Ground collapse may occur around the tunnel when the cavity caused by groundwater runoff cannot resist the surcharge load. Any cavities or subsidence must be managed to avoid dangerous situations by stabilizing the ground through appropriate remedial measures. Trench and trenchless grouting methods can generally be used for the cavity restoration. The trench method is difficult to properly control the injection range and may cause environmental problems due to grout leakage and damages to the adjacent structures due to grouting pressure. In this study, Membrane-grouting method (MGM) is proposed, which, can be an appropriate trenchless grouting method that fills the void tightly and effectively controls the injection range. This method can be an alternative to eliminating the influence of adjacent structures and environmental pollution by inserting a membrane into the cavity and filling the membrane with grout. The membrane blocks the outflow of grout. In addition, it is easy to control the injection pressure to avoid heaving failure. This paper investigates the principle and application of the MGM using a theoretical method, model test and numerical analysis.
This paper is experimental study on the effect of improved soil strength which was grouted by pressure grouting method for prevent collapse the tunnel's face during excavate tunnel. This study performs to investigate the proper grouting pressure and grouting method through pressure grouting laboratory model tests using loose dense sandy soil using specially designed and fabricated device($180cm{\times}220cm{\times}300cm$) under changing condition of injection in this test The investigation is carried out through measuring the size and shape of grout bulb, elastic modulus by pressure-meter test Elastic modulus was estimated using relation stress with strain which is result the uni-direction compressive strength test for cured grouted bulb under water during 28days. From these test results, the amount of increased elastic modulus of grouted zone was suggested.
본 연구는 중력댐 하부에서, 침투류에 의한 양압력과 누수량을 산정을 위한 방법론 제시를 그 목적으로 한다. 이를 위하여, 유한차분법을 이용한 3차원 부정류 수치모형을 개발하였다. 개발된 모형은 비균질 매체에서 Darcy 방정식을 만족하는 포화흐름을 모의할 수 있다. 모형의 검증을 위하여 우물이 있는 대수층에서 질량 이동을 산출하였고, mass balance 오차는 3%를 상회하지 않는 것이 확인되었다. 개발된 모형을 이용하여 중력댐 하부 대수층에서, 차수벽과 배수공의 존재에 의한 양압력과 누수량의 변화를 산출하였다. 유선망 방법과 비교한 양압력은 서로 유사한 결과를 나타내었으며, heel에서 toe까지의 양압력은 선형적인 분포를 보인다. 차수벽의 길이가 증가함에 따라서 heel에서의 양압력 강도는 선형적으로 감소하지만, 대수층을 통과하는 누수량은 비선형적으로 감소한다. 또한, 댐 설계 기준에서 제시되는 양압력 계산 공식의 계수들을 분석한 결과, 감소계수 ${\alpha}=1/3$ 은 차수벽의 길이가 전체 대수층 높이의 약70%일 경우에 해당하는 값으로 산출되었다. 배수공 주위에서 양압력은 연직 혹은 수평방향으로 급격한 곡률을 나타낸다. 본 연구에서 개발된 수치모형은 중력댐 설계에서 하부 침투류에 의한 영향, 특히 비균질성을 반영하여 양압력과 누수량을 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
The process of inspecting and replacing cutting tools in a shield tunnel boring machine (TBM) is called cutterhead intervention (CHI) (Farrokh and Kim 2018). Since CHI is performed by a worker who enters the chamber in TBM, the worker is directly exposed to high water pressure and huge water inflow, especially in areas with high ground water levels, causing health problems for the worker and shortening of available working hours (Kindwall 1990). Ham et al. (2022) proposed a method of reducing the water pressure and water inflow by injecting a grout solution into the ground through the shield TBM chamber, and named it the new face grouting method (NFGM). In this study, the TBM mechanical characteristics including the injection pressure of the grout solution and the cutterhead rotation speed were determined for the best performance of the NFGM. To find the appropriate injection pressure, the water inflow volume according to the injection pressure change was measured by using a water inflow test apparatus. A model torque test apparatus was manufactured to find the appropriate cutterhead rotation speed by investigating the change in the status of the grout solution according to the rotation speed change. In addition, to prove the validity of this study, comprehensive water inflow tests were carried out. The results of the tests showed that the injection pressure equal to overburden pressure + (0.10 ~ 0.15) MPa and the cutterhead rotation speed of 0.8 to 1.0 RPM are the most appropriate. In the actual construction site, it is recommended to select an appropriate value within the proposed range while considering the economic feasibility and workability.
In this study, a real-time grouting management system based on the clogging theory was established to manage injection procedure in real time. This system is capable of estimating hydraulic permeability with the passage of time as the grout permeates through the ground, and therefore, capable of estimating real time injection distance and flow rate. By adopting the Controlled Injection Pressure (CoIP) model, it was feasible to predict the grout permeation status with the elapse of time by consecutively updating the hydraulic gradient and flow rate estimated from a clogging-induced alteration of pore volume. Moreover, a method to estimate the volume of the fractured gap according to the reduction in injection pressure was proposed. The validity of the proposed system was successfully established by comparing the estimated values with the measured field data.
