This study is to understand the effect of the vibration and the stress changes due to the excavation of 2 arch parts of a tunnel, which is a Gyungbu Express Railway tunnel, on the tunnel itself and adjacent slopes in advance, and to analyze the stability. For the estimation of ground conditions, borehole tests, borehole camera logging and seismic logging were performed. Ground properties at a specific location were determined as input constants by performing 2 dimensional analyses with possible ranges of uncertain ground properties. Static and pseudo-static (due to blasting vibration) factors of safety were calculated. The behavior of the tunnel and its vicinity due to the tunnel excavation were predicted by 3 dimensional analyses. It was also tested whether the support system was proper.
Optimal design of the long tunnels with large cross sections essential for the effective development of the limited land in Korea becomes more and more difficult owing to the constantly changing social, economic, environmental and technological factors. Deficiency of the domestic research works till now on the elementary topics on tunnel ventilation retards progress on developing the key technologies urgently required for designing and managing the long and large tunnels. This paper aims at identifying the subjects on which research must be carried out for the construction and management of vehicle tunnels in Korea by means of scrutinizing the contents of the publications since 1991 at the International Symposium on Aerodynamic and Ventilation of Vehicle Tunnels, the only international conference on the tunnel ventilation.
Tunnel deformation happens by excavation. After installation of support, tunnel is gradually stabilized over time. Effect of excavation on tunnel behavior decreases as increase of distance from face. If the time that the displacement converges by tunnel stabilization is estimated, processes after stabilization can be advanced and economic loss can be reduced. In this study, the distance of displacement convergent point from face in the tunnel constructed on sedimentary rock is estimated using control chart method. As the results of analysis using a control of chart, displacements in a sedimentary rock tunnel are converged within 100 m from each tunnel face.
Displacement of tunnel face is important issues for the evaluation of tunnel safety. In this study, conventional convergence and displacement data measured from horizontal inclinometer were analyzed to investigate the trend and characteristics of tunnel deformation during construction. Trend of measured displacement agreed with general understanding of tunnel deformation prior to excavation. It shows that displacement measured from horizontal inclinometer can be used to preestimate the total deformation of tunnel.
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.
Mahmoodzadeh, Arsalan;Nejati, Hamid Reza;Mohammadi, Mokhtar;Ibrahim, Hawkar Hashim;Mohammed, Adil Hussein;Rashidi, Shima
Geomechanics and Engineering
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v.31
no.3
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pp.265-279
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2022
Tunnel convergence prediction is essential for the safe construction and design of tunnels. This study proposes five machine learning models of deep neural network (DNN), K-nearest neighbors (KNN), Gaussian process regression (GPR), support vector regression (SVR), and decision trees (DT) to predict the convergence phenomenon during or shortly after the excavation of tunnels. In this respect, a database including 650 datasets (440 for training, 110 for validation, and 100 for test) was gathered from the previously constructed tunnels. In the database, 12 effective parameters on the tunnel convergence and a target of tunnel wall convergence were considered. Both 5-fold and hold-out cross validation methods were used to analyze the predicted outcomes in the ML models. Finally, the DNN method was proposed as the most robust model. Also, to assess each parameter's contribution to the prediction problem, the backward selection method was used. The results showed that the highest and lowest impact parameters for tunnel convergence are tunnel depth and tunnel width, respectively.
Baehuryeong tunnel connects Chuncheon with Hwacheon in Kangwon, Korea, This tunnel is a single tunnel with 5,057 m long and two bidirectional lanes which will be extended into low lanes in the future. The estimated construction period of Baehuryeong tunnel is approximately 55 months. This tunnel will become the longest bidirectional roadway tunnel in Korea. Compared to a twin tunnel, a bidirectional single tunnel has two major disadvantages with regard to the ventilation system and ease of escape during fire. For these reasons, a service tunnel and the transverse ventilation system are planned first time in Korea. In case of fire, the tunnel ventilation design aims to maintain a smoke free layer for passenger evacuation. The geology of Baehuryeong tunnel site is mainly composed of gneiss and granite. Baehuryeong fault is a mainly large scale fault which stands vertical and parallels with tunnel direction. The influenced zone of this fault is within 70 m. Baehuryeong tunnel was designed that it was separated with the distance of more than 100 m from Baehuryeong fault for its safety.
Many trials to set up the correlation between the rock mass classification and the earth resistivity have been carried out to design tunnel support type based on the interpreted electrical resistivity acquired by surface electrical survey. But it is hard to find reports on the comparison of the real rock support type determined during the excavation with the electrical resistivity by the inversion of the survey data acquired before the tunneling. In this study, the rock mass classification based on the face mapping data and the resistivity inversion data are investigated to see if it is possible to design reliably the rock support type based on the surface electrical survey. To get the quantitative correlation, rock engineering indices such as RCR(rock condition rating), N(Rock mass number), Q-system and RMR(rock mass rating) are calculated. Since resistivity data has low resolution, Kriging method as a post processing technique which minimizes the estimated variance is used to improve resolution. The result of correlation analysis shows that the 2D electrical resistivity survey is appropriate to see the general trend of the geology in the sense of rock type, though there might be some local area where these two factors do not coincide. But the correlation between the result of 3D survey and the rock mass classification turns out to be very high, and then 3D electrical resistivity survey can make it possible to set up more reliable rock support type.
The surrounding rock mass contains cracks and joints which are distributed randomly around tunnels, and in the process of tunnel blasting excavation, radial cracks could also be induced in the surrounding rock mass. In order to clearly understand the impact of radial cracks on tunnel stability, tunnel model tests and finite element numerical analysis were implemented in this paper. Two kinds of materials: cement mortar and sandstone, were used to make tunnel models, which were loaded vertically and confined horizontally. The tunnel failure pattern was simulated by using RFPA2D code, and the Tresca stresses and the stress intensity factors were calculated by using ABAQUS code, which were applied to the analysis of tunnel model test results. The numerical results generally agree with the model test results, and the mode II stress intensity factors calculated by ABAQUS code can well explain the model test results. It can be seen that for tunnels with a radial crack emanating from three points on tunnel edge, i.e., the middle point between tunnel spandrel and its top with a dip angle $45^{\circ}$, the tunnel foot with a dip angle $127^{\circ}$, and the tunnel spandrel with $135^{\circ}$ with tunnel wall, the tunnel model strength is about a half of the regular tunnel model strength, and the corresponding tunnel stability decreases largely.
This study has for its object to increase an objectivity of the observation result in the face mapping of tunnel and to suggest the reasonable support and reinforcement methods to be considered the rock properties. It was developed in this study to the tunnel stability evaluation system(Prototype NFEST) to be used fuzzy set theory and neuro-fuzzy techniques, and this system was verified according to the reliability evaluation between the 36 learning data and the inferred results. When it summarized the results; (1) 12 evaluation items and ranges were proposed to be modified basis on the RMR which are well known to the domestic workers. (2) It was shown that correlation coefficient(│R│) between $RMR_{inf}$ inferred by 12 items and $RMR_{org}$ due to arithmetic total, $RMR_{chk}$ due to subjective judgement of observer are relatively high relationship with each 0.83 and 0.79. (3) Inferred result of the total tunnel safety shows also a good relationship with $RMR_{inf}$ (│R│=0.7) and the rock weathering(│R│=0.84).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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