The cavity behind the tunnel lining, caused by overbrake, might be cause a severe instability during tunnel construction. So backfill grouting is essentially required. GPR(Ground penetrating Radar) is widely used to identify the position and size of the cavity and to verify the effect of the backfill grouting. In this study, GPR survey with 450 MHz antenna was implied to access the effect of the backfill grouting before and after the work to the crown part of ○○ tunnel in Seoul respectively. The result of GPR survey conducted before the backfill, was revealed that cavities behind the lining were existed in the areas of 8 spans. Finally, from the GPR survey implied after backfilling, it was turned out that backfill grouting was successfully carried out. Also, GPR survey was ascertained the better contact between lining and rock base at arrangement of bar span.
With improving computer penormance and advancing simulation techniques, a growing number of softwares are being developed for visualization of investigation results in geotechnical problems. It is a very important subject for geological site investigation to understand or predict if there would be any hazardous geological conclition that might cause any increase of construction costs or an extension of construction period. A 3-D (three-climensional) visualization technique may be one of the powerful tools to overcome an uncertainty problem of geologica] site investigatior. The paper describes an overview of a newly developed geotechnical 3-D interpretation system for the purpose of applying the 3-D visualization technique, GIS (geographic information system) and D/B (database) to tunnel design and construction. VR (virtual reality) and 3-D visualization techniques are applied in order to develope the 3-D model of characteristics and structures of rock mass. D/B system for all the materials related to site investigation and tunnel construction is developed using GIS technique. This system is very useful for civil engineers to make a plan of tunnel construction at the design stage and also during construction with the advantage of improving the economy and safety of tunnels.
Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
While shield tunneling has demonstrated stability in international cases, the new Austrian tunneling method (NATM) encounters challenges in urban environments with shallow cover, weathered ground, and high groundwater levels. This paper introduces two typical collapse scenarios observed in urban areas, specifically within weathered bedrock and uncemented sandy soil layers. The collapses are analyzed using six stability evaluation methods, and the results are synthesized to assess the excavation face stability through a hexagonal diagram. The study finds a consistent agreement between the analysis results of the two collapsed tunnel sites and the evaluation outcomes. The employment of the stability evaluation diagram, a comprehensive method that considers the ground characteristics of the target tunnel, proves crucial for ensuring barrier stability during the tunnel design stage. This method is essential for a holistic evaluation, especially when addressing challenging ground conditions in urban settings.
Hangbok Lee;Chan Park;Dae-Sung Cheon;Junhyung Choi;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.374-392
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2024
In order to successfully select a site for deep geological disposal of high-level radioactive waste, it is important to perform the stepwise approach along with the systematic selection and survey of evaluation parameters of geological environmental characteristics suitable for the domestic geological environment. In this study, we evaluated the characteristics of hydraulic conductivity, which is considered the most important evaluation parameter in the field of hydrogeology, targeting a deep-depth rock aquifer where actual disposal facilities are expected to be located. In particular, for the first time in Korea, we obtained in-situ pressure-flow data by directly conducting hydraulic tests in boreholes at depths ranging from 500 m to 750 m in various rock types distributed in Korea (granite/volcanic rock/gneiss/mudstone). And we derived hydraulic conductivity values by rock types and depth using verified analytical methods. For this purpose, precision hydraulic testing equipment developed in-house through this study was used, and detailed investigation procedures based on standard test methods were applied to field tests. As a result of the analysis, the average hydraulic conductivity value was found to be in the range of 10-9 m/s in all granite/volcanic rock/gneiss areas. In the mudstone area, an average hydraulic conductivity value of 10-11 m/s was derived, which was about 100 times (2 orders of magnitude) lower than that of the fractured rock aquifers. Moreover, permeability tended to slightly decrease with depth in fractured rock aquifers (granite and volcanic rock areas) containing many rock fractures. The gneiss area tended to have large local differences in permeability according to the composition of the stratum and the development of fracture zones rather than depth. In mudstone areas with weak fracture development, there was no significant variation in rock permeability according to depth. The hydraulic conductivity results by various rock types and depth presented in this study are expected to be utilized in building a foundational database for the site selection, design, and construction of disposal facilities in Korea.
