Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.06b
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pp.165-193
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2003
The Han River tunnel connecting Yoido and Mapo was constructed as a part of the Seoul subway line No.5, which is 52 km long, to improve the traffic conditions of Seoul. It is constructed 15.6∼30m below the river floor. It Is the first under-river tunnel in Korea with the length of 1,288m. Geological conditions of the ground under the Han River were more complex and irregular than expected at the design stage, because there were several faults, fracture zones and slickensided joints coated with graphite. It was thus indispensable to estimate the ground condition of the tunnel face to apply proper excavation and reinforcement methods. Advance borings and face mappings were performed before excavation to improve constructional efficiency and excavation stability.
For an efficient management and analysis of geological/geotechnical data obtained during site investigations or tunnel construction, Tunnel Information System(TIS) was developed in this study. TIS is running in CIS(Geographical Information System) which has a spatial data. TIS consists of two parts, the Tunnel Face Mapping System(FaceMap), to record a geological features by observations and measurements at the surface of the excavation, the Borehole Data Management System(BDMS), to store the different types of rock data related to boreholes. Using the database of collapsed tunnels, 20 in Korea and 84 in Europe and with an artificial neural network, an expert system was developed for inferring the tunnel collapse pattern and its volume. And by applying Geo-predict, the system developed, in tunnels under construction, observed data from the $\bigcirc$$\bigcirc$tunnl site was compared and analyzed.
Tunnel site where high water pressure is applied, such as subsea tunnel, generally selects the shield TBM (Tunnel Boring Machine) to maintain the tunnel excavation face. The shield TBM has cutters installed, and the cutters wear out during the process of excavation, so it should be checked and replaced regularly. This is called CHI (Cutterhead Intervention). The conventional CHI under high water pressure is very disadvantageous in terms of safety and economics because humans perform work in response to high water pressure and huge water inflow in the chamber. To overcome this disadvantage, this study proposes a new method to dramatically reduce water pressure and water ingress by injecting an appropriate grout solution into the front of the tunnel face through the shield TBM chamber, called New Face Grouting Method (NFGM). The tunnel model tests were performed to determine the characteristics, injection volume, and curing time of grout solution to be applied to the NFGM. Model test apparatus was composed of a pressure soil tank, a model shield TBM, a grout tank, and an air compressor to measure the amount of water inflow into the chamber. The model tests were conducted by changing the injection amount of the grout solution, the curing time after the grout injection, and the water/cement ratio of grout solution. From an economic point of view, the results showed that the injection volume of 1.0 L, curing time of 6 hours, and water/cement ratio of the grout solution between 1.5 and 2.0 are the most economical. It can be concluded that this study has presented a method to economically perform the CHI under the high water pressure.
This paper presents a novel methodology for face stability assessment of rock tunnels under water table by combining the kinematical approach of limit analysis and numerical simulation. The tunnels considered in this paper are excavated in fractured rock masses characterized by the Hoek-Brown failure criterion. In terms of natural rock deposition, a more convincing case of depth-dependent mi, GSI, D and ${\sigma}_c$ is taken into account by proposing the horizontally layered discretization technique, which enables us to generate the failure surface of tunnel face point by point. The vertical distance between any two adjacent points is fixed, which is beneficial to deal with stability problems involving depth-dependent rock parameters. The pore water pressure is numerically computed by means of 3D steady-state flow analyses. Accordingly, the pore water pressure for each discretized point on the failure surface is obtained by interpolation. The parametric analysis is performed to show the influence of depth-dependent parameters of $m_i$, GSI, D, ${\sigma}_c$ and the variation of water table elevation on tunnel face stability. Finally, several design charts for an undisturbed tunnel are presented for quick calculations of critical support pressures against face failure.
