Kim, Jong Woo;Kim, Min Sik;Lee, Dong Kil;Park, Chan;Jo, Young Do;Park, Sam Gyu
Tunnel and Underground Space
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v.24
no.3
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pp.212-223
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2014
In this study, the stability analyses for metal mine roadways at a great depth were performed. In-situ stress measurements using hydrofracturing, numerous laboratory tests for rock cores and GSI & RMR classifications were conducted in order to find the physical properties of both intact rock and in-situ rock mass distributed in the studied metal mine. Through the scenario analysis and probabilistic assessment on the results of rock mass classification, the in-situ ground conditions of mine roadways were divided into the best, the average and the worst cases, respectively. The roadway stabilities corresponding to the respective conditions were assessed by way of the elasto-plastic analysis. In addition, the appropriate roadway shapes and the support patterns were examined through the numerical analyses considering the blast damaged zone around roadway. It was finally shown to be necessary to reduce the radius of roadway roof curvature and/or to install the crown reinforcement in order to enhance the stability of studied mine roadways.
Kim, Chang-Yong;Hong, Sung-Wan;Bae, Gyu-Jin;Kim, Kwang-Yeom;Schubert, Wulf
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.255-261
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2003
Tunnelling in poor and heterogeneous ground is a difficult task. Even with a good geological investigation, uncertainties with respect to the local rock mass structure will remain. Especially for such conditions, a reliable short-term prediction of the conditions ahead and outside the tunnel profile are of paramount importance for the choice of appropriate excavation and support methods. The information contained in the absolute displacement monitoring data allows a comprehensive evaluation of the displacements and the determination of the behaviour and influence of an anisotropic rock mass. Case histories and with numerical simulations show, that changes in the displacement vector orientation can indicate changing rock mass conditions ahead of the tunnel face (Schubert & Budil 1995, Steindorfer & Schubert 1997). Further research has been conducted to quantify the influence of weak zones on stresses and displacements (Grossauer 2001). Sellner (2000) developed software, which allows predicting displacements (GeoFit$\circledR$). The function parameters describe the time and advance dependent deformation of a tunnel. Routinely applying this method at each measuring section allows determining trends of those parameters. It shows, that the trends of parameter sets indicate changes in the stiffness of the rock mass outside the tunnel in a similar way, as the displacement vector orientation does. Three-dimensional Finite Element simulations of different weakness zone properties, thicknesses, and orientations relative to the tunnel axis were carried out and the function parameters evaluated from the results. The results are compared to monitoring results from alpine tunnels in heterogeneous rock. The good qualitative correlation between trends observed on site and numerical results gives hope that by a routine determination of the function parameters during excavation the prediction of rock mass conditions ahead of the tunnel face can be improved. Implementing the rules developed from experience and simulations into the monitoring data evaluation program allows to automatically issuing information on the expected rock mass quality ahead of the tunnel.
Zhou, Binghua;Xue, Yiguo;Li, Shucai;Qiu, Daohong;Tao, Yufan;Zhang, Kai;Zhang, Xueliang;Xia, Teng
Geomechanics and Engineering
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v.22
no.4
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pp.291-303
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2020
The deformation of the rock surrounding a tunnel manifests due to the stress redistribution within the surrounding rock. By observing the deformation of the surrounding rock, we can not only determine the stability of the surrounding rock and supporting structure but also predict the future state of the surrounding rock. In this paper, we used grey system theory to analyse the factors that affect the deformation of the rock surrounding a tunnel. The results show that the 5 main influencing factors are longitudinal wave velocity, tunnel burial depth, groundwater development, surrounding rock support type and construction management level. Furthermore, we used seismic prospecting data, preliminary survey data and excavated section monitoring data to establish a neural network learning model to predict the total amount of deformation of the surrounding rock during tunnel collapse. Subsequently, the probability of a change in deformation in each predicted section was obtained by using a Bayesian method for detecting change points. Finally, through an analysis of the distribution of the change probability and a comparison with the actual situation, we deduced the survey mark at which collapse would most likely occur. Surface collapse suddenly occurred when the tunnel was excavated to this predicted distance. This work further proved that the Bayesian method can accurately detect change points for risk evaluation, enhancing the accuracy of tunnel collapse forecasting. This research provides a reference and a guide for future research on the probability analysis of tunnel collapse.
In Norway, about 30 subsea tunnels have been constructed over the last 20 years. The minimum depth of 17 subsea tunnels is 56 m and rock cover are between 23 and 49 m. As the project areas for subsea tunnel are covered by water, special investigation techniques need to be applied and the investigation results are more uncertain than that of most conventional tunnel projects. The indefinite potential of water inflow and the salinic character of ingress water represent considerable problems for tunnel equipment and rock support materials. The least stable conditions are represented by major faults or weakness zones containing heavily crushed rock and clay gouge. This paper introduces the Oslofjord subsea tunnel project including minimum rock cover requirement, risk of water inflow, investigation costs, construction costs, and traffic & operation costs.
