Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.2
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pp.243-256
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2019
Formation of filter cake with little slurry penetration into the tunnel face ground is an essential factor to successfully apply the slurry shield tunnel boring machine (TBM) for tunnelling work. However, when the bentonite slurry is in contact with seawater, it is not easy to guarantee the filter cake formation due to decrease of the swelling volume and viscosity of the slurry. In this study, in order to evaluate the effect of the seawater on the applicability of the slurry shield TBM method, the slurry injection tests were carried out with the variation of seawater percentage contained in the slurry samples as well as the variation of soil types. And then, the effect of these two factors on the slurry clogging phenomena was theoretically and experimentally figure out. As a result, it was found that the value of the slurry clogging criteria (SCC) indicating the applicability of the slurry shield TBM significantly decreases up to 67% as the percentage of seawater increases from 0% up to 20%. In addition, it was found to be necessary to take into account both the characteristics of slurry and soil types together when judging the applicability of the slurry shield TBM method by assessing the slurry penetration characteristics that will occur during tunnelling work.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.1
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pp.57-70
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2017
In this study, we investigated the wear measurement methods for slurry pipe applied in the field of mining and oil sand industry and theoretical equations related to the prediction of wear in slurry pipe through literature review. Average daily wear rate and wear rate per excavated distance were determined from slurry discharge pipe thickness measurement data periodically measured at the actual slurry shield TBM site in Singapore. The wear rate of slurry pipe for Bukit Timah Granite was obtained. The wear rates for G (V) grade and mixed zone were 1.5 times higher than that of G (I) to G (IV) grade. Slurry pipe wear rate tends to increase in proportion to the slurry discharge velocity. The optimal slurry pipe replacement or rotation frequency can be estimated through the selection of the pipe wear rate considering geological condition and the reasonable pipe management thickness.
Kim, Yong-Man;Lee, Sang-Duk;Choo, Seok-Yeon;Koh, Sung-Yil
Journal of the Korean Society for Railway
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v.16
no.1
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pp.47-51
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2013
In this study, we carried out an experimental shield TBM excavation model test using a down-scale device in soft clay, to understand tunnel-face stability properties in relation to changes in slurry pressure. We performed five tests according to tunnel depth (0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D, 1.5D), and compared theoretical tunnel-face pressure with model test results. The range in theoretical tunnel-face slurry pressure ($P_{min}{\leq}P_{slurry\;pressure}{\leq}P_{max}$), which is determined by earth pressure and water level, was very similar to the model test result. This result was due to the more isotropic condition of the soft clay ground, than of rocky ground.
Park, Hyunku;Oh, Ju-Young;Chang, Seokbue;Lee, Seungbok
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.1
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pp.61-74
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2016
This paper presents a case study on the ground settlement and volume loss estimation for slurry pressure balanced shield TBM tunnelling in weathered zone of granite rock. Settlement at each stage of shield tunnelling was analyzed and the volume losses and settlement trough factors were estimated from observations. In addition, using the existing volume loss evaluation method in literature, volume losses were estimated considering ground properties and actual driving parameters. Most of ground settlement occurred during passage of shield skin passage and after backfill grouting, and the measured total volume loss and trough curves appeared to coincide with literature. Shield and tail loss obtained from field measurement were found to be around 90% and 60% of the predictions, where tail loss indicated larger deviation than shield loss.
As the use of TBM increases, research has recently increased to to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the exchange cycle of disc cutters, and predict the advance rate of TBM. In this study, a regression prediction of disc cutte wear of slurry shield TBM site was made by combining machine learning based on the machine data and the geotechnical data obtained during the excavation. The data were divided into 7:3 for training and testing the prediction of disc cutter wear, and the hyper-parameters are optimized by cross-validated grid-search over a parameter grid. As a result, gradient boosting based on the ensemble model showed good performance with a determination coefficient of 0.852 and a root-mean-square-error of 3.111 and especially excellent results in fit times along with learning performance. Based on the results, it is judged that the suitability of the prediction model using data including mechanical data and geotechnical information is high. In addition, research is needed to increase the diversity of ground conditions and the amount of disc cutter data.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.3
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pp.209-222
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2024
The Earth Pressure Balance (EPB) shield Tunnel Boring Machine (TBM) is widely used for underground tunnel construction for its advantages, such as eliminating the need for additional facilities compared to the slurry shield TBM, which requires Slurry Treatment Plant (STP). During EPB shield TBM excavation, a soil conditioning technique is employed to enhance the physical properties of the excavated soil by injecting additives, thus broadening the range of applicable ground conditions to EPB shield TBMs. This study explored the use of xanthan gum, a type of biopolymer, as an alternative to the commonly used polymer additive. Biopolymers, derived from biological sources, are fully biodegradable. In contrast to traditional polymers such as polyacrylic acid, which contain environmentally harmful components, xanthan gum is gaining attention as an eco-friendly material due to its minimal toxicity and environmental impact. Test conditions with similar workability were established through slump tests, and the rheological characteristics were assessed using a laboratory pressurized vane shear test apparatus. The experiments demonstrated that, despite exhibiting similar workability, the peak strength in the flow curve decreased with increasing the content of xanthan gum. Consequently, a correlation between the xanthan gum content and peak strength was established. Replacing the traditional polymers with xanthan gum could enable stable EPB shield TBM operation by reducing equipment load, in addition to offering environmental benefits.
With the increasing use of TBM, research has recently been conducted in Korea to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the ground in front of TBM, predict the exchange cycle of disk cutters, and predict the advance rate of TBM. In this study, classification prediction of rock characteristics of slurry shield TBM sites was made by combining traditional rock classification techniques and machine learning techniques widely used in various fields with machine data during TBM excavation. The items of rock characteristic classification criteria were set as RQD, uniaxial compression strength, and elastic wave speed, and the rock conditions for each item were classified into three classes: class 0 (good), 1 (normal), and 2 (poor), and machine learning was performed on six class algorithms. As a result, the ensemble model showed good performance, and the LigthtGBM model, which showed excellent results in learning speed as well as learning performance, was found to be optimal in the target site ground. Using the classification model for the three rock characteristics set in this study, it is believed that it will be possible to provide rock conditions for sections where ground information is not provided, which will help during excavation work.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.4
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pp.401-413
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2013
Slurry shield tunnelling ensures stability by pressurizing the tunnel face with the slurry contained in the chamber. It resists water and earth pressure in order to prevent the failure in the tunnel face during tunnel excavation. If the ground is relatively coarse, slurry can not clog the tunnel face and excessive slurry infiltration will occur. In this case chemical compounds or additives should be added to the slurry in order to improve the clogging phenomena at the tunnel face. In this study, the effect of the carbon dioxide gas as an additive to the slurry instead of chemical compounds on the capability of enhancing the clogging in the tunnel face is investigated. Bubbles arising from the carbonate-added slurry are trapped in the soil voids enhancing the clogging capability. This effect is studied in this paper by performing laboratory model tests simulating in-situ conditions, and by adopting the fine particle clogging theory. Tunnel face stability analysis was also performed and it was found that the effective size ($D_{10}$) of soils which can guarantee tunnel stability utilizing the carbonate-added slurry increased from 1.0 mm up to 2.6 mm. Moreover, Stability analysis showed that the tunnel face is stable if the ${\lambda}$(deposition coefficient) value is greater than $0.007sec^{-1}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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