Min Kyoung-Nam;Lim Kwang-Su;Jang Chang-Sik;Lim Dae-Hwan
Tunnel and Underground Space
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v.15
no.2
s.55
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pp.111-118
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2005
The area of investigation belongs to Okchon metamorphic zone and the fault fractured zone runs parallel to the tunnel direction. It causes the independent decline of tunnel face and the slackness of the tunnel surrounding base so, after all, the severe displacement has occurred within the tunnel. Accordingly, the TSP(Tunnel Seismic Prediction) survey has been performed to investigate the extent of fault fractured zone and to analize its characteristics. Also, we have analized the behavior causes by performing the tunnel face mapping and drilling investigation, and confirmed the position and scale of geological anomaly area and front fractured zone which influences tunnel excavation and supporting. Collected data analyzed ground layer condition through 3 dimensional modeling. Several variables included in the modeling were analyzed by geostastistics. The analysis of the modeling data shows that the belt of weathering by fault fractured zone is developing on the basis of the right side of tunnel and that is decreasing to the left side. The fault fractured zone was confirmed that it has strike, $N0\~5^{\circ}E$ dip NW, and it is consisted of large-scale fractured zone including several anomalies. The severe displacement in tunnel is probably caused by asymmetrical load that n generated by the crossing of discontinuity and the rock strength imbalance of tunnel's both side by fault fractured zone, and judge that need tunnel reinforcement method of grouting etc.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.3
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pp.259-267
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2004
The practice of introducing and grouting reinforced fiber glass pipes or bar into the core to be excavated to maintain stable the tunnel face during excavation has been applied to many tunnels, where difficult geotechnical conditions are present, with good results in terms of safety and speed of works. This reinforcing technique, initially developed to be used jointly with the mechanical precut in clay, has been widely used with other geotechnical conditions as the only type of reinforcement or joined with other ground consolidation and/or reinforcement techniques (i.e. steel pipes or jet-grouting umbrella). At present same numerical researches have been carried out to find which are the real working conditions of the reinforcing elements but no final results have been obtained for the definition of the best design approaches. In this work the results of a three dimensional parametric numerical model is presented.
This paper develops a convenient approach for deterministic and probabilistic evaluations of tunnel face stability using support vector machine classifiers. The proposed method is comprised of two major steps, i.e., construction of the training dataset and determination of instance-based classifiers. In step one, the orthogonal design is utilized to produce representative samples after the ranges and levels of the factors that influence tunnel face stability are specified. The training dataset is then labeled by two-dimensional strength reduction analyses embedded within OptumG2. For any unknown instance, the second step applies the training dataset for classification, which is achieved by an ad hoc Python program. The classification of unknown samples starts with selection of instance-based training samples using the k-nearest neighbors algorithm, followed by the construction of an instance-based SVM-KNN classifier. It eventually provides labels of the unknown instances, avoiding calculate its corresponding performance function. Probabilistic evaluations are performed by Monte Carlo simulation based on the SVM-KNN classifier. The ratio of the number of unstable samples to the total number of simulated samples is computed and is taken as the failure probability, which is validated and compared with the response surface method.
Preceding displacements in tunnel are difficult to predict since the measurements of displacements after excavation can not be performed immediately. In the present study, The longitudinal displacements which can be measured immediately after excavation are used to predict the crown settlements occurring before excavation only if fault is located at the tunnel crown. Three-dimensional finite element analysis was conducted using 28 numerical models with various fault attitudes to analyze the correlation between the longitudinal displacements on tunnel face and preceding crown settlements. The results, $L_{face}/C$ ratio show 2~12% in the drives with dip models and 2~13% in the drives against dip models individually. In addition, each model has a certain $L_{face}/C$ ratio. The result of the regression analysis show that the coefficient of determination is over 0.8 in most models. Therefore, crown settlements occurring before excavation can be predicted by analyzing the longitudinal displacements occurring on tunnel faces.
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.
Tunneling in difficult geological conditions is often inevitable especially in urban areas. Ground improvement and reinforcement techniques are often required to guarantee safe tunnel excavations and/or to prevent damage to adjacent structures. The steel pipe-reinforced multistep grouting method has been recently applied to tunnel sites in Korea as an auxiliary technique. In this study, the face stability with steel pipe-reinforced multistep grouting was evaluated emphasizing the effect of seepage forces. The study revealed that the influence of the steel pipe-reinforced multistep grouting on the support pressure in dry condition is not significant while there is relatively a large amount of reduction in seepage forces by adopting the technique in saturated condition. The effect of the anisotropy of permeability on the seepage force acting on the tunnel face was also estimated by conducting the coupled analysis. It was found that a higher horizontal permeability compared with the vertical one causes reduction in the seepage farce acting on the tunnel face.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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