Slurry type shield would be very effective for the tunnelling in a sandy ground, but low slurry pressure could cause a tunnel face failure or a ground settlement in front of the tunnel face. Thus, the stability of tunnel face could be maintained by applying an excess slurry pressure that is larger than the active earth pressure. However, the slurry pressure should increase properly because an excessively high slurry pressure could cause the slurry flow out or the passive failure of the frontal ground. It is possible to apply the high slurry pressure without passive failure if a horizontal impermeable layer is located in the ground in front of the tunnel face, but its location, size, and effects are not clearly known yet. In this research, two-dimensional model tests were carried out in order to find out the effect of a horizontal impermeable layer for the slurry shield tunnelling in a saturated sandy ground. As results, larger slurry pressure could be applied to increase the stability of the tunnel face when the impermeable layer was located in the ground above the crown in front of the tunnel face. The most effective length of the impermeable grouting layer was 1.0~1.5D, and the location was 1.0D above the crown level. The safety factor could be suggested as the ratio of the maximum slurry pressure to the active earth pressure at the tunnel face. It could also be suggested that the slurry pressure in the magnitude of 3.5~4.0 times larger than the active earth pressure at the initial tunnel face could be applied if the impermeable layer was constructed at the optimal location.
Park Hae Geun;Lee Myeong Sub;Jeon Sang Eun;Park Dong Kyu
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.32-35
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2004
In recent years a number of catastrophic tunnel fires, the Euro tunnel, the Mont Blanc tunnel, the Tauem tunnel and the Gotthard tunnel, have occurred and inflicted serious damages to European countries. If a fire occurs in shield tunnels, the reinforced concrete segment linings playing as an important structural member is expected to damage severely and finally can be caused the collapse of tunnel. The purpose of this study is to evaluate the performance of concrete segment lining under heat exposure and to obtain information to assist a new technical approach to fighting fires in tunnels. In order to evaluate the fire-resistance performance of concrete segment by adding Polypropylene fibers, fire tests using the RABT heat-load curve is carried out. The temperature rise of this curve is very rapid up to $1200^{\circ}C$ within 5 minutes, and duration time of the $1200^{\circ}C$ exposure is 55 minutes. From the fire test, it was found that the explosive spalling was rapidly reduced by adding polypropylene fibers and this method is considered as an effective fireproof material to upgrade fire safety in tunnels economically.
The construction of parallel tunnel by using the shield TBM method was increased recently. Accordingly the application and the propriety of the parallel shield TBM tunnels were studied through domestic and foreign construction cases herein. Also the behavior of tunnel structure and ground was evaluated by a numerical analysis with various ground conditions and the distance between the parallel tunnels. As a result, it was concluded that a deep investigation as well as a ground reinforcement was required with a ratio(L/D) of the distance between the parallel tunnels(L) to tunnel outer diameter(D) less than 0.5 because the Interference phenomenon was expected to occur. And the appropriateness of the application method of parallel shield TBM tunnel was validated through the 2-dimensional numerical analysis simulated the process of excavation after the ground reinforcement in the starting area of the OOO construction site with the ratio(L/D) of 0.35.
In this paper, the rheological characteristics of slurry used fur slurry-shield tunnels were studied with emphasis on penetration characteristics. The slurry penetration was modeled by soil-filter clogging theory. The coefficient of particle deposition was suggested as an indicator of sin clogging during tunnel construction and calculated through model tests. The measured slurry weight, clogged in the base soil, was compared with the value obtained from clogging theory. Based on the testing results, a stability analysis of a tunnel face was performed to pinpoint the most influential factor affecting stability of slurry-shield tunnels. It was found that the stability of tunnel face is dependent on the ratio of infiltration velocity to the coefficient of particle deposition, and the penetration distance of slurry increases with the ratio of infiltration velocity to the coefficient of particle deposition. Since the stability of tunnel face decreases with the slurry penetration distance, it was necessary to add some additives in order to reduce the slurry penetration distance. It was found that the ground condition needs additives when the soil has the effective particle diameter$(D_{10})$ larger than 0.75mm. It was also found that the tunnel face stability due to slurry penetration is significantly affected by the tunnel advance rate.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.3
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pp.323-345
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2019
It is essential to predict ground conditions ahead of a tunnel face in order to successfully excavate tunnels using a shield TBM. This study proposes a forward prediction method for a mixed soil ground and/or a ground containing core stones by using electrical resistivity and induced polarization exploration. Soil conditioning in EPB shield TBM is dependent upon the composition of mixed soils; a special care need to be taken when excavating the core-stoned soil ground using TBM. The resistivity and chargeability are assumed to be measured with four electrodes at the tunnel face, whenever the excavation is stopped to assemble one ring of a segment lining. Firstly, the mixed ground consisting of weathered granite soil, sand, and clay was modeled in laboratory-scale experiments. Experimental results show that the measured electrical resistivity considerably coincides with the analytical solution. On the other hand, the induced polarization has either same or opposite trend with the measured resistivity depending on the mixed ground conditions. Based on these experimental results, a method to predict the mixed soil ground that can be used during TBM tunnel driving is suggested. Secondly, tunnel excavation from a homogeneous ground to a ground containing core stones was modeled in laboratory scale; the irregularity of the core stones contained in the soil layer was modeled through random number generation scheme. Experimental results show that as the TBM approaches the ground that contains core stones, the electrical resistivity increases and the induced polarization fluctuates.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.7
no.2
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pp.153-163
