A micro-pressure wave is generated by the high-speed train which enters a tunnel, and it causes explosive noise and vibration at the exit. It is known that train speed, train-tunnel area ratio, nose slenderness and nose shape mainly influence on generating micro-pressure wave. So it is required to minimize it by searching optimal values of such train shape factors and tunnel condition. In this study, response surface model, one of approximation models, is used to perform optimization effectively and analyze sensitivity of design variables. Owen's randomized orthogonal array and D-optimal Design are used to construct response surface model. In order to increase accuracy of model, stepwise regression is selected. Finally SQP(Sequential Quadratic Programming) optimization algorithm is used to minimize the maximum micro-pressure wave by using built approximation model.
This paper aims at studying the key design elements for the optimal ventilation system design, developing the design models and suggesting the design guidelines. The key elements include the basic exhaust emission rate, wall friction coefficient, vehicle drag coefficient and slip streaming effect, jet fan operating efficiency, natural ventilation force and installation scheme for jet fans and ventilation monitors in tunnel. The design models developed in this study are one-dimensional ventilation simulator to analyze the air flow, pressure profile and pollutant dispersion inside and outside tunnel, expert model to choose the optimal ventilation method, and the ventilation characteristic chart to evaluate the preliminary ventilation system. The study results are reflected in the design guideline for road tunnel ventilation system.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.5
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pp.379-387
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2010
In this study, a case study was introduced for the design of a twin tunnel along high speed national highway Route 12 from Damyang to Sungsan. It was related to determine the optimal tunnel support pattern and excavation method based on a risk analysis in order to incorporate the uncertainty of ground properties. To this end, three alternatives with different amounts of support and excavation method were selected and risk analysis was performed by applying Monte Carlo simulation technique, respectively. Stability of the tunnel was quantified by the factor of safety. To improve the result, the 729 cases of the combination of ground properties (deformation modulus, cohesion, and internal friction angle) satisfying a Gaussian distribution were generated and applied. Also, stability of the tunnel was confirmed by analyzing the distribution of both displacement and shotcrete bending stress.
Geological and geotechnical surveys, in general, should precede the excavation to ensure the safety of the tunnel and should be followed up according to the various geological condition during the excavation. However actually the standard support patterns which were decided during the design step used be insisted for the whole excavation steps in spite of the various geological conditions. OO tunnel was excavated with NATM and a support pattern type-V in weak rocks. When the tunnel was excavated up to 25m long, the severe displacement was generated in the portal area and the shotcrete was damaged to make the cracks and the tunnel face was totally collapsed. It might happen owing to the one-day heavy rain, but the exact reason for that accident should be found out and the new optimal support patternt needed. Consequently three dimensional numerical analysis was applied for the evaluation of the cause of the tunnel collapse instead of two dimensional analysis, because three dimensional analysis can show better the real field phenomenon than two dimensional analysis in which the load distribution methods are adopted for the tunnel excavation. We could simulate the actual situations with three dimensional finite difference code and propose the new optimal support patterns.
Safety is a most important parameters in underground railway transportation; Also stability of underground tunnel is very important in tunneling engineering. Design of a reliable support system requires an evaluation of both ground demand and support capacity. Iran's traditional railway tunnels are mainly supported with masonry structures or unsupported in high quality rock masses. A decrease in rock mass quality due to changes in groundwater regime creep and fatigue in rock and similar phenomena causes tunnel safety to decrease during time. The case study is an old tunnel in Iran, called "Keshvar"; it is more than 50 years old railway organization. In operating this Tunnel, until the several problems came up based on stability and leaking water. The goal of study is evaluation of the various reinforcement systems for supporting of the tunnel. The optimal selection of the reinforcement system is examined using TOPSIS Fuzzy method in light of the looming and available uncertainties. Several factors such as; the tunnel span, maintenance, drainage, sealing, ventilation, cost and safety were based to choose the method and system of designing. Therefore, by identifying these parameters, an optimal reinforcement system was selected and introduced. Based on optimization system for analysis, it is revealed that the systematic rock bolts and shotcrete protection had a most appropriate result for these kind of tunnel in Iran.
