Kim, Tae-Hwan;Ko, Tae Young;Park, Yang Soo;Kim, Taek Kon;Lee, Dae Hyuk
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.3
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pp.214-225
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2020
Uniaxial compressive strength (UCS) of rock is one of the important factors to determine the advance speed during shield TBM tunnel excavation. UCS can be obtained through the Geotechnical Data Report (GDR), and it is difficult to measure UCS for all tunneling alignment. Therefore, the purpose of this study is to predict UCS by utilizing TBM machine driving data and machine learning technique. Several machine learning techniques were compared to predict UCS, and it was confirmed the stacking model has the most successful prediction performance. TBM machine data and UCS used in the analysis were obtained from the excavation of rock strata with slurry shield TBMs. The data were divided into 8:2 for training and test and pre-processed including feature selection, scaling, and outlier removal. After completing the hyper-parameter tuning, the stacking model was evaluated with the root-mean-square error (RMSE) and the determination coefficient (R2), and it was found to be 5.556 and 0.943, respectively. Based on the results, the sacking models are considered useful in predicting rock strength with TBM excavation data.
Generally, TBM specifications have been empirically designed by the know-hows of its manufacturers. Since they govern the excavation performance and the cost of TBMs, it is very crucial to reliably determine them in the design stage of TBMs. In this study, a database consisting of TBM data collected from a various kinds of TBM tunnel projects was built to propose the statistical correlations for estimating TBM main specifications. From the statistical analyses, TBM outer diameters are found to have a strong effect on the TBM specifications such as thrust, torque and cutterhead driving power, which are much more important than TBM types and ground conditions.
This study suggests the prediction model to estimate the specific energy of a pick cutter using a gene expression programming (GEP) and particle swarm optimization (PSO). Estimating the performance of mechanical excavators is of crucial importance in early design stage of tunnelling projects, and the specific energy (SE) based approach serves as a standard performance prediction procedure that is applicable to all excavation machines. The purpose of this research, is to investigate the relationship between UCS and BTS, penetration depth, cut spacing, and SE. A total of 46 full-scale linear cutting test results using pick cutters and different values of depth of cut and cut spacing on various rock types was collected from the previous study for the analysis. The Mean Squared Error (MSE) associated with the conventional Multiple Linear Regression (MLR) method is more than two times larger than the MSE generated by GEP-PSO algorithm. The $R^2$ value associated with the GEP-PSO algorithm, is about 0.13 higher than the $R^2$ associated with MLR.
Tunnel Boring Machine (TBM) method is a tunnel excavation method that produces lower levels of noise and vibration during excavation compared to drilling and blasting methods, and it offers higher stability. It is increasingly being applied to tunnel projects worldwide. The disc cutter is an excavation tool mounted on the cutterhead of a TBM, which constantly interacts with the ground at the tunnel face, inevitably leading to wear. In this study quantitatively predicted disc cutter wear using geological conditions, TBM operational parameters, and machine learning algorithms. Among the input variables for predicting disc cutter wear, the Uniaxial Compressive Strength (UCS) is considerably limited compared to machine and wear data, so the UCS estimation for the entire section was first conducted using TBM machine data, and then the prediction of the Coefficient of Wearing rate(CW) was performed with the completed data. Comparing the performance of CW prediction models, the XGBoost model showed the highest performance, and SHapley Additive exPlanation (SHAP) analysis was conducted to interpret the complex prediction model.
Kim, Yeong-Bae;Park, Yeong-Bae;Lee, Seong-Won;Lee, Kang-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.12
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pp.103-114
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2023
Monitoring the site of an underground construction wall is crucial to confirm the stability of the supports and ground due to excavation. In particular, it is essential to maintain the accuracy of a load cell gauge, which identifies the load of the support transmitted from the excavated ground. However, research on verification methods and regulations that can identify the accuracy of load cell gauges at construction sites is inadequate, which is a problem as load cell gauges are installed without proper performance inspections. In this study, performance tests were conducted by a complete investigation of load cell gauges sold in Korea and comparing them with foreign products to determine defect causes. In addition, the criteria for selecting a load cell gauge were presented, and the results of this study were considered to help select a highly reliable load cell gauge.
