Amid increasingly saturated ground space, development of underground space has been booming throughout the world and excavation has been underway near the structure above or under the ground level. But the ground subsidence caused by improper or poor construction technologies, underground water leakage, sudden changes of stratum and the problem with earth retaining system component has been emerged as hot social issue. To deal with such problems nationwide, establishment of preventive and proactive disaster management and rapid restoration system has been pushed now. In this study, collection of the data on technology development trend to secure the underground safety was made, taking into account of internal change elements (changing groundwater level, damage to underground utilities, etc) and external change elements (vehicle load, earthquake and ground excavation, etc) during excavation. Amid the growing need of ground behavior analysis, ground subsidence evaluation technology, safe excavation to prevent ground subsidence and reinforcement technology, improvement of rapid restoration technology in preparation for ground subsidence and development of independent capability, this study is intended to introduce the technology development in a bid to prevent the ground subsidence during excavation. It's categorized into prediction/evaluation technology, complex detect technology, waterproof reinforcement technology, rapid restoration technology and excavation technology which, in part, has been in process now.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.3
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pp.640-655
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2018
Recently, the construction of the urban area has been rapidly increasing, and the excavation work of the ground has been frequently performed at the upper part of the existing underground structures. Especially, when the structure is constructed after the excavation of the ground, the loading and unloading process in the ground under the excavation basement can affect the existing underground structures. Therefore, in order to maintain the stability of the existing underground structure due to the excavation of the ground, it is necessary to accurately grasp the influence of the excavation and the structure load in the adjoining part. In this study, the effect of the excavation of the ground and the new structure load on the existing tunnel was experimentally implemented and the influence of the adjacent construction on the existing tunnel was investigated. For this purpose a large testing model with 1/5 scale of the actual size was manufactured. The influence of ground excavation, width of the load due to new structure, and distance between centers of tunnel and of excavation on the existing tunnel was investigated. In this study, it was confirmed that the influence on the existing tunnel gets larger, as the excavation depth get deeper. At the same distance, it was confirmed that the tunnel displacement increased up to three times according to the increase of the building load width. That is, the load width influences the existing tunnel larger than the excavation depth. As the impact of the distance between centers of tunnel and of excavation, it was confirmed that tunnel crown displacement decreased by 48%. The result showed that a tunnel is located in the range of 1D (D: tunnel diameter) from the center of excavation, the effect of excavation is the largest.
Excavation of underground cavern and shaft was proposed for the construction of a ventilation facility in an urban area. A shaft connects the street-level air plenum to an underground cavern, which extends down approximately 46 m below the street surface. At the project site, the rock mass was relatively strong and well-defined joint sets were present. A kinematic block stability analysis was first performed to estimate the required reinforcement system. Then a 3-D discontinuum numerical analysis was conducted to evaluate the capacity of the initial support and the overall stability of the required excavation, followed by a 3-D continuum numerical analysis to complement the calculated result. This paper illustrates the application of detailed numerical analyses to the design of the required initial support system for the stability of underground hard rock mining at a relatively shallow depth.
In the present study, artificial neural network based on the multi-layer perceptron is used and an optimum model is chosen through the process of efficiency evaluation in order to develop a system predicting maximum displacements of the earth retaining walls at various excavation stages. By analyzing the measured field data collected at various urban excavation sites in Korea, factors influencing on the behaviors of the excavation wall are examined. Among the measured data collected, reliable data are further selected on the basis of the performance ratio and are used as a data base. Data-based measurements are also utilized for both teaming and verifying the artificial neural network model. The learning is carried out by using the back-propagation algorithm based on the steepest descent method. Finally, to verify a validity of the formulated artificial neural network system, both the magnitude and the occurring position of the maximum horizontal displacement are predicted and compared with measured data at real excavation sites not included in the teaming process.
Lee Sun-Jae;Song Tae-Won;Lee Youn-Sang;Song Young-Han;Kim Jae-Kwon
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.21
no.10
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pp.99-112
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2005
The ground excavation in the urban area induces in general ground movement and subsequent damage on the adjacent building structures. So the essentials in the designing stage are the prediction of ground movement induced by the ground excavation and the damage risk assessment of buildings adjacent to the excavation. A propsed prediction method of the ground movement induced by the strutted excavation has been studied with due consideration of the existing ground movement prediction methods. A building damage risk assessment method based on the angular distortion and the horizontal strain derived from the green-field ground movement is also proposed. These methods have been applied successfully in the on-going deep excavation project in Singapore.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.2
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pp.161-173
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2013
When the ground is excavated near the pre-existing structures due to the region restricted condition such as urban area, the ground will be released by the excavation and the temporary wall will be deformed depending on the earth pressure. In this case, issues can be created in terms of stability of pre-existing structures. Firstly, the laboratory model tests were carried out to investigate the ground surface settlement due to the ground excavation according to the excavation methods in this study. Using the ground surface settlement results from model tests, numerical analyses were carried out to study the structure deformation due to the ground excavation according to the excavation methods. Finally, using the structure deformation results from numerical analysis, the damage assessment of structures was carried out by using the strain damage estimation criterion.
