This paper describes a study of the influence of shield tunnel construction on the displacements and stresses induced in the linings of existing nearby parallel tunnels. The paper presents a brief review of a set of laboratory scale model research programme investigating the influence of tunnel proximity and alignment, liner stiffness on the nature of the interactions between closely spaced tunnels in clay. A total of two sets of carefully controlled physical model tests were performed. A cylindrical test tank was developed and used to produce clay samples of Speswhite kaolin. In each of the tests, three model tunnels were installed in order to conduct two interaction exts that have been carried out to investigate the interaction problem between parallel tunnels. The results of these tests are compared with the results of finite element analysis to investigate the techniques that must be used to obtain reliable numerical solutions to this type of problem.
Two-arch tunnels require minimal spacing between the 2 tunnels and thus occupy small amount of land compared to parallel tunnels. But it is rather expensive. The parallel tunnel is not as expensive, but it requires more land than 2-arch tunnels. This may cause a problem when there is a land shortage. The new design is to connect these two types of tunnels by another pair of parallel tunnels where the separation distance is gradually increasing. The applicability of this new design to the cases where rock condition is not even fair has to be verified since the width of the pillar between the connecting tunnels can be quite narrow. Therefore both two and three dimensional numerical analyses were conducted and pillar stability was examined for rock classes IV and V in two different ways. Results showed that this new design is still effective for poor rock conditions if central pillar is properly reinforced by tension bolts as long as overburden is less than five times of the tunnel diameter.
The design and construction of tunnels has been followed an large parallel tunnels with a small clearance because of the various conditions. Rock pillar between each single tunnel is supposed to be under heavy load by rock mass. The stability of pillar is very important for the ensure the stability of the large parallel tunnels. In this study, the analysis of stress state of pillar at various construction cases is reviewed to investigate the mechanical behaviour of tunnels and stability of the pillar.
The construction of parallel tunnel by using the shield TBM method was increased recently. Accordingly the application and the propriety of the parallel shield TBM tunnels were studied through domestic and foreign construction cases herein. Also the behavior of tunnel structure and ground was evaluated by a numerical analysis with various ground conditions and the distance between the parallel tunnels. As a result, it was concluded that a deep investigation as well as a ground reinforcement was required with a ratio(L/D) of the distance between the parallel tunnels(L) to tunnel outer diameter(D) less than 0.5 because the Interference phenomenon was expected to occur. And the appropriateness of the application method of parallel shield TBM tunnel was validated through the 2-dimensional numerical analysis simulated the process of excavation after the ground reinforcement in the starting area of the OOO construction site with the ratio(L/D) of 0.35.
Liu, Xinrong;Suliman, Lojain;Zhou, Xiaohan;Abd Elmageed, Ahmed
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.3
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pp.225-237
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2022
Settlement evaluation is important for shallow tunnels in big cities to estimate the settlement that occurs due to the excavation of twin tunnels. The majority of earlier research on analytical solutions, on the other hand, concentrated on calculating the settlement for a single tunnel. This research introduces a procedure to evaluate the settlement induced by the excavation of twin tunnels (two parallel tunnels). In this study, a series of numerical analysis were performed to validate the analytical solution results. Two geological conditions were considered to derive the settlement depending on each case. The analytical and numerical methods were compared, which involved considering many sections and conducting a parametric study; the results have good agreement. Moreover, a comparison of the 3D flat model and 2D (FEM) with the analytical solution shows that in the fill soil, the maximum settlement values were obtained by the analytical solution. In contrast, the values obtained by the analytical solution in the rock is more conservative than those in the fill. Finally, this method was shown to be appropriate for twin tunnels dug side by side by utilizing finite element analysis 3D and 2D (PLAXIS 3D and PLAXIS 2D) to verify the analytical equations. Eventually, it will be possible to use this approach to predict settlement troughs over twin tunnels.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.5
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pp.187-194
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2010
As the design of the pillar width (PW) of the parallel tunnels in downtown area, in which are located in plains zone with deep alluvium compared with mountain tunnels, is directly related with pre-compensation payment and costs of the underground area, it has to be planned as to keep minimum distance while securing the stability of the parallel tunnels. Although PW of downtown road tunnel in Korea is standardized as 1.5D(D: diameter of the tunnels), PW sometimes has to be reduced within 1.5D to adjust the tunnel lines to the city plan in the cases of the inlet and outlet of the tunnels. In this paper, the design and the analyses of optimum PW of the NATM type road tunnel in the downtown area are introduced. The relationship among the tunnel line planning and underground compensation fee, and ground characteristics are evaluated. In the determination of PW distance, the numerical analyses of underground road tunnels were performed, including the use of the strength decrease method and strength/stress ratio method. In the cases of inlet and outlet part of the tunnels where the stability of the pillars is poor due to contiguous construction of the parallel tunnels, the reinforcement methods are recommended for securing the stability. Numerical verification was performed for the reinforcement proposed.