Tunnel structures are widely used for transportations in mountains areas. To shorten the construction period and to cut down the construction expenditure, a construction technique that a tunnel excavation process and a tunnel lining process are simultaneously performed is often applied in the field. However, due to the vibration and impact caused by excavation process, cracking and deterioration of tunnel lining concrete could happen. This research experimentally investigated the effective role of the usages of blended cement and recently developed nylon fibers for tunnel lining concrete. It has been observed that both nylon fibers and blended cement improve the durability and physical properties of concrete.
The objective of this study is controlling of the large diameter Shield TBM excavation for subway tunnels. In this paper, it will focus on the selection of Shield TBM and the problems of excavation due to unusual abrasion of the Disk Cutters and the distorted Cutter Mounts, in mixed layer of soil in below and hard rock in above, and in rock layer. And also, it will be discussed that the type of ground improvement to change and repair the Disk Cutters and the distorted Cutter Mounts, Advance Rate, Cutter Torque, etc. The results of this study will be using controlling of the excavation in various large diameter Shield TBM for subway tunnels.
Jong Sik Kim;Chang Gun Shin;Bong Gu Cho;Kyung Jun Seo
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.493-493
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2023
매설배관의 피복손상부 탐측법은 CIPS법, DCVG법 등 여러 방법이 있으며, 그중 우리나라에서는 DCVG법이 가장 많이 사용되고 있다. 피복손상탐측기술(DCVG)은 매설된 관로에 대하여 직류 전류로 인해 배관주변에 발생하는 전위구배를 측정하여 비굴착상태에서 관로의 피복손상부를 찾아내는 기술이다. 본 기술을 광역상수도 정밀안전진단 및 성능평가에 적용하였으며, 탐측된 위치에 대하여 위험도(%IR)를 예측하였다. 또한 손상의심부에 대한 굴착을 통해 피복손상부를 확인하였다. 본 기술의 신뢰성 및 상수도 분야에 큰 활용성을 확인하였다. 관경, 현장여건 등에 따른 조사 및 굴착에 일부 한계점을 보였으나, 향후 축적된 데이터를 바탕으로 매설된 관로의 손상을 사전에 확인하여 관로사고를 미연에 방지할 기술로 판단된다.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.167-181
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2021
New type of rock excavation method using a waterjet system is being developed to secure economic feasibility and to reduce vibrations during excavation. In waterjet rock excavation, overlapping of cutting width is essential for high efficiency. In this study, cutting experiments for granite specimens were performed using abrasive waterjet system according to the overlapping ratio and standoff distance. Based on the experimental results, the granite cutting performance was analyzed according to the overlapping ratio. In addition, removal shapes of the cross-section were analyzed in terms of the cutting depth, width, and volume after waterjet cutting. When the overlapping ratio is less than 58%, rock specimens are partially removed due to the insufficient overlapping ratio. However, when the overlapping ratio exceeds 67%, overcutting phenomenon is observed. For the partial overlapping ratio (i.e., 25~75%), cutting efficiency is increased in the removal volume. This study is expected to be used as the important basic data for determining the optimum overlapping ratio when the waterjet system is applied for rock excavation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.10
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pp.259-266
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2020
In this study, required drill bits and excavation methods were developed for an uneven drilling method that can solve the problem of performance degradation of rock bolts. The developed drill bit's excavation performance was verified using rock with a strength of 100 MPa or more. In addition, for the relative evaluation of the uneven excavation method, experimental specimens were prepared for models with and without irregularities, and tests were performed. As a result of the experiment, the model with unevenness exhibited an average critical draw resistance of 801.6 kN, which is about 1.7 times the value of 468.7 kN for the model without unevenness, thus confirming the effect sufficiently. Therefore, it is expected that the resistance performance will significantly increase despite an increase in the uneven hole diameter of 20 mm. In the future, the results of this study could be used as basic data when performing other studies using numerical analysis models and performance verification through experiments to obtain an optimized rock forming method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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