This paper is results of experimental and nunerical works on the behavior of the cut-and-cover tunnel. Centrifuge model tests were performed to simulate the behavior of the cut-and-cover tunnels having cross sections of national road and subway tunnels. Model experiments were carried out with changing the cut slope and the slope of filling ground surface. Displacements of tunnel lining resulted from artificially accelerated gravitational force up to 40g of covered material used in model tests, were measured during centrifuge model tests. In model tests, Jumunjin Standard Sand with the relative density of 80 % and the zinc plates were used for the covered material and the flexible tunnel lining, respectively. Basic soil property tests were performed to obtain it's the property of Jumumjin Standard Sand. Shear strength parameters of Jumunjin Standard Sand were obtained by performing the triaxial compression tests. Direct shear tests were also carried out to find the mechanical properties of the interface between the lining and the covered material. Numerical analysis with the commercially available program of FLAC were performed to compare with results of centrifuge model experiment In numerical modelling. Mohr-Coulomb elasto-plastic constitutive model was used to simulaye the behavoor of Jumunjin Standard Sand and the interface element between the lining and the covered material was implemented to simulate the interaction between them. Compared results between model tests and numerical estimation with respect to displacement of the lining showed in good agreements.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.3
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pp.393-399
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2020
In this study, the subsidence behavior caused by groundwater ex-flow in a limestone cavity encountered during tunnel excavation was quantified based on numerical analysis and the effect was analyzed. Based on the groundwater level and surface subsidence surveyed at the site, a numerical analysis technique was applied to analyze the characteristics of the subsidence behavior according to the tunnel passage of the geological vulnerabilities. The results of groundwater seepage-coupled analysis were analyzed to reflect the actual ground subsidence behavior. As a result of the study, it was analyzed that the ground subsidence due to the tunnel excavation in the limestone common section(the geological vulnerable zone) was analyzed that the dramatical decrease in groundwater level was the main cause. As a result of numerical analysis, it was analyzed that the long-term cumulative settlement of the asphalt surface after the groundwater ex-flow was 76~118mm due to the reduction of the volume of the soil layer due to the decrease in the groundwater level, and the settlement amount increased as the depth of the soil layer increased.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.1
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pp.79-90
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2002
The structural analysis such as rigid frame analysis has been used for the design of cut and cover tunnel due to its simplicity and convenience. This analysis, however, could not account for the geometrical factors such as interface elements, slope of excavation plane, distance between lining and excavation plane, etc. To develop the analysis technique and design technology for the cut and cover tunnel, in this study, the numerical analyses considering not only geometrical but geotechnical factors are conducted. Especially, the effects on the mechanical behaviors of cut and cover tunnel due to the slope of excavation plane and the distance between lining and excavation plane are mainly focused in this study.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.2
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pp.113-122
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2013
Recently there has been increased interest for the portal and shallow tunnel for an eco-friendly tunneling method. Semi cut & cover tunnel excavation techniques applied to concrete slab and construction and a growing number of cases, but there is no load combinations and arch concrete cross section for the applicable standards. Therefore, in this study, ground conditions and tunnel overburden thickness, thickness of backfill, overburden surface slope angle changes to a variety of conditions in order to propose standards for the semi cut & cover method was performed numerical analysis. Regression analysis method to the analysis of the results of numerical analysis, and linear regression equations derived to classify and organize a rational, economical, and safe semi cut & cover tunneling method based proposed.
Gangwon Province, located in the northeastern part of South Korea, is the coldest area in South Korea with 90% of the total area as mountainous. Therefore, tunnel damage has been reported continuously in winter. But there has been lack of researches on frost heave occurring behind tunnel lining. In this study, numerical analysis was conducted to investigate the frost depth in road tunnel constructed in Gangwon province. Based on the database on road tunnel and weather in Gangwon province, a standard tunnel shape and geotechnical properties of ground was determined. And then thermal analysis for the frost depth according to the temperature change and ground conditions were conducted. Analysis result showed that the sensitivity to frost heave of metamorphic rock and sedimentary rock is higher than sand. Lower initial ground temperature leads to deeper frost depth and consequently increases frost damage. In addition, lining thickness, specific heat capacity, and thermal conductivity also affect greatly on the variation of frost depth.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.3
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pp.207-219
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2008
In urban areas, it is very often to excavate ground adjacent to existing structures for the construction of new buildings. Deformation and vibration induced by such construction activities may cause damages to the existing structures and petitions from citizens. To secure safety of the existing structures, particularly of tunnels, establishment of general guidelines on vibration have been crucial concerns, although some institutions have their own guidelines which are not generally accepted. This study aims establishing guidelines for tunnel safety due to blast-induced vibration. Numerical methods are adopted for this study. Blast load equation proposed by International Society of Explosive Engineers (2000) is used to decide detonation pressure. Analysis models were obtained from the construction cases of Seoul Metros. By performing dynamic numerical analysis, vibration velocity of an existing tunnel is evaluated. The numerical results are verified by comparing with the field measurement data obtained in excavation sites adjacent to an existing tunnel. Based on the results vibration safety zone is proposed. Influence circle for vibration velocity is drawn and the area not exceeding the allowable vibration velocity is established.
