Engineering rock mass classification is extensively used to determine the reasonable support system throughout the tunneling process in the field. Selection of support system based on the results of engineering rock mass classification is simple and straight-forward. However, this method cannot consider the effect of in-situ stresses, mechanical properties of support material, and support installation time on the behavior or rock-support system To handle the various conditions encountered in the underground excavation sites rock-support system. To handle the various conditions encountered in th eunderground excavation sites rock-support interaction program has been developed. This program can analyze the interaction between rock mass and support materials and also can simulate the tunnel excavation-support insstallation process by controlling the support installation time and the stiffness of support system. Practical applicability of this program was verfied by comparing the results of support design to those from rock mass classification for virtual underground excavation at the drilling site KD-06 in Geoje island.
Jian Zhou;Yunliang Cui;Xinan Yang;Mingjie Ma;Luheng Li
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.6
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pp.575-587
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2024
The contact pressure between the surrounding rock and the support is an important indicator of the surrounding rock pressure. There has been a bottleneck in the prediction of contact loads between surrounding rock and primary support in deep-buried mountain tunnels. The main reason is that a reliable method wasn't existed to quantify the contact loads. This study had been taken into account the flexible support role of the primary support, and the fitting curve of surrounding rock deformation for dynamic tunnel construction was proposed. New formulas for the calculation of contact loads between surrounding rock and primary support were obtained by inversion. Comparative analysis of the calculation results with numerical simulation verified the reliability of the calculation method in this study. It can be seen from the analyses that the contact load between surrounding rock and primary support increases, remains unchanged and decreases during acceleration, uniform velocity and deceleration, respectively, and the deformation of the surrounding rock in the acceleration and deceleration stages cannot completely converted into contact loads. The contact loads between surrounding rock and primary support of medium-strength and weak surrounding rock tunnels are generally within 150 kPa and 1 MPa, respectively. For tunnels with weak surrounding rock, advanced support can be installed to reduce the unique release coefficient λ0 and the value of the constant D, with the purpose of reducing the contact loads between surrounding rock and primary support. Changes in support parameters have a small effect on the contact loads between surrounding rock and primary support, but increase or decrease the safety factor, resulting in a waste of resources or a situation that threatens the safety of the support. The results of this research provide guidance for the prediction of contact loads between surrounding rock and primary support for dynamic tunnel construction.
Jian Zhou;Mingjie Ma;Luheng Li;Yang Ding;Xinan Yang
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.3
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pp.319-334
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2024
The current theories on the interaction between surrounding rock and support in deep-buried tunnels do not consider the form of pre-reinforcement support or the flexibility of primary support, leading to a discrepancy between theoretical solutions and practical applications. To address this gap, a comprehensive mechanical model of the tunnel with pre-reinforced rock was established in this study. The equations for internal stress, displacement, and the radius of the plastic zone in the surrounding rock were derived. By understanding the interaction mechanism between flexible support and surrounding rock, the three-dimensional construction analysis solution of the tunnel could be corrected. The validity of the proposed model was verified through numerical simulations. The results indicate that the reduction of pre-deformation significantly influences the final support pressure. The pre-reinforcement support zone primarily inhibits pre-deformation, thereby reducing the support pressure. The support pressure mainly affects the accelerated and uniform movement stage of the surrounding rock. The generation of support pressure is linked to the deformation of the surrounding rock during the accelerated movement stage. Furthermore, the strength of the pre-reinforcement zone of the surrounding rock and the strength of the shotcrete have opposite effects on the support pressure. The parameters of the pre-reinforcement zones and support materials can be optimized to achieve a balance between surrounding rock deformation, support pressure, cost, and safety. Overall, this study provides valuable insights for predicting the deformation of surrounding rock and support pressure during the dynamic construction of deep-buried weak rock tunnels. These findings can guide engineers in improving the construction process, ensuring better safety and cost-effectiveness.
Due to the constraints in pre site-investigation for tunnel, it is essential to redesign the support structures suitable for rock mass conditions such as rock strength, ground water and discontinuity conditions for safe tunnel construction. For the selection of optimum support, it is very important to carry out the rock mass classification and in-situ measurement in tunnelling. In this paper, in a mountain tunnel designed by NATM in hard rock, the selectable system for optimum support has been studied. The tunnel is situated at Chun-an in Kyungbu highspeed railway line with 2 lanes over a length of 4, 020 m and a diameter of 15 m. The tunnel was constructed by drill & blasting method and long bench cut method, designed five types of standard support patterns according to rock mass conditions. In this tunnel, face mapping based on image processing of tunnel face and rock mass classification by RMR carried out for the quantitative evaluation of the characteristics of rock mass and compared with rock mass classes in design. Also, in-situ measurement of convergence and crown settlement conducted about 30 m interval, assessed the stability of tunnel from the analysis of monitoring data. Through the results of rock mass classification and in-situ measurement in several sections, the design of supports were modified for the safe and economic tunnelling.
