Lee, Ji Yeon;Ryu, Ji Hui;Jeong, Da Woon;Ahn, Jong Wook
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.39
no.6
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pp.371-380
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2021
This study aims to design a tunnel part model for underpass and subway lines that correspond to tunnel sector among the underground facilities(structure types) covered in the integrated map of underground spaces. For this purpose, we compared and reviewed the characteristics of international standards related to tunnel data models. As a result, it was found that CityGML 3.0 - Tunnel module was the most suitable for designing a 3D tunnel data model. Afterwards we reviewed the legal and institutional regulations to derive the standard elements of the 3D tunnel data model. Then we conducted a demand survey targeting experts in related fields to derive standard elements for addition and extension of underpasses and subway lines. Based on the above process, we designed and presented a 3D tunnel data model using UML. This study is expected to be meaningful as a basic study to improve the utilization of tunnel model in the integrated map of underground spaces.
This paper has the aim of estimating the applicability of a numerical approach to the Hyperstatic Reaction Method (HRM) for the analysis of segmental tunnel linings. For this purpose, a simplified three-dimensional (3D) numerical model, using the $FLAC^{3D}$ finite difference software, has been developed, which allows analysing in a rigorous way the effect of the lining segmentation on the overall behaviour of the lining. Comparisons between the results obtained with the HRM and those determined by means of the simplified 3D numerical model show that the proposed HRM method can be used to investigate the behaviour of a segmental tunnel lining.
An investigation of the tunnel face, as well as related measurement data collected during tunneling, is necessary for rock classification and to determine tunnel stability and the cost efficiency of tunneling. However, systematic management and efficient use of such data have yet to be successfully implemented domestically, and the number of experts in this field in Korea is limited. Thus, measures to develop and implement systematic management and effective use of data and expertise are urgently needed. This study aimed to develop measures to efficiently provide online tunnel design and construction data using a building information model (BIM)-based data visualization approach, based on an integrated 3D tunnel model generation module and a web viewer module. The development technology was verified through ○○ tunnel design and construction. Directions for future study and system improvement are proposed.
A method of numerical analysis without conducting 3D wind tunnel model tests was examined in our previous study for predicting vortex-induced oscillation of bridge girders with span-wise varying geometry. The aerodynamic damping forces measured for plural wind tunnel 2D models were used in the analysis. A further study was conducted to examine the precision of solution obtained by this method. First, the responses of vortex-induced oscillation of two rocking models and a taut-strip bridge girder model with span-wise varying geometry were measured. Next, the responses of these models were numerically analyzed by means of this method, and then a comparison was made between the obtained $Vr-A-{\delta}_a$ contour diagram of each 3D model in the wind tunnel test and the diagram in the numerical analysis. Since close correlations were observed between each two $Vr-A-{\delta}_a$diagrams obtained in the model test and in the analysis in cases where the 3D model did not have strong three-dimensionality, our findings revealed that the predicted solution proved to be reasonably accurate.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.759-766
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2002
In the paper the authors describe the development of ITIS(Intelligent Tunneling Information System) for the Purpose of applying the 3D visualization technique, GIS, AI(Artificial Intelligence) to tunnel design and construction. VR(Virtual Reality) and 3D visualization techniques are applied in order to develope the 3D model of characteristics and structures of ground and rock mass. Database for all the materials related to site investigation and tunnel construction is developed using GIS technique. AI technique such as fuzzy theory and neural network is applied to predict ground settlement, decide tunnel support method and estimate ground and rock mass properties according to tunnel excavation steps. ITIS can help to inform various necessary tunnel information to engineers quickly and manage tunnel using acquired information based on D/B.
