Recently, research on predicting ground classification using machine learning techniques, TBM excavation data, and ground data is increasing. In this study, a multi-classification prediction study for uniaxial compressive strength (UCS) was conducted by applying random forest model based on a decision tree among machine learning techniques widely used in various fields to machine data and ground data acquired at three slurry shield TBM sites. For the classification prediction, the training and test data were divided into 7:3, and a grid search including 5-fold cross-validation was used to select the optimal parameter. As a result of classification learning for UCS using a random forest, the accuracy of the multi-classification prediction model was found to be high at both 0.983 and 0.982 in the training set and the test set, respectively. However, due to the imbalance in data distribution between classes, the recall was evaluated low in class 4. It is judged that additional research is needed to increase the amount of measured data of UCS acquired in various sites.
Myung Kyu Song;Tae Young Ko;Sean S. W., Lee;Kunchai Lee;Byungchan Kim;Jaehoon Jung;Yongjin Shin
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.6
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pp.445-471
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2023
Long-term safety over millennia is the top priority consideration in the construction of disposal sites. However, ensuring the mechanical stability of deep geological repositories for spent fuel, a.k.a. radwaste, disposal during construction and operation is also crucial for safe operation of the repository. Imposing restrictions or limitations on tunnel support and lining materials such as shotcrete, concrete, grouting, which might compromise the sealing performance of backfill and buffer materials which are essential elements for the long-term safety of disposal sites, presents a highly challenging task for rock engineers and tunnelling experts. In this study, as part of an extensive exploration to aid in the proper selection of disposal sites, the anticipation of constructing a deep geological repository at a depth of 500 meters in an unknown state has been carried out. Through a review of 2D and 3D numerical analyses, the study aimed to explore the range of properties that ensure stability. Preliminary findings identified the potential range of rock properties that secure the stability of central and disposal tunnels, while the stability of the vertical tunnel network was confirmed through 3D analysis, outlining fundamental rock conditions necessary for the construction of disposal sites.
Hanlim Kim;Gyeongjo Min;Gyeonggyu Kim;Youngjun Kim;Kyungjae Yun;Jusuk Yang;Sangho Bae;Sangho Cho
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.6
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pp.574-593
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2023
In this study, the effectiveness and applicability of a newly designed Compact CNS shear box for conducting direct shear tests on jointed rock specimens were investigated. CNS joint shear tests were conducted on jointed rocks with Artificially generated roughness while varying the fracture surface roughness coefficient and initial normal stress conditions. In addition, displacement data were validated by Digital image correlation analysis, fracture patterns were observed, and comparative analysis was conducted with previously studied shear behavior prediction models. Furthermore, the accuracy of the displacement data was confirmed through DIC analysis, the fracture patterns were observed, and the shear properties obtained from the tests were compared with existing models that predict shear behavior. The findings exhibited a strong correlation with specific established empirical models for predicting shear behavior. Furthermore, the potential linkage between the characteristics of shear behavior and fracture patterns was deliberated. In conclusion, the CNS shear box was shown to be applicable and effective in providing data on the shear characteristics of the joint.
TBM (Tunnel Boring Machine) method is gaining popularity in urban and underwater tunneling projects due to its ability to ensure excavation face stability and minimize environmental impact. Among the prominent models for predicting disc cutter life, the NTNU model uses the Cutter Life Index(CLI) as a key parameter, but the complexity of testing procedures and rarity of equipment make measurement challenging. In this study, CLI was predicted using multiple linear regression analysis and tree-based machine learning techniques, utilizing rock properties. Through literature review, a database including rock uniaxial compressive strength, Brazilian tensile strength, equivalent quartz content, and Cerchar abrasivity index was built, and derived variables were added. The multiple linear regression analysis selected input variables based on statistical significance and multicollinearity, while the machine learning prediction model chose variables based on their importance. Dividing the data into 80% for training and 20% for testing, a comparative analysis of the predictive performance was conducted, and XGBoost was identified as the optimal model. The validity of the multiple linear regression and XGBoost models derived in this study was confirmed by comparing their predictive performance with prior research.
In this study, the linear cutting tests of pick cutters were carried out on a granitic rock with the average compressive strength over 100 MPa. From the tests, the correlation between the cutter acting force and the temperature measured by infrared thermal imaging camera during rock cutting was analyzed. In every experimental condition, the maximum temperature was measured at the rock surface where the chipping occurred, and the temperature generated in the rock was closely correlated with the cutter acting force. On the other hand, the temperature of a pick cutter increased up to only 36℃ above the ambient temperature, and the correlation with the cutter force was not obvious. This can be attributed to the short cutting distance under laboratory conditions and the high thermal conductivity of the tungsten carbide inserts. However, the relatively high temperature of the tungsten carbide inserts was found to be maintained. Therefore, it is recommended that a reinforcement between the insert and the head of a pick cutter or the quality improvement of silvering brazing in the production of a cutter is necessary to maintain the high cutting performance of a pick cutter.
