This research is designed to assess current achievement levels for mechanized excavation systems in Korea adn suggest the model predictive of TBM performance using statistical approaches. A test section in the TBM construction sites is selected to measure and analyze TBM performance. The field records including operating data, time allocation into downtime catagories, and machine design are analyzed on a shift basis. There are a total of 240 shifts, with most days operating two shifts per day. Examples of the probability density functions produced from the test section are presented and discussed. Relationships between TBM penetration rate and rock physical properties are investigated and the empirical equations for TBM performance prediction are also assessed with the field data.
Kim, Kyoung-Yul;Bae, Du-San;Jo, Seon-Ah;Ryu, Hee-Hwan
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.4
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pp.687-699
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2018
The construction of subsea tunnel differs from that of inland tunnel because of high water pressure due to sea water level and difficulties to reinforce the ground under construction. Therefore, it is very important to prevent trouble in advance when the subsea tunnel is constructed. In this paper, we established lots of databases about characteristics of geological and mechanical parameters on the construction of subsea tunnel using micro slurry TBM which depth is about 60 m. The correlation analysis is conducted to confirm the effect of thrust, torque and RPM among the excavation database on the net penetration rate. Also, An empirical formula is suggested to predict the net penetration rate through the correlation analysis between FPI (Field Penetration Index) and specific energy from the subsea tunnel excavation database.
Four assessment systems for planning and evaluation of TBM tunnelling are discussed, and their characteristics and input data are analyzed. Two of the systems are determined to be adequate for post-evaluation of TBM performance because the time, such as repair time, downtime, installation time and transport time, must be included for calculations. The others are adequate for pre-planning because the basic data of the systems consist of only the basic properties of rocks and rock masses, and the specification of TBM. In order to apply these assessment systems, a number of equations, graphs and charts are generally required, which seems to be very inconvenient and complicated. In this study, therefore, a user-friendly program operated on Windows system is developed, and each system can be selected by the corresponding input data. It will be possible fer tunnel engineers to select a system according to their objectives and available input data, and to apply the system to TBM tunnel project.
Various TBM performance prediction models have been developed and most of them were considered penetration rate only. Despite the fact that some models have suggested equations and charts for estimating the utilization factor, but there are a few studies to estimate the TBM utilization factor. Utilization factor is affected by the type of TBM machine, operation, maintenance of machine, geological conditions, contractor experience and other factors. In this study, more than 100 case studies are analyzed to determine the relationship between the utilization factor and RMR, geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter. Simple and multiple linear regression analysis are performed to develop predictive models for the utilization factor. The predictive model with explanatory variables of geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter does not give a good correlation. The predictive models with explanatory variable of RMR give higher values of the coefficient of determination.
In order to investigate the workability of Raise Boring Machine(RBM) such as utilization, penetration rate and advance rate, a vertical shaft of 98 m in length and 3.05 m in diameter was constructed in the layer of conglomerate by using the RBM in this study. In addition, field data from tow different construction sites including water-pump power plant tunnel, roadway tunnel and mining tunnel by RBM were collected and analyzed. The results show that the average weekly bored length is 19.3 m and its average utilization is between 54.3 % and 75.1 % very higher than that of the TBM(Tunnel Boring Machine). It also turns out that the bit force increases linearly with respect to the increase of the RPM(revolution per minute) of RBM. However, the net penetration rate decreases with the increase of bit force, RPM of RBM and depth of shaft. The findings of this study can be used to provide the useful information for the design of shaft and the selection of RBM.
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.
