This paper focuses on the deformation behavior of tunnels crossing a weak zone in conventional tunneling. A three-dimensional finite element model was adopted that allows realistic modeling of the tunnel excavation and the support installation. Using the 3D FE model, a parametric study was conducted on a number of tunneling cases with emphasis on the spatial characteristics of the weak zone such as the strike and dip angle, and on the initial stress state. The results of the analyses were thoroughly examined so that the three-dimensional tunnel displacements at the tunnel crown and the sidewalls can be related to the spatial characteristic of the weak zone as well as the initial stress state. The results indicate that the effectiveness of the absolute displacement monitoring data as early warning indicators depends strongly on the spatial characteristics of the weak zone. It is also shown that proper interpretation of the absolute monitoring data can provide not only early warning for a weak zone outside the excavation area but also information on the orientation and the extent of the weak zone. Practical implications of the findings are discussed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.3
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pp.229-240
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2007
The 3D absolute displacement monitoring system has been developed to analyze the tunnel convergence measured under construction of underground structures and to manage effectively the measured data. The system is comprised of the total station, the anchor-typed target pin and the 3D absolute displacement measurement and management program. In this paper, the types and specifications of the 3D total station were presented. The anchor-typed target pin, an improved model of traditional one, was developed and its sightable distance and measurement accuracy were checked by field tests. Also a 3D absolute displacement measurement and management program, TEMS 3D, was developed to provide some analysis tools including the trend and influence lines. L/C ratio, S/C ratio and the like. The developed system was applied the construction stage of a railway tunnel for testing purpose. It is verified that the developed system is capable of predicting weak zones ahead of tunnel face by comparing with results of TSP (Tunnel Seismic Prediction) survey.
Kim, Kwang-Yeom;Kim, Chang-Yong;Lee, Seung-Do;Seo, Yong-Seok;Lee, Chung-In
The Journal of Engineering Geology
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v.17
no.4
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pp.567-576
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2007
In order to assess the on-site applicability of 3D absolute displacement monitoring of tunnel using digital photogrammetry, the displacement of the optical target placed at the measurement section was investigated, as planned in the OO tunnel construction site. The targets on 3 measurement lines only were considered for each point of measurement for the reconstruction of 3D cubic model for the digital vision monitoring. For each 3D model, 3 or more images have to be obtained at each point. On the last 2 measurement lines, 6 targets (crown, left and right walls) were continuously overlapped to construct 3D models so that 6 or more apices can be shared by 2 3D models. In order to compare the measurement methods of 3D absolute displacements in tunnel excavation, i. e, total station and digital image measurement, both the digital image measurement and optical measurement were conducted for 10 times in the same work section. The time and measurement results of both methods were compared.
Kim, Chang-Yong;Hong, Sung-Wan;Kim, Kwang-Yeom;Baek, Seung-Han
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.1299-1306
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2005
The introduction of geodetic methods of absolute displacement monitoring in tunnels has improved the value of the measurements significantly. By using this method, structurally controlled behavior and influences of an anisotropic rock mass can be determined and the excavation and support adjusted accordingly. In this study cases of tunnel monitoring in anisotropic/heterogeneous rock masses are analyzed, and various anisotrpic behavior of tunnel can be estimated. Because rock anisotropy and heterogeneity can have great influence on tunnel behavior, tunnel design considering rock anisotropy and heterogeneity is needed. Also under construction, feedback must be performed by using face mapping and monitoring to prevent over-deformation and tunnel collapse.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.28
no.3
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pp.377-383
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2010
This study aims to develop the system which is able to monitor long span bridge behavior in real time using GPS. Through measuring displacement of long span bridge by GPS in real time, over all 3D behavior of bridge could be analyzed and managed. Monitoring system of long span bridge which is developed in this study is able to manage in real time the safety of bridge by transmitting horizontal and vertical displacement of bridge, and danger signals to an integrated operations center. Also it is able to monitor the absolute behavior of long span bridge by GPS, and to construct a national bridge safety management networks.
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.
Displacement of dams by various instrumentations has been monitored for its safety management and analyzing the behavior after a dam collapse accident. However, unknown displacement of dam has frequently been occurred and it's difficult to analyze behavior of dams more accurately. In this study, improvement of reliabilities for displacement of dams measured by a total station was suggested by calibrating the monitoring system. The position of total station was initially measured through 2-3 given points and the coordinate of the total station was considered as an absolute value. Also, base horizontal and vertical angles had not been considered even if they are important factors when displacement was estimated. In this study, location of the total station and variations of base horizontal and vertical angles were investigated during measuring displacements of targeting points. From the results of this study, they are important factors which are affecting measurements of dam displacements. Before the calibrating, the displacement at 50 m from total station was ${\pm}20mm$. After the calibrating, the displacement was decreased by ${\pm}5mm$.
During tunnel excavation in urban area a systematic monitoring is important for the purpose of determination of support type and quantity, as well as for the control of stability of both surface structures and the tunnel itself due to the frequently, and in many cases, abruptly changing ground condition. In Austria absolute displacement monitoring methods have replaced relative displacement measurements by geodetic methods to a large extent. Prompt detection of weak ground ahead of the tunnel face as well as better adjustment of excavation and support to the geotechnical conditions is possible with the help of the improved methods of data evaluation on sites. Deformation response of the ground to excavation starts ahead of the tunnel face, therefore, the deformation and state of the tunnel advance core is the key factor of the whole deformation process after excavation. In other words, the rigidity and state of the advance core play a determining role in the stability of both surface structures and the tunnel itself. This paper presents the results from detailed three-dimensional numerical studies, exploring vertical displacements, vector orientations and extrusions on tunnel face during the progressive advancement for the shallow tunnel in various geotechnical conditions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.3
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pp.1-10
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1986
This paper describes a new, effective method developed at the National Research Council Canada for rolling element bearing incipient failure detection. This method can detect not only outer race damage, previously published, but also inner race damage with a 100% detection rate based on a sample size of 32. The prediction of the exact angular location of the damage spot along the raceway is illustrated and experimental confirmation is presented. For the first time, a statically measurable parameter for inner and outer race damage is introduced as a means of verifying other techniques which do not offer absolute proof, but resort only to "overwhelming evidence". A brief comparison with other methods such as Shock Pulse Method, Kurtosis Analysis and High Frequency Resonance Technique is presented. A computerized automatic monitoring system utilizing the new method is described and experimental results are presented.presented.
When there exists a fault zone ahead of the tunnel face and a tunnel is excavated without perceiving its existence, it will cause stress concentration in the region between the tunnel face and the fault zone because of the influence of the fault zone on the arching phenomena. Because the underground structure has many unreliable factors in the design stage, the prediction of a fault zone ahead of the tunnel face by monitoring plans during tunnel construction and the rapid establishment of appropriate support system are required for more economical and safer tunnel construction. Recent study shows that longitudinal displacement changes during excavation due to the change of rock property, and if longitudinal displacement and settlement, which are measured in the field, are considered together in displacement analysis, the prediction of change in rock mass property is possible. This study provided the method for the prediction of fault zones by analyzing the changes of L/C and (Ll-Lr)/C ratio (L= longitudinal displacement at crown, C = settlement at crown, Ll = longitudinal displacement at left sidewall, Lr = longitudinal displacement at right sidewall) and the stereographic projection of displacement vectors which were obtained from the 3-D numerical analysis of hybrid method in various initial stress conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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