Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.3
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pp.219-237
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2020
Rapid economic development and urban population growth have been increasing the necessity for underground space exploration and utilization due to the need of upgrading and expanding the existing infrastructures. TBM has been widely used to construct underground structures with high advance rate and minimal ground disturbance. Two important design parameters, which are available thrust capacity and cutterhead torque, should be estimated for any project in addition to proper selection of TBM type. However, the conventional thrust force and torque estimation model only depends on the empirical equation, which hinders the design process of the optimal thrust hydraulic system and the appropriate hydraulic components. In this study, four thrust and torque calculation models are derived and explained. For TBM design practice, the four estimation models are compared and discussed.
In deep mixed rock strata, a double shield TBM (DS-TBM) is easy to be entrapped by a large force during tunneling. In order to reduce the probability of the entrapment, we need to investigate a favorable driving direction, either driving with or against dip, which mainly associates with the angle between the tunneling axis and strike, ${\theta}$, as well as the dip angle of rock strata, ${\alpha}$. We, therefore, establish a 3DEC model to show the changes of displacements and contact forces in mixed rock strata through LDP (longitudinal displacement profile) and LFP (longitudinal contact force profile) curves at four characteristic points on the surrounding rock. This is followed by a series of numerical models to investigate the favorable driving direction. The computational results indicate driving with dip is the favorable tunneling direction to reduce the probability of DS-TBM entrapment, irrespective of ${\theta}$ and ${\alpha}$, which is not in full agreement with the guidelines proposed in RMR. From the favorable driving direction (i.e., driving with dip), the smallest contact force is found when ${\theta}$ is equal to $90^{\circ}$. The present study is therefore beneficial for route selection and construction design in TBM tunneling.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.625-635
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2013
Although the TBM method is mainly adopted in overseas market including the Europe, etc, the method scarcely adopted in domestic market. For highly enhancing applications of the TBM method for railway, It is needed to select the optimal cross-section considering design elements of civil engineering and aerodynamic effects. Also, it is needed to establish plan of proper section as well as reviewing aerodynamic effects and consideration about civil engineering elements such as length of tunnel, speed of railway, height of whole lines and size of utility tunnel, etc. Even though it should be recently considered high-speed railway tunnels and required to be standard establishments in aerodynamic reviews, it is being applied to be criteria of inconsistent pneumatic analysis owing to be not related with domestic standards. In this study, therefore, we are willing to establishment of domestic and foreign aerodynamic standards and investigate correlation between optimal cross-section and aerodynamic effects of TBM railway tunnels.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.2
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pp.197-217
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2020
Shield TBM tunneling, used in the construction of Seoul subway line 7 and line 9, has been well known as a very efficient, as well as safe, tunneling method. Although the Shield TBM method has been known to be effectively used in poor ground conditions, a number of troubles have occurred during the use of the shield TBM, due to inappropriate machine selection, machine breakdown, and unpredicted ground conditions etc. In this study, several accidents and trouble cases occurred during excavation by Shield TBM, reported from Japan, were investigated. A series of numerical analysis was then performed to compare with the trouble cases and back-analysis results for the cause analysis. The lessons learned from the case studies are presented at the end.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.1
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pp.57-70
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2017
In this study, we investigated the wear measurement methods for slurry pipe applied in the field of mining and oil sand industry and theoretical equations related to the prediction of wear in slurry pipe through literature review. Average daily wear rate and wear rate per excavated distance were determined from slurry discharge pipe thickness measurement data periodically measured at the actual slurry shield TBM site in Singapore. The wear rate of slurry pipe for Bukit Timah Granite was obtained. The wear rates for G (V) grade and mixed zone were 1.5 times higher than that of G (I) to G (IV) grade. Slurry pipe wear rate tends to increase in proportion to the slurry discharge velocity. The optimal slurry pipe replacement or rotation frequency can be estimated through the selection of the pipe wear rate considering geological condition and the reasonable pipe management thickness.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.3
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pp.201-220
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2023
Power cable tunnels is one of the underground structures meant for electricity transmission and are constructed using shield TBM method when transitting across urban and subsea regions. With the increasing shaft depth for tunnels excavation when the shield TBM excavated the rock mass, the review of selecting closed-type shield TBM in rocks becomes necessary. A simplified shield TBM design method is also necessary based on conventional geotechnical survey results. In this respect, design method and related design program are developed based on combined results of full-scale tests, considerable amount of accumulated TBM data, and numerical simulation results. In order to validate the program results, excavation data of a completed power cable tunnel project are utilized. Thrust force, torque, and power of shield TBM specification are validated using Kernel density concept which estimates the population data. The robustness of design expertise is established through this research which will help in stable provision of electricity supply.
Park, Byungkwan;Choi, Soon-Wook;Lee, Chulho;Kang, Tae-Ho;Chang, Soo-Ho
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.6
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pp.379-393
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2019
For the economical construction of a tunnel by TBM, the selection of TBM optimized with the various project conditions is important, and also necessary to predict the performances of selected TBM in advance. This study was conducted to comprehensively evaluate the performance of the EPB shield TBM screw conveyor by the discrete element method. The sticky particles were used for the excavated material models, and screw conveyor with 11 different inclined angles were simulated to evaluate the performance depending on the different inclined angles. The four different rotational speed conditions of the screw were used, and torque, required power, extra energy for muck discharge, and the muck discharge rate were selected as four performance indicators. As a result, the optimized inclined angle was selected, and selected angle accords with the fact that EPB shield TBM screw conveyor is generally installed and adjusted at the inclined angle between 20.0° and 30.0° in the field.
Boulder detection methods and its compensation is discussed with consideration of boulder conditions in soft ground tunneling by shielded TBM. For analysis of proper compensation methods for boulder obstruction, its removal costs and cases on eight projects are presented. Compensation for boulder obstruction removal by volume or weight is not practical for most tunneling situation, but compensation by crew time is probably the most equitable method. If boulders are anticipated on project, boulder removal plan must be considered with proper equipment selection.
Kim, Kwang-Jin;Koh, Sung-Yil;Choo, Seuk-Yeun;Kim, Jong-Soo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.3
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pp.197-204
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2006
A large sectional tunnelling method using Shield TBM is expected to be popular as domestic demand of long tunnel gets growing. Although a shield tunnelling method has been recognized as prominent method in consideration of stability and applicability in shallow and poor ground, the cases of accident and constructional trouble have been often happened due to unexpected poor ground condition, or selection and use of improper shield machine. Especially, troubling cases at tunnel face are frequently occurred, so supporting pressure control of tunnel face would be the main issue for securing safer and more efficient tunnel excavation using Shield TBM. In this point, we carried out the numerical feed-back analysis to compare the ground deformation pattern with theoretical result at tunnel face.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6D
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pp.623-629
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2010
Recently, the Shield TBM (Tunnel Boring Machine) construction method is used gradually to increase at the Tunnel Constructin site. However the design and application of the Shield TBM were carried out without sufficient investigation of the ground conditions in the construction site. Due to insufficient understanding to the corresponding equipment is frequently occurring unexpected construction cost and extension of a construction period. The most suitable alternative construction method was determined by analyzing tunneling rate, duration, construction cost of shield machine and tunneling data of alternative method. The result of the case study is suggested as follows. First, the accurate soil exploration on the construction site should be preceded to prevent from tunneling stoppage and schedule delay. Second, the most suitable selection of the shield machine to the ground conditions of the construction site should be executed based on the investigation. Third, the best alternative method for boring of hard rock section is 'hard rock blasting after open cut and cover method'.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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