Byungkwan Park;Chaeman Joo;Dohak Huh;Hyunsup Song;Gwangsu Joo;Dohoon Kim;Minsang Lee
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.3
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pp.185-195
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2024
The Incheon Metro Line 1 Geomdan Extension Phase 1 is the first project in South Korea where both a roadheader and TBM (Tunnel Boring Machine) are being used together. The shield TBM tunnel section is 1,057 m long, and is mostly composed of rock, including the section beneath the Airport Railroad and the Gyeongin Ara Waterway. A 7.8 m earth pressure balance shield TBM was used for tunnel excavation. The average monthly advance rate for both the North and South tracks is 239.1 m, with a maximum monthly advance rate of 334.5 m. This technical article comprehensively evaluates the productivity of the shield TBM, focusing on the TBM excavation performance. Above all, it aims to provide useful reference material for the successful execution of shield TBM tunnel construction.
There is so much research effort for developing and implementing deep learning-based surveillance systems to manage health and safety issues in construction sites. Especially, the development of deep learning-based object detection in various environmental changes has been progressing because those affect decreasing searching performance of the model. Among the various environmental variables, the accuracy of the object detection model is significantly dropped under low illuminance, and consistent object detection accuracy cannot be secured even the model is trained using low-light images. Accordingly, there is a need of low-light enhancement to keep the performance under low illuminance. Therefore, this paper conducts a comparative study of various deep learning-based low-light image enhancement models (GLADNet, KinD, LLFlow, Zero-DCE) using the acquired construction site image data. The low-light enhanced image was visually verified, and it was quantitatively analyzed by adopting image quality evaluation metrics such as PSNR, SSIM, Delta-E. As a result of the experiment, the low-light image enhancement performance of GLADNet showed excellent results in quantitative and qualitative evaluation, and it was analyzed to be suitable as a low-light image enhancement model. If the low-light image enhancement technique is applied as an image preprocessing to the deep learning-based object detection model in the future, it is expected to secure consistent object detection performance in a low-light environment.
Recently, many studies have been conducted for safety management in construction sites by incorporating computer vision. Anchor box parameters are used in state-of-the-art deep learning-based object detection and segmentation, and the optimized parameters are critical in the training process to ensure consistent accuracy. Those parameters are generally tuned by fixing the shape and size by the user's heuristic method, and a single parameter controls the training rate in the model. However, the anchor box parameters are sensitive depending on the type of object and the size of the object, and as the number of training data increases. There is a limit to reflecting all the characteristics of the training data with a single parameter. Therefore, this paper suggests a method of applying multiple parameters optimized through data split to solve the above-mentioned problem. Criteria for efficiently segmenting integrated training data according to object size, number of objects, and shape of objects were established, and the effectiveness of the proposed data split method was verified through a comparative study of conventional scheme and proposed methods.
Hangbok Lee;Chan Park;Junhyung Choi;Dae-Sung Cheon;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.3
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pp.231-247
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2024
In the field of high-level radioactive waste disposal targeting deep rock environments, hydraulic characteristic information serves as the most important key factor in selecting relevant disposal sites, detailed design of disposal facilities, derivation of optimal construction plans, and safety evaluation during operation. Since various rock types are mixed and distributed in a small area in Korea, it is important to conduct preliminary work to analyze the hydrogeological characteristics of rock aquifers for various rock types and compile the resulting data into a database. In this paper, we obtained hydraulic conductivity data, which is the most representative field hydraulic characteristic of a high-depth volcanic bedrock aquifer, and also analyzed and evaluated the field data. To acquire field data, we used a high-performance hydraulic testing system developed in-house and applied standardized test methods and investigation procedures. In the process of hydraulic characteristic data analysis, hydraulic conductivity values were obtained for each depth, and the pattern of groundwater flow through permeable rock joints located in the test section was also evaluated. It is expected that the series of data acquisition methods, procedures, and analysis results proposed in this report can be used to build a database of hydraulic characteristics data for high-depth rock aquifers in Korea. In addition, it is expected that it will play a role in improving technical know-how to be applied to research on hydraulic characteristic according to various bedrock types in the future.
An image-reconstruction technology, involving the deployment of an unmanned mobility equipped with high-speed LiDAR (Light Detection And Ranging) has been proposed to reconstruct the shape of abandoned mine. Unmanned mobility operation is remarkably useful in abandoned mines fraught with operational difficulties including, but not limited to, obstacles, sludge, underwater and narrow tunnel with the diameter of 1.5 m or more. For cases of real abandoned mines, quadruped robots, quadcopter drones and underwater drones are respectively deployed on land, air, and water-filled sites. In addition to the advantage of scanning the abandoned mines with 2D solid-state lidar sensors, rotation of radiation at an inclination angle offers an increased efficiency for simultaneous reconstruction of mineshaft shapes and detecting obstacles. Sensor and robot posture were used for computing rotation matrices that helped compute geographical coordinates of the solid-state lidar data. Next, the quadruped robot scanned the actual site to reconstruct tunnel shape. Lastly, the optimal elements necessary to increase utility in actual fields were found and proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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