Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1125-1146
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2018
Segment lining applied to the TBM tunnel is mainly made of concrete, and it requires sufficient structural capacity to resist loads received during the construction and also after the completion. When segment lining is design to the Limit State Design, both Ultimate Limit State (ULS) and Service Limit State (SLS) should be met for the possible load cases that covers both permanent and temporary load cases - such as load applied by TBM. When design segment lining, it is important to check structural capacity at the joints as both temporary and permanent loads are always transferred through the segment joints, and sometimes the load applied to the joint is high enough to damage the segment - so called bursting failure. According to the various design guides from UK (PAS 8810, 2016), compression stress at the joint surface can generate bursting failure of the segment. This is normally from the TBM's jacking force applied at the circumferential joint, and the lining's hoop thrust generated from the permanent loads applied at the radial joint. Therefore, precast concrete segment lining's joints shall be designed to have sufficient structural capacity to resist bursting stresses generated by the TBM's jacking force and by the hoop thrust. In this study, bursting stress at the segment joints are calculated, and the joint's structural capacity was assessed using Leonhardt (1964) and FEM analysis for three different design cases. For those three analysis cases, hoop thrust at the radial joint was calculated with the application of the most widely used limit state design codes Eurocode and AASHTO LRFD (2017). For the circumferential joints bursting design, an assumed TBM jack force was used with considering of the construction tolerance of the segments and the eccentricity of the jack's position. The analysis results show reinforcement is needed as joint bursting stresses exceeds the allowable tensile strength of concrete. This highlights that joint bursting check shall be considered as a mandatory design item in the limit state design of the segment lining.
This paper presents two new extensions to the DDA method. The extensions consist of sequential loading or unloading and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the DDA method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the Unju Tunnel of Kyungbu High Speed Railway Project in Korea were carried out to evaluate the influence of excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the DDA program with the three new extensions can now be used as d practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.1
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pp.97-105
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2009
This paper studied the cause of the deterioration of the four 3-Arch tunnels built in mid-1990. The common deteriorations of the four 3-Arch tunnels were longitudinal cracks, leakage and efflorescence at the same parts of lining concrete. Three fourths of 3-Arch tunnels, there was high percentage longitudinal cracks and a quarter was low frequency about longitudinal cracks. So the material reviewed to find out the differences between two groups in construction process and analysis was conducted such as non-destructive testing, precise visual survey and safety evaluation of one tunnel which had bad ground condition As the result, the tunnels were safety condition and the primary deterioration occurred during the construction process, namely, problems arrangement of rebar and the effects of the blast at middle tunnel.
Purpose: The objective of this study was to improve the tunnel maintenance and monitoring technology by establishing the maintenance, management, and monitoring standards for shield and TBM tunnels, which had been applied more in recent years. Method: This study comprehensively analyzed and compared the data and model simulations of Seoul Subway Lines 7 and 9 and Bundang Line, shield and TBM tunnels in South Korea, tunnels in France and Japan, and Channel Tunnel in the UK. Result: This study set maintenance and monitoring standards when there was no design estimate based on numerical analyses such as section design and section analysis regarding the maintenance and monitoring section of shield and TBM tunnels. Conclusion: It is necessary to determine safety by comprehensively considering not only each monitoring item but also the changing trend and correlation of all items and compensation of the tunnel.
Kim, Jung-Joo;Lee, Jae-Kook;Kim, Jong-Uk;Yoo, Han-Kyu
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.637-652
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2013
After studying the characteristics of three different evaluation methods of rock load; namely theoretical method, empirical method and numerical method, there were too many limitations for them to be applied on tunnels. Therefore, in this research paper, the method based on numerical analysis is selected to use as this method is the most reasonable one since it considers all parameters that are necessary for rock load estimations, and it also considers the interaction between ground and tunnel support. The critical shear strain concept formulated by Sakurai (1981) was used in order to measure exact rock load values based on numerical analysis. Evaluation on a Level 1 rock load height, which is depicted by the stable region in the graph shows that rock load is not affecting between ground grade 1~3, and it was evaluated that the fourth and fifth grades show less values of rock load height which led to the conclusion of a more economical design of concrete lining.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.6
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pp.607-613
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2008
A monitoring system for the subway structures using prestrained FBG sensors fixed with partially stripped fibers was developed. The sensor packages had pre-strain controllable fixtures. Tensile and compressive strain of the structure could be measured without slip. The FBG sensor system was applied to the concrete lining structure in Taegu subway. Near the structure, the narrow tunnel construction, for the electric power cables and telecommunication cables, started. We wanted to measure the deformations of the subway structures due to the construction by the FBG sensor. The applied sensors had the gauge length of 1 meter to overcome the inhomogeneity of the concrete material with enough length. In order to fix tightly to the structure, the partially stripped parts of the sensor glued to the package and slip phenomenon between fiber and acrylate jacket was prevented. Prestrain of the sensor was imposed by controlling the two fixed points with bolts and nuts in order to measure compressive strain as well as tensile strain. The behavior of subway lining structure could be monitored very well.
