introducing homogenisation technique, which is used to define mathematically elastic as well as elastoplastic characteristics of a reinforced ground material as a composite. A number of practical suggestions are addressed considering staged constructions of tunnels. For illustrative purposes, a series of parametric studies are undertaken and anisotropic characteristics of the reinforced ground as well as effects of the reinforcement on tunnel convergences are investigated. It is found that the reinforced ground material defined in homogenisation framework has its mechanical characteristics reasonably representing inherent geometrical and quantitative characteristics of each of constituents.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.1
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pp.41-56
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2017
Recently, the necessity of deep and double-deck tunnels has been grown day by day due to the increase of traffic volume at metropolitans and thus the study on the divergence of those tunnels becomes required. Therefore sensitivity analyses were conducted with FLAC 2D program by selecting ground condition, coefficient of lateral pressure, support pattern, and depth of rock cover as parameters. Ultimately, this study is to find the optimal shape and support method of a diverged section. As the results of this study, it turned out that the box type gave higher stability of the section than arch type unlike the general thought. It can be explained that the arch type has about 30% bigger excavation area than the box type. When the ground conditions are poor, steel pipe grouting reinforcement gives higher stability than rockbolt reinforcement, but its thickness and range do not give a great influence on the stability of the enlarged section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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