Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.6
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pp.519-530
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2011
The screw conveyor system installed in EPB Shield TBM chamber was manufactured in small scale for pilot test to investigate the tunnel muck hauling system that could control the earth pressure and support face thrust force. In this experimental study, there were three different test conditions that include screw angles, screw pitch, and screw RPM. Through analysis on test results based on the muck hauling amount per unit time from screw conveyor, the optimum conditions of screw conveyor were proposed to be efficiently performed by the muck processing system. Finally, this study provided the meaningful results such as optimum screw angle, screw RPM, and screw pitch for anti-reverse flow of muck hauling.
Kim, Sang-Hwan;Oh, Tae-Sang;Park, Soo-Hwan;Lee, Choong-Yeoul;Park, Jong-Kwan
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.193-201
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2014
This paper presents the development of simulation system on EPB shield TBM Hood operation. In recent, EPB shield TBM is widely used in the tunnel construction. Since the hood system of the EPB shield TBM is most important to excavate the tunnel, it is necessary to perform the simulation of hood system to investigate the design and operation parameters prior to tunnel construction. In order to carry out this study, the scaled simulation system was designed and developed. The model tests were performed to verify the developed system. During the simulation, the earth pressures developed in the chamber during tunnelling were measured to evaluate the operation technique. The test results obtained by the developed simulation system show clearly the similar behaviour of TBM hood compared with the field data. It was also found that the ground loss during tunnelling is dependent on the change of earth pressure in chamber. Therefore, the simulation system developed in this study will be very useful to evaluate the operation technique of the TBM hood prior to tunnel construction. In addition, this system will be applied in a various condition of ground to get the operating information.
During EPB shield tunnelling, construction speed and safety are severely affected by spewing. In this study, a theoretical seepage model is established to capture of the effects of screw conveyor geometry and turbulent flow on spewing. Experimental test results are used to verify the proposed theoretical seepage model. It is found that the seepage is greatly affected by the length of screw conveyor and soil permeability. The proposed model can increase the screw conveyor length and reduce soil discharge sections simultaneously, the permeability of treated muck thus decreases by one order of magnitude. By using the proposed theoretical seepage model, the criterion of critical soil permeability used to identify spewing is proposed. When the water head applied at tunnel face reaches 40 m and 50 m, the critical permeability coefficients of treated muck should be less than 10-5 m/s and 10-6 m/s to avoid spewing. For a given permeability coefficient of soil, the water flow rate is overestimated if structural characteristics of screw conveyor is not considered. Consequently, the occurrence of spewing is greatly overestimated, which increases construction cost substantially.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.213-224
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2014
Recently, tunnelling with TBM is getting popular for the construction of cable tunnel in urban area. Mechanized tunnelling method using shield TBM has various advantages such as minimization of ground settlement and prevention of vibration induced by blasting that should be accompanied by conventional tunnelling. In Korea, earth pressure balance (EPB) type shield TBM has been mainly used. Despite the popularity of EPB shield TBM for cable tunnel construction, study on the mechanical behavior of cable tunnel driven by shield TBM is insufficient. Especially, the effect of backfill grout injection on the behavior of cable tunnel driven by shield TBM is investigated in this study. Tunnelling with shield TBM is simulated using 3D FEM. The distance of backfill grout injection from the end of shield skin varies. Sectional forces such as axial force, shear force and bending moment are monitored. Vertical displacement at the ground surface is measured. Futhermore, the relation between volume loss and the distance of backfill grout injection from the end of skin plate is derived. Based on the stability analysis with the results obtained from the numerical analysis, the most appropriate injection distance can be obtained.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.6
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pp.683-697
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2012
In this paper, a risk analysis methodology applicable to shield TBM tunnels was studied. Fault Tree Analysis (FTA) was utilized to identify all risk items and to calculate the probability of failure of each item and Analytic Hierarchy Process (AHP) was used to obtain the impact of each risk item. Finally, a risk level of each risk item can be assessed. Developed methodology is applied to a Seoul subway site in which EPB shield tunnel method was utilized and it was found that risk analysis results matched reasonably well with field 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.
Kim, Ki-Hwan;Kim, Hyouk;Kim, Seong-Cheol;Kang, Si-On;Mun, Cheol-Hwa
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.6
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pp.611-622
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2020
Recently, tunneling projects using shield TBM are increasing in Korea, but the information of client for machine design and manufacturing considering the characteristics of the tunneling phase is not formal, and it is difficult to optimized machine for suitable tunneling works. This paper suggest as for reference the required terms that can be used in Korea on the design items and detailed requirements for ordering of EPB shield TBM based on overseas case study. It would be hope that the TBM user can request the overall tunneling plan and required machine specification when ordering TBM, and the TBM supplier can design and manufacturing that is clear condition and suitable machine for the successful project, so that there are no residential civil complaints and for safe tunneling as well, shield TBM tunneling method will be activated.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.355-374
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2022
Soil conditioning improves the performance of EPB (earth pressure balance) shield TBMs (tunnel boring machines) by reducing shear strength, enhancing workability of the excavated soil, and supporting the tunnel face during EPB tunnelling. The mechanical and rheological behavior of the excavated muck mixed with additives should be properly evaluated to determine the optimal additive injection condition corresponding to each ground type. In this study, the laboratory pressurized vane test apparatus equipped with a vane-shaped rheometer was developed to reproduce the pressurized condition in the TBM chamber and quantitively evaluate rheological properties of the soil specimens. A series of the pressurized vane tests were performed for an artificial sand soil by changing foam injection ratio (FIR) and polymer injection ratio (PIR), which are the injection parameters of the foam and the polymer, respectively. In addition, the workability of the conditioned soil was evaluated through the slump test. The peak and yield stresses of the conditioned soil with respect to the injection parameters were evaluated through the rheogram, which was derived from the measured torque data in the pressurized vane test. As FIR increased or PIR decreased, the workability of the conditioned soil increased, and the maximum torque, peak stress, and yield stress decreased. The peak stress and yield stress of the specimen from the laboratory pressurized vane test correspond to the workability evaluated by the slump tests, which implies the applicability of the proposed test for evaluating the rheological properties of excavated soil.
Estimation of shield TBM tunnelling-induced volume loss is of great importance for ground settlement control. This study proposed a simple method for evaluation of volume loss during TBM tunnlling, which is able to take into account of shield machine configurations and main driving data in calculation. The method was applied to analyze the tunnelling cases with earth pressure balanced and slurry pressure balanced shiled TBM, and mostly, reasonable agreements with monitoring results were found. Additional discussions were made for some disagreements.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.6
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pp.543-552
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2014
This research covers correlation analysis between the machine data measured from EPB Shield TBM construction site and the ground condition during excavation, and figures out how the machine data are affected by the change of ground conditions through single and mixed parameter analysis. It was found that when the ground is changed from hard rock to soft rock, the ratio of the cutter torque to thrust force increases. The relationship between the ratio of the cutter torque to thrust force and the penetration rate shows that the ratio has a certain range of values for hard rock; on the other hand, it increases for soft rock. It means that we can recognize a sign of appearance of weak zone by assessing the ratio of the cutter touque to thrust force according to each penetration rate. Multiple regression analysis of the machine data showed that the cutter torque increases with the increases of the total thrust force, and it decreases with the increase of the uniaxial compressive strength of the ground.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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