Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.1
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pp.49-63
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2015
In this paper, the results of evaluation on the member forces in the virtual subsea tunnel lining segments and optimal thickness of the segment with changes in depth were presented. To evaluate member forces on the hypothetical subsea tunnelling cases were developed and the segmental lining member forces were calculated by performing structural analysis using the 2-Ring Beam model. Through a preliminary reinforcement design review of the cross-section using calculated member force, optimal reinforcement design was selected. Based on the results, the variations of member forces with construction conditions such as the cover depth and the hydraulic pressure are presented. In addition, optimum segment lining designs were developed for various tunnelling conditions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.1
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pp.49-57
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2008
One of the most important design concerns for undersea tunnels is to establish design water load and flow rate. These are greatly dependent on the hydraulic factors such as water head, cover depth, hydraulic boundary conditions. In this paper, the influence of the hydraulic design factors on the ground loading and the inflow rate was investigated using the coupled finite element method. A horse shoe-shaped tunnel constructed 30 m below sea bottom was adopted to evaluate the water head effect considering various water depth for varying hydraulic conditions and relative permeability between lining and ground. The effect of cover depth was analysed for varying cover depth with the water depth of 60 m. The results were considered in terms of pore water pressure, ground loading and flow rate. Ground loading increases with an increase in water head and cover depth without depending on hydraulic boundary conditions. This points out that in leaking tunnels an increase in water depth increases seepage force which consequently increases ground loading. Furthermore, it is identified that an increase in water head and cover depth increases the rate of inflow and a decrease in the permeability ratio reduces the rate of inflow considerably.
Jo, Hyeong-Je;Chun, Kyu-Myung;Kim, Jong-Won;Lee, Ju-Kyung
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.2
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pp.153-166
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2015
Long subsea tunnel to be built below the seabed, as compared to the general railway tunnel, is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for the purpose of ventilation and fire safety. So, the construction of some artificial island is required to provide ventilation. But, because of construction difficulty and cost increase, it is necessary to minimize the artificial island construction. The longer ventilation distance is, the more fresh air requirement is needed. When supply airflow becomes excessive, duct size is restricted by the limitations of structure clearance and fan pressure and power increase exponentially. Therefore, in order to build a long subsea tunnel, it is necessary to overcome these practical problems and to develop technical solution that can keep the comfortable condition of tunnel environment during construction. In this study, as on ventilation method development suitable for long subsea tunnel, through comparison of temporary ventilation capacity calculation methods during construction phase, domestic and abroad, the application of Swiss SIA 196 code is found suitable for long subsea tunnel. And, through experiment on leakage of the duct connector, we confirmed that the leakage ratio per 100 m of domestic duct connection type is between 1.5~3.0%. Based on S-class duct of SIA 196 code, ventilation distance is 10.2 km, So, ventilation distance can be longer if duct connection method is improved. So, we confirmed that the improvement of leakage ratio is key issue in the construction-phase ventilation of long subsea tunnel.
The railway is widely used to transport passengers and freight due to its punctuality and large transport capacity. The recent remarkable development in construction technology enables various subsea railway tunnels for continent-continent or continent-island connectivity. In Korea, design and construction experience is primarily based on the successful completion of the Boryeong subsea tunnel (2021) and the Gadeok subsea tunnel (2010). However, frequent earthquakes with diverse magnitudes, globally induced and continuously increased the awareness of seismic risks and the frequency of domestic earthquakes. The effect of an earthquake on the subsea tunnel is very complicated. However, ground conditions and seismic waves are considered the main factors. This study simulated four ground types of 3-dimensional numerical models, such as soil, rock, composite, and fractured zone, to analyze the effect of ground type and seismic wave. A virtual subsea railway shield tunnel considering external water pressure was modeled. Further, three different seismic waves with long-term, short-term, and both periods were studied. The dynamic analyses by finite difference method were performed to investigate the displacement and stress characteristics. Consequently, the long-term period wave exhibited a predominant lateral displacement response in soil and the short-term period wave in rock. The artificial wave, which had both periodic characteristics, demonstrated predominant in the fractured zone. The effect of an earthquake is more noticeable in the stress of the tunnel segment than in displacement because of confining effect of ground and structural elements in the shield tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.3
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pp.503-515
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2017
Underground structures that have recently become larger are required to be stable not only during normal times but also during earthquakes. Especially, it is very important to maintain the stability of the subsea tunnels during the earthquake. The objective of this paper is to verify the effectiveness of the flexible segment, which is one of the breakthrough facilities to maintain the stability of the subsea tunnel during the earthquake using the shaking table test. Another goal of this paper is to propose the optimum position of the flexible segment through 3D dynamic numerical analysis based on the verified results from shaking table tests. The 1g shaking table test considering the similarity ratio (1:100) to the cross section of the selected artificial subsea tunnel was carried out considering the Geongju and Artificial seismic waves, longitudinal and lateral wave, and with/without flexible segments eight times or more. As a result of the shaking table test, it was confirmed that the flexible segment is effective in improving the seismic performance of the undersea tunnel in all the experimental results. In addition, 3D dynamic numerical analysis was performed to select the optimum position of the flexible segment which is effective for improving seismic performance. As a result, it was confirmed that the seismic acceleration is attenuated when the flexible segment is installed adjacent to the branch section in subsea tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.1
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pp.25-36
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2008
When constructing subsea underground structures, the influence of high water and seepage pressure acting on the structures can not be neglected. Thus hydro-mechanical coupled analysis should be performed to estimate the behavior of the structures precisely In practice, relaxed rock load is generally used for the design of tunnel concrete lining. A method based on the distribution of local safety factor around a tunnel was proposed for the estimation of a height of relaxed rock mass ($H_{relaxed}$). In this study, the validation of the suggested method is investigated in the framework of hydro-mechanical coupled analyses. It was suggested that inducing inflow by pumping through a drainage well gave more reliable results than inducing inflow with shotcrete hydraulic characteristics in case of rock condition of Class III. In this study, therefore, inducing inflow by pumping through a drainage well are adopted in estimating $H_{relaxed}$ due to a tunnel excavation with the rock condition of Class I, III, and V. Also the estimated $H_{relaxed}$ results are compared with those of the existing suggested methods. As the result of this study, it is confirmed that estimating $H_{relaxed}$ based on the distribution of local safety factor around a tunnel can be effectively used even for the case of hydro-mechanical coupled analysis. It is also found that inducing inflow pumping through a drainage well gives more precise and consistent Hrelaxed of a subsea structure.
