This paper presents a limit analysis of the series of construction stages of shallow tunneling method by investigating their respective safety factors and failure mechanisms. A case study for one particular cross-section of Beijing Subway Line 7 is undertaken, with a focus on the effects of multiple soil layers and construction sequencing of dual tunnels. Results show that using the step-excavation technique can render a higher safety factor for the excavation of a tunnel compared to the entire cross-section being excavated all at once. The failure mechanisms for each different construction stage are discussed and corresponding key locations are suggested to monitor the safety during tunneling. Simultaneous excavation of dual tunnels in the same cross-section should be expressly avoided considering their potential negative interactions. The normal and shear forces as well as bending moment of the primary lining and locking anchor pipe are found to reach their maximum value at Stage 6, before closure of the primary lining. Designing these struts should consider the effects of different construction stages of shallow tunneling method.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.10a
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pp.564-569
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2005
Usually, Steel pipe grouting method or cut and cover method has been applied to tunnel with very shallow overburden or it is situated in valley. However, in case of lack of overburden height to reinforcement tunnel crown which is very difficult to construction. Also, application of cut and cover method that do not consider surrounding site condition causes popular enmity generation and environmental damage. It is the best alternative method that reduces the amount of excavated soil and excavate tunnel under ground to solve these problems. The tunneling method using cover structure which is to prevent a tunnel from collapse because this method can be reduce excavation area and construct tunnel under ground after set a cover structure and backfill ground. In this study, to know more effective structure type, comparative analysis was performed to behavior characters of slab and arch type construction that can be used to cover structure. Also a 2D and 3D numerical analysis have been performed to verify the stability of ground during excavation. As the result, the tunneling method using cover structure that it can be good alternative method for tunnel with shallow overburden and it through valley
Shield TBM tunneling method has been getting the spotlight for urban tunneling. It can be minimized the civil complaint during construction and possible safe tunneling. But the settlement has occurred inevitably due to characteristics of shield TBM equipment. For this reason, the civil complaint can occur in urban areas when tunnel with shallow depth passes through neighboring building or residential area. In this study, the occurrence factors of settlement according to shield TBM tunneling and the tendency of ground settlement by strata condition had analyzed. It is suggested that the practical settlement estimation method and minimizing method of ground settlement under simultaneous backfill grouting condition through measurement results and back analysis data using gap parameter.
Tunneling is widely increased in rail-road construction due to the large portion of mountainous regions in Korea as well as the improving running performance of train. Tunneling under poor rock condition, shallow overburden, or existing fault zone has high risk for collapse. Therefore, this study presents the stability of tunnel under unfavorable geological conditions using finite element methods.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.742-753
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2008
Currently an increasing number of urban tunnels with small overburden are excavated according to the principle of the New Austrian Tunneling Method (NATM). Therefore, a possibility of a tunnel collapse during excavation is getting higher in a proportionate manner. This paper will analyze causes the failure mechanism of a shallow NATM tunnel for different geological conditions, ground-water and invert solutions by investigation typical collapse site during tunnel construction. In this paper, this analysis performed two phase, firstly, the field investigation considering displacement measurement, ground-water level, geological characteristic, secondly, the numerical simulation considering the exist of invert construction and the effect of ground-water. It has been found that environmental factors such as state of underground water or construction sequences could influence failure mechanism of a shallow tunnel.
Nowadays many urban subways are frequently constructed under the building and the river by the use of tunneling method. Especially, the majority of the tunnel are constructed even with shallow depth under the ground in the weathered soil. Since the tunnel are generally designed on the basis of the geographic soil investigation, the stability of the tunnel should be checked with the realistic data instrumented during construction. The displacement of the tunnel occurs in front of the end face during the excavation of the tunnel, which is called as pre-displacement. The total displacement can be figured from the exact pre-displacement, which is very difficult to measure without using any device installed in front of the tunnel end face. In this study, the pre-displacement measured from horizontal inclinometer was analyzed to know the co-relation with the total displacement and also, the trend and the characteristics of the tunnel deformation during construction was suggested through the regression analysis of the measured data.
Urban tunnels are usually important in terms of prediction and control of surface settlement, gradient and ground displacement. This paper has studied the application of strain softening analysis to predict deformation behavior of an urban NATM tunnel. The applied strain softening model considered the reduction of shear stiffness and strength parameter after yielding with strain softening effects of a given material. Measurements of surface subsidence and ground displacement were adopted to monitor the ground behavior resulting from the tunneling and to modify tunnel design. The numerical analysis results produced a strain distribution, deformational mechanism and surface settlement profile, which are in good agreement with the results of case study. The approach of strain softening modeling is expected to be a good prediction method on the ground displacement associated with NATM tunneling at shallow depth and soft ground.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.2
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pp.113-122
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2013
Recently there has been increased interest for the portal and shallow tunnel for an eco-friendly tunneling method. Semi cut & cover tunnel excavation techniques applied to concrete slab and construction and a growing number of cases, but there is no load combinations and arch concrete cross section for the applicable standards. Therefore, in this study, ground conditions and tunnel overburden thickness, thickness of backfill, overburden surface slope angle changes to a variety of conditions in order to propose standards for the semi cut & cover method was performed numerical analysis. Regression analysis method to the analysis of the results of numerical analysis, and linear regression equations derived to classify and organize a rational, economical, and safe semi cut & cover tunneling method based proposed.
The use of TBM (tunnel boring machine) gradually increases in worldwide tunneling projects. TBM machine are often applied to more difficult and complex geological conditions in urban area, and many problems and difficulties have been reported due to these geological conditions. However, in Korea, there is a lack of research on difficult grounds so far. This paper discussed general aspects of investigation method, and problems of TBM tunneling in difficult grounds. Construction cases that passed through the difficult grounds in worldwide were analyzed and the typical difficult grounds were classified into 11 cases. For each case, the definition and general problems were summarized. Particularly, for mixed ground and boulder ground, and fault zone, which are frequent geological conditions in urban area with shallow depth, classification system, investigation methods and major considerations were discussed, and proposed the direction of future research. This paper is a basic study for the development of TBM construction technology in difficult ground, and it is expected that it will be useful for related research and construction of TBM in difficult ground in the future.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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