In general, a three dimensional ground behaviour during tunneling is simulated by using two dimensional analysis programs in consideration of a certain ratio of stress or strain distribution to take into account the effect of construction stage by a tunnel face advance. A series of trree dimensional analyses was conducted to deduce a normalized displacement (surface or crown settlement) curve in longitudinal direction, of which curve is reflecting an effect of a tunnel advance under a various condition. And, by using try and error technique, two dimensional analyses were carried out to determine an optimum stress distribution ratio for a settiement curve coincided with the curve obtained by three dimensional analyses. Finally, monitored results from a subway tunnel were compared with two dimensional analysis results for varification of the deduced stress distribution ratio as well as the two dimensional analysis program employed in this study.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.6
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pp.629-636
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2022
Domestic eco-friendly vehicles currently account for 5.8% of the total registered vehicles in Korea. Hydrogen vehicles, one of the representative eco-friendly vehicles, have grown rapidly as they have been expanded to the market based on the government's policy to boost the hydrogen industry. Therefore, it is time to expand the safety review of hydrogen vehicles in various directions according to the increase in supply. In this study, the effect of internal heat damage was analyzed when a jet flame was generated by a hydrogen car in a road tunnel. It was simulated using Fluent, and the amount of jet flame injection was selected in consideration of the hydrogen tank capacity of commercial hydrogen vehicles for road tunnels. In addition, the study was conducted with the direction of the jet flame and the nozzle distance from the tunnel wall as variables. From the results, when the jet flame erupted in the road tunnel, high radiant heat emission of more than 20 kW/m2 was generated in most areas within ±5 m in the longitudinal direction based on the vehicle (spray nozzle) and 5 to 7 m in the lateral direction based on the adjacent tunnel wall.
Ki, Young-Min;Yoon, Sung-Wook;Yoon, Chan-Hoon;Kim, Jin
Tunnel and Underground Space
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v.16
no.6
s.65
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pp.526-535
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2006
An experimental study was carried out on a reduced scale tunnel model to grasp the behavioral feature of fire-induced smoke in the long tunnels. Based on Froude modeling, the 1/50 scaled tunnel model (20 m long) was constructed by acrylic tubes and paraffin gas was released inside the tunnel to simulate the 20 MW fire-induced smoke. me test results show, that after approximately 2 minutes of fire generation, was descended from the tunnel ceiling through the decrease of buoyancy, then it was symmetrically propagated about 90 meters for 4 minutes before jet fans were operated. The smoke was effectively controlled when the jet fans were operated and an air stream velocity was getting closed to reach a critical velocity (the minimum air velocity that requires to suppress the smoke spreading against the longitudinal ventilation flow during the tunnel fire situations). It was also found out that a range of smoke was spreaded about 3 meters from the origin of fire but the range was not propagated to the escape direction anymore. The early stage of the In operation, however, showed that the smoke was hardly controlled. It means that the operation of emergency ventilation system has many dangerous factors such as an intercepting breathing zone.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.583-603
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2023
Recently, the advancement of mechanical tunnel boring machine (TBM) technology and the characteristics of subsea railway tunnels subjected to hydrostatic pressure have led to the widespread application of shield TBM methods in the design and construction of subsea railway tunnels. Subsea railway tunnels are exposed in a constant pore water pressure and are influenced by the amplification of seismic waves during earthquake. In particular, seismic loads acting on subsea railway tunnels under various ground conditions such as soft ground, soft soil-rock composite ground, and fractured zones can cause significant changes in tunnel displacement and stress, thereby affecting tunnel safety. Additionally, the dynamic response of the ground and tunnel varies based on seismic load parameters such as frequency characteristics, seismic waveform, and peak acceleration, adding complexity to the behavior of the ground-tunnel structure system. In this study, a finite difference method is employed to model the entire ground-tunnel structure system, considering hydrostatic pressure, for the investigation of dynamic behavior of subsea railway tunnel during earthquake. Since the key factors influencing the dynamic behavior during seismic events are ground conditions and seismic waves, six analysis cases are established based on virtual ground conditions: Case-1 with weathered soil, Case-2 with hard rock, Case-3 with a composite ground of soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, Case-4 with the tunnel passing through a narrow fault zone, Case-5 with a composite ground of soft soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, and Case-6 with the tunnel passing through a wide fractured zone. As a result, horizontal displacements due to earthquakes tend to increase with an increase in ground stiffness, however, the displacements tend to be restrained due to the confining effects of the ground and the rigid shield segments. On the contrary, peak compressive stress of segment significantly increases with weaker ground stiffness and the effects of displacement restrain contribute the increase of peak compressive stress of segment.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1529-1539
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2013
Recent case studies in Japan have shown that rockbolts are commonly installed at an oblique angle to the excavation direction of the tunnel, instead of at a right angle, due to restriction of the working space. In particular, in the case of expansion in an existing tunnel, the working space can be very small, due to the large protective structures necessary to operate within an existing tunnel. In this case, where both the current use of the existing tunnel, and the reinforcement of the ground around the tunnel are required, the effects of installation angles and patterns of rockbolts are important factors in the design process. Therefore, in this study, a total number of 24 model tests are performed, to investigate the reinforcing effects of system bolting installed obliquely from the excavation direction of the tunnel, by changing the installation angle of bolts, longitudinal distance, and bonded length of bolts. The model test results indicate that the relaxed load ratio decreases, with the increase of both the bonded lengths and the number of the installed bolts, resulting in the decrease of the supported area by one bolt. Two-dimensional numerical analysis, which considered the reinforcement effect of inclined system bolting as the change of engineering properties near the tunnel, demonstrated that the deflection patterns at the tunnel crown in the numerical simulations, show a similar tendency to those measured in the model tests.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.5
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pp.855-867
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2018
When a weak zone exists ahead of tunnel face, the stress in the adjacent area would increase due to the longitudinal arching effect and the stability of the tunnel is affected. Therefore, it is critical to prepare a countermeasure through the investigation of the frontal weakness zone of the excavated face. Although there are several researches to predict the existence of weak zone ahead of tunnel face, such as geophysical exploration, numerical analysis and tunnel support, lack of studies on the relaxation zone depending on the width or distance from the vulnerable area. In this study, the impact of the weak zone on the formation of the relaxation zone was investigated. For this purpose, a series of laboratory test were carried out varying the width of the weak zone and the separation distance between tunnel face and weak zone. In the model test, sand with a water content of 3.8% was used to form a model ground. The model weak zone was constructed with dry sand curtains. The tunnel face was adjusted to allow a sequential excavation of upper and lower half part. load cells were installed on the bottom of the foundation and the tunnel face and measuring instruments for displacement were installed on the surface of the model ground to measure the vertical stress and surface displacements due to tunnel excavation respectively. The test results show that the width of weak zone did not affect the ground settlement while the ground subsidence drastically increased within 0.25D. The vertical stress and horizontal stress increased from 0.5D or less. In addition, the longitudinal arching effect is likely within the 1.0D zone ahead of the tunnel face, which may reduce the vertical stress in the ground following tunneling direction.