Son, Young-Jin;Choi, Hyeungchul;Moon, Hung-Man;Choi, Hangseok;Ko, Tae Young
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.175-181
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2016
In this paper, the liquid air was selected as the refrigerant in artificial ground freezing to be used for rapid ground freezing and to reduce the risk of suffocation and the applicability of liquid air was verified. In order to evaluate the stability of the liquid air, the oxygen concentration of mixtures with liquid nitrogen and liquid oxygen was experimentally examined to meet the oxygen concentration criteria in the Occupational Safety and Health Act. In addition, the effects of the mixture ratio of liquid nitrogen and liquid oxygen, pressure and flow rate change in the storage vessel on the oxygen concentration in the liquid air were investigated. As a result, the ratio of liquid nitrogen and liquid oxygen 8: 2 was shown to meet the oxygen concentration standards. Pressure and flow rate change in the storage vessel did not have significant effects on the oxygen concentration in the liquid air.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.2
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pp.141-150
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2009
When constructing a subsea tunnel in discontinuous rock mass, fluid flow in joints has a great influence on the behavior of the tunnel so that hydro-mechanical coupled analysis should be performed for the stability estimation. In practice, relaxed rock load is generally used for the design of tunnel concrete lining. In a continuum analysis, a method based on the distribution of local safety factor around a tunnel was proposed for the estimation of a potential relaxed zone. However, in the case of discontinuous rock mass in which joints are developed, the whole stability of tunnels depends on the behavior of the joints. In this study, therefore, a method is proposed for the estimation of a potential relaxed zone occurred by the excavation of a tunnel in discontinuous rock mass. The suggested method is validated by sensitivity analysis and the comparison with the results of continuum analysis.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.2
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pp.255-268
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2018
Subsea tunnel can be highly vulnerable to seawater intrusion due to unexpected high-water pressure during construction. An artificial ground freezing (AGF) will be a promising alternative to conventional reinforcement or water-tightening technology under high-water pressure conditions. In this study, the freezing energy and required time was calculated by the theoretical model of the heat flow to estimate the total amount of refrigerant required for the artificial ground freezing. A lab-scale freezing chamber was devised to investigate changes in the thermal and mechanical properties of sandy soil corresponding to the variation of the salinity and water pressure. The freezing time was measured with different conditions during the chamber freezing tests. Its validity was evaluated by comparing the results between the freezing chamber experiment and the numerical analysis. In particular, the freezing time showed no significant difference between the theoretical model and the numerical analysis. The amount of refrigerant for artificial ground freezing was estimated from the numerical analysis and the freezing efficiency obtained from the chamber test. In addition, the energy ratio for maintaining frozen status was calculated by the proposed formula. It is believed that the energy ratio for freezing will depend on the depth of rock cover in the subsea tunnels and the water temperature on the sea floor.
Kim, Yeon-Deok;Kong, Min-Teak;Hwang, Beoung-Hyeon;Kim, Sang-Hwan
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1147-1159
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2018
This study focuses on the verification of a rapid protection automation system using an inflatable structure. The inflatable structure is an automatic rapid protection system against human and material damage when the subsea tunnel is flooded. Especially, it is essential for construction and operation of subsea tunnels. In this study, we have experimentally verified the rapid protection automation system using the inflatable structure designed for this problem. In order to verify this, a model tunnel with a 40: 1 reduction ratio was constructed, and air pressure of 0.1 bar and 0.15 bar was injected to divide the tunnel according to the expansion rate at 10 sec and 20 sec. According to the results of the study, the protection efficiency was better at 0.15 bar than 0.1 bar when the expansion structure was expanded, and the protection efficiency and influent control efficiency were different according to the pneumatic injection time of the inflating structure. As a result of this study, it was found that the higher the internal air pressure of the inflated structure and the faster the inflation of rate, the more effectively the inflated structure was inflated. As a result of this study, it is necessary to further study the wedge type structure which is useful for the storage method of expansion structure, shape and expansion derivative, inhibition of expansion structure during protection and control of inflow water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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