The RMR and Q-system for characterizing rock mass and drilling core, and for estimating the support and reinforcement measures in mine galleries, tunnels and caverns have been widely used by engineers. SMR has been widely used in the rock mass classification for rock slope, but Q-Slope has been introduced into slopes since 2015. In the last ten years, a modified Q-system called Q-slope has been tested by the many authors for application to the benches in open pit mines and excavated road rock slopes. The results have shown that a simple correlation exists between Q-slope values and the long-term stable and unsupported slope angles. Just as RMR and Q have been used together in a tunnel or underground space and complemented by comparison, Q-Slope can be used in parallel with SMR. This paper introduces how to use Q-Slope which has not been announced in Korea and application examples of Pasir open pit coal mine in Indonesia.
In order to reduce deformation of roadway floor heave in deep underground soft rockmass, four support design patterns were analyzed using the Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC)3D, including the traditional bolting (Design 1), the bolting with the backbreak in floor (Design 2), the full anchorage bolting with the backbreak in floor (Design 3) and the full anchorage bolting with the bolt-grouting backbreak in floor (Design 4). Results show that the design pattern 4, the full anchorage bolting with the bolt-grouting backbreak in floor, was the best one to reduce the deformation and failure of the roadway, the floor deformation was reduced at 88.38% than the design 1, and these parameters, maximum vertical stress, maximum horizontal displacement and maximum horizontal stress, were greater than 1.69%, 5.96% and 9.97%. However, it was perfectly acceptable with the floor heave results. The optimized design pattern 4 provided a meaningful and reliable support for the roadway in deep underground coal mine.
Due to top-coal and immediate roof as cushion layer connecting with support and overlying strata, it can make significant influence on strata behaviors in fully mechanical top-coal caving working face (TCCWF). Taking Qingdong 828 working face as engineering background, $FLAC^{3D}$ and $UDEC^{2D}$ were adopted to explore the influence of top-coal thickness (TCT), immediate roof thickness (IRT), top-coal elastic modulus (TCEM) and immediate roof elastic modulus (IREM) on the vertical stress and vertical subsidence of roof, caving distance, and support resistance. The results show that the maximum roof subsidence increases with the increase of TCT and IRT as well as the decrease of TCEM and IREM, which is totally opposite to vertical stress in roof-control distance. Moreover, although the increase of TCEM and IREM leading to the increase of peak value of abutment pressure, the position and distribution range have no significant change. Under the condition of initial weighting occurrence, support resistance has negative and positive relationship with physical parameters (e.g., TCT and IRT) and mechanical properties (e.g., TCEM and IREM), respectively.
Park, Do-Hyun;Park, Eui-Seob;Song, Won-Kyong;Ryu, Dong-Woo
Tunnel and Underground Space
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v.20
no.1
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pp.39-48
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2010
The present study developed a program which can assess the reliability of tunnel support systems based on a probability-based method. The developed program uses FLAC2D as a solver, and can automatically execute all the processes, associated with numerical and probabilistic analysis. Since a numerical analysis, which models the ground, requires a significant calculation time, it is actually impossible to apply simulation-based methods to probabilistic assessment on the reliability of tunnel support systems. Therefore, the present study used a point estimate method, which is efficient for probabilistic analysis since the method can significantly reduce the number of samples when compared with the simulation-based method. The developed program was applied to a tunnel project, and the results were compared with those through a deterministic approach. From the comparison, it was identified that a probabilistic approach can quantitatively assess the reliability of tunnel support systems based on probability of failure and can be used as a tool for decision making in tunnel support designs.
Thin Spray-on Liner (TSL) has been considered as a new rock support to replace shotcrete as well as wire mesh. However, the development of its original production technology is highly in demand since it is not open to the public. Therefore, two kinds of powder-type TSL prototypes were developed as the first development stage. Then, their mechanical properties were experimentally compared with those of a two-component foreign TSL material including both of liquid and powder components. From a series of experiments, the first TSL prototype mixing condition satisfied every TSL performance requirements specified by EFNRAC (2008), and showed much higher tensile and bond strengths than those of the two-component foreign TSL, even though the other TSL prototype cannot be used as a support member since its elongation at break is much lower than its corresponding EFNARC (2008) performance criterion. In addition, a further study to increase the ductility of the first TSL prototype might be necessary to guarantee its higher applicability to field conditions.
Finite element or difference methods are applied to the analysis of the tunnel stability and they provide detailed behaviour of analyzed tunnel sections but it is rather inefficient to analyze all the section of tunnel by using these methods. In this study, the authors suggest a new stability analysis method for whole tunnel to provide an efficient and easy way to understand the behaviour of whole tunnel by using an analytical solution with the assumption of equivalent circular tunnel. The mechanical behaviour, radial strain and plastic zone radius of whole tunnel were analyzed and appropriate support pressure to maintain the displacement within the allowable limit was suggested after the application of this method to the tunnel. Consequently, it was confirmed that this method can provide quick analysis of the whole tunnel stability and the quantitative information for subsequent measures such as selection of tunnel sections for detailed numerical analysis, set up of the monitoring plan, and so on.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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