When tunnel is excavated via drilling and blasting, the excessive overbreak is the primary cause of personal or equipment safety hazards and increasing the cost of the tunnel operation owing to additional ground supports such as shotcrete. The practical management of overbreak is extremely difficult due to the complex causative mechanism of it. The study examines the relationship between rock mass characteristics (unsupported face condition, uniaxial compressive strength, face weathering and alteration, discontinuities- frequency, condition and angle between discontinuities and tunnel contour) and the depth of overbreak through using feed-forward artificial neuron networks. Then, Overbreak Resistance Factor (ORF) has been developed based on the weights of rock mass parameters to the overbreak phenomenon. Also, a new concept of tunnel overbreak management system using ORF has been suggested.
Solid waste management is of great concern in today's world. An enormous amount of waste is generated from various industrial activities. Concrete production utilizing some of the potential waste materials will add to the benefit of society. These benefits will include reduction of landfill burden, improved air quality, riverbed protection due to excessive sand excavation, economical concrete production and much more. This study aims to utilize waste granite powder (GP) originating from granite industries as a sand replacement in concrete. Fine GP was collected in the form of slurry from different granite cutting industries. In this study, GP was added in an interval of ten percent as 10%, 20%, 30%, 40% and 50% by weight of sand in concrete. Mechanical assets; compressive strength, flexural strength and splitting tensile strength were prominent for control and blended mixes. Modulus of elasticity (MoE) and abrasion tests were also performed on control and blended specimens of concrete. To provide a comprehensive clarification for enhanced performance of GP prepared concrete samples, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were performed. Results indicate that 30% replacement of sand by weight with GP enhances the mechanical assets of concrete and even the results obtained for 50% replacement are also acceptable. Comprehensive analysis through SEM and XRD for 30% replacement was better than control one. The performance of GP added to concrete in terms of abrasion and modulus of elasticity was far better than the control mix. A significant outcome shows the appropriateness of granite fines to produce sustainable and environmentally friendly concrete.
The slime formed at the bottom of the borehole causes the excessive displacement and loss of the bearing capacity of the drilled shaft. In this study, the slime meter is developed for the evaluation of the slime based on the electrical properties of the fluid and the slime in the borehole. The slime meter is composed of a probe instrumented with electrodes and temperature sensor and a frame with rotary encoder, so that the slime meter profiles the electrical resistivity compensated with temperature effect along the depth. For the application of the slime meter, three field tests are conducted at a borehole with a diameter of 3 m and a depth of 46.9 m with different testing time and locations. For all the tests, the experimental results show that while electrical resistivities are constantly measured in the fluid, the electrical resistivities sharply increase at the surface of the slime. Therefore, the slime thicknesses are estimated by the differences in the depths of the slime surface and the ground excavation. The experimental results obtained at the same testing point with different testing time show that the estimated thickness of the slime increases by the elapsed time. Also, the estimated slime at the side of the borehole is thicker than that at the center of the borehole. As the slime meter estimates the slime in the borehole by measuring the electrical resistivity with simple equipment, the slime meter may be effectively used for the evaluation of the slime formed at the bottom of the borehole.
Excessive groundwater discharge by tunneling and tunnel operation can lead to groundwater exhaustion and ground subsidence. Therefore, it is very important to evaluate environmental impact and to establish mitigation measures of the impact related to tunnel excavation based on hydrogeological and modeling approaches. This study examined the depletion of surface reservoirs and valley water due to tunnel excavation through field survey, water quality analysis, tracer test, and groundwater modeling. As a result of field water quality test, the concentration of chemical constituents in groundwater discharge into the tunnel is slightly higher than that of valley water. By the result of laboratory water analysis, both valley water and the groundwater belong to $Ca^{2+}+HCO_3{^-}$ type. Tracer test that was conducted between the valley at the injection point and the tunnel, indicates valley water infiltration into the ground and flowing out to the tunnel, with maximum electrical conductance changes of $70{\mu}S/cm$ in the first test and of $40{\mu}S/cm$ in the second test. By groundwater modeling, the groundwater discharge rate into the tunnel during tunnel construction is estimated as $4,942m^3/day$ and groundwater level recovers in 3 years from the tunnel completion. As a result of particle tracking modeling, the nearest particle reaches the tunnel after 6 hours and the farthest particle reaches the tunnel after 9 hours, similarly to the case of the field trace test.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.6
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pp.735-747
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2019
Due to the lack of ground space by urbanization, the demand of utility tunnels for laying social facilities is increasing. During the construction of a utility tunnel in downtown area using a shield TBM, various problems may occur when difficult ground is encountered such as mixed ground and cobbly ground. Thus, in this study, using MIDAS GTS NX (Ver. 280), a numerical analysis was performed on characteristics of difficult ground, reinforced area, depth of cover and groundwater level to analyze the optimal ground reinforced area according to combination of parameters. As a result, it was difficult to secure stability in unconstrained excavation cases on both the mixed ground and the cobbly ground. However, when ground reinforcement grouting as much as 2.0D is applied, convergence occurred within the allowable limit, except for mixed ground with a depth of cover 30 m. In addition, excessive leakage occurred during excavation of both the mixed ground and the cobbly layers. It was able to secure stability after applying waterproof grouting.