The cement injection technology on the purpose of ground reinforcement and cut-off has been used in construction sites until now. However, recently it is applied to prevent leakage of underground structure. In this study, applicability of the back side waterproof grouting method was verified through performing field model tests and reviewing case histories. From the results of this study, injection shape of the back side waterproof grouting method was appeared to be root type, and waterproof effect by injection of cement grout material was excellent because grout material infiltrated into boundary between wall of structure and back side ground to be waterproof layer. Components influencing infiltration of injection material are type of soil and degree of compaction. For effective injection, injection pressure has to vary gradually from high pressure to low pessure and small quantity of injection material has to be injected for long times. Also, spacing of injection hole must be designed considering condition of back side ground, injection area, W/C ratio, the number of injection and injection pattern properly.
In order to determine the rate of penetrability, water pressure test is used before the grouting. One of the parameters which have the highest effect is pressure. Mathematical modeling is used for the first time in this study to determine the optimum pressure. Thus, the joints that exist in the rock mass are simulated using cylindrical shell model. The joint surroundings are also modeled through Pasternak environment. In order to validate the modeling, pressure values obtained by the model were used in the sites of Seymareh and Aghbolagh dams and the relative error rates were measured considering the differences between calculated and actual pressures recorded in these operations. In water pressure test, in Seymareh dam, the error values were equal to 4.75, 3.93, 4.8 percent and in the Aghbolagh dam, were 22.43, 5.22, 2.6 percent and in grouting operation in Seymareh dam were equal to 9.09, 32.50, 21.98, 5.57, 29.61 percent and in the Aghbolagh dam were 2.96, 5.40, 4.32 percent. Due to differences in rheological properties of water and grout and based on the overall results, modeling in water pressure test is more accurate than grouting and this error in water pressure test is 7.28 percent and in grouting is 13.92 percent.
본 연구에서는 보통 포틀랜드 시멘트 OPC(Ordinary Portland Cement)와 MIS(Micro-Injection Process System) 공법에서 사용하고 있는 마이크로 시멘트의 지반 침투성능을 평가하기 위해 실내모형시험을 수행하였다. 이를 위해 그라우트 주입을 일정한 방법으로 재현할 수 있는 가압침투주입장치를 제작하였으며 공시체 제작방법을 마련하였다. 물시멘트비를 5:1에서 1:1까지 변화하여 주입시험을 수행한 결과 물시멘트비가 증가함에 따라 침투성능이 선형적으로 증가하였으며 주입성능을 비교하면 상대적으로 비표면적이 큰 MIS가 OPC보다 동일한 배합비에서 침투성능이 우수한 것으로 나타났다. 특히 물시멘트비가 2:1~1:1의 부배합에서 OPC의 침투성능이 매우 낮은 것으로 관찰되었다. 또한 침투량과 주입시간과의 관계곡선을 hyperbolic으로 모델링하여 예측치를 산정하고 이를 측정치와 비교한 결과 그라우트 성능평가에 대한 hyperbolic 모델의 잠재력이 검증되었다.
쉴드TBM 터널을 대상으로 하는 3차원 수치해석은 gap, tail void, 세그먼트설치, 뒤채움재 주입 등과 같은 쉴드TBM 굴착의 여러 특성들을 고려하여 시공과정을 반영할 수 있는 해석이 수행되어야 한다. 그러나 기계 굴착의 특성을 고려하는 해석적 기법은 여러가지 기법들이 혼용되어 적용되는 것이 일반적으로 해석결과의 일관성과 신뢰도에 의문이 제기된다. 본 논문에서는 쉴드TBM 터널의 3차원 수치해석에 사용될 수 있는 여러 기법들을 대상으로 현장에서 실제 계측된 지표침하 데이터를 활용한 매개변수연구를 수행하였다. 그 결과 설계단계에서 지표침하와 막장압 등 터널주변지반의 거동을 유사하게 예측하고 평가하는데 활용할 수 있는 해석기법으로서 분석하고 정리하였다. skin plate 주면압, 뒤채움압과 soil model이 지표침하에 가장 큰 영향요소로 파악되었고, 응력제어기법은 해저터널과같이 굴착지반의 volume loss 정보를 얻을 수 없거나 지표침하나 막장압 등 터널 주변거동파악이 중요한 경우에 적용 가능한 것으로 판단되며, 설계자는 현장여건과 쉴드TBM의 특성이 반영된 합리적인 3차원 수치해석을 수행하는데 본 가이드라인을 기본자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Grouting is an operation often carried out to consolidate and seal the rock mass in dam sites and tunnels. One of the important parameters in this operation is grouting pressure. In this paper, analytical models used to estimate pressure are investigated. To validate these models, grouting data obtained from Seymareh and Aghbolagh dams were used. Calculations showed that P-3 model from Groundy and P-25 model obtained from the results of grouting in Iran yield the most accurate predictions of the pressure and measurement errors compared to the real values in P-25 model in this dams are 12 and 14.33 Percent and in p-3 model are 12.25 and 16.66 respectively. Also, SPSS software was applied to define the optimum relation for pressure estimation. The results showed a high correlation between the pressure with the depth of the section, the amount of water take, rock quality degree and grout volume, so that the square of the multiple correlation coefficient among the parameters in this dams were 0.932 and 0.864, respectively. This indicates that regression results can be used to predict the amount of pressure. Eventually, the relationship between the parameters was obtained with the correlation coefficient equal to 0.916 based on the data from both dams generally and shows that there is a desirable correlation between the parameters. The outputs of the program led to the multiple linear regression equation of P=0.403 Depth+0.013 RQD+0.011 LU-0.109 V+0.31 that can be used in estimating the pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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