The full-scale experiments are carried out to investigate the fire suppression characteristics of water-based fire fighting systems in a road tunnel. Applied systems are the low-pressure water spray system at 3.5 bar and the high-pressure water mist system at 60 bar. The water flow rate of the high-pressure system is one sixth only of the water spray system. A passenger car and a heptane fuel pan with area of $1.4m^2$ are used as fire sources. A blower system is installed at the tunnel exit to realize the longitudinal ventilation conditions (0.9~3.8 m/s) in the tunnel. Temperatures from the fire source to the down-stream direction are measured by K-type thermocouple trees. The experimental results show that the cooling effect of the high pressure water mist system in the test conditions were equivalent to that of the low pressure water spray system for B-class fire.
To investigate the mechanical behavior of the post-tensioned prestressed concrete lining (PPCL), the desilting tunnel of the Xiaolangdi Hydro Project in China is adopted as a case, and a detailed three-dimensional continuum model verified by the observation results is established for the PPCL. The radial stresses, longitudinal stresses, axial forces and bending moments of the PPCL under the completed cable tension condition (CCTC) and design water pressure condition (DWPC) are analyzed, respectively. The numerical results reveal that the PPCL concrete is significantly compressed in the circumferential direction by the prestress, while the prestress has a negligible influence on the radial stresses of the PPCL concrete. It should be noted that the concrete near the anchor slots has a complex and adverse stress state with stress concentration, longitudinal tensioning and large bending moment. In addition, a simplified shell model and a further simplified beam model which can take the influences of the prestress loss and the anchor slot into consideration are proposed for the PPCL. The results of the simplified models are in a good agreement with these of the three-dimensional continuum model, and they can be used as efficient approaches for the structural design and analysis of the PPCL.
This paper presents the results of a set of wind tunnel tests carried out to examine wind-induced overall structural loads on rectangular medium-rise buildings. Emphasis was directed towards torsion and its correlation with peak shear forces in transverse and longitudinal directions. Two building models with the same horizontal dimensions but different gabled-roof angles ($0^{\circ}C$ and $45^{\circ}C$) were tested at different full-scale equivalent eave heights (20, 30, 40, 50, and 60 m) in open terrain exposure for all wind directions (every $15^{\circ}C$). Wind-induced pressures were integrated over building surfaces and results were obtained for along-wind force, across-wind force, and torsional moment. Maximum wind force component was given along with the other simultaneously-observed wind force components normalized by the overall peak. The study found that for flat-roofed buildings maximum torsion for winds in transverse direction is associated with 80% of the overall shear force perpendicular to the longer horizontal building dimension; and 45% of the maximum shear occurs perpendicular to the smaller horizontal building dimension. Comparison of the wind tunnel results with current torsion provisions in the American wind standard, the Canadian and European wind codes demonstrate significant discrepancies. Suggested load combination factors were introduced aiming at an adequate evaluation of wind load effects on rectangular medium-rise buildings.
Park, Hee Beom;Cho, Young Kyo;Lee, Young Hoon;Kim, Seong-Min
International Journal of Highway Engineering
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v.19
no.1
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pp.63-72
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2017
PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the fundamental behaviors such as stresses and deflections of the middle slab in a double-deck tunnel for the development of a middle slab design guide. METHODS : The middle slab has been divided into the following three different sections as according to its structural differences: the normal section, expansion joint section, and emergency passageway section. The normal section of middle slab represents the slab supported by brackets installed continuously along the longitudinal direction of tunnel lining. The expansion joint section refers to a discontinuity of middle slab due to the existence of a transverse expansion joint. The emergency passageway section has an empty rectangular space in the middle slab that acts as an exit in an emergency. The finite element analysis models of these three sections of middle slab have been developed to analyze their respective behaviors. RESULTS : The stresses and deflections of middle slab at the three different sections decrease as the slab thickness increases. The emergency passageway section yields the largest stresses and deflections, with the normal section yielding the smallest. CONCLUSIONS : The stress concentrations at the corners of the passageway rectangular space can be reduced by creating hunch areas at the corners. The stresses and deflections in the emergency passageway section can be significantly decreased by attaching beams under the middle slab in the passageway area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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