A certain range of the original ground around the tunnel should be preserved to ensure structural safety of the tunnel when other structures are made around the tunnel, and thus this range is defined as safety zone of the tunnel. The main points to ensure the stability of an existing tunnel when constructing a new tunnel in an inter-crossing area are distance between two tunnels, size of the new tunnel, excavation method for the new tunnel, ground condition around the tunnel, and lining type of the existing tunnel etc. When the new tunnel is excavated above the existing tunnel, the existing tunnel is likely to suffer deformation at a crown zone, damage of arching effect, and live load of the new tunnel etc. On the other hand, when the new tunnel is excavated below the existing tunnel, the existing tunnel is likely to be damaged due to settlement. This study has been made on the behavior of the existing tunnel by means of model test and numerical analysis when the new tunnel is excavated below the existing tunnel. Safety zone of the tunnel was estimated by the results of strength/stress ratio obtained from numerical analysis, and the movement of ground was estimated by the model test. The results of earth pressure, ground displacements, and convergence of the tunnel obtained from model test were compared with those of numerical analysis, and show a similar trend.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.4
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pp.337-347
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2008
Critical strain is a new material property of the ground. Critical strain concept which was established in tunnel engineering can be applied to deformation limits in the ground due to tunneling by using the measured displacement at the tunnel construction site. In this study, quantitative evaluations for the tunnel stability are conducted by analysing the displacement results obtained at the construction field. Especially, critical stain concept was reviewed from a total displacement point of view using the displacements occurring before excavation. As a results, the variation characteristics of the tunnel stability are presented on the critical strain diagram with or without the preceeding displacements.
Refering to the articles "Squeezing rocks in tunnels(Barla, 1995)" and "Tunnelling under squeezing rock conditions(Barla 2002)" this article deals with technologies for design, stability analysis and construction of the tunnel being driven in the squeezing rock mass. The definition of this type of behavior was proposed by ISRM(1994). The identification and quantification of squeezing is given according to both the empirical and semi-empirical methods available to anticipate the potential of squeezing problems in tunnelling. Based on the experiences and lessons learned in recent years, the state of the art in modem construction methods was reported, when dealing with squeezing rock masses by either conventional or mechanical excavation methods. The closed-form solutions available for the analysis of the rock mass response during tunnel excavation are described in terms of the ground characteristic line and with reference to some elasto-plastic models for the given rock mass. Finally numerical methods were used for the simulation of different models and for design analysis of complex excavation and support systems, including three-dimensional conditions in order to quantify the influence of the advancing tunnel face to the deformation behavior of the tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.2
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pp.91-100
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2002
This paper presents the results of laboratory investigation on the deformation behavior of tunnel face reinforced with longitudinal pipes. A series of reduced-scale model tests was carried out to investigate the effect of reinforcement layout on the tunnel face axial displacement as well as the surface settlement. Among other things, the results of the model tests indicate that the axial displacement of tunnel face as well as the ground surface settlement can significantly be reduced by pre-reinforcing the tunnel face with longitudinal pipes, suggesting that the pre-reinforcing technique may effectively be used as a positive ground control method in the urban environments. Also illustrated is that the reinforcing effect is significantly influenced by the reinforcement layout. The implications of the findings from this study are discussed in a great detail.
Excavation of long tunnels by shielded TBMs is a safe, fast, and efficient method of tunneling that mitigates many risks related to ground conditions. However, long-distance tunneling in great depth through adverse geological conditions brings about limitations in the application of TBMs. Among various harsh geological conditions, squeezing ground as a consequence of tunnel wall and face convergence could lead to cluttered blocking, shield jamming and in some cases failure in the support system. These issues or a combination of them could seriously hinder the performance of TBMs. The technique of excavation has a strong influence on the tunnel response when it is excavated under squeezing conditions. The Golab water conveyance tunnel was excavated by a double-shield TBM. This tunnel passes mainly through metamorphic weak rocks with up to 650 m overburden. These metamorphic rocks (Shales, Slates, Phyllites and Schists) together with some fault zones are incapable of sustaining high tangential stresses. Prediction of the convergence, estimation of the creeping effects and presenting strategies to overcome the squeezing ground are regarded as challenging tasks for the tunneling engineer. In this paper, the squeezing potential of the rock mass is investigated in specific regions by dint of numerical and analytical methods. Subsequently, several operational solutions which were conducted to counteract the challenges are explained in detail.
