Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.5
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pp.761-778
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2017
The need of the underground space for the infrastructures in urban area is increasing, and especially the demand for shallow tunnels increased drastically. It is very important that the shallow tunnel in the urban area should fulfill not only its own safety conditions but also the safety condition for the adjacent structures and the surrounding sub-structure. Most of the studies on the behavior of shallow tunnels concentrated only on their behaviors due to the local deformation of the tunnel, such as tunnel crown or tunnel sidewall. However, few studies have been performed for the behavior of the shallow tunnel due to the deformation of the entire tunnel. Therefore, in this study the behavior of the surrounding ground and the stability caused by deformation of the whole tunnel were studied. For that purpose, model tests were performed for the various ground surface slopes and the cover depth of the tunnel. The model tunnel (width 300 mm, height 200 mm) could be simulationally deformed in the vertical and horizontal direction. The model ground was built by using carbon rods of three types (4 mm, 6 mm, 8 mm), in various surface slopes and cover depth of the tunnel. The subsidence of ground surface, the load on the tunnel crown and the sidewall, and the transferred load near tunnel were measured. As results, the ground surface subsided above the tunnel, and its amount decreased as the distance from the tunnel increased. The influence of a tunnel ceased in a certain distance from the tunnel. At the inclined ground surface, the wider subsidence has been occurred. The loads on the crown and the sidewall were clearly visible, but there was no effect of the surface slope at a certain depth. The load transfer on the adjacent ground was larger when the cover depth (on the horizontal surface) was lager. The higher the level (on the inclined surface), the wider and smaller it appeared. On the shallow tunnel under inclined surface, the transfer of the ambient load on the tunnel sidewall (low side) was clearly visible.
In this paper, to study the stability of surrounding rock during roadway excavation in different rock mass structures, the physical model test for roadway excavation process in three types of intact rock mass, layered rock mass and massive rock mass were carried out by using the self-developed two-dimensional simulation testing system of complex underground engineering. Firstly, based on the engineering background of a deep mine in eastern China, the similar materials of the most appropriate ratio in line with the similarity theory were tested, compared and determined. Then, the physical models of four different schemes with 1000 mm (height) × 1000 mm (length) × 250 mm (width) were constructed. Finally, the roadway excavation was carried out after applying boundary conditions to the physical model by the simulation testing system. The results indicate that the supporting effect of rockbolts has a great influence on the shallow surrounding rock, and the rock mass structure can affect the overall stability of the surrounding rock. Furthermore, the failure mechanism and bearing capacity of surrounding rock were further discussed from the comparison of stress evolution characteristics, distribution of stress arch, and failure modes in different schemes.
The characteristics of subsidence above a shallow tunnel excavated in weathered rock mass is analyzed. The tunnel is excavated minimum about 11m beneath some buildings and the width of the tunnel is 11m, too. Subsidence pins are installed at 23 locations on surface along the tunnel, 180m long, adjacent to the buildings. Subsidences are measured for about 2 years and they are optimized to analyze three dimensional deformed ground surface, trough width parameter K and sectional volume loss of unit tunnel length Vs of the surface deformation profile.
The tunnel is excavated through the alluvial layer composed of sand and gravel with groundwater deposited on rock. A portion of upper part of the tunnel is located in the alluvial layer and there are several buildings just above the curved section of the tunnel. It is necessary to prevent from sand-flowing into the tunnel due to low strength of the alluvial, high groundwater level and shallow depth of the tunnel from the ground surface. For this, the alluvial around the tunnel is pre-reinforced by umbrella arch method with multi-stage grouting through large diameter steel pipes or jet grouting before excavating the tunnel. The effect of the pre-reinforcement of the tunnel and the safety of the buildings are monitored by measurement of ground deformation occurred during tunnelling.
Final convergence of tunnel crown due to excavation have been well predicted by regression analysis which is expressed as a function of convergence curve on a time and distance dependent. In this study, the validity of the equations for shallow, wide tunnel was investigated by measurement and numerical analysis. Studied tunnel(Sansoo Tunnel) is located at the boundary of downtown and mountain park. Exponential predictions equation was better coincided with measured data than fractional equation for studied tunnel, although the ground was expected to be elasto-plastic. This is because weathered rock ground is changed elasto-plastic ground into elastic ground by multi-steel grouting and forepoling.
