A reliable analysis of tunnelling is needed to accomplish technically sound design and safe and economical construction. For the reliable analysis, a series of procedures of construction which include excavation and support stages must be considered. In this study, rock-support response behavior is studied and simulated in 2-D and 3-D finite element methods. Through the analysis of rock-support response behavior, the effects of the properties of shotcrete on the load distribution ratio can be quantified. The load distribution ratios for different rock types, different unsupported spans and various lateral earth pressure coefficients can be determined from the results of the 3-D finite element analysis. This load distribution ratios can be applied to a practical tunnel design through understanding of the trend of those various factors affecting the rock-support interaction.
In urban areas, new tunnel construction work is often taking place adjacent to existing piled foundations. In this case, careful assessment for the pile-soil-tunnel interaction is required. However, research on this topic has not been much reported, and currently only limited information is available. In this study, the complex pile-soil-tunnel interaction is investigated using the upper and lower bound methods based on kinematically possible failure mechanism and statically admissible stress field respectively. It is believed that the limit theorem is useful in understanding the complicated interaction behaviour mechanism and applicable to the pile-soil-tunnel interaction problem. The results are compared with numerical analysis. The material deformation patterns and strain data from the FE output are shown to compare well with the equivalent physical model tests. Admissible stress fields and the failure mechanisms are presented and used to develop upper and lower bound solutions to assess minimum support pressures within the tunnel.
It is very important to control the final load that acts on a support system, in tunnel engineering. A reliable analysis is needed to carry out technically reasonable design and safe construction. Also, a series of procedures of construction and the rock-support interaction behavior must be considered. Most existing studies have been performed as the limited analysis based on the simplified assumption. In this study, through the analysis of a circular tunnel using a 2-D finite differential code, the rock-support interaction behaviors in the variation of rock and stress conditions are analyzed and compared with the results from the closed form solutions. Consequently, more realistic rock-support interaction curves are obtained by including the effects of initial stresses and rock condition. These curves are very useful to predict the required support pressure in the initial design stage.
Multi-layered primary linings have been proved to be highly effective for tunneling in severe squeezing grounds. But there still has not existed well-established design method for it. Basically, there are two main critical problems in this method, including determinations of allowable deformation and distribution of support stiffness. In order to address such problems, an attempt to investigate the mechanical response of a circular tunnel with double primary linings is performed in this paper. Analytical solutions in closed form for stresses and displacements around tunnels are derived. In addition, the effectiveness and reliability of theoretical formulas provided are well validated by using the numerical method. Finally, based on the analytical solutions, a parametric investigation on the effects of allowable deformation and distribution of support stiffness on tunnel performance is conducted. Results show that the rock pressure and displacement are significantly affected by these two design parameters. It can be found that rock pressure decreases as either allowable deformation increases or stiffness of the first primary lining decreases, but rock displacement shows an opposite trend. This paper can provide a useful guidance for the design of multi-layered primary linings.
Sai Zhang;Jianwen Ding;Ning Jiao;Shuai Sun;Jinyu Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.2
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pp.125-138
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2023
To improve the understanding of infiltration characteristic of modified slurry and the support efficiency of filter cake in silty sand strata, the slurry infiltration (SI) and filter cake formation (FCF) were investigated in a laboratory apparatus. The water discharge and the excess pore pressure at different depths of silty sand strata were measured during SI. The relationship between permeability coefficient/thickness ratio of filter cake (kc/ΔL) and effective slurry pressure conversion rate of filter cake (η) were analyzed. Moreover, the SI and FCF process as well as the modification mechanism of CMC (carboxymethyl cellulose) were clarified. The experimental results indicate the formation of only external filter cake in the silty sand strata. The slurry particles obtain thicker water membrane after being modified by CMC, which blocks partial water path in filter cake and decreases the water discharge significantly. The silty sand excavated from tunnel face also contributes to the water discharge reduction. The kc of the external filter cake ranges from 3.83×10-8 cm/s to 7.44×10-8 cm/s. The η of the external filter cake is over 96%, which decreases with increasing kc/ΔL. A silty sand content within 10% is suggested during construction to ensure the uniformity of the filter cake.