For a long-term mine development plan, the determination and design of mine tunnel size are very important because it is the basis of plans for equipment, transportation and operation. The ${\bigcirc}{\bigcirc}$ mine has had a difficulty in changing the mining plan due to the design of the tunnels with an emphasis on productivity improvement, and much effort was needed to maintain the mine tunnel. In this study, we designed the mine tunnel with optimized tunnel span considering the mechanical properties of rockmass and established the support plan. To do this, the estimation of the mechanical parameters(Swelling pressure, deformation coefficient and earth coefficient), field investigations and various analyses were carried out. As a result, it was necessary to consider the downsizing of the tunnel section in order to maintain the tunnel stability and dimension by using the roof bolt and analyzed that various functional constructions of the support material and method would be required to maintain the current tunnel size.
The ice damage occurs frequently in cold and dry region of western China in winter ice period and spring thaw period. In the drift ice condition, it is easy to form different extrusion force or impact force to damage tunnel lining, causing project failure. The failure project could not arrive the original planning and construction goal, giving rise to the water allocation pressure which influences diversion irrigation and farming production in spring. This study conducts the theoretical study on contact-impact algorithm of drift ices crashing diversion tunnel based on the symmetric penalty function in finite element theory. ANSYS/LS-DYNA is adopted as the platform to establish tunnel model and drift ice model. LS-DYNA SOLVER is used as the solver and LS-PREPOST is used to do post-processing, analyzing the damage degrees of drift ices on tunnel. Constructing physical model in the experiment to verify and reveal the impact damage mechanism of drift ices on diversion tunnel. The software simulation results and the experiment results show that tunnel lining surface will form varying degree deformation and failure when drift ices crash tunnel lining on different velocity, different plan size and different thickness of drift ice. The researches also show that there are damages of drift ice impact force on tunnel lining in the thawing period in cold and dry region. By long time water scouring, the tunnel lining surfaces are broken and falling off which breaks the strength and stability of the structure.
For the safety management of tunnel, effective measurements should be continuously carried out. Most of sensors currently being applied for tunnels measure only the local status, thus many of them are needed to monitor an entire tunnel. For the railway tunnel where trains of same conditions are regularly operated, dynamic responses of tunnel structure to train operations can be a good index to estimate the deformation of tunnel structure in wide area. Meanwhile, the electromagnetic interference caused by overhead centenary in railway tunnel obstructs the use of electric-based sensors. In this study a brand new accelerometer using FBG optical fiber sensors is developed to solve these problems. Sensitivity and capacity of the accelerometer are enhanced with effective structural design of its components and verified with laboratory tests. A case history where the developed accelerometers were applied to a safety monitoring system of a high-speed train tunnel is presented. The performances of the developed accelerometers are validated from the measured acceleration data.
Direct shear tests were on ducted in a laboratory setting in order to investigate the shear strength and deformation behavior of rock joints. Also, the characteristics of acoustic emissions (AE) during shearing of rock joints were studied. The artificial rock joints were created by splitting the intact blocks of Hwangdeung granites and Iksan marbles. Joint roughness profiles were measured by a profile gage and then digitized by Image analyzer. Roughness profile indices(Rp) of the joints were calculated with these digitized data. Peak shear strength, residual shear strength, shear stiffness and maximum acoustic emission(AE) rate were investigated with joint roughness. The peak shear strenght, the residual shear strength and the shear stiffness were increased as roughness popfile index or normal stress increased in the shear tests of granites. In the tests of marble samples, the shear deformation characteristics were not directly affected by joint roughness. As the result of two directional shear tests, the shear characteristics were varied with shear direction. AE count rates were measured during the shear deformation and the AE signals in several stages of the deformation were analyzed in a frequency domain. The AE rate peaks coincided with the stress drops during the shear deformation of joint. The dominant frequencies of the AE signals were in the vicinity of 100 kHz fo rgranite sample and 900 kHz for marble samples. The distribution of amplitude was dispersed with increasing normal stress.
Yieldable steel ribs have been widely applied in tunnels excavated in rheological rocks. For further understanding the influence of yieldable steel ribs on supporting effect, mechanical behavior of tunnels supported by them in rheological rocks is investigated in this paper. Taking into account the deformation characteristic of yieldable steel ribs, their deformation is divided into three stages. In order to modify the stiffness of yieldable steel ribs in different deformation stages, two stiffness correction factors are introduced in the latter two stages. Viscoelastic analytical solutions for the displacement and pressure in the rock-support interface in each deformation stage are obtained. The reliability of the theoretical analysis is verified by use of numerical simulation. It could be concluded that yieldable steel ribs are able to reduce pressure acting on them without becoming damaged through accommodating the rock deformation. The influence of stiffness correction factor in yielding deformation stage on pressure and displacement could be neglected with it remaining at a low level. Furthermore, there is a linearly descending relationship of pressure with yielding displacement in linear viscoelastic rocks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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