Rashiddel, Alireza;Hajihassani, Mohsen;Kharghani, Mehdi;Valizadeh, Hadi;Rahmannejad, Reza;Dias, Daniel
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.4
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pp.471-486
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2022
The effect of segmental joints is one of main importance for the segmental lining design when tunnels are excavated by a mechanized process. In this paper, segmental tunnel linings are analyzed by two numerical methods, namely the Beam-Spring Method (BSM) and the Solid-Interface Method (SIM). For this purpose, the Tehran Subway Line 6 Tunnel is considered to be the reference case. Comprehensive 2D numerical simulations are performed considering the soil's calibrated plastic hardening model (PH). Also, an advanced 3D numerical model was used to obtain the stress relaxation value. The SIM numerical model is conducted to calculate the average rotational stiffness of the longitudinal joints considering the joints bending moment distribution and joints openings. Then, based on the BSM, a sensitivity analysis was performed to investigate the influence of the ground rigidity, depth to diameter ratios, slippage between the segment and ground, segment thickness, number of segments and pattern of joints. The findings indicate that when the longitudinal joints are flexible, the soil-segment interaction effect is significant. The joint rotational stiffness effect becomes remarkable with increasing the segment thickness, segment number, and tunnel depth. The pattern of longitudinal joints, in addition to the joint stiffness ratio and number of segments, also depends on the placement of longitudinal joints of the key segment in the tunnel crown (similar to patterns B and B').
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.3
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pp.156-163
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2009
In this study, comparative analysis on the back-layer phenomena in the tunnel-fire driven flow is performed using numerical simulation with LES and RANS. FDS(Fire Dynamics Simulator) code is employed to calculate the fire-driven turbulent flow for LES and Smartfire code is used for RANS. Hwang and Wargo's data of scaling tunnel fire experiment are employed to compare with the present numerical simulation. The modeled tunnel is 5.4m(L) ${\times}$ 0.4m(W) ${\times}$ 0.3m(H). Heat Release Rate (HRR) of fire is 3.3kW and ventilation-velocity is 0.33m/s in the main stream. The various grid-distributions are systematically tested with FDS code to analyze the effects of grid size. The LES method with FDS provides an improved back-layer flow behavior in comparison with the RANS (${\kappa}-{\epsilon}$) method by Smartfire. The FDS solvers, however, overpredict the velocity in the center region of flow which is caused by the defects in the tunnel-entrance turbulence strength and in the near-wall turbulent flow in FDS code.
Accurate prediction of mixed ground conditions ahead of a tunnel face is of vital importance for safe excavation using tunnel boring machines (TBMs). Previous studies have primarily focused on electrical resistivity surveys from the ground surface for geotechnical investigation. In this study, an FE (finite element) numerical model was developed to simulate electrical resistivity surveys for the prediction of risky mixed ground conditions in front of a tunnel face. The proposed FE model is validated by comparing with the apparent electrical resistivity values obtained from the analytical solution corresponding to a vertical fault on the ground surface (i.e., a simplified model). A series of parametric studies was performed with the FE model to analyze the effect of geological and sensor geometric conditions on the electrical resistivity survey. The parametric study revealed that the interface slope between two different ground formations affects the electrical resistivity measurements during TBM excavation. In addition, a large difference in electrical resistivity between two different ground formations represented the dramatic effect of the mixed ground conditions on the electrical resistivity values. The parametric studies of the electrode array showed that the proper selection of the electrode spacing and the location of the electrode array on the tunnel face of TBM is very important. Thus, it is concluded that the developed FE numerical model can successfully predict the presence of a mixed ground zone, which enables optimal management of potential risks.
Recently, the surrounding rock mass is understood as the major support system for the tunnel constructed in the rock mass. Generally, the rock mass contains many discontinuity planes such as joints, and thus, the tunnel behavior in the rock mass is governed by the characteristics of the discontinuity planes. In this study, the behavior of tunnel in jointed rock mass is studied by model tests and numerical analyses. The results shows that the behavior of tunnel depends on the different initial stress conditions, in case that the tunnel is excavated in the ground without any joints. When a joint is located near the tunnel, the pound stress and displacement tend to increase between the tunnel and the joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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