The main objective of this paper is finding the influence factors and their degree of importance to steel liner's safety by investigating and evaluating the buckling incidents of steel tunnel liner under external water pressure. The study was based on the detailed investigation to the design conditions and incident shapes at 2m diameter waterway tunnel with a partially buckled internal steel liner and concrete backfilled lining as the raw water transmission pipe line of regional water supply project. Appropriate buckling theory capable of applying this incident points was selected by referring the existing literature and compared with the results of investigation. Also, hydrogeological characteristics of this site on buckling pressure was evaluated. The result of this study was shown that both the hydrogeological characteristics of upper geologic layers and proper tunnel construction are important factors on buckling at steel liner, and hydraulic gradient level should be decided according to the hydrogeological characteristics. This incident case analysis on steel liner of pressurized waterway tunnel was expected to provide more information for realizing the problems and improvements at each design, construction and maintenance stages.
In order to release the pressure fluctuations and micro-pressure wave induced by the entering of train into the small cross sectional tunnel, it has been reported that the construction of air shaft has more advantages with respect to economy and constructability than the enlargement of cross section of existing tunnel. The field monitorings and analytical studies were conducted simultaneously in this study to analyze the mechanical behavior of existing railway tunnel, new cross tunnel and new shaft by the construction of new shaft nearby. The results showed that the minimum distance from existing tunnel to new shaft which secures the stability of existing tunnel was found to be half diameter of existing tunnel. On the three dimensional mechanical behavior of existing tunnel by the construction of new shaft, the results from the analytical study and field monitoring had a similar trend. The analytical study and field monitoring results, however, produced somewhat different results on the mechanical behavior of new shaft itself. These conclusions induce that the analytical method which has been applied on the analyses of horizontal tunnel could not be applied in the same way on the analysis of vertical shaft.
A TSL (Thin Spray-on Liner) has a higher initial strength and faster construction time than conventional cementitious shotcrete. Because of its high adhesion and tensile strength, the TSL reinforced concrete show a characteristic like composite materials. In this study, to consider an application to the conventional design method, ASD (allowable stress design), numerical study was used. In the numerical analysis, material and contact properties were adopt from previous studies. Then a thickness of concrete in the tunnel was evaluated with the TSL reinforced case by the ASD concept. In other words, bending compressive stress, bending tensile stress and shearing force of the concrete were considered to determine a thickness of concrete lining by the given boundary conditions. From the numerical analysis, there was no tendency to show by the ASD because the ASD is based on the elastic theory while the TSL typically contributes to reinforcement after yielding.
The sufficient early strength of primary support is crucial for stabilizing the surroundings, especially for the tunnels constructed in soil. This paper introduces the Steel-Concrete Composite Support System (SCCS), a new support with high bearing capacity and flexible, rapid construction. The bearing characteristics and construction performance of SCCS were systematically studied using a three-dimensional numerical model. A sensitivity analysis was also performed. It was found that the stress of a π-shaped steel arch decreased with an increase in the thickness of the wall, and increased linearly with an increase in the rate of stress release. In the horizontal direction of the arch section, the nodal stresses of the crown and the shoulder gradually increased in longitudinally, and in the vertical direction, the nodal stresses gradually decreased from top to bottom. The stress distribution at the waist, however, was opposite to that at the crown and the shoulder. By analyzing the stress of the arch section under different installation gaps, the sectional stress evolution was found to have a step-growth trend at the crown and shoulder. The stress evolution at the waist is more likely to have a two-stage growth trend: a slow growth stage and a fast growth stage. The maximum tensile and compressive stresses of the secondary lining supported by SCCS were reduced on average by 38.0% and 49.0%, respectively, compared with the traditional support. The findings can provide a reference for the supporting technology in tunnels driven in loess.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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