Kim, Kwang-Yeom;Yim, Sung-Bin;Kim, Jang-Kyeom;Seo, Yong-Seok;Kim, Jin-Woung
The Journal of Engineering Geology
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v.20
no.4
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pp.371-380
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2010
A three-dimensional finite element analysis was performed to predict the location of a fault zone ahead of a tunnel face based on convergence displacement. Geometrical models for the numerical analysis were developed based on the possible geometric intersection between the fault zone and the tunnel. Fifteen fault models were generated from combinations of faults with five different strikes (at $15^{\circ}$ intervals) and three dips (vertical, $45^{\circ}$ and $-45^{\circ}$) relative to the tunnel route. The displacements on the crown and side walls were calculated and analyzed using a vector orientation approach. As a result, nine representative prediction charts were developed, showing location and orientation of the fault zone based on convergence displacement.
Face mapping and displacement monitoring during tunnel construction are the most influential information for the stability assessment of ground and around structures. Especially, the result of face mapping and displacement analysis is essential to the excavation and support design in NATM which is based on the drilling and blasting. However, there have not been so many studies to put those useful information into practice for decision-making process during construction. The study reviewed the tunnel behaviour based on the RMR rating and displacement monitoring when the geological condition of rock mass varies inevitably. The study analysed the crown settlement using convergence equation in order to compensate the disparity induced by the location and time of measurement and found a distinct relation between the geological condition and the line of influence. As a result of analysing the various parameters related to the tunnel convergence according to the geological condition, the study suggested the basic knowledge about the relation between face mapping and displacement behaviour of tunnel.
In this paper, review was made for the excavation method and optimum bench length for unstable tunnel face in case of rock classification type V in order to make the best use of in-situ bearing capacity. 3D FEM analyses were performed to investigate the influences on the tunnel face and adjacent area with regard to the pattern and number of bolts when face bolts were used as a supplementary measure. As a result of this study, full section excavation method with sub-bench is effective in reducing the displacement greatly due to early section closure. Displacement-resistant effects in accordance with the bolting patterns are grid type, zig-zag type and then circular type in order of their effect. And horizontal extrusion displacement of tunnel face reduces as the number of bolts increase. A grid type face bolt covering $1.5m^2$ of tunnel face could secure the face stability in case of full section excavation method with sub-bench.
An, Joon-Sang;Kim, Byung-Chan;Moon, Hyun-Koo;Song, Ki-Il;Su, Guo-Shao
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.183-193
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2016
Estimation of the stability of an operating tunnel through a back analysis is a difficult concept to analyze. Specially, when a relatively thick lining is constructed as in case of a subsea tunnel, there will be a limit to the use of displacement-based tunnel back analysis because the corresponding displacement is too small. In this study, DEA is adopted for tunnel back analysis and the feasibility of DEA for back analysis is evaluated. It is implemented in the finite difference code FLAC3D using its built-in FISH language. In addition, the stability of a tunnel lining will be evaluated from the development of displacement-based algorithm and its expanded algorithm with conformity of several parameters such as stress measurements.
The purpose of this study is to present an analysis method for the prediction of the change of ground conditions. To this end, three-dimensional convergence displacements is analyzed in several ways to estimate the trend of displacement change. Three-dimensional arching effect is occurred around the unsupported excavation surface including tunnel face when a tunnel is excavated in a stable rock mass. If the ground condition ahead of tunnel face changes or a weak fracture zone exists a specific trend of displacement change is known to be occurred from the results of the existing researches. The existence of a discontinuity, whose change in front of the tunnel face, can be predicted from the ratio of L/C (longitudinal displacement at crown divided by settlement at crown) etc. Therefore, the change of ground condition and the existence of a fracture zone ahead of tunnel face can be predicted by monitoring three-dimensional absolute displacements during excavation, and applying the methodology presented in this study.
Kim, Chang-Yong;Hong, Sung-Wan;Bae, Gyu-Jin;Kim, Kwang-Yeom;Schubert, Wulf
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.255-261
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2003
Tunnelling in poor and heterogeneous ground is a difficult task. Even with a good geological investigation, uncertainties with respect to the local rock mass structure will remain. Especially for such conditions, a reliable short-term prediction of the conditions ahead and outside the tunnel profile are of paramount importance for the choice of appropriate excavation and support methods. The information contained in the absolute displacement monitoring data allows a comprehensive evaluation of the displacements and the determination of the behaviour and influence of an anisotropic rock mass. Case histories and with numerical simulations show, that changes in the displacement vector orientation can indicate changing rock mass conditions ahead of the tunnel face (Schubert & Budil 1995, Steindorfer & Schubert 1997). Further research has been conducted to quantify the influence of weak zones on stresses and displacements (Grossauer 2001). Sellner (2000) developed software, which allows predicting displacements (GeoFit$\circledR$). The function parameters describe the time and advance dependent deformation of a tunnel. Routinely applying this method at each measuring section allows determining trends of those parameters. It shows, that the trends of parameter sets indicate changes in the stiffness of the rock mass outside the tunnel in a similar way, as the displacement vector orientation does. Three-dimensional Finite Element simulations of different weakness zone properties, thicknesses, and orientations relative to the tunnel axis were carried out and the function parameters evaluated from the results. The results are compared to monitoring results from alpine tunnels in heterogeneous rock. The good qualitative correlation between trends observed on site and numerical results gives hope that by a routine determination of the function parameters during excavation the prediction of rock mass conditions ahead of the tunnel face can be improved. Implementing the rules developed from experience and simulations into the monitoring data evaluation program allows to automatically issuing information on the expected rock mass quality ahead of the tunnel.
