One of the major roles of concrete lining is the supplementary support of ground load. Therefore, if there are cracks or deformation found in the lining, the causes should be carefully examined. Tunnel Soundness Evaluation System (DW-TSES) was developed to meet such requirements. Main facility of the system was intended to find the probable causes on the basis of the apparent changes in lining and the environmental conditions. It also includes facilities for evaluating the soundness of a tunnel and indicating the method for repair or reinforcement. The characteristic feature of damages is used for reasoning in case of deterioration and leakage, and artificial neural network is used in external pressure. This process depends on the results of the case analyses and FDM, which have a collection of the typical features of different types of damages as well as the unusual changes caused by the external pressure. The comparison of the outputs of this system with those of expert's diagnoses draws the following conclusions. 1) Artificial neural network was a suitable tool to find to causes of damages by external pressure. 2) The environmental conditions improved the accuracy in reasoning. 3) The result of finding causes and evaluating soundness was helpful to suggest effective methods concerning tunnel maintenance.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.3
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pp.299-310
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2014
Nationally, tunnel and underground constructions are necessary for the environmental sustainability and the efficient use of land space. For the importance of eco-friendly circumstances, 2-arch or large road tunnel has been designed so far. However, such a 2-arch or large tunnel has problems in terms of cost, constructability, construction period, and maintenance. Therefore, in this study, tunnel behavior and stability of rock pillar according to the pillar width and cover depth for parallel tunnels are investigated by performing FE analysis and using empirical formula. According to the results, Rock pillar is reinforced for distributed vertical load by Tie-Bolt due to unpredicted ground deformation, and the reinforced rock pillar's behaviour from the FE analysis shows a quite good agreement with field measurement. According to ground conditions, if the pillar width of the parallel tunnels is reduced, it can be more efficient in use of the tunnel space compared to previous tunnels.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.2
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pp.115-128
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2006
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of a tunnel. A tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to a safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysed by 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of the tunnel face can be possible.
In a shotcrete support system, the cooperation of the ground and the shotcrete lining makes it possible to transfer the shear stress to the shotcrete lining, which is dedicated to form a stable structure. In this study, a homogeneous model ground with constant strength was produced by using gypsum and the tunnel was excavated with a top heading method under the definite initial stress. During the excavation, the stress in the ground around the tunnel and the deformation of shotcrete lining were measured, The tensile stress was generated in tangential direction in the ground near the tunnel and in the shotcrete lining due to tunnel excavation. This shows the unified behavior of the ground and shotcrete lining, which is the most typical characteristic of the shotcrete support. As a result, the rates of in-situ stress during the excavation at a top boundary line was 9% and at top arch heading 15%. It was 48% right after excavating the heading and 94% before cutting the bench.
Kim, Kwang-Jin;Koh, Sung-Yil;Choo, Seuk-Yeun;Kim, Jong-Soo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.3
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pp.197-204
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2006
A large sectional tunnelling method using Shield TBM is expected to be popular as domestic demand of long tunnel gets growing. Although a shield tunnelling method has been recognized as prominent method in consideration of stability and applicability in shallow and poor ground, the cases of accident and constructional trouble have been often happened due to unexpected poor ground condition, or selection and use of improper shield machine. Especially, troubling cases at tunnel face are frequently occurred, so supporting pressure control of tunnel face would be the main issue for securing safer and more efficient tunnel excavation using Shield TBM. In this point, we carried out the numerical feed-back analysis to compare the ground deformation pattern with theoretical result at tunnel face.
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.
This paper presents an elasto-plastic model for determination of the ground response curve of a circular underwater tunnel excavated in elastic-strain softening rock mass compatible with a nonlinear Hoek-Brown yield criterion. The finite difference method (FDM) was used to propose a new solution to calculate pore water pressure, stress, and strain distributions on periphery of circular tunnels in axisymmetric and plain strain conditions. In the proposed solution, a modified non-radial flow pattern, for the hydraulic analysis, is utilized. To evaluate the effect of gravitational loads and variations of pore water pressure, the equations concerning different directions around the tunnel (crown, wall, and floor) are derived. Regarding the strain-softening behavior of the rock mass, the stepwise method is executed for the plastic zone in which parameters of strength, dilatancy, stresses, strains, and deformation are different from their elasto-plastic boundary values as compared to the tunnel boundary values. Besides, the analytical equations are developed for the elastic zone. The accuracy and application of the proposed method is demonstrated by a number of examples. The results present the effects of seepage body forces, gravitational loads and dilatancy angle on ground response curve appropriately.
A high-efficiency simplified modelling approach is proposed for investigating the nonlinear responses of reinforced concrete linings of shield tunnels. Material and geometric nonlinearities are considered in the analysis of the lining structures undergoing large deformation before ultimately losing the load-carrying capacity. A beam-spring element model is developed to capture the force-transfer mechanism between lining segments and radial joints. The developed model is validated by comparing analyzed results to experimental results of a single-ring lining structure under two loading conditions: the ground overloading and the lateral unloading respectively. The results show that the lining structure under the lateral unloading due to excavation on the both sides of the tunnel is more vulnerable compared to the case of ground overloading on the top of the tunnel. A parameter study is conducted and results indicate that the lateral pressure coefficient has the greatest influence on the behaviour of the lining structure.
Korean trains pass many mountain areas, so the volume of structures like bridge and tunnel has large part of railway lines. Train speed-up naturally needs a straight line in railway, then structures are increasing, and the length of structure has more than 70% in Kyongbu high-speed railway. The stiffness of bridge and tunnel is higher than the soil in the roadbed in spite of dynamic difference in vibration and displacement. Differences in stiffness have more dynamic effects and increase the deformation and destruction in the track and roadbed. This influences passenger's comfort and the safety of operation, and it needs more track maintenance. This study selected tunnel with ballast track, tunnel with concrete track, and structure's approaches with short maintenance cycle in the roadbed and had track acceleration tests and track liner inspections using track master in the field. This study will measure periodically to structure's approaches which have very fast track irregularity and analyze dynamic differences and track irregularity near structure's approaches, so realize the cause of track irregularity of structure's approaches and use basic data for reasonably strengthening method of structure's approaches.
The selection of the support system is an important design parameter in design and construction of the tunnel using the new Australian tunnel method. It is a common practice to select the support based on the rock mass grade, in which the rock mass is classified into five rock groups. The method is applicable if the characteristics of the rock mass are uniform in the vertical direction. However, such case is seldom encountered in practice and not applicable when the properties vary along the vertical direction. This study performs comprehensive three dimensional finite difference analyses to investigate the ground deformation pattern for cases in which the rock mass properties change in the vertical direction of the tunnel axis. The numerically calculated displacements at the tunnel crown show that the displacement is highly dependent on the stiffness contrast of the rock masses. The results strongly indicate the need to select the support type $0.5{\sim}1.0D$(vertical direction) on the rock mass boundary. The paper proposes a new guideline for selecting the support type based the results of the analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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