This study was carried out to investigate in vitro fertilization and development of in vitro matured pig oocytes inseminated with the Duroc boar sperm by different sperm washing media after thawing of the 5 ml frozen straws. Immature follicular oocytes (30-40) were transferred into each well of a Nunc 4-well multidish containing $500{\mu}l$ mTCM199 maturation medium. The sperm rich portion of ejaculates was collected into a 250 ml insulated vacuum bottle and gradually cooled 22 to $24^{\circ}C$ over a 2 h period. Semen was centrifuged at 800 g for 10 min and the seminal plasma discarded. Sperm were esuspended in a lactose-egg yolk and N-acetyl-Dglucosamine (LEN) diluent to contain $1{\times}10^{9}$ sperm/ml and cooled to $5^{\circ}C$ over a 2 h period. Immediately before freezing, semen was rediluted with an equal volume of LEN+4% glycerol and packed into 5 ml straws. After thawing of the 5 ml straw, the 5 ml semen was diluted with 20 ml Beltsville thawing solution (BTS) at room temperature. Oocytes were inseminated with untreated (unwashed and nonpreincubated) or treated sperm (washed two times in BTS, mTLP-PVA and mTBM media, respectively and nonpreincubated) with $2{\times}10^{7}$ sperm concentration. Oocytes were coincubated for 6 h in $500{\mu}l$ mTBM fertilization. At 6 h after IVF, oocytes were transferred into $500{\mu}l$ NCSU-23 culture medium for further culture of 6 h. Sperm penetration, polyspermy and male pronuclear formation of oocytes at 12 h after IVF and developmental ability of oocytes at 48 h after IVF were evaluated. Sperm penetration rate, male pronuclear formation and rate of cleaved embryos were higher in the BTS, mTLP-PVA and mTBM treatments than the unwashed treatment (p<0.05). The rate of blastocysts from the cleaved oocytes (2-4 cell stage) were higher in the mTLP-PVA treatment than in the unwashed, BTS and mTBM treatments. In conclusion, we recommend the washing of frozen-thawed sperm with mTLP-PVA medium before in vitro fertilization of oocytes in mTBM medium.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.5
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pp.689-698
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2019
In tunnel excavation by TBMs, a cutterhead, which practically excavates the ground, is an important part directly affecting net penetration rate. Most of the researches on the cutterhead design that have been carried out until now are on the cutter arrangement. It is difficult to find a study for the effect of the scraper installation direction on TBM excavation although same cutterheads except for direction of the scraper are used in Korea. Therefore, this paper shows how the direction of scraper installation affects shield-TBM excavation. Discrete element method was used to identify the effect of scraper installation direction on shield-TBM excavation. When the scraper installation direction was outward, the amount of particles per unit time flowed into the cutter head opening was smaller than when the scraper installation direction was inward, and more loads were applied to the cutterhead.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.1
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pp.127-136
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2019
Tunnel construction by TBMs should be supported by the performance of a screw conveyor in order to obtain the optimum penetration rate, so studies related to the screw conveyor performance have been being conducted. Compared to the study on the performance of the screw conveyor for the soil, however, the research on the performance of the screw conveyor for the rock is insufficient. Considering the domestic tunnel sites with more rock layers than soil layers, simulation of discharge of 6 types of rock chips by the screw conveyor was conducted using DEM. Regardless of the shape and volume of the rock chips, the discharge rates of the rock chips by the parallel placed screw conveyor at a speed of 10 RPM in the same rock mass were about 20% (standard deviation: 1.3%) of the maximum volume of discharge rate by the screw conveyor. It is expected that this study can be used as a reference material for screw conveyor design and operation in TBM excavations in rock masses.
A prediction of the performance of EPB TBM is significant for improving the constructability of tunnels. Thus, various attempts to simulate TBM excavation by the numerical method have been made until these days. In this paper, to evaluate the performance of TBM with different operating conditions, a parametric study was carried out using coupled discrete element method (DEM) and finite difference method (FDM) EPB TBM driving model. The analysis was conducted by changing the penetration rate (0.5 and 1.0 mm/sec) and the rotational speed of screw conveyor (5, 15, and 25 rpm) while the rotation velocity of the cutter head kept constant at 2 rpm. The torque, thrust force, chamber pressure, and discharging with different TBM operating conditions were compared. The result of parametric study shows that the optimum driving condition can be determined by the coupled DEM-FDM numerical model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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