In Korea, in general, separation distance between existing parallel tunnels was set at two to five times as distant as the diameter of the tunnels according to ground conditions. Recently, however, actual applicability of closely spaced parallel tunnels whose distance between tunnel centers was shorter than the diameter has increased due to environmental damages resulting from massive cutting, restriction in purchase of required land, and maintenance of linear continuity. In particular, when the pillar width of tunnel decreases, the safety of pillars affects behaviors of the tunnel and therefore the need for diverse relevant studies has emerged. However, research so far has been largely confined to analysis of behavior characteristics of pillars, or parameters affecting design, and actually applicable and quantitative data have not been presented. Accordingly, in order to present a stability evaluation method which may maximally reflect construction conditions of spots, this study reflected topographical and stratigraphic characteristics of the portal part with the highest closeness between the tunnels, simulated multi-layer conditions with rock mass and complete weathering, and assessed the degree of effect the stability of pillars had on the entire tunnels through numerical analysis according to changes in pillar width by ground strength. This study also presented composite analysis result on ground surface settlement rates, interference volume rates, and average strength to stress and a formula, which may be applicable to actual work, to evaluate safety rates of closely spaced parallel tunnel pillars and minimum pillar width by ground strength based on failure criteria by Hoek-Brown (1980).
Due to the extension of communication ways (metro, highways, railways), hence, to improve traffic flow imposes often the difficult crossing that generally drive to the construction of underground works (tunnel, water conveyance tunnel...) plays a major role in the redevelopment of urban areas. This study is focused on the assessment of the interaction response of parallel tunnels, so this study uses the results from the simulation of two tunnels to illustrate a few observations that may aid in practical designs. In this article, simultaneous drilling of highway's twin tunnels is simulated by means of Finite Element Method (FEM) implemented in Plaxis program. So the treated subject appears in a setting of geotechnical where one can be to construct several tunnels sometimes in a ground of weak mechanical characteristics. The objective of this study is to simulate numerically the interaction effects caused by construction of two parallels tunnels. This is an important factor in the study of the total answer of the problem interaction between parallels underground works. The importance of the effects transmitted is function of several parameters as the type of the works, and the mechanical characteristics (tunnel size, depth, and the relative position between two tunnels, lining thickness...). This article describes numerical analyses of two parallels tunnels interaction. This study will be applied to a real case of a section tunnel T4 of the highway East-West (Algeria); the study presented below comprises a series of numerical simulations of two tunnels using the computer program Plaxis which is used in the analyses is based on Finite Element Method.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.5
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pp.537-546
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2013
Traffic congestion in existing tunnels has increased due to increased traffic volume and enlarged vehicles. Enlarging existing tunnels has advantages over constructing new tunnels by reducing land purchasing costs as well as minimizing natural environment destruction. In fact, many overseas projects for enlarging existing tunnels have been reported. Thus, it appears that the demand on enlarging existing tunnels continues to rise in Korea in near future. Nonetheless, the studies related to the enlarged tunnels have been relatively rare since there have been few tunnel enlargement projects in Korea. In the present study, the tunnel behavior and the stability of rock pillar when enlarging existing parallel tunnels were investigated by performing FE analysis and using existing theory and empirical relationships. Four different enlarging cases, depending on the enlargement types and directions, were examined in the study. According to the results, for the tunnels with the same pillar width after enlarged, the uni-laterally enlarged tunnel indicated 5 to 20% higher crown settlement compared to the bi-laterally enlarged tunnel, and for the tunnel with the narrowest pillar, the highest shotcrete stress was observed. Also, the strength/stress ratio for rock pillar was more than 1.0 for all four enlargement cases, and the Matsuda's method was found to give higher strength/stress ratio by about 50% compared to the Peck's method.
In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of three parallel tunnels. Seven types of test models which had respectively different pillar widths, tunnel sectional shapes, support conditions and ground conditions were experimented, where crack initiating pressures and deformation behaviors around tunnels were investigated. In order to evaluate the effect of pillar widths on stability, various models were experimented. As results, the models with shallower pillar widths proved to be unstable because of lower crack initiating pressures and more tunnel convergences than the models with thicker pillar widths. In order to find the effect of tunnel sectional shape on stability, the models with arched, semi-arched and rectangular tunnels were experimented. Among them rectangular tunnel model was the most unstable, where the arched tunnel model with small radius of roof curvature was more stable than semi-arched one. The model with rockbolt showed higher crack initiating pressure and less roof lowering than the unsupported model. The deformation behaviors of tunnels in the anisotropic ground model were quite different from those in the isotropic ground model. Futhermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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