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2005
This paper presents two case studies for tunnelling in Bangkok: a subway tunnel site and a flood diversion tunnel site. The first case study is related to ground displacement response for dual tunnel Bangkok MRT subway. The MRT subway project of Bangkok city consists of dual tunnels about 20 km long with 18 subway stations. The tunnels are seated in the firm first stiff silty clay layer between 15-22 m in depth below ground surface. The behavior of ground deformation response based on instrumentation is presented. The back analysis based on plain strain FEM analysis is also presented and agrees with field performance. The shear strain of FEM analysis is in the range of 0.1-1% and in accordance with the results of self boring pressuremeter tests. Meanwhile, the second case study is related to the EPB tunnelling bored underneath through underground obstruction. The Premprachakorn flood diversion tunnel is the shortcut tunnel to divert the flood water in rainy season into the Choapraya river. The tunnel was bored by means of EPB shield tunnelling in very stiff silty clay layer at about 20-24 m in depth. During flood diversion tunnel bored underneath the existing Bangkok main water supply tunnel and pile foundation of the bridge, instrumentation was monitored and compared with predicted FEM analysis. The prevention risk potential by means of predicting damage assessment is also presented and discussed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.2
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pp.269-286
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2018
Backfill injection pressure in shield TBM affects not only ground settlement but also adjacent underground structures. Therefore, it is essential to estimate a suitable backfill injection pressure in advance in design stage. In this paper, seven suggested equations worldwide to calculate the backfill injection pressure were reviewed and compared. By assuming 6 cases of virtual ground condition, backfill injection pressures were calculated and analyzed. it was confirmed that the backfill injection pressure increases as the depth of overburden increases, but the increasing ratio decreases. The numerical analysis was carried out by applying the calculated backfill injection pressure to investigate the influence of backfill injection pressure on the settlement of surface and crown of tunnel. It was confirmed that the final settlement at the surface and crown of tunnel on the both unsaturated and saturated condition are more influenced by the applied face pressure than the applied backfill injection pressure. In addition, the effect of backfill injection pressure decreases as the depth of overburden increases, and the effect of backfill injection pressure increases as the applied face pressure decreases.
In this study, the discrete element method was used to simulate the excavation of spoke-type shield TBM. The horizontal stress coefficient was used for the ground to simulate the increase of the horizontal stress according to the depth, and the driving conditions were set based on the torque generated from the cutterhead of the TBM to excavate within the operating range. That is, when the value of the torque generated at the cutterhead exceeds the given operating condition, the speed of excavation is constantly reduced, and conversely, the method of increasing the speed of excavation is considered. The change speed of the excavation was given the minimum change requirement in consideration of the driver's review time, and the change was possible according to the excavation conditions. In order to use these conditions, the user-subroutine was considered separately, and the results show that the DEM model were able to analyze the excavation within the considered operating range.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.355-374
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2022
Soil conditioning improves the performance of EPB (earth pressure balance) shield TBMs (tunnel boring machines) by reducing shear strength, enhancing workability of the excavated soil, and supporting the tunnel face during EPB tunnelling. The mechanical and rheological behavior of the excavated muck mixed with additives should be properly evaluated to determine the optimal additive injection condition corresponding to each ground type. In this study, the laboratory pressurized vane test apparatus equipped with a vane-shaped rheometer was developed to reproduce the pressurized condition in the TBM chamber and quantitively evaluate rheological properties of the soil specimens. A series of the pressurized vane tests were performed for an artificial sand soil by changing foam injection ratio (FIR) and polymer injection ratio (PIR), which are the injection parameters of the foam and the polymer, respectively. In addition, the workability of the conditioned soil was evaluated through the slump test. The peak and yield stresses of the conditioned soil with respect to the injection parameters were evaluated through the rheogram, which was derived from the measured torque data in the pressurized vane test. As FIR increased or PIR decreased, the workability of the conditioned soil increased, and the maximum torque, peak stress, and yield stress decreased. The peak stress and yield stress of the specimen from the laboratory pressurized vane test correspond to the workability evaluated by the slump tests, which implies the applicability of the proposed test for evaluating the rheological properties of excavated soil.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.1
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pp.57-78
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2022
The disc cutter and cutterbit, which are the most important factors to increase the excavation efficiency of TBM, are key factors in the design and construction of the cutter head. The arrangement, spacing, number, size, and material of disc cutters suitable for the ground conditions determine the success or failure of TBM construction. The disc cutter, which is a representative consumable part in TBM construction, can cause enormous disruption to the construction cost as well as the construction cost unless accurate prediction of wear and replacement cycle is accompanied. Therefore, in this study, the method of calculating the replacement cycle of the disc cutter calculated at the time of design for the slurry shield TBM field, and the depth of wear and replacement location of the disc cutter that occurred during actual construction were compared by analyzing the field data. For a quantitative comparison, weathered soil/weathered rock, soft rock, and hard rock were classified according to the ground in the section showing constant excavation data, and the trajectory of circle was different depending on the location of the disc cutter, so it was compared and analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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