At present underground structures such as road tunnels, railway tunnels, underground petroleum storages and radioactive waste storages are being constructed in numerous places in Korea. For the construction of underground structrues, it should be accounted for natural factors (geology, hydrogeology, soil, vegetation, topography and drainage patterns) and human-social factors (land use, urbanization, population, culture and transportation). Especially, hydrogeology should be regarded as an important factor for evaluating the safety of underground structures and their impact to groundwater system around the structures. This study aimed to recognize hydrogeological characteristics of shallow formations in the area from Dongrae crossway to Seo-Dong where 45 boreholes were drilled for the construction of Line-3 subway in Busan Megacity. Slug tests for unsaturated and saturated zones were conducted on 30 boreholes in the study area. From the result of the slug tests, it was identified that average zonal hydraulic conductivity in the unsaturated zone was higher than that in the saturated zone. Besides, the slug test result in the saturated zones may reflect hydraulic properties of the upper most part of the saturated zones.
Overpopulation has significantly increased the use of underground spaces in urban areas, and led to the developments of shallow-depth underground space. Due to unexpected rock fall, however, it is very necessary to understand and categorize the rock mass behaviors prior to the tunnel excavation, by which unnecessary casualties and economic loss could be prevented. In case of cave-in, special attention should be drawn since it occurs faster and greater in magnitude compared to rock fall and plastic deformation. Types of cave-in behavior are explained and categorized using seven parameters - Uniaxial Compressive Strength (UCS), Rock Quality Designation (RQD), joint surface condition, in-situ stress condition, ground water condition, earthquake & ground vibration, tunnel span. This study eventually introduces a new index called Cave-in Behavior Index (CBI) which explains the behavior of cave-in under given in-situ conditions expressed by the seven parameters. In order to assess the mutual interactions of the seven parameters and to evaluate the weighting factors for all the interactions, survey data of the experts' opinions and Rock Engineering Systems (RES) were used due to lack of field observations. CBI was applied to the tunnel site of Seoul Metro Line No. 9. UDEC analyses on 288 cases were done and occurrences of cave-in in every simulation were examined. Analyses on the results of 288 cases of simulations revealed that the average CBI for the cases when cave-in for different patterns of tunnel support was estimated by a logistic regression analysis.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2008.10a
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pp.3-16
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2008
The underground construction and mining are facing many geomechanics challenges stemming from, geological complexities and stress-driven rock mass degradation processes. Brittle failing rock at depth poses unique problems as stress-driven failure processes often dominate the tunnel behaviour. Such failure processes can lead to shallow unravelling or strainbursting modes of instability that cause difficult conditions for tunnel contractors. This keynote address focuses on the challenge of anticipating the actual behaviour of brittle rocks in laboratory testing, for empirical rock mass strength estimation, and by back-analysis of field observations. This paper summarizes lessons learned during the construction of deep Alpine tunnels and highlights implications that are of practical importance with respect to constructability. It builds on a recent presentation made at the $1^{st}$ Southern Hemisphere International Rock Mechanics Symposium held in Perth, Australia, in September this year, and includes results from recent developments.
Lee, Jun Seok;Bang, Chun Seok;Choe, Il Yun;Eom, Ju Hwan
Magazine of korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.1
no.1
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pp.67-80
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1999
The Grout-reinforcement technique which is widely used during the excavation of a shallow or an endangered tunnel can be classified into a couple of groups according to the properties and injection methods of the grout. The reinforcement design will, therefore, take a different approach based on the grouting method under consideration. However, the injection procedure is mainly performed by the experience of the foreman rather than engineering judgement , specifically the permeation grouting through the rock joints and its reinforcement effect Is not fully under-stood during the design stage, In this study, the anisotropic material properties of the grout-reinforced rock masses are derived from the concept of composite materials and the effect of intact rock, vertical grouting and permeation grouting is, therefore, fully accounted for. Through the parametric studies on the characteristics of rock joints, intact rock and grouting materials, various case studies have been considered. The results, illustrated via the design charts, can be directly used during the reinforcement design.
Around 70% of Korea is mountainous, an increase in tunnel construction. It's due to the growing interest of the public for the environment and land required for the road construction is very scarce. During construction of 'Daedong 1 tunnel' in the expressway expansion project between Naengjeong and Busan, there are shallow shaft due to this tunnel located in the valley and the shafts are separated, and penetrating location change was inevitable for construction was delayed because of complaint. So, we change the position of the penetrating by applying multi-channel TSP, and conducted a stability analysis. The analysis results showed that there is no problem on the stability of the tunnel. To secure the construction of additional stability, We installed instrument, performed mechanical excavation, added reinforcement at shallow shaft and conducted bench cut.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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