Pre-reinforcement ahead of a tunnel face using long steel or FRP (Fiberglass Reinforced Plastic) pipes in NATM(New Austrian Tunnelling Method), known as the RPUM(Reinforced Protective Umbrella Method) or UAM (Umbrella Arch Method), is the promising method to sustain the stability of a shallow tunnel face and reduce the ground settlements. In addition, horizontal reinforcing of the face is recently emphasized to improve the stability of the face. However, the characteristics on longitudinal arching around the face have not yet been established quantitatively with the RPUM (crown-reinforcing) and/or the face horizontal reinforcing. In this study, therefore, the behavior of cohesionless soil around the face reinforced by the reinforcing member representing the RPUM and horizontal reinforcing is investigated through two-dimensional laboratory model tests. A series of tests were carried out on various conditions by changing lengths and angles of the reinforcing members. Based on the vertical pressure around the face, the characteristics of longitudinal arching have been found for the case of the non-reinforced and the reinforced.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.6
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pp.407-416
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2010
A new tunnel auxiliary method is proposed in this paper which utilizes the concept of cavity expansion for tuunel reinforcement by forming an umbrella arch on the roof of tunnel. When an inflatable pipe is inserted and expanded by pressure in the bore hole of umbrella arch, the ground around the bore hole can be compacted so that the stress condition above the tunnel perimeter is favorably changed. In order to verify the reinforcement effect of new concept, pilot-scale chamber test, trapdoor test and numerical analysis were performed and compared. In pilot-scale chamber test, three types of inflatable pipes are tested to verify the capability of expansion, and the results arc compared with analytical results obtained by applying cavity expansion theory and with results obtained from finite clement analysis, and the experimental results showed agreeable matches with analytical and numerical ones. Numerical analysis of a tunnel and trapdoor test applied with the inflatable pipes are also performed to figure out the reinforcement effect of the proposed techniques, and the results implied that the new method with 3 directional inflatable pipe (no pressure to downward direction) can contribute to reduce tunnel convergence and face settlement.
An, Jun-Beom;Kang, Seok-Jun;Kim, Jung Joo;Kim, Kyoung Yul;Cho, Gye-Chun
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.183-198
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2021
The EPB (Earth Pressure Balanced) shield TBM method restrains the ground deformation through continuous excavation and support. Still, the significant surface settlement occurs due to the ground conditions, tunnel dimensions, and construction conditions. Therefore, it is necessary to clarify the settlement behavior with its influence factors and evaluate the possible settlement during construction. In this study, the analytical model of surface settlement based on the influence factors and their mechanisms were proposed. Then, the parametric study for controllable factors during excavation was conducted by numerical method. Through the numerical analysis, the settlement behavior according to the construction conditions was quantitatively derived. Then, the qualitative trend according to the ground conditions was visualized by coupling the numerical results with the analytical model of settlement. Based on the results of this study, it is expected to contribute to the derivation of the settlement prediction algorithm for EPB shield TBM excavation.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.3
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pp.233-243
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2008
A tunnel behavior predicted in the investigation and design stage is often different from its actual behavior due to mainly the complexity of ground conditions. In a tunnel construction, therefore, it is necessary to ensure the stability of the tunnel by predicting the behaviors of the ground and the supports through observations and measurements, and modifying immediately excavation and reinforcing methods when necessary. To do so, it is important to be able to predict the final tunnel behavior based on the initial tunnel behavior as early as possible. In this study, the correlations were obtained between the initial and the final convergence by analyzing statistically the convergence measurement data, collected from two domestic road tunnels under construction using NATM. In order to estimate the unknown displacements, occurred during the period between the excavation and the first measurement, two methods were used - one is the method by means of regression analysis using a modified exponential function and the other the method by a simple linear regression analysis using the data measured within the distance from tunnel face equal to the tunnel diameter (D). Finally, the relationships were obtained between the initial and final convergence, including the non-measured displacements estimated from the two different methods, by performing linear regression analyses. The regression analysis results showed that there are clear linear relationships between the initial and final convegence and the difference between the two linear regression equations was not that large for when using the exponential function and the simple linear function to estimate the non-measured displacements.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.6
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pp.637-658
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2022