In this study, the computer code for the optimal design of road tunnel ventilation system based on one-dimensional analysis of the air flow was developed. The control volume method was used to calculate the air velocities and the concentration distribution of pollutants(CO, NOx, Particulate) for various tunnel ventilation system. This code was validated by comparing the calculation results to the practical design data for the road tunnel ventilation system. The calculation results were in accord with the practical design data.
Preliminary design of a ground plate, a device installed close to the aircraft model for wind tunnel test to simulate the ground effect, was performed by a numerical simulation. A two-dimensional numerical study was performed initially to decide the optimal leading edge and flap configurations. Then, three-dimensional studies were conducted to decide the optimal flap deflection angle for pressure distribution reduction since the plate and the plate supporting system generate static pressure difference between the upper and lower flow regions. Three-dimensional simulation additionally studied the effect of the clearance between the plate and the wind tunnel side wall. For the efficiency of computation, half model was simulated and a symmetric boundary condition was applied on the center plane. Based on the preliminary design, a ground plate was designed, manufactured and tested at the Korea Aerospace Research Institute(KARI) wind tunnel. The measured pressure differences versus flap deflection angle agreed well with the predicted results.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.3
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pp.241-250
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2003
Rock mass is very inhomogeneous in nature and data obtained by site investigations and tests are very limited. For this reason, many uncertainties are to be included in the process of constructing structures in rock mass. In the design of a tunnel, support pattern, advance rate, and excavation method, which are important design parameters, must be determined to be optimal. However, it is not easy to determine those parameters. Moreover if those parameters are determined incorrectly, unexpected risk occurs such as decrease in the stability of a tunnel or economic loss due to the excessive supports etc. In this study, how to determine an optimal support pattern and advance rate, which are the important tunnel design parameters, is introduced based on a risk analysis. It can be confirmed quantitatively that the more supported a tunnel is, the larger reliability index becomes and the more stable the tunnel becomes. Also an optimal support pattern and advance rate can be determined quantitatively by performing a risk analysis considering construction cost and the cost of loss which can be occurred due to the collapse of a tunnel.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2008.10a
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pp.33-41
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2008
The longest tunnel has been halted at Daekwanryung by the failure of the host country of the Winter Olympiad in 2014, but modern High-Power TBM will come to Korea to excavate these long tunnels to establish the better horizontal connection between the western and eastern countries to improve the strong powerful logistic strategy of Korean peninsula. Train operation provides a key function of air movements in a long underground tunnel, and heat generation from transit vehicles may account of the most heat release to the ventilation and emergency systems. This paper indicates the optimal fire suppress services and safety provision for the long railway tunnel which is designed twin tunnel with length 22km in Gangwon province of Korea. The design of the fire-fighting systems and emergency were prepared by the operation of the famous long-railway tunnels as well as the severe lessons from the real fires in domestic and overseas experiences. Designers should concentrate the optimal solution for passenger's safety at the emergency state when tunnel fires, train crush accidents, derailment, and etc. The optimal fire-extinguishing facilities for long railway tunnels are presented for better safety of the comfortable operation in this hard rock tunnel of eastern mountains side of Korea. Since year 1900, hard rock tunnel construction has been launched for railway tunnels in Korea, tunnels have been built for various purposes not only for infrastructure tunnels including roadway, railway, subway, and but also for water and power supply, for deposit food, waste, and oils etc. Most favorable railway tunnel system was discussed in details; twin tunnels, distance of cross passage, ventilation systems, for the comfortable train operations in the future.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.1
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pp.1-11
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2014
In order to determine the optimal number of monitoring points in single-track tunnel lining, this thesis compares and evaluates the results of two cases: when the tunnel lining is modeled into a simple beam form and then is applied to 1) the tunnel lining inverse analysis program, and to 2) the commercially-used program. The displacement and stress of specific tunnel lining cross-sections are determined by entering the load conditions into the commercially-used program for tunnel interpretations. In doing so, two cases were assumed: where a symmetrically-distributed load was acting upon the tunnel lining of a single-track tunnel and where an asymmetrically-distributed load was in action. By comparing the computed displacement with the stress and displacement determined by entering side numbers 3, 5, and 7 into the tunnel lining inverse analysis program, the optimal number of monitoring points is determined. From the results of the research, it can be inferred that the number of monitoring points needs to be at least 5 points, considering the efficiency of monitoring in practice and the loss-and-damage rate of tunnel monitoring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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