This paper investigated the magnitude and distribution of earth pressure on the support system in jointed rock mass by considering different earth pressure coefficients, rock types and joint inclination angles. The study mainly focused on the effect of the earth pressure coefficients on the earth pressure. Based on a physical model test (Son & Park, 2014), extended studies were conducted considering rock-structure interactions based on the discrete element method, which can consider the joints characteristics of rock mass. The results showed that the earth pressure was highly influenced by the earth pressure coefficients as well as the rock type and joint inclination angles. The effects of the earth pressure coefficients increased when the rock suffered more weathering and has no joint slide. The test results were also compared with Peck's earth pressure for soil ground, and clearly showed that the earth pressure in jointed rock mass can be greatly different from that in soil ground. This study indicated the earth pressure coefficients considering the rock types and joint inclination angles are important parameters influencing the magnitude and distribution of earth pressure, which should be considered when designing the support systems in jointed rock mass.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.155-161
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2000
It is very important to control the final load that acts on a support system, in tunnel engineering. A reliable analysis is needed to carry out technically reasonable design and safe construction. Also, a series of procedures of construction and the rock-support interaction behavior must be considered. Most existing studies have been performed as the limited analysis based on the simplified assumption. In this study, through the analysis of a circular tunnel using a 2-D finite differential code, the rook-support interaction behaviors in the variation of rock and stress conditions are analyzed and compared with the results from the closed form solutions. Consequently, more realistic rock-support interaction curves are obtained by including the effects of initial stresses and rock condition. These cures are very useful to predict the required support pressure in the initial design stage.
It is very important to control the final load that acts on a support system, in tunnel engineering. A reliable analysis is needed to carry out technically reasonable design and safe construction. Also, a series of procedures of construction and the rock-support interaction behavior must be considered. Most existing studies have been performed as the limited analysis based on the simplified assumption. In this study, through the analysis of a circular tunnel using a 2-D finite differential code, the rock-support interaction behaviors in the variation of rock and stress conditions are analyzed and compared with the results from the closed form solutions. Consequently, more realistic rock-support interaction curves are obtained by including the effects of initial stresses and rock condition. These curves are very useful to predict the required support pressure in the initial design stage.
This study examined the magnitude and distribution of earth pressure on the support system in a jointed rock mass due to the different joint spacing as well as varying the rock type and joint condition (joint shear strength and joint inclination angle). Based on a physical model test and its numerical simulation, a series of numerical parametric analyses were conducted using a discrete element method. The results showed that the magnitude and distribution of earth pressure were strongly affected by the different joint spacing as well as the rock type and joint condition. In addition, the study results were compared with Peck's earth pressure for soil ground, which indicated that the earth pressure in a jointed rock mass could be considerably different from that in soil ground. The study suggests that the joint spacing as well as the rock type and joint condition are important factors affecting the earth pressure in a jointed rock mass and they should be considered when designing a support system in a jointed rock mass.
Rock Mass classifications have been developed in many European countries. The most widely used classification methods are the Rock Mass Rating (RMR) system proposed by Bieniawski(1973) and the Q-system developed By Barton et al. (1974). These methods are also adopted at many mountain tunnels and subway sites in our country. Here, a geomechanical classification for slopeds in rock, the "Slope Mass Rating"(SMR) is presented for the preliminary assessment of slope stabiliyt. This method can be applied to excavation and support design in the front part of tunnel and cutting area as a guide line and recommendation on support methods which allow a systemmetic use of geomechanical classification for rock slopes.
The selection of the support system is an important design parameter in design and construction of the tunnel using the new Australian tunnel method. It is a common practice to select the support based on the rock mass grade, in which the rock mass is classified into five rock groups. The method is applicable if the characteristics of the rock mass are uniform in the vertical direction. However, such case is seldom encountered in practice and not applicable when the properties vary along the vertical direction. This study performs comprehensive three dimensional finite difference analyses to investigate the ground deformation pattern for cases in which the rock mass properties change in the vertical direction of the tunnel axis. The numerically calculated displacements at the tunnel crown show that the displacement is highly dependent on the stiffness contrast of the rock masses. The results strongly indicate the need to select the support type $0.5{\sim}1.0D$(vertical direction) on the rock mass boundary. The paper proposes a new guideline for selecting the support type based the results of the analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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