Tunnel face mapping involves the determination of rock discontinuities or weak rock conditions where extra support might be required. In this study, we investigated the application of Lidar scanning and photogrammetry to quantitatively characterize discontinuities of the rock mass on the tunnel face during excavation. The 3D models of tunnel faces generated by using these methods enable accurate and automatic discontinuity measurement to overcome the limitations of manual mapping. The results of this study show that both photogrammetry and Lidar can be used to reconstruct the 3D model of the tunnel face, although the photogrammetric 3D model is less detailed than its counterpart produced by Lidar. Given acceptable accuracy and cost-effectiveness, photogrammetry can be a fast, reliable, and low-cost alternative to Lidar for acquiring 3D models and determining rock discontinuities on tunnel faces.
Wanchun Chen;Lixian Tang;Haijun Zhao;Qian Yin;Shuang Dong;Jie Liu;Zhaohan Zhu;Xiaodong Ni
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.2
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pp.115-124
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2023
By conducting three-dimensional simulation with consideration of small-strain characteristics of soil stiffness, the effects of excavation geometry and tunnel cover to diameter ratio on deformation mechanisms of an existing tunnel located either at a side of basement or directly underneath the basement were systematically studied. Field measurements were used to verify the numerical model and model parameters. For basement excavated at a side of an existing tunnel, the maximum settlement and horizontal displacement of the tunnel are always observed at the tunnel springline closer to basement and tunnel crown, respectively, regardless of basement geometry. By increasing basement length and width by five times, the maximum movements of tunnel located at the side of basement and directly underneath the basement increase by 450% and 186%, respectively. Obviously, tunnel movements are more sensitive to basement length rather than basement width. For basement excavated at a side of an existing tunnel, tunnel movements at basement centerline become stable when basement length reaches 10 He (i.e., final excavation depth). Moreover, tunnel heaves due to overlying basement excavation become stable when the normalized basement length (L/He) is larger than 8.0. As tunnel cover to diameter ratio varies from 2.5 to 3.0, the maximum heave and tensile strain of tunnel due to overlying basement excavation decrease by up to 41.0% and 44.5%, respectively. If basement length is less than 8 He, the assumption of plane strain condition of basement-tunnel interaction grossly overestimates tunnel movements, and ignores tensile strain of tunnel along its longitudinal direction. Thus, three-dimensional numerical analyses are required to obtain a reasonable estimation of tunnel responses due to adjacent and overlying basement excavations in clay.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.3
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pp.355-373
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2017
Tunnelling in urban areas, it is essential to understand existing structure-tunnel interactive behavior. Serviced structures in the city are supported by pile foundation, since they are certainly effected due to tunnelling. In this research, thus, pile load distribution and ground behavior due to tunnelling below grouped pile were investigated using laboratory model test. Grouped pile foundations were considered as 2, 3 row pile and offsets (between pile tip and tunnel crown: 0.5D, 1.0D and 1.5D for generalization to tunnel diameter, D means tunnel diameter). Soil in the tank for laboratory model test was formed by loose sand (relative density: Dr = 30%) and strain gauges were attached to the pile inner shaft to estimate distribution of axial force. Also, settlements of grouped pile and adjacent ground surface depending on the offsets were measured by LVDT and dial gauge, respectively. Tunnelling-induced deformation of underground was measured by close range photogrammetric technique. Numerical analysis was conducted to analyze and compare with results from laboratory model test and close range photogrammetry. For expression of tunnel excavation, the concept of volume loss was applied in this study, it was 1.5%. As a result from this study, far offset, the smaller reduction of pile axial load and was appeared trend of settlement was similar among them. Particulary, ratio of pile load and settlement reduction were larger when the offset is from 0.5D to 1.0D than from 1.0D to 1.5D.
On the tunnel design, 3D model substituted for 2D model because of economic reason and time shortage. It is applied Load Distribution Factor, which is compared of displacement of tunnel crown, generally 50-25-25, 40-30-30 are used for tunnel design. Logicality about used Load Distribution Factor will investigated
Eunji Jo;Woojin Kim;Kwangyeom Kim;Jaeho Jung;Sanghyuk Bang
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.4
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pp.209-227
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2023
The government continues to announce measures to revitalize smart construction technology based on BIM for productivity innovation in the construction industry. In the design phase, the goal is design automation and optimization by converging BIM Data and other advanced technologies. Accordingly, in the basic design of the Namhae Seomyeon-Yeosu Sindeok National Road Construction Project, a domestic undersea tunnel project, BIM-based design was carried out by developing tunnel design automation technology using 3D spatial information according to the tunnel design process. In order to derive the optimal alignment, more than 10,000 alignment cases were generated in 36hr using the generative design technique and a quantitative evaluation of the objective functions defined by the designer was performed. AI-based ground classification and 3D Geo Model were established to evaluate the economic feasibility and stability of the optimal alignment. AI-based ground classification has improved its precision by performing about 30 types of ground classification per borehole, and in the case of the 3D Geo Model, its utilization can be expected in that it can accumulate ground data added during construction. In the case of 3D blasting design, the optimal charge weight was derived in 5 minutes by reviewing all security objects on the project range on Dynamo, and the design result was visualized in 3D space for intuitive and convenient construction management so that it could be used directly during construction.
