A tunnel deformation monitoring system is developed with the use of fiber Bragg grating (FBG) sensing technique, aiming at providing continuous monitoring of railway tunnel deformation in the long term, and early warning for the rail service maintainers and authorities to avoid catastrophic consequences when significant deformation occurs. Specifically, a set of FBG bending gauges with the ability of angle measurement and temperature compensation is designed and manufactured for the purpose of online monitoring of tunnel deformation. An overall profile of lateral tunnel displacement along the longitudinal direction can be obtained by implementing an array of the FBG bending gauges interconnected by rigid rods, in conjunction with a proper algorithm. The devised system is verified in laboratory experiments with a test setup enabling to imitate various patterns of tunnel deformation before the implementation of this system in an in-service high-speed railway (HSR) tunnel.
There are lots of tunnel intervals in the KTX II stage construction line for the linearity of railway line passing mountain region. In order to use the rocks from tunnel excavations, railway subgrades are constructed with crushed rock-soil mixtures. In this study, plain strain test using large scale box was conducted in order to analyze the characteristics of deformation behavior of railway subgrades composed of crushed rock-soil mixtures. The effects of variation of degree of saturation, stress level of applied loadings, and number of loading cycles on the resilient and permanent deformation behavior were analyzed. The results show that degree of saturation have a great effect on the deformation behavior of crushed rock-soil mixtures. The axial strain ranges between $0.1{\sim}0.8%$ with variation of degree of saturation, in assumption that deviatoric stress applied on the subgrade by high-speed train load is 55kPa.
With increasing the number of tunnel constructions, more reliable analysis methods for tunnel excavation is needed to accomplish technically sound design, and stable and economical constructions. For this purpose, a series of construction procedures, which include excavation and support stages of tunneling, need to be considered. In this study, therefore, rock-support response behavior due to railway tunnel construction has been examined by using analytic methods and numerical calculations. For examining rock-support response behavior, the effects of shotcrete, thickness and time of installation have been considered. Through analytic and numerical calculations, it is shown that support pressure becomes higher with increasing the shotcrete thickness and stiffness, and hence the tunnel deformation tends to be stable. It is also important to notice that there is a significant effect of shotcrete installation time on the tunnel deformation, although no significant change in support pressure is observed.
Kim, Nag-Young;Park, Du-Hee;Jung, Hyuk-Sang;Kim, Myoung-Il
Geomechanics and Engineering
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제21권2호
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pp.171-178
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2020
Mountainous areas cover more than 70% of Korea. With the rapid increase in tunnel construction, tunnel-collapse incidents and excessive deformation are occurring more frequently. In addition, longer tunnel structures are being constructed, and geologically weaker ground conditions are increasingly being encountered during the construction process. Tunnels constructed under weak ground conditions exhibit long-term deformation behavior that leads to tunnel instability. This study analyzes the behavior of the bottom region of tunnels under geological conditions of long-term deformation. Long-term deformation causes various types of damage, such as cracks and ridges in the packing part of tunnels, as well as cracks and upheavals in the pavement of tunnels. We observed rapid tunnel over-displacement due to the squeezing of a fault rupture zone after the inflow of a large amount of groundwater. Excessive increments in the support member strength resulted in damage to the support and tunnel bottom. In addition, upward infiltration pressure on the tunnel road was found to cause severe pavement damage. Furthermore, smectite (a highly expandable mineral), chlorite, illite, and hematite, were also observed. Soil samples and rock samples containing clay minerals were found to have greater expansibility than general soil samples. Considering these findings, countermeasures against the deformation of tunnel bottoms are required.
In this study, two damage detection techniques are applied to the railway tunnel liner based on the static deformation data. Models based on uniform reduction of stiffness and smeared crack concept are both employed, and the efficiency and relative advantage are compared with each other. Numerical analyses are performed on the idealized tunnel structure and the effect of white noise, common in most measurement data, is also investigated to better understand the suitability of the proposed models. As a result, model 1 based on uniform stiffness reduction method is shown to be relatively insensitive to the noise, while model 2 with the smeared crack concept is proven to be easily applied to the field situation since the effect of stiffness reduction is rather small. Finally, real deformation data of a rail tunnel in which health monitoring system is in operation are introduced to find the possible damage and it is shown that the prediction shows quite satisfactory result.
Aksoy, C.O.;Uyar, G.G.;Posluk, E.;Ogul, K.;Topal, I.;Kucuk, K.
Structural Engineering and Mechanics
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제58권5호
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pp.869-886
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2016
Non-Deformable Support System (NDSS) is one of the support system analysis methods. It is likely seen as numerical analysis. Obviously, numerical modeling is the key tool for this system but not unique. Although the name of the system makes you feel that there is no deformation on the support system, it is not true. The system contains some deformation but in certain tolerance determined by the numerical analyses. The important question is what is the deformation tolerance? Zero deformation in the excavation environment is not the case, actually. However, deformation occurred after supporting is important. This deformation amount will determine the performance of the applied support. NDSS is a stronghold analysis method applied in full to make this work. While doing this, NDSS uses the properties of rock mass and material, various rock mass failure criteria, various material models, different excavation geometries, like other methods. The thing that differ NDSS method from the others is that NDSS makes analysis using the time dependent deformation properties of rock mass and engineering judgement. During the evaluation process, NDSS gives the permission of questioning the field observations, measurements and timedependent support performance. These transactions are carried out with 3-dimensional numeric modeling analysis. The goal of NDSS is to design a support system which does not allow greater deformation of the support system than that calculated by numerical modeling. In this paper, NDSS applied to the problems of Tunnel 34 of the same Project (excavated with NATM method, has a length of 2218 meters), which is driven in graphite schist, was illustrated. Results of the system analysis and insitu measurements successfully coincide with each other.