The benefits of utilizing internal reinforced members, such as soil nails and ground anchors, in maintaining stable excavations and slopes have been known among geotechnical engineers to be very effective. Occasionally, however, both soil nails and ground anchors are simultaneously used in one excavation site. In the present study, a method of limit equilibrium stability analysis of the excavation zone reinforced with the vertically or horizontally mixed nail-anchor system is proposed to evaluate the global safety factor with respect to a sliding failure. The postulated failure wedges are determined based on the results of the $FLAC^{2D}\; 및\; FLAC^{3D}$ program analyses. This study also deals with a determination of the required thickness of the shotcrete facing. An excessive facing thickness may be required due to both the stress concentration and the relative displacement at the interface zone between the soil nailing system and the ground anchor system. A simple finite element method of analysis is presented to estimate the corresponding relative displacement at the interface zone between two different support systems. As an efficient resolution to reduce the facing thickness, the modified bearing plate system is also proposed. Finally with various analysis related to the effects of design parameters, the predicted displacements are compared with the results of the $FLAC^{2D}$ program analyses.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.4
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pp.455-478
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2019
In this paper, we conducted experimental investigation on the field applicability through the verification of reinforcement effect of the steel pipe reinforcement grouting using high strength steel pipe. SGT275 (formerly known as STK400) steel pipe is generally applied to the traditional steel pipe reinforcement grouting method. However, the analysis of tunnel collapse cases applying the steel pipe reinforcement grouting shows that there are cases where the excessive bending and breakage of steel pipe occur. One of the reasons causing these collapses is the lack of steel pipe stiffness responding to the loosening load of tunnels caused by excavation. The strength of steel pipe has increased due to the recent development of high strength steel pipe (SGT550). However, since research on the reinforcement method considering strength increase is insufficient, there is a need for research on this. Therefore, in this study, we conducted experiments on the tensile and bending strength based on various conditions between high strength steel pipe, and carried out basic research on effective field application depending on the strength difference of steel pipe through the conventional design method. In particular, we verified the reinforcement effect of high strength steel pipe through the measurement results of deformed shape and stress of steel pipe arising from excavation after constructing high strength steel pipe and general steel pipe at actual sites. The research results show that high strength steel pipe has excellent bending strength and the reinforcement effect of reinforced grouting. Further, it is expected that high strength steel pipe will have an arching effect thanks to strength increase.
Park, Inn-Joon;Song, Myung-Gyu;Shin, Uyu-Soung;Park, Yong-Su
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.4
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pp.397-404
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2008
Excessive amount of groundwater flowed into tunnel, while constructing Incheon international airport railway. Tunnel passes under subway line no. 2 with only 1.76 m below. To protect the existing structure, TRcM excavation method was applied. As station and construction shaft are already constructed, which are located back and forth of TRcM section, 86.4 ton per day of groundwater inflow is against expectation. To identify mechanism of excessive water inflow, hydraulic back analyses were performed. Then, hydro-mechanical coupled analysis were also performed with the hydrogeologic parameters identified, whose results are investigated for checking the stability of adjacent structures to the tunnel under construction. And a number of mechanical analyses were also performed to check the hydro-mechanical coupling effect. The result from the mechanical analysis shows that subsidence and tunnel ceiling displacement will be 0.85 mm and 1.32 mm. The result of hydro-mechanical couple analysis shows that subsidence and maximum tunnel ceiling displacement will be 1.2 mm and 1.72 mm. Additional displacements caused by groundwater draw down were identified, however, displacement is minute.
Recently, along with the improvement of high-speed rail and road design speed, the proportion of tunnel construction work is increasing proportionally. In particular, the construction of long tunnels is rapidly increasing due to the mountainous terrain of our country. In this way, due to the trend of tunnels becoming longer, it is difficult to design and construct tunnels by avoiding fault zones. In the case of tunnel construction in mountainous areas, ground investigation is often difficult even during design due to the topographical conditions, making precise ground investigation difficult, and as a result, the upper part of the tunnel is damaged during tunnel construction. When fault zones, which are vulnerable to weathering, exist, the stability of the tunnel during excavation is directly affected by the fault zone distribution, strength characteristics, and groundwater distribution range. In particular, when a fault zone is distributed in the upper part of a tunnel, damage such as tunnel collapse and excessive displacement may occur, and in order to prevent this in advance, countermeasures must be established through analysis of similar cases. Therefore, in this study, when a large-scale fault zone exists in the upper part of a tunnel, the relationship and characteristics of damage to the tunnel structure were analyzed.
Kim, Nagyoung;Baek, Seungchol;Min, Kyungjun;Kim, Bongsu;Heo, Yol
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.17
no.4
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pp.39-46
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2016
The final stability analysis of the tunnel structure is generally evaluated by performing site monitoring to determine whether or not the measured value through the convergence after the completion of excavation in the face. When the ground conditions are so poor, the reinforcement around the tunnel was applied for enhancing the stability of tunnels. For the additional tunnel crown collapse or excessive displacement have occurred under construction, correlation analysis were performed for the comparison construction and numeric analyses. In this paper, we investigated the collapse types, tunnel collapse were mostly occurs at the crown and they were analyzed because of the geological conditions in the collapse zone. And also, it was analyzed as being correlated in the crown of tunnel exists a fault fracture zone which extends to the surface part. Thus, in case of ground conditions such as fault fracture zone with a tunnel extending from the crown to the surface, the behavior is larger than the behavior predicted by numerical method.
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