Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2003.03a
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pp.51-66
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2003
최근 용지매입의 제한과 자연환경훼손의 최소화를 도모하는 사회적 환경으로 인해 대단면 근접병설터널 계획이 점차 증가하고 있다. 지금까지는 주로 중앙벽체부의 지지기능을 활용한 2Arch터널의 형태로 도심지 지하철의 정거장이나 고속도로의 일부구간에 계획되고 있으나, 대단면 근접병설터널에 대한 시공실적 및 설계사례가 부족한 국내에서는 이에 대한 역학적 거동과 합리적 시공방안에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서, 대단면 근접병설터널에 대한 국내·외의 설계 및 시공사례를 정리·분석하므로서 차후 제한된 구간에서의 터널계획시 합리적인 설계 및 시공이 되고자 하였다. 또한, 최근 도심지 구간에 계획중인 터널의안정성 검토 사례를 중심으로 터널 및 인접구조물, 중앙필러부 및 콘크리트 라이닝에 대한 상세 안정성 검토방법을 고찰함으로써 기존 병설터널의 거동특성과는 구별되는 대단면 근접 병설터널의 안정성 평가기법에 대한 방향을 제안하였다.
Stability of twin tunnels depends on the pillar width and the ground condition. In this study, large scale model tests were conducted for investigating the influence of the pillar width of twin tunnels on their behavior in the regular horizontal jointed rock mass. Jointed rocks was composed of concrete blocks. Pillar width of twin tunnels varied in 0.29D, 0.59D, 0.88D and 1.18D, where D is the tunnel width. During the test, pillar stress, lining stress, tunnel distortion, and ground displacement were measured. Lateral earth pressure coefficient was kept in a constant value 1.0. As a result, it was found that the pillar stress and the displacement of the ground and tunnel were increased by decreasing pillar width. The maximum displacement rate was measured just after the upper excavation in each construction sequence. And the maximum influence position was the right shoulder of the preceeding tunnel at the pillar side. It was also found that for the stability assessment the inner displacement was more critical than the crown displacement. The influence zone was formed at the pillar width 0.59D~0.88D that was smaller than 0.8D~2.0D, which was proposed by experience for a good ground condition. And it would be concluded that horizontal joints could also influence on the stability of the twin tunnels.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.4
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pp.387-401
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2007
Recently, because of the restriction of land for construction and interference of adjacent structure, parallel tunnels with small clearance have been planned and constructed in many sites. In this case, the stability of pillar at center part is very important factor to satisfy the stability of tunnel structure under the construction. In this paper, numerical analyses for the asymmetry parallel tunnels with a narrow width of pillar have been carried out to search for the optimum reinforcement measure for rock pillar and verify the stability of tunnel. Rock pillar between each single tunnel is supposed to be under heavy load by rock mass. The analysis of stress state at rock pillar at various cases for construction conditions is required to investigate the structural behaviour of tunnels and stability of the pillar. Strength-stress ratio is calculated based on the failure theory of rock and the safety factor of tunnel is computed with strength reduction technique. Through these numerical results, reasonable reinforcement measures for rock pillar at parallel tunnel were established and recommended.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.2
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pp.115-131
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2011
Recently, considering the aspects of disaster prevention and environmental damage, the construction of a twin tunnel is increasing. When constructing a twin tunnel, the stresses are concentrated at the pillar so that stability of the tunnel is decreased. Since the previous studies on the behavior of a twin tunnel pillar are mainly restricted to the estimation of the tunnel behavior and the analysis of surface settlement, there is a limit to a quantitative stability estimation of the pillar. Therefore, it was quantitatively investigated how the pillar width of a twin tunnel affects its stability. To ensure this end, global tunnel safety factors obtained numerically using shear strength reduction technique, local safety factors of a pillar using the equation that Matsuda et al. suggested, and strength/stress ratios of the pillar were estimated and their results were analyzed for two sections with different rock covers. For a reasonable design of a twin tunnel pillar, it was turned out that strength/stress ratio, the local pillar safety factor, and global tunnel safety factor should be used interrelatedly rather than independently.
The design and construction of tunnels has been followed an large parallel tunnels with a small clearance because of the various conditions. Rock pillar between each single tunnel is supposed to be under heavy load by rock mass. The stability of pillar is very important for the ensure the stability of the large parallel tunnels. In this study, the analysis of stress state of pillar at various construction cases is reviewed to investigate the mechanical behaviour of tunnels and stability of the pillar.
