The changes in earth pressure and ground settlement due to underground excavation near an existing retaining wall were studied experimentally according to the separation distance between the underground excavation and the retaining wall. In addition, this study attempted to experimentally prove that the arching phenomenon occurred during the construction of the underground space. A model tank having 120 cm in length, 160 cm in height, and 40 cm in width was manufactured to simulate underground excavation through the use of five separated base wall bodies. The variation of earth pressure on the retaining wall was measured according to the underground excavation phase through the use of 10 separated right wall bodies. The results showed that the earth pressure on the retaining wall was changed by the lowering of the first base bottom wall; however, the earth pressure was not changed significantly by the lowering of the third base bottom wall, since the third base wall had sufficient separation distance from the retaining wall. Lowering of the first base wall induced a decrease in the earth pressure in the lower part of the retaining wall; in contrast, lowering of the first base wall induced an increase in the earth pressure in the middle part of the retaining wall, proving the arching effect experimentally. It is necessary to consider the changes in earth pressure on the retaining wall in designing earth retaining structures for sections where the arching effect occurs.
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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.4
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pp.421-435
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2012
Rock excavation (removal) tests are performed with effective parameters using an abrasive waterjet. For verification of the field rock excavation capabilities, the removal performance and level of efficiency are analyzed for hard granite rock in terms of the water pressure, exposure time of the jet, and the standoff distance. In particular, experimental tests are performed with a long standoff distance required condition in the real excavation field. The rock removal performance level changes according to the rock properties. In this study, various rock specimens are used and P-wave velocities are measured in order to determine the correlation between the removal performance and the P-wave velocity. As a result of the experimental study, the effect of waterjet parameters on rock removal is analyzed.
The magnitude and distribution of tunnel deformation were widely discussed topics in tunnel engineering. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element program was used for the analysis of various horseshoe-shaped opening expressway tunnels under different geologies. Two rock material models - Mohr-Coulomb and Hoek-Brown were executed in the process of analyses; and the results show that the magnitude and distribution of tunnel deformation were close by these two models. The tunnel deformation behaviors were relevant to many factors such as cross-sections and geological conditions; but the geology was the major factor to the normalized longitudinal deformation profile (LDP). If the time-dependent factors were neglected, the maximum displacements were located at the distance of 3 to 4 tunnel diameters behind the excavation face. The ratios of displacement at the excavation face to the maximum displacement were around 1/3 to 1/2. In general, the weaker the rock mass, the larger the ratio. The displacements in front of the excavation face were decreased with the increasement of distance. At the distance of 1.0 to 1.5 tunnel diameter, the displacements were reduced to one-tenth of the maximum displacement.
Djelloul, Chafia;Karech, Toufik;Demagh, Rafik;Limam, Oualid;Martinez, Juan
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.3
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pp.295-308
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2018
The excavation of twin tunnels is a process that destabilizes the ground. The stability of the tunnel lining, the control of ground displacements around the tunnel resulting from each excavation and the interaction between them must be controlled. This paper provides a new approach for replacing the costly 3D analyses with the equivalent 2D analyses that closely reflects the in-situ measurements when excavating twin tunnels. The modeling was performed in two dimensions using the FLAC2D finite difference code. The three-dimensional effect of excavation is taken into account through the deconfinement rate ${\lambda}$ of the soil surrounding the excavation by applying the convergence-confinement method. A comparison between settlements derived by the proposed 2D analysis and the settlements measured in a real project in Algeria shows an acceptable agreement. Also, this paper reports the investigation into the changes in deformations on tunnel linings and surface settlements which may be expected if the twin tunnels of T4 El-Harouche Skikda were constructed with a tunneling machine. Special attention was paid to the influence of the excavation phase shift distance between the two mechanized tunnel faces. It is revealed that the ground movements and the lining deformations during tunnel excavation depend on the distance between the tunnels' axis and the excavation phase shift.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.4
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pp.731-742
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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 structure. Especially, when the structure is constructed after the excavation of the ground, the loading and unloading process is repeated in the lower ground of the excavation so that it can affect 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 effects of the ground excavation and the new structure load on the existing tunnel were investigated by large - scale experiment and numerical analysis. For this purpose, a large model tester with a size reduced to 1/5 of the actual size was constructed, and model tests and numerical analyzes were carried out to investigate the effects of the excavation of the body ground by maintaining the distance between the excavation floor and the tunnel ceiling constant, The impacts were identified. As a result of the study, it was confirmed that the deeper the excavation depth, the larger the influence on the existing tunnel. At the same distance, it was confirmed that the tunnel displacement increased with the increase of the building load, and the ground stress increased up to 2.4 times. From this result, it was confirmed that the effect of the increase of the underground stress on the existing tunnel is affected by the increase of the building load, and the influence of the underground stress is decreased from the new load width above 3.0D.
