Park, Chul-Whan;Park, Chan;Cheon, Dae-Sung;Synn, Joong-Ho
Tunnel and Underground Space
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v.17
no.3
s.68
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pp.225-233
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2007
Because of Norwegian topography as valleys and fjords, a large number of tunnels has been built and 59 of them have been excavated by TBM for last 30 years. Prognosis technology has been developed and improved through lots of TBM experiences, and the NTNU prediction model has been completed. This paper focuses the improvement of net penetration rate and advance rate in 14 Norwegian and 4 Koran TBM tunnelling sites of which data were reported. Through this period, net penetration rate as well as advance rate were increased to double with the improvement of disc cutter size and cutter arrangement in Norway. These rates in Korea were also increased for 15 years even though the rates were lower compared to Norwegian. It is estimated that these low rates were mainly caused by using disc cutters less than 17 inch diameter. It is expected that net penetration rate and advance rate can be increased by improvement of machine and tunnelling technology, especially by using 17 or 19 inch of the disc cutter size in the Korean full face mechanical tunnelling site.
In urban area, the use of mechanical excavators (e.g., TBM and roadheader) has been increasing in construction of tunnelling and underground space. The undercutting technology, which is modified from the conventional rock-cutting concept, has been developed by advanced countries. Therefore, research on the latest technology of mechanical excavation is required, and keeping carrying out research on conventional mechanical tunneling methods at the same time. In this study, as a fundamental study of the undercutting technique, the principle and concept of the undercutting were introduced, as well as the current status of the research of advanced countries. The undercutting is applicable as a full-face excavation method for the tunnels and underground spaces, as well as an auxiliary(partial-face excavation) method for extension of the existing tunnels.
A system with the ability to recognize potential key blocks during tunnel construction by analyzing the rock face was developed in this study. This system predicts the formation of key blocks in advance and evaluates their safety factors. A laser scanner was used to collect a three-dimensional point cloud of the rock face, which was then utilized to model the excavation surface and derive the joint surfaces. Because joint surfaces have specific strikes and dip angles, the key blocks formed by these surfaces are deduced through iterative calculations, and the safety factor of each key block can be calculated accordingly. The model experiments confirmed the accuracy of the system's output in terms of the joint surface characteristics. By inputting the joint surface information, the calculated safety factors were compared with those from the existing commercial software, demonstrating stable calculation results within a 1% error margin.
Lee, Jae-won;Kang, Sung-wook;Jung, Jae-hoon;Kang, Han-byul;Shin, Young Jin
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.6
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pp.553-581
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2022
Shortly after tunnel boring machine (TBM) was introduced in the tunneling industry, the use of TBM has surprisingly increased worldwide due to its performance together with the benefit of being safely and environmentally friendly. One of the main cost items in the TBM tunneling in rock and soil is changing damaged or worn cutters. It is because that the cutter change is a time-consuming and costly activity that can significantly reduce the TBM utilization and advance rate and has a major effect on the total time and cost of TBM tunneling projects. Therefore, the importance of accurately evaluating the cutter life can never be overemphasized. However, the prediction of cutter wear in soil, rock including mixed face is very complex and not yet fully clarified, subsequently keeping engineers busy around the world. Various prediction models for cutter wear have been developed and introduced, but these models almost usually produce highly variable results due to inherent uncertainties in the models. In this study, a case study of design and construction of disc cutter change is introduced and analyzed, rather than proposing a prediction model of cutter wear. As the disc cutter is strongly affected by the geological condition, TBM machine characteristic and operation, authors believe it is very hard to suggest a generalized prediction model given the uncertainties and limitations therefore it would be more practical to analyze a real case and provide a detailed discussion of the difference between prediction and result for the cutter change. By doing so, up-to-date idea about planning and execution of cutter change in practice can be promoted.