The nature of fluctuating air pressure inside building was studied by testing a building model in a wind tunnel. The model has a single room and a window opening. Various opening conditions were tested in both laminar uniform wind and turbulent boundary-layer wind. The RMS and the spectra of the fluctuating internal pressure were measured. The test results support a recent theory which predicts the behavior of internal pressure under high wind based on aerodynamic analysis.
Kim, Kwang-Jin;Koh, Sung-Yil;Choo, Seuk-Yeun;Kim, Jong-Soo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.3
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pp.197-204
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2006
A large sectional tunnelling method using Shield TBM is expected to be popular as domestic demand of long tunnel gets growing. Although a shield tunnelling method has been recognized as prominent method in consideration of stability and applicability in shallow and poor ground, the cases of accident and constructional trouble have been often happened due to unexpected poor ground condition, or selection and use of improper shield machine. Especially, troubling cases at tunnel face are frequently occurred, so supporting pressure control of tunnel face would be the main issue for securing safer and more efficient tunnel excavation using Shield TBM. In this point, we carried out the numerical feed-back analysis to compare the ground deformation pattern with theoretical result at tunnel face.
In this study, the failure and deformation characteristics of steel fiber reinforced shotcrete (SFRS) which is a primary tunnel support was investigated to find out ground-support mutual behavior. To this end, a mock-up of a tunnel was made and experimented with the conditions of lateral earth pressure coefficient 0.5 and 1.0. During the tests, 11 hydraulic cylinders were used for loading. for better simulation of the lateral earth pressure effect, these cylinders were controlled separately by two groups; crown and side wall. Meanwhile, the deformation of shotcrete was measured by 11 LVDTs. Backfill material was also used fur better load transfer from hydraulic cylinders to shotcrete. For the validation of the mock-up test results, 3D numerical analysis is carried out. To do numerical analysis under the same condition as a mock-up test, the load history curve which was obtained during the test was tried to be simulated using an individual FISH routine in the numerical analysis.
It is the common practice to over design the reinforcement for the secondary tunnel lining due to the lack of rational insight into the ground loosening loads. and due to the conservative application of the empirical design methods. The main loads of the secondary lining are the ground Loosening loads and the ground water pressure, and the ground load is critical in the reinforcement design of the secondary lining in the case of drained tunnel. If the external load is absent around a tunnel, the reasons of the load far secondary tunnel lining are the deterioration of the primary supports such as shotcrete, steel rib, and rockbolts. Accordingly, the analysis method considering the ground-primary supports-secondary lining interaction should be required tar the rational design of the secondary tunnel lining. In this paper, the interaction was conceptually described by the simple mass-spring model and the load transfer from the ground and primary supports to the secondary lining is showed by the ground-primary supports-secondary lining reaction curves fur the theoretical solution of a circular tunnel. And also, the application of this proposed model to numerical analysis is verified in order to check the potential far the tunnel with the complex analysis conditions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.5
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pp.487-497
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2016
If a tunnel is excavated, the released stress is redistributed in the ground around the tunnel face, which lead the stress state of the surrounding ground of the tunnel and the load acting on the tunnel support to change. If the tunnel face deforms, the ground ahead of it is relaxed, and the earth pressure acting on it decreases. And if the displacement increases so much that, the ground ahead of the tunnel face reaches in failure state. At this time, load would be transferred longitudinally in the tunnel, depending on the cover and the face deformations. The longitudinal load transfers in the tunnels induced by the tunnelling has been often studied; however, the relation between the deformation of the tunnel face and the longitudinal load transfer was rarely studied. Therefore in this study assesses the characteristics of the longitudinal load transfer as the face was failed by displacement by conducting a model test in a shallow tunnel. In other words, the longitudinal load transfer of the tunnel with the progress of the face deform was measured by conducting a model test, beginning at the state of earth pressure at rest. As results of this study, most of the longitudinal load transfers occurred drastically at the beginning of the displacement of the tunnel face, and as the displacement of the face approached the ultimate displacement, it converged to the ultimate displacement at a gentler slope. In other words, when the ground ahead of the tunnel face was still in an elastic state, the longitudinally transferred load increased sharply at the beginning stage but it tended to increase gradually if it approached to the ultimate limit. Thus, it was noted that the earth pressure in the face and the longitudinal load transfer of the tunnel had the same decreasing tendency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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