Shock loss was not applied for the tunnel ventilation of road tunnel in the past. However, pressure losses due to the shock loss can be significant in network double-deck road tunnel in which combining and separating road structures exist. For the optimum ventilation design of network double-deck road tunnel, this study conducted 3D CFD numerical analysis for the shock loss at the combining and separating flows. The CFD model was made with the real-scale model that was the standard section of double-deck road tunnel. The shock loss coefficient of various combining and separating angles and road width was obtained and compared to the existing design values. As a result of the comparison, the shock loss coefficient of the $30^{\circ}$ separating flow model was higher and that of the two-lane combining flow model was lower. Since the combining and separating angles and road width can be important for the design of shock loss estimation, it is considered that this study can provide the accurate design factors for the calculation of ventilation system capacity. In addition, this study conducted 3D CFD analysis in order to calculate the shock loss coefficient of both combining and separating flows at flared intersection, and the result was compared with the design values of ASHRAE. The model that was not widened at the intersection showed three times higher at the most, and the other model that was widened at the intersection resulted two times higher shock loss coefficients.
While the study of the shallow tunnel has been mainly on the longitudinal load transfer and horizontal surface conditions, the study of the ground behavior of shallow tunnel under the slope is not sufficient. Therefore, in this study on the ground behavior around a tunnel due to the sidewall deformation of shallow tunnel under the slope that is excavated in longitudinal direction, a scale-down model test has been performed. The model tunnel has the dimension of 320 mm wide, 210 mm high and 55 mm long with enough material strength in aluminum and the model ground has the uniform ground conditions by 3 types of carbon rods. The model test has been performed with the variables of slopes and the cover depths by controlling the tunnel sidewall deformation, and the change of sidewall-load, load transfer, ground subsidence was monitored and analyzed. According to the increase of the slope, the maximum ground subsidence increased by 20~39% compared to the horizontal surface. The load ratio increased by maximum 20% in the tunnel crown and decreased in sidewall according to the surface slope. The load transfer shows maximum 128% of increase at the cover depth of 1.0D, while at the 1.5D cover depth it shows non-critical difference from horizontal surface. The slope has major effects on load transfer at the cover depth of 1.0D.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.663-670
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2003
Urban tunnelling need to consider not only the stability of tunnel itself but also the ground movement regarding adjacent structures. This paper present 3-D behavior of adjacent structures due to tunnelling induced ground movements by means of field measuring data and nonlinear FEM tunnel analysis. The results of the analytical methods from Mohr-Coulomb model are compared with the site measurement data obtained during the twin tunnel construction. It was found that the location and stiffness of the structure influence greatly the shape and pattern of settlement trough. The settlement trough for Greenfield condition was different from the trough for existing adjacent structures. Therefore the load and stiffness of adjacent structures should be taken into account for the stability analysis of the structures.
Kim, Kwang-Yeom;Kim, Chang-Yong;Lee, Seung-Do;Seo, Yong-Seok;Lee, Chung-In
The Journal of Engineering Geology
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v.17
no.4
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pp.567-576
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2007
In order to assess the on-site applicability of 3D absolute displacement monitoring of tunnel using digital photogrammetry, the displacement of the optical target placed at the measurement section was investigated, as planned in the OO tunnel construction site. The targets on 3 measurement lines only were considered for each point of measurement for the reconstruction of 3D cubic model for the digital vision monitoring. For each 3D model, 3 or more images have to be obtained at each point. On the last 2 measurement lines, 6 targets (crown, left and right walls) were continuously overlapped to construct 3D models so that 6 or more apices can be shared by 2 3D models. In order to compare the measurement methods of 3D absolute displacements in tunnel excavation, i. e, total station and digital image measurement, both the digital image measurement and optical measurement were conducted for 10 times in the same work section. The time and measurement results of both methods were compared.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.3
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pp.609-623
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2018
If the ground is excavated in a depth which is deeper than the adjacent existing tunnel, the behavior of the braced wall is known to be greatly affected by the presence of the tunnel. By the way it is expected to be also affected by the structure on the ground surface, There are not many examples of studies which are conducted on this subject. As a result, largel scale model tests and analysis were conducted, to measure the behavior of the tunnel under the building whose location on the ground surface was varied during the adjacent ground excavation. For this purpose, the location of a building load was varied in 0 m, 1D, 2D on ground surface. In this paper, the behaviors of braced wall and adjacent tunnel was studied. Model tests in 1 : 10 scale were performed in real construction sequences. The size of test pit was $2.0m(width){\times}6.0m(height){\times}4.0m(length)$ in dimension. As a result, it was found that the stability of the existing tunnel under the influence of the building load on the ground surface adjacent to the braced wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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