Guoping Hu;Yingzhi Xia;Lianggen Zhong;Xiaoxue Ruan;Hui Li
Geomechanics and Engineering
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제32권1호
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pp.111-123
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2023
The slope of an open cut tunnel is located above the exit of the Leijia tunnel on the Changgan high-speed railway. During the excavation of the open cut tunnel foundation pit, the slope slipped twice, a large landslide of 92500 m3 formed. The landslide body and unstable slope body not only caused the foundation pit of the open cut tunnel to be buried and the anchor piles to be damaged but also directly threatened the operational safety of the later high-speed railway. Therefore, to study the stability change in the slope of the open cut tunnel under heavy rain and excavation conditions, a 3D numerical calculation model of the slope is carried out by Midas GTS software, the deformation mechanism is analyzed, anti-sliding measures are proposed, and the effectiveness of the anti-sliding measures is analyzed according to the field monitoring results. The results show that when rainfall occurs, rainwater collects in the open cut tunnel area, resulting in a transient saturation zone on the slope on the right side of the open cut tunnel, which reduces the shear strength of the slope soil; the excavation at the slope toe reduces the anti-sliding capacity of the slope toe. Under the combined action of excavation and rainfall, when the soil above the top of the anchor pile is excavated, two potential sliding surfaces are bounded by the top of the excavation area, and the shear outlet is located at the top of the anchor pile. After the excavation of the open cut tunnel, the potential sliding surface is mainly concentrated at the lower part of the downhill area, and the shear outlet moves down to the bottom of the open cut tunnel. Based on the deformation characteristics and the failure mechanism of the landslides, comprehensive control measures, including interim emergency mitigation measures and long-term mitigation measures, are proposed. The field monitoring results further verify the accuracy of the anti-sliding mechanism analysis and the effectiveness of anti-sliding measures.
The behavior of an opening and the performance of support system depend upon the load-deformation characteristics of ground and support as well as of the manner and of timing of support installation. The load-deformation characteristics of ground and support are derived by the interaction between ground and support. The interaction between ground and support is qualitatively illustrated by a ground response curve. The behavior of an opening and the performance of support system depend upon the load-deformation characteristics of ground and support as well as of the manner and of timing of support installation. The interaction between ground and support is qualitatively illustrated by a ground response curve. The convergence-confinement method don't need the basic assumptions for a mathematical model. Also This is applicable to general tunnel. Consequently the stability of tunnel must be qualitatively investigated by a ground response curve and quantitatively adjudged by a numerical analysis for the reasonable design of tunnel.
Korean trains pass many mountain areas, so the volume of structures like bridge and tunnel has large part of railway lines. Train speed-up naturally needs a straight line in railway, then structures are increasing, and the length of structure has more than 70% in Kyongbu high-speed railway. The stiffness of bridge and tunnel is higher than the soil in the roadbed in spite of dynamic difference in vibration and displacement. Differences in stiffness have more dynamic effects and increase the deformation and destruction in the track and roadbed. This influences passenger's comfort and the safety of operation, and it needs more track maintenance. This study selected tunnel with ballast track, tunnel with concrete track, and structure's approaches with short maintenance cycle in the roadbed and had track acceleration tests and track liner inspections using track master in the field. This study will measure periodically to structure's approaches which have very fast track irregularity and analyze dynamic differences and track irregularity near structure's approaches, so realize the cause of track irregularity of structure's approaches and use basic data for reasonably strengthening method of structure's approaches.
터널의 안전관리를 위해서는 효과적이고 지속적인 계측이 필요하다. 현재 적용되고 있는 대부분의 계측센서로는 터널의 국부적인 상태만을 파악할 수 있으므로 전체 터널의 안전상태를 파악하기 위해서는 다수의 설치가 필요하다. 철도터널의 경우 일정한 조건의 열차운행이 정기적으로 이루어지므로 터널구조물에 발생하는 진동을 지속적으로 관측하여 분석하면 상대적으로 넓은 범위의 영역에 대하여 터널 손상을 효과적으로 예측할 수 있다. 한편 철도터널 내에는 고전압으로 인한 전자기장의 간섭이 있으므로, 이를 배제할 수 있는 계측센서의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광섬유격자센서를 이용한 가속도계를 개발하였다. 기존 터널의 진동계측 결과를 검토하여 철도터널 진동 계측에 적합한 가속도계의 사양을 결정하였다. 민감도와 측정범위의 향상을 위하여 새로운 구조를 적용한 가속도계를 개발하였으며 실내시험을 통해 그 성능을 검증하였다. 개발된 광섬유 가속도계를 적용하여 고속철도 터널의 상시 진동모니터링 시스템을 구축한 사례를 소개하였으며, 열차운행에 의하여 발생하는 진동 측정 결과를 통해 개발된 가속도계의 유효성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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