Kim, Tae-Hwan;Kwon, Young-Sam;Chung, Heeyoung;Lee, In-Mo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1049-1060
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2018
Soil conditioning is one of the key factors for successfull tunnel excavations utilizing the earth pressure-balanced (EPB) shield tunnel boring machine (TBM) by increasing the tunnel face stability and extraction efficiency of excavated soils. In this study, conditioning agents are mixed with the weathered granite soils which are abundant in the Korean peninsula and the workability of the resulting mixture is evaluated through the slump tests to derive and propose the most suitable conditioning agent as well as the most appropriate agent mix ratios. However, since it is cumbersome to perform the slump tests all the time either in the laboratory or in-situ, a simpler test may be needed instead of the slump test; the fall cone test was proposed as a substitute. In this paper, the correlation between the slump value obtained from the slump test and the cone penetration depth obtained from the proposed fall cone test was obtained. Test results showed that a very good correlation between two was observed; it means that the simpler fall cone test can be used to assess the suitability of the conditioned soils instead of the more cumbersome slump test.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.133-149
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2021
This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability of the excavation surface during tunnel excavation, based on measurements taken at the actual site. After using a 12 m steel pipe attached with a shape displacement meter and a strain gauge to reinforce the actual tunnel surface, behavioral characteristics were identified by analyzing the measured deformation and stress of the steel pipe. Taking into account that the steel pipes were overlapped every 6 m, the measured data up to 7 m of excavation were used. In addition, the behavioral characteristics of the steel pipe reinforcement according to the difference in strength were also examined by applying steel pipes with different allowable stresses (SGT275 and SGT550). As a result of analyzing the behavior of steel pipes for 7 hours after the first excavation for 1 m and before proceeding with the next excavation, the stress redistribution due to the arching effect caused by the excavation relaxation load was observed. As excavation proceeded by 1 m, the excavated section exhibited the greatest deformation during excavation of 4 to 6 m due to the stress distribution of the three-dimensional relaxation load, and deformation and stress were generated in the steel pipe installed in the ground ahead of the tunnel face. As a result of comparing the behavior of SGT275 steel pipe (yield strength 275 MPa) and SGT550 steel pipe (yield strength 550 MPa), the difference in the amount of deformation was up to 18 times and the stress was up to 12 times; the stronger the steel pipe, the better it was at responding to the relaxation load. In this study, the behavior mechanism of steel pipe reinforcement grouting in response to the arching effect due to the relaxation load was identified based on the measured data during the actual tunnel excavation, and the results were reported.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.10a
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pp.536-549
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2005
국내 대부분을 차지하고 있는 NATM의 주요원리는 주변지반의 지보효과를 활용하는 터널굴착공법이다. 따라서 실제 지반조건이 원설계조건 보다 역학적으로 불량한 경우 보강공법의 적용은 필수적이라 할 수 있으나, 합리적인 설계변경은 현실적으로 쉽지 않은 실정이다. 또한 현실적인 이유로 양방향으로 터널을 관통하는 설계법과 달리 종종 1방향 굴진으로 터널을 관통하는 경우가 있다. 그러나 이러한 1방향 굴진은 불가분 굴진 종점부에서 저토피 갱구를 향하게 되므로, 지반이 연약한 경ㅇ우 막장 붕괴의 위험이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 본 터널은 설계 시 갱구부 지반을 풍화암과 연암으로 보고 설계 하였으나, 실제 굴착 시 확인된 지층은 핵석을 포함한 실트질모래(SP-SM)로 판명되었다. 더구나 터널굴진 방향에 있어서도 양방향 굴착이 아닌 저토피 갱구를 향한 1방향 굴진을 실시하였으며, 이러한 시공 중에 터널관통을 불과 19m 남겨둔 갱구부에서 막장부괴와 동시에 상부사면 함몰이 발생하였다. 본 연구는 토사터널 갱구부 1방향 굴진 시 발생한 막장붕괴 보강사례로서, 지상보강(시멘트밀크 그라우팅)과 갱내보강(방사상 FRP보강그라우팅) 그리고 인버트폐합을 실시하여 성공적으로 터널시공을 완료한 사례연구이다. 본 사례는 향후 토사터널 갱구부의 설계와 시공에 유용한 참고자료가 될 것이다.
Since the development of Discontinuous Deformation Analysis (DDA) by Shi (1984), there has been much improvement in the theory and programs. These, however, are all based on the assumption of a two-dimensional plane strain or plane stress state; and because a rock block system is a three-dimensional problem, a two-dimensional analysis has limited application. So a three-dimensional analysis is required in the design of rock slopes and underground spaces where three-dimensional discontinuities dominate stability. In this study three-dimensional DDA program is developed using the Shi's two-dimensional theory and program, and the two cases of three-dimensional block are analysed. The program is applied to one sliding-face blocks and wedge sliding and it gives the good results comparing to the exact solution. Multi-block cases will be analysed for many other application soon.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.268-275
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2006
Excavation works of cylindrical shafts and tunnels for the construction of a variety of infrastructures have been frequently going on in the urban areas. When ground excavations of cylindrical shafts and shallow tunnels proceed in the ground condition of high water level and silt particle component, ground water drawdown involving soil particle migration causes loosening of ground around tunnels and shafts, causes settlement and deformation of ground. Damages due to ground sinking and differential settlement can occur in the adjacent ground and structures. The extent and possibility of damage relevant to ground water drawdown and soil particle migration can't be so precisely expected in advance that we will face terrible damages in case of minor carefulness. This paper introduces two examples of construction management where using incremental deformation graph of inclinometer, we noticed the possibility of soil migration due to ground water drawdown in the excavation process of vertical shaft and shallow tunnel, analysed a series of measurement data in coupled connection, properly prepared countermeasures, so came into safe and successful completion of excavation work without terrible damages. The effort of this article aims to improve and develop the technique of design and construction in the coming projects having similar ground condition and supporting method.
This study estimates the degree of influence of factors influencing ground surface settlement during tunnel excavation using Shield tunneling trough 3D FE-analyses. Numerical analysis was carried out by considering face pressure, skinplate pressure, excavation length, soil model, element size and soil material properties. Also, Actually constructed shield TBM comparative analysis was conducted by compared with Volume loss model, Pressure model and field measurement data. Skinplate pressure and soil model were the most influential factors, and the analysis results were similar to field measurements when the appropriate skinplate pressure was applied according to the passing stratum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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