A forked tunnel, as a special complicated underground structure, is composed of big-arch tunnel, multi-arch tunnel, neighborhood tunnels and separate tunnels according to the different distances between two separate tunnels. Due to the complicated process of design and construction, surrounding jointed rock mass stability of the big-arch tunnel which belongs to the forked tunnel during excavation is a hot issue that needs special attentions. In this paper, an elasto-plastic damage constitutive model for jointed rock mass is proposed based on the coupling method considering elasto-plastic and damage theories, and the irreversible thermodynamics theory. Based on this elasto-plastic damage constitutive model, a three dimensional elasto-plastic damage finite element code (D-FEM) is implemented using Visual Fortran language, which can numerically simulate the whole excavation process of underground project and perform the structural stability of the surrounding rock mass. Comparing with a popular commercial computer code, three dimensional fast Lagrangian analysis of continua (FLAC3D), this D-FEM has advantages in terms of rapid computing process, element grouping function and providing more material models. After that, FLAC3D and D-FEM are simultaneously used to perform the structural stability analysis of the surrounding rock mass in the forked tunnel considering three different computing schemes. The final numerical results behave almost consistent using both FLAC3D and D-FEM. But from the point of numerically obtained damage softening areas, the numerical results obtained by D-FEM more closely approach the practical behaviors of in-situ surrounding rock mass.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.4D
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pp.555-561
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2009
In lieu of section profile data, a fitting of the bored tunnel shape is more significant confirmation for maintenance of a tunnel. Before the permit on the completion of a tunnel, deformation of the completed tunnel with respect to the design model are considered. And deformation can be produced at continuously along the entire of the tunnel section. This study firstly includes an analysis of algebraic approach and test it with an observed field data. And then a number of methods, line search method, genetic algorithm, and pattern search methods, are compared with the 3D tunnel shape fitting. Algebraic methods can solve a simple circular cylinder type as like a railway tunnel. However, a more complex model (compound circular curve and non circular) as like a highway tunnel has to be solved with soft computing tools in the cause of conditional constraints. The genetic algorithm and pattern search methods are computationally more intensive, but they are more flexible at a complex condition. The line search method is fastest, but it needs a narrow bounds of the initial values.
This paper presents a new approach for the automatic mapping of discontinuities in a tunnel face based on its 3D digital model reconstructed by LiDAR scan or photogrammetry techniques. The main idea revolves around the identification of discontinuity areas in the 3D digital model of a tunnel face by segmenting its 2D projected images using a deep-learning semantic segmentation model called U-Net. The proposed deep learning model integrates various features including the projected RGB image, depth map image, and local surface properties-based images i.e., normal vector and curvature images to effectively segment areas of discontinuity in the images. Subsequently, the segmentation results are projected back onto the 3D model using depth maps and projection matrices to obtain an accurate representation of the location and extent of discontinuities within the 3D space. The performance of the segmentation model is evaluated by comparing the segmented results with their corresponding ground truths, which demonstrates the high accuracy of segmentation results with the intersection-over-union metric of approximately 0.8. Despite still being limited in training data, this method exhibits promising potential to address the limitations of conventional approaches, which only rely on normal vectors and unsupervised machine learning algorithms for grouping points in the 3D model into distinct sets of discontinuities.
This paper describes earthquake response of the Arhavi Highway Tunnel its geometrical properties, 3D finite element model and the linear time history analyses under a huge ground motion considering soil-structure interaction. The Arhavi Highway Tunnel is one of the tallest tunnels constructed in the Black Sea region of Turkey as part of the Coast Road Project. The tunnel has two tubes and each of them is about 1000 m tall. In the study, lineartime history analyses of the tunnel are performed applying north-south, east-west and up accelerations components of 1992 Erzincan, Turkey ground motion. In the time history analyses, Rayleigh damping coefficients are calculated using main natural frequency obtained from modal analysis. Element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motion. Because of needed too much memory for the analyses, the first 10 second of the ground motions, which is the most effective duration, is taken into account in calculations. The results obtained 3D finite element model are presented. In addition, the displacement and stress results are observed to be allowable level of the concrete material during the earthquakes.
This paper concerns a numerical investigation on the effect of construction sequence on three-arch (3-Arch) tunnel behavior. A three-arch tunnel section adopted in a railway tunnel construction site was considered in this study. A calibrated 3D finite element model was used to conduct a parametric study on a variety of construction scenarios. The results of analyses were examined in terms of tunnel and ground surface settlements, shotcrete lining stresses, loads and stresses developed in center column in relation to the tunnel construction sequence. In particular, the effect of the side tunnel construction sequence on the structural performance of the center structure was fully examined. The results indicated that the load, thus stress, in the center structure can be smaller when excavating two side tunnels from opposite direction than excavating in the same direction. Also revealed was that no face lagging distance between the two side tunnels impose less ground load to the center structure. Fundamental governing mechanism of three-arch tunnel behavior is also discussed based on the results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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