Cases of TBM tunnelling have been consistently increasing worldwide. In many recent subsea and urban tunnelling projects, TBM excavation has been preferably considered due to its advantages over drill and blast tunnelling. Difficult ground conditions are highly probable to appear in subsea and urban tunnels because of the shallow working depth and alluvial characteristics. Under the difficult ground conditions, ground reinforcement measures should be considered including grouting, while it is of great importance to select the optimal grout material and injection method to cope with the ground condition. The benefits from TBM excavation, such as fast excavation, increased safety, and reduced environmental impact, can be achieved by applying appropriate ground reinforcement with the minimum overrun of cost and time. In this report, various grouting methods were reviewed so that they can be applied in difficult ground conditions. In addition, domestic and international cases of successful ground reinforcement for difficult grounds were introduced for future reference.
This paper describes prediction results of penetration rate using case history in order to compare empirical models for penetration rate prediction of TBM. The reasonable empirical model is evaluated by comparison with prediction results and measured result. The penetration rate prediction is applied in separate empirical models considering rock characteristics and mechanical characteristics of TBM. The rock of applied filed had almost gneiss and its unconfined compressive strength was irregular due to the exist of weak zones and joint. In prediction results using unconfined compressive strength, Graham's model (1976) had impractical result when it had lower strength. NTNU model (1998) of the separate empirical models used in average penetration rate had the highest accuracy by comparison with the others, because it is a reasonable model which has rock characteristics and mechanical characteristics of TBM. However, Tarkoy's model (1986) based on unconfined compressive strength correspond with the measured values in field. Therefore, it should be considered a rock type, geological characteristic and mechanical characteristic of TBM at prediction of penetration rate.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6D
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pp.737-743
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2009
Shield TBM, since it was employed for Suyoungman Bay riverbed tunnel of Busan Subway in 2000,has been increasingly adopted in Korea, and in line with growing popularity, the study on Shield TBM has been expanded. However the studies mostly focus on ground condition in a bid to estimate the advancement rate and develop the model for calculating the excavation efficiency, whereas the efforts to analyze the cause of delay and to develop the improvement measures have been neglected. Thus the studies were mostly intended to analyze the schedule slippage focusing on ground conditions, while the study on schedule behind due to equipment itself and related facilities have yet to be attempted in earnest. This study hence was aimed at evaluating the troubles and schedule slippage caused by mechanical elements such as shield TBM equipment and tools and ground conditions, making use of FMEA approach so as to analyze the risk of schedule delay by such elements, thereby proposing the preventive measures to deal with high-risk factors. So, this study suggest the solution to highly ranked trouble factor for the purpose of enhance the efficiency on Shield TBM.
This paper introduces the design and operational considerations for TBM tunneling in boulder bed which poses significant problems in terms of advance rate and machine wear. Managing these problems is difficult since normal soil investigation techniques do not accurately predict the presence and frequency of boulders. This has leads to considerable extra costs and delays during construction. In this paper, EPBM design and operational parameters, cutter wear characteristics and soil conditioning method in soft ground condition were studied and key successes were highlighted for future projects in similar ground condition.
In this study, the effect of the tensile strength and ratio of disc spacing to penetration depth on the efficiency of tunnel boring machine (TBM) is investigated using Particle flow code (PFC) in two dimensions. Models with dimensions of $150{\times}70mm$ made of rocks with four different tensile strength values of 5 MPa, 10 MPa, 15 MPa and 20 MPa were separately analyzed and two "U" shape cutters with width of 10 mm were penetrated into the rock model by velocity rate of 0.1 mm/s. The spacing between cutters was also varied in this study. Failure patterns for 5 different penetration depths of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, and 7 mm were registered. Totally 100 indentation test were performed to study the optimal tool-rock interaction. An equation relating mechanical rock properties with geometric characteristics for the optimal TBM performance is proposed. The results of numerical simulations show that the effective rock-cutting condition corresponding to the minimum specific energy can be estimated by an optimized disc spacing to penetration depth, which, in fact, is found to be proportional to the rock's tensile strength.