Recently, twin-tunnel is often designed in the aspects of disaster prevention and economical reasons. However, the design cases and the studies are relatively insufficient. By the twin-tunnel excavation, deviate stresses of pillar between tunnels are increased and the increased stresses induce the instability of the twin-tunnel. In this study, numerical analyses about the twin-tunnel behaviour were conducted with varying ground strength, width of pillar and depth of earth cover and a series of regression analyses were carried out by using the results of numerical analyses for the twin-tunnel. Based on the numerical analyses, an estimation method of derived stresses is suggested through the regression analyses. Also, based on the results of regression analyses, an quantitative estimation method considering the reinforcement effects is also suggested. Then various parametric studies were conducted to be considered the reinforcement type and various design parameters. Finally, the efficiency of the suggested method based on the Hoek-Brown Failure Criterion is verified through the results of parametric studies.
In this paper it was focused on the characteristics of displacement and stress due to the construction of diagonal twin tunnel. In this research, the characteristics have been analyzed with the presumption that the tunnel's diameter (D) is 13m and the ground was formed by weathered rock. In analysis, the width of pillar is 2.0D, 2.5D, 3.0D, the height of soil cover is 3D, 4D, 5D, and the installation angle of diagonal twin tunnel has been changed into $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$. And the program used in this analysis is FLAC which is widely used in solution problems of ground engineering in order to gain and analyze occurring shotcrete and rockbolt stress and nearby ground displacement according to pillar width, the height of soil cover and installation angle of diagonal twin tunnel. As a result, in the weathered rock grounds, when the width of pillar is more than 2.0D, the height of soil cover is over 5.0D, and the installation angle of diagonal twin tunnel is lower, they lessen effects on the ground and favorable on the stability of tunnel.
A scaled model test was performed to evaluate the stability of subway twin tunnels excavated in the sedimentary rocks with subhorizontal bedding planes. The size of studied tunnel was 6.2 m×6.8 m and pillar width was 4 m. The anisotropic model test specimen was manufactured with the modeling materials suitable for in-situ rocks by way of dimensional analysis. Fracture and deformation behaviors of tunnels according to applied loads were investigated through the biaxial compression test. As the load was increased on the model specimen, the first crack occurred in the middle part of the pillar across twin tunnels and the gradual fractures progressed at crown and floor of twin tunnels. All the cracks in pillar were generated along the existing bedding planes so that they were found to be the main cause of the pillar failure. In addition, the test results were verified by numerical analysis on the experimental conditions using FLAC ubiquitous joint model. The distribution of plastic regions obtained from numerical analysis were in general agreement with test results, confirming the reliability of the scaled model test conducted in this study.
Most of roadway tunnels have been constructed in the form of parallel twin tunnel in Korea. If parallel twin tunnel does not have a sufficient separation distance between tunnels, the problem of tunnel stability can occur. Generally, it is reported that tunnels are not influenced by each other when a center distance between tunnels is two times longer than tunnel diameter under the complete elastic ground and five times under the soft ground. In this study, the scaled model tests of closely-spaced parallel twin tunnel using homogeneous material are performed and induced displacements are measured around the tunnel openings during excavation. The influence of separation distance between tunnels on the behavior of closely-spaced tunnel is investigated. The experimental results are expressed by the induced displacement vector and progress of crack during construction and at failure. The results show that based on the analysis of induced displacement at the crown during construction, the additional displacement of the preceding tunnel induced by the excavation of following tunnel decreases as the separation distance between twin tunnel increases until the center to center distance is two times of tunnel diameter. Beyond this point, however, the additional displacement has become stabilized.
In Korea, in general, separation distance between existing parallel tunnels was set at two to five times as distant as the diameter of the tunnels according to ground conditions. Recently, however, actual applicability of closely spaced parallel tunnels whose distance between tunnel centers was shorter than the diameter has increased due to environmental damages resulting from massive cutting, restriction in purchase of required land, and maintenance of linear continuity. In particular, when the pillar width of tunnel decreases, the safety of pillars affects behaviors of the tunnel and therefore the need for diverse relevant studies has emerged. However, research so far has been largely confined to analysis of behavior characteristics of pillars, or parameters affecting design, and actually applicable and quantitative data have not been presented. Accordingly, in order to present a stability evaluation method which may maximally reflect construction conditions of spots, this study reflected topographical and stratigraphic characteristics of the portal part with the highest closeness between the tunnels, simulated multi-layer conditions with rock mass and complete weathering, and assessed the degree of effect the stability of pillars had on the entire tunnels through numerical analysis according to changes in pillar width by ground strength. This study also presented composite analysis result on ground surface settlement rates, interference volume rates, and average strength to stress and a formula, which may be applicable to actual work, to evaluate safety rates of closely spaced parallel tunnel pillars and minimum pillar width by ground strength based on failure criteria by Hoek-Brown (1980).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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