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Hong, Eun-Soo;Jun, Hyung-Woo;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.589-604
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2021
Waterjets for rocks have various advantages of the non-contact and eco-friendly excavation using only water and abrasive. To overcome the problems (e.g., dust and noise occurrence) of the conventional drilling methods, waterjet excavation methods are broadly used. It is advantageous to operate a couple of nozzles in order to increase the waterjet excavation efficiency. When multiple nozzles are used, it is essential to analyze the excavation performance and shape according to the nozzle operation method. In this study, nozzle angle, horizontal distance between nozzles, and standoff distance were defined as nozzle operating parameters and the excavation performance and shape were analyzed. As a result of the experiment, when the nozzle angle and standoff distance are increased, the excavation depth is decreased and the effective depth tends to be increased. In addition, based on the experimental results, the excavation shape criteria required for nozzle insertion were proposed and optimal nozzle operating parameters were derived according to the criteria. This study result is expected to be used as useful basic research in the future development of multiple waterjet nozzles for rock drilling.
The soil nailing is one of the useful support-system in urban excavation because of the presence of other structures in the vicinity Since the soil nailing system was introduced, model experiments and theoretical studies have been performed to investigate behavior of soil nailed wall. However, there are few data in the case of multi-layered soil strata just like Seoul Metropolitan area in Korea. The feed back analyses are carried out using the measured wall displacement data for soil nailing construction sites with multi-layered strata in order to analyze the distance and the coefficients of extension zone of ground behind soil nailed wall. As a result, the distance of extension zone increased with increasing of the final excavation depth and the ratio of the distance to the final excavation depth was shown to be about 94% of the final excavation depth. Also, the coefficients of extension zone increased with enlargement of soil layer thickness and converged into constant value of 1.05. On the other hand, the maximum vertical displacements by the feed back analysis and Caspe's method were shown to be approximately 80%, 150~280% of the maximum horizontal displacement respectively.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.11
no.2
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pp.17-28
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2018
The purpose of this study is to investigate the effect of underground facilities around excavation zone on groundwater flow characteristics during excavation. The scenarios were constructed considering the size of the underground facility, the separation distance, and the hydraulic gradient. As a result, as the size of the underground facility increases, the difference of head and the hydraulic gradient become large. The shorter the separation distance of underground facility is, the more the difference of head and the hydraulic gradient occur. The effect of hydraulic gradient on model area was relatively small. As a result of analysis of groundwater flow rate for the scenario, groundwater flow rate tends to decrease as the size of underground facility increases or groundwater flow rate tends to decrease as the separation distance decreases. It is necessary to examine the effect of underground facilities on the groundwater flow analysis in the ground excavation.
Classic braced walls use struts and wales to minimize ground movements induced by deep excavation. However, the installation of struts and wales is a time-consuming process and confines the work space. To secure a work space around the retaining structure, an anchoring system works in conjunction with a braced wall. However, anchoring cannot perform well when the shear strength of soil is low. In such a case, innovative retaining systems are required in excavation. This study proposes an innovative earth-retaining wall that uses in situ soil confined in dual sheet piles as a structural component. A numerical study was conducted to evaluate the stability of the proposed structure in cohesionless dry soil and establish a design chart. The displacement and factor of safety of the structural member were monitored and evaluated. According to the results, an increase in the clearance distance increases the depth of safe excavation. For a conservative design to secure the stability of the earth-retaining structure in cohesionless dry soil, the clearance distance should exceed 2 m, and the embedded depth should exceed 40% of the wall height. The results suggest that the proposed method can be used for 14 m of excavation without any internal support structure. The design chart can be used for the preliminary design of an earth-retaining structure using in situ soil with dual steel sheet piles in cohesionless dry soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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