Kim, Jungjoo;Kim, Kyoungyul;Ryu, Heehwan;Hwan, Jung Ju;Hong, Sungyun;Jo, Seonah;Bae, Dusan
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.6
no.3
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pp.305-313
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2020
The use of cable tunnels for electric power transmission as well as their construction in difficult conditions such as in subsea terrains and large overburden areas has increased. So, in order to efficiently operate the small diameter shield TBM (Tunnel Boring Machine), the estimation of advance rate and development of a design model is necessary. However, due to limited scope of survey and face mapping, it is very difficult to match the rock mass characteristics and TBM operational data in order to achieve their mutual relationships and to develop an advance rate model. Also, the working mechanism of previously utilized linear cutting machine is slightly different than the real excavation mechanism owing to the penetration of a number of disc cutters taking place at the same time in the rock mass in conjunction with rotation of the cutterhead. So, in order to suggest the advance rate and machine design models for small diameter TBMs, an EPB (Earth Pressure Balance) shield TBM having 3.54 m diameter cutterhead was manufactured and 19 cases of full-scale tunneling tests were performed each in 87.5 ㎥ volume of artificial rock mass. The relationships between advance rate and machine data were effectively analyzed by performing the tests in homogeneous rock mass with 70 MPa uniaxial compressive strength according to the TBM operational parameters such as thrust force and RPM of cutterhead. The utilization of the recorded penetration depth and torque values in the development of models is more accurate and realistic since they were derived through real excavation mechanism. The relationships between normal force on single disc cutter and penetration depth as well as between normal force and rolling force were suggested in this study. The prediction of advance rate and design of TBM can be performed in rock mass having 70 MPa strength using these relationships. An effort was made to improve the application of the developed model by applying the FPI (Field Penetration Index) concept which can overcome the limitation of 100% RQD (Rock Quality Designation) in artificial rock mass.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.2
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pp.269-286
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2018
Backfill injection pressure in shield TBM affects not only ground settlement but also adjacent underground structures. Therefore, it is essential to estimate a suitable backfill injection pressure in advance in design stage. In this paper, seven suggested equations worldwide to calculate the backfill injection pressure were reviewed and compared. By assuming 6 cases of virtual ground condition, backfill injection pressures were calculated and analyzed. it was confirmed that the backfill injection pressure increases as the depth of overburden increases, but the increasing ratio decreases. The numerical analysis was carried out by applying the calculated backfill injection pressure to investigate the influence of backfill injection pressure on the settlement of surface and crown of tunnel. It was confirmed that the final settlement at the surface and crown of tunnel on the both unsaturated and saturated condition are more influenced by the applied face pressure than the applied backfill injection pressure. In addition, the effect of backfill injection pressure decreases as the depth of overburden increases, and the effect of backfill injection pressure increases as the applied face pressure decreases.
Ji Yun Lee;Byung Chul Yeo;Ho Young Jeong;Jung Joo Kim
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.3
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pp.281-301
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2024
The power cable tunnels which are part of the underground transmission line project, are constructed using the shield TBM method. The disc cutter among the shield TBM components plays an important role in breaking rock mass. Efficient tunnel construction is possible only when appropriate replacement occurs as the wear limit is reached or damage such as uneven wear occurs. A study was conducted to determine the wear conditions of disc cutter using a deep learning algorithm based on real-time measurement data of wear and rotation speed. Based on the results of full-scaled tunnelling tests, it was confirmed that measurement data was obtained differently depending on the wear conditions of disc cutter. Using real-time measurement data, an algorithm was developed to determine disc cutter wear characteristics based on a convolutional neural network model. Distributional patterns of data can be learned through CNN filters, and the performance of the model that can classify uniform wear and uneven wear through these pattern features.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10b
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pp.871-876
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1998
The SHOT PATCH System Remitar is a mortar shotcreting system which used fairly small machine and equipment, and is applied for shortcrete tunnel linings, in particular for small bore tunnels of aqueducts by the TBM(Tunnel Boring Machine) method, and for repairing tunnels suffering from spring water and deterioration. This study shows the characteristics of the new mortar shotcreting system, the SHOT PATCH System Remitar, which exhibits excellent shotcrete performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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