Recently, large and deep excavations are increasing. The damage of adjacent structures due to excavation has steadily increased with increasing construction demand. Especially in urban development and poor conditions, the excavation adjacent to the subway structures has caused a lot of problems. This paper was reviewed that the underground excavation and reinforcement of the status process through a case study on the field. And stability analysis through the case study evaluates applicability for reasonable reinforcement method by numerical analysis. As a result, the strata distribution condition of all 16 sites consisted of landfill from the top and distributed in the order of deposits, weathered soils, weak rock from the bottom. Also, when proceeding the excavation adjacent to structures, the location of site and layer conditions have highly effect on the results of the construction. Therefore, this study was applied reinforcement method to protect damage by excavation. Displacement and settlement were within allowable criterion and hence, stability of structure was analyzed as safe.
An, Jun-Beom;Kang, Seok-Jun;Kim, Jin;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.3
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pp.291-300
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2022
Tunnel boring machines combined with the earth pressure balanced shield method (EPB shield TBMs) have been adopted in urban areas as they allow excavation of tunnels with limited ground deformation through continuous and repetitive excavation and support. Nevertheless, the expansion of TBM construction requires much more minor and exquisitely controlled surface settlement to prevent economic loss. Several parametric studies controlling the tunnel's geometry, ground properties, and TBM operational factors assuming ordinary conditions for EPB shield TBM excavation have been conducted, but the impact of excessive excavation on the induced settlement has not been adequately studied. This study conducted a numerical evaluation of surface settlement induced by the ground loss from face imbalance, excessive excavation, and tail void grouting. The numerical model was constructed using FLAC3D and validated by comparing its result with the field data from literature. Then, parametric studies were conducted by controlling the ground stiffness, face pressure, tail void grouting pressure, and additional volume of muck discharge. As a result, the contribution of these operational factors to the surface settlement appeared differently depending on the ground stiffness. Except for the ground stiffness as the dominant factor, the order of variation of surface settlement was investigated, and the volume of additional muck discharge was found to be the largest, followed by the face pressure and tail void grouting pressure. The results from this study are expected to contribute to the development of settlement prediction models and understanding the surface settlement behavior induced by TBM excavation.
When planning gripper TBM, which is highly applicable to urban areas, the excavation characteristics are not considered. In addition the excavation stability and constructability are degraded by installing reinforcements in the adjacent construction site considering the relaxation load theory of the pre-existing NATM. In this study, a rationalization plan for the support was proposed considering the excavation characteristics of gripper TBM when planning reinforcements for adjacent pre-existing construction. The effect of excavation on the surrounding ground was analyzed by conducting three-dimensional stability analyses considering the construction stage for each excavation phase. In NATM, relaxation phenomenon is concentrated in tunnel face due to non-supporting time occurring simultaneously with excavation, but gripper TBM supports the ground around the tunnel face through the cutter head and skin plate, simultaneously causing ground relaxation behind the skin plate. Considering these excavation characteristics, problems in reinforcement planning for adjacent construction at the study site were pointed out. A performance improvement plan for a reasonable supporting system was proposed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.1
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pp.1-17
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2024
Analyzing the tunnel excavation behavior and its effect on the surrounding ground involves large deformation behavior. Therefore, in order to properly simulate the tunnel excavation process and rigorously investigate the actual effect of excavation on surrounding ground and tunnel structure large deformation analysis method is required. In this study, two major numerical approaches capable of considering large deformations behavior were applied to investigate the effect of tunnel boring machine excavation on the surrounding ground: coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) and the automatic remeshing (AR) method. Relative performance of both approaches was evaluated through the ground response due to TBM excavation. The ground response will be quantified by estimating the range of the excavation damaged zone (EDZ). By comparing the results, the range of the EDZ will be suggested on the vertical and horizontal direction along the TBM excavation surface. Based on the computed results, it was found that the size of EDZ around the excavation surface and the tendencies was in good agreement among the two approaches. Numerical results clearly show that the size of the EDZ around the tunnel tends to be larger for rock with higher RMR rating. The size of the EDZ is found to be direct proportional to the tunnel diameter, whereas the depth of the tunnel is inversely proportional due to higher confinement stress around the excavation surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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