We conducted three-dimensional finite element analysis to predict the presence of upcoming fault zones during tunneling. The analysis considered longitudinal displacements measured at tunnel face, and used 28 numerical models with various fault attitudes. The x-MR (moving range) control chart was used to analyze quantitatively the effects of faults distributed ahead of the tunnel face, given the occurrence of a longitudinal displacement. The numerical models with fault were classified as fault gouge, fault breccia, and fault damage zones. The width of fault cores was set to 1 m (fault gouge 0.5 m and fault breccia 0.5 m) and the width of fault damage zones was set to 2 m. The results, suggest that fault centers could be predicted at 2~26 m ahead of the tunnel face and that faults could be predicted earliest in the 45° dip model. In addition, faults could be predicted earliest when the angle between the direction of tunnel advance and the strike of the fault was smallest.
Although it is important to reflect the accurate information of the ground condition in the tunnel design, the analysis and design are conducted by limited information because it is very difficult to consider various geographies and geotechnical conditions. When the tunnel is under construction, examination of accurate safety and prediction of behavior are overcome the limits of predicting behavior by Artificial Neural Network in this study. First, construct the suitable structure after the data of field was made sure by the multi-layer back propagation, then apply with algorithm. Employ the result of measured data from database, and consider the influence factor of tunnel, like supporting pattern, RMR, Q, the types of rock, excavation length, excavation shape, excavation over, to carry out the reliable analysis through field applicability of Artificial Neural Network. After studying, using the ANN model to predict the shearing displacement, convergence displacement, underground displacement, Rock bolt output follow the excavation over of tunnel construction field, then determine the field applicability with ANN through field measured value and comparison analysis when tunnel is being constructed.
Fattah, Mohammed Y.;Hamoo, Mohammed J.;Dawood, Shatha H.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.1
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pp.275-304
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2015
The objective of this paper is to investigate the validity of transmitting boundaries in dynamic analysis of soil-structure interaction problems. As a case study, the proposed Baghdad metro line is considered. The information about the dimensions and the material properties of the concrete tunnel and surrounding soil were obtained from a previous study. A parametric study is carried out to investigate the effect of several parameters including the peak value of the horizontal component of earthquake displacement records and the frequency of the dynamic load. The computer program (Mod-MIXDYN) is used for the analysis. The numerical results are analyzed for three conditions; finite boundaries (traditional boundaries), infinite boundaries modelled by infinite elements (5-node mapped infinite element) presented by Selvadurai and Karpurapu, 1988), and infinite boundaries modelled by dashpot elements (viscous boundaries). It was found that the transmitting boundary absorbs most of the incident energy. The distinct reflections observed for the "fixed boundaries" disappear by using "transmitted boundaries". This is true for both cases of using viscous boundaries or mapped infinite elements. The type and location of the dynamic load represent two controlling factors in deciding the importance of using infinite boundaries. It was found that the results present significant differences when earthquake is applied as a base motion or a pressure load is applied at the surface ground. The peak value of the vertical displacement at nodes A, B, E and F (located at the tunnel's crown and side walls, and at the surface above the tunnel and at the surface 6.5 m away from tunnel's centre respectively) increases with the frequency of the surface pressure load for both cases 1 and 2 (traditional boundaries and mapped infinite elements respectively) while it decreases for case 3 (viscous boundaries). The modular ratio Ec/Es (modulus of elasticity of the concrete lining to that of the surrounding soil) has a considerable effect on the peak value of the horizontal displacement at node B (on the side wall of the tunnel lining) increase about (17.5) times, for the three cases (1, 2, and 3).
Kim, Kwang-Yeom;Kim, Chang-Yong;Lee, Seung-Do;Seo, Yong-Seok;Lee, Chung-In
The Journal of Engineering Geology
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v.17
no.4
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pp.567-576
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2007
In order to assess the on-site applicability of 3D absolute displacement monitoring of tunnel using digital photogrammetry, the displacement of the optical target placed at the measurement section was investigated, as planned in the OO tunnel construction site. The targets on 3 measurement lines only were considered for each point of measurement for the reconstruction of 3D cubic model for the digital vision monitoring. For each 3D model, 3 or more images have to be obtained at each point. On the last 2 measurement lines, 6 targets (crown, left and right walls) were continuously overlapped to construct 3D models so that 6 or more apices can be shared by 2 3D models. In order to compare the measurement methods of 3D absolute displacements in tunnel excavation, i. e, total station and digital image measurement, both the digital image measurement and optical measurement were conducted for 10 times in the same work section. The time and measurement results of both methods were compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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