Electrical resistivity is one of physical property of the earth and measured by electrical resistivity survey, electrical resistivity logging and laboratory test. Recently, electrical resistivity is widely used in determination of rock quality in support pattern design of road and railway tunnel construction sites. To get more reliable rock quality data from electrical resistivity, it needs a lot of test and study on correlation of resistivity and rock quality. Firstly, we did rock property test in laboratory, such as P wave velocity, Young's modulus, uniaxial compressive strength (UCS) and electrical resistivity. We correlate each test results and we found out that electrical resistivity has highly related to P wave velocity, Young's modulus and UCS. Next, we accomplished electrical resistivity survey in field site and carried out electrical resistivity logging at in-situ area. We also performed rock classification, such as RQD, RMR and Q-system and we correlate electrical resistivity to RMR data. We found out that electrical resistivity logging data are highly correlate to RMR. Also we found out that electrical resistivity survey data are lower than electrical resistivity logging data when there are faults or fractures. And it cause electrical resistivity survey data to lowly correlate to RMR.
Park, Jung-Wook;Lee, Yong-Ki;Song, Jae-Joon;Choi, Byung-Hee
Tunnel and Underground Space
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v.22
no.2
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pp.106-119
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2012
Roughness of rock joint has generally been characterized based upon geometrical aspects of a two-dimensional surface profile. The appropriate description of joint roughness, however, should consider the features of roughness mobilization at contact areas under normal and shear loads. In this study, direct shear tests were conducted on the replicas of tensile fractured gneiss joints and the influence of the shear direction on the shear behavior and effective roughness was examined. In this procedure, a joint surface was represented as a group of triangular planes, and the steepness of each plane was characterized using the concepts of the active and inactive micro-slope angles. The contact areas at peak strength which were estimated by a numerical method showed that the locations of the contact areas were mainly dependent on the distribution of the micro-slope angle and the shear behavior of joint was dominated by only the fractions with active micro-slope angles. Therefore, a three-dimensional coefficient for the quantification of rock joint roughness is proposed based on the distribution of active micro-slope angle: active roughness coefficient, $C_r$. Comparison of the active roughness coefficient and the peak shear strength obtained from the experiment suggests that the active roughness coefficient is the effective parameter to quantify the surface roughness and estimate the shear behavior of rock joint.
The generalized Hoek-Brown (H-B) function provides a unique failure condition for a jointed rock mass, in which the strength parameters of rock mass are deduced from the intact values by use of the GSI value. Since it is actually the only failure criterion which accounts for the rock mass conditions in a systematic manner, the generalized H-B criterion finds many applications to the various rock engineering projects. Its nonlinear character, however, limits more active usage of this criterion. Accordingly, many attempts have been made to understand the generalized H-B condition in the framework of the M-C function. This study presents the closed-form expression relating the tangential cohesion to the tangential friction angle, which is derived by the non-dimensional stress transformation of the generalized H-B criterion. By use of the derived equation, it is investigated how the relationship between the tangential cohesion and friction angle of the generalized H-B criterion varies with the quality of rock masses. When only the variation of GSI value is considered, it is found that the tangential friction angle decreases with the increase of GSI, while the tangential cohesion increases with GSI value.
Claesson(2001)'s analytical solution, and two numerical models with Dirichlet and Neuman interior boundary condition respectively were investigated to estimate the transient temperature distribution with distances from the Taejon underground food cold storage pilot cavern. Claesson's solution, which is based on constant temperature boundary condition at the rock wall during a temperature decline step, showed relatively good agreement with temperature measurements in the rock mass in order of average error difference, 0.89$\^{C}$ without any adjustments on laboratory thermal properties to represent the rock mass. For the numerical model with heat flux through the rock wall, a boundary condition setting technique was newly proposed to overcome the difficulty of prescribing variable convective heat tranfer coefficient and far-field air temperature inside the cavern as they may be certainly changed according to the cooling-down time. The results showed also good agreement with measurements in order of average error difference, 1.58$\^{C}$, and were compared to those of the numerical model with fixed temperature at the rock wall. Finally, the most proper procedure to precisely predict the temperature profile around a cavern was proposed as a series of analysis steps including an analytical exact solution and numerical models.
Kim, Jaewon;Choi, Junhyung;Choe, Keumbong;Sim, Sumin;Lee, Dae Sung
Tunnel and Underground Space
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v.27
no.1
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pp.26-38
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2017
In this study, bedding rock permeability was measured using Berea sandstones with three different beddings. The fracture permeability was also measured using tight sandstone with two different fracture regimes considering in-situ stress conditions. The Berea sandstone with vertical, horizontal and non-bedding was used to analyze evolution of permeability upon in-situ stress conditions. In order to describe applied effective stress around rock in underground, the triaxial pressure cell & hydrostatic pressure cell was designed and permeability experiments were performed with controlled axial and confining pressures. The measurement of permeability was conducted by increasing and decreasing effective stress. The permeability of non-bedding rock sample is the most sensitive to applied stress conditions and fracture permeability of tight sandstone increases with fracture treatment with proppant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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