TBM tunnel is simple with the iterative process of excavating the ground, building a segment ring-build, and backfilling. Drill & Blast, a conventional tunnel construction method, is more complicated than the TBM tunnel and has some restrictions because it repeats the inspection, drilling, charging, blasting, ventilation, muck treatment, and installation of support materials. However, the preparation work for excavation requires time and cost based on a very detailed plan compared to Drill & Blasting, which reinforces the ground and forms a tunnel after the formation of tunnel portal. This is because the TBM equipment for excavating the target ground determines the success or failure of the construction. If the TBM, an expensive order-made equipment, is incorrectly configured at the assembly stage, it becomes difficult to excavate from the initial stage as well as the main excavation stage. When the assembled shield TBM equipment is dismantled again, and a situation of re-assembly occurs, it is difficult throughout the construction period due to economic loss as well as time. Therefore, in this study, the layout and plan of the site and the assembly process for each major part of the TBM equipment were reviewed for the assembly of slurry shield TBM to construct the largest diameter road tunnel in domestic passing through the Han River and minimized interference with other processes and the efficiency of cutter head assembly and transport were analyzed and improved to suit the site conditions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.4
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pp.327-344
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2024
In general tunnel design and analysis, rock masses are often assumed to be isotropic. Under isotropic conditions, material properties are uniform in all directions, leading to a higher evaluation of tunnel stability. However, actual rock masses exhibit anisotropic characteristics due to discontinuities such as joints, bedding planes, and faults, which cause material properties to vary with direction. This anisotropy significantly affects the stress distribution during tunnel excavation, leading to non-uniform deformation and increased risk of damage. Therefore, thorough pre-analysis is essential. This study analyzes the displacement and stress changes occurring during tunnel excavation based on rock anisotropy. A three-dimensional numerical analysis was performed, selecting anisotropy index and dip angles as variables. The results showed that as the anisotropy index increased, the displacement in the tunnel increased, and stress concentration became more pronounced. The maximum displacement and shear stress were observed where the dip planes met the tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.3
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pp.229-240
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2007
The 3D absolute displacement monitoring system has been developed to analyze the tunnel convergence measured under construction of underground structures and to manage effectively the measured data. The system is comprised of the total station, the anchor-typed target pin and the 3D absolute displacement measurement and management program. In this paper, the types and specifications of the 3D total station were presented. The anchor-typed target pin, an improved model of traditional one, was developed and its sightable distance and measurement accuracy were checked by field tests. Also a 3D absolute displacement measurement and management program, TEMS 3D, was developed to provide some analysis tools including the trend and influence lines. L/C ratio, S/C ratio and the like. The developed system was applied the construction stage of a railway tunnel for testing purpose. It is verified that the developed system is capable of predicting weak zones ahead of tunnel face by comparing with results of TSP (Tunnel Seismic Prediction) survey.
As the era of Industry 4.0 arrives, the researches using artificial intelligence in the field of rock engineering as well have increased. For a better understanding and availability of AI, this paper analyzed the types of algorithms and how to apply them to the research papers where AI is applied among domestic and international studies related to tunnels, blasting and mines that are major objects in which rock engineering techniques are applied. The analysis results show that the main specific fields in which AI is applied are rock mass classification and prediction of TBM advance rate as well as geological condition ahead of TBM in a tunnel field, prediction of fragmentation and flyrock in a blasting field, and the evaluation of subsidence risk in abandoned mines. Of various AI algorithms, an artificial neural network is overwhelmingly applied among investigated fields. To enhance the credibility and accuracy of a study result, an accurate and thorough understanding on AI algorithms that a researcher wants to use is essential, and it is expected that to solve various problems in the rock engineering fields which have difficulty in approaching or analyzing at present, research ideas using not only machine learning but also deep learning such as CNN or RNN will increase.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.6
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pp.463-473
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2010
A new approach for prediction of a fault zone ahead of tunnel face by using statistical control charts is suggested and applied to the construction site. $x-R_s$ control charts of RMR parameters were investigated as approaching and passing through fault zone. The abnormal signal from the control charts was observed and analyzed based on statistical criteria. Fault zones in the application area were predicted in advance using this method and it was verified by comparing with observation data like horizontal boring and face mapping.
Kim, Kwang-Yeom;Kim, Chang-Yong;Chang, Soo-Ho;Seo, Kyeong-Won;Lee, Seung-Do
Explosives and Blasting
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v.25
no.1
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pp.67-77
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2007
The drill monitoring data are useful for the detection of abrupt and unexpected changes in ground renditions. This paper introduces a new approach to how drill performance parameters can be used for the prediction of quantitative rock mass properties ahead of tunnel face and the blasting design. The drill monitoring parameters available for the predictions include the instantaneous advance speed, thrust force, torque, tool pressure and penetration rate. The assessment of the drill monitoring parameters will be able to build a database provided that in-situ drill monitoring informations are accumulated and enable us to make a reasonable blast design based on quantitative assessment of rock mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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