Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.115-124
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2003
In this study, the relationships between the displacement and stress of the tunnel using various analysis methods were compared with monitoring results carried out during construction and maintenance monitoring. The behavior of tunnel were measured in the subway tunnel passing comparative soft the weathering and analyzed both security and mechanical characteristics of the tunnel lining. With the results of simplified monitoring observed in top heading and bench excavation tunnel, it is confirmed that the crown settlement is larger than the surface settlement. it is interesting to note that the crown settlement and the crown shotcrete lining stress are widely used monitoring items for the back analysis. It is analyzed that the residual water pressure applied in the drainage type tunnel is reasonable.
Jae-Ho Jeong;Seung-Hyun Kim;Hyun Il You;Jong-Ho Shin
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.5
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pp.489-506
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2024
Excavation of tunnels below the groundwater table changes the hydraulic boundary conditions, causing flow towards the excavation face. Inflow into a tunnel is generally influenced by pre-excavation grouting, shotcrete lining, drainage system implementation, and the hydraulic deterioration of the drainage system. From the perspective of continuum theory, the groundwater inflow behavior due to excavation is very similar to the tunnel excavation behavior known as the convergence-confinement method. The groundwater inflow behavior due to tunnel excavation can be explained by the hydraulic convergence, while the behavior of shotcrete lining in limiting inflow can be inferred as hydraulic confinement. This study investigates the hydraulic convergence and confinement behavior using theoretical and numerical methods due to tunnelling. It is confirmed that the hydraulic convergence-confinement is exactly the same as the mechanical convergence-confinement concept. It is identified that the behavior is governed by the tunnel geometry, grout thickness and permeability, as well as the thickness and permeability of the support materials, such as shotcrete.
Dynamic behaviors of a corrugated steel plate tunnel lining system are examined under wind loads due to passing vehicles. Applied wind loads are simulated by applying the time functions as a vehicle moves through the tunnel. Wind loads are described by the pressure and suction as a vehicle arrives and leaves target positions in the tunnel. The tunnel lining is modeled using the simplified shell elements that retain the characteristics of the corrugated shapes. The displacements of the tunnel lining are evaluated under various conditions regarding wind velocity and the passing vehicles. The responses are found to increase as the vehicle velocity and wind velocity increase. A maximum displacement of 25mm occurs when two vehicles are crossing at the speed of 120km/h. A row of vehicles running consecutively minimally affects the dynamic responses with less than 2.5% of the dynamic responses enlarged and attributed to one running vehicle. It should be noted that the dynamic responses of the tunnel lining should be considered when there is no shotcrete applied.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.357-367
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2017
Bending and axial forces simultaneously occur at the cross-section of a shotcrete lining reinforced with steel supports due to the tunnel geometry. The shotcrete has changing flexural stiffness depending on the axial forces and, as a result, severely nonlinear behavior. The mechanical properties of a shotcrete-steel composite also depend on the type of steel support. This study presents a fiber section element model considering the effect of axial force to evaluate the nonlinear behavior of a shotcrete-steel composite. Additionally, the model was used to analyze the effects of different types of steel supports on the load capacity. Furthermore, a modified hyperbolic model for ground reaction, including strain-softening, is proposed to account for the ground-lining interaction. The model was validated by comparing the numerical results with results from previous load test performed on arched shotcrete specimens. The changes in mechanical responses of the lining were also investigated. Results show a lining with doubly reinforcement rebar has similar load capacity as a lining with H-shaped supports. The use of more materials for the steel support enhances the residual resistance. For all types of steel reinforcement, the contribution of steel supports during peak load decreases as the ground becomes stiffer.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.3
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pp.253-270
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2013
This paper concerns the effect of orientation and geometric characteristics of a fracture zone on the tunnel behavior using a numerical investigation. A parametric study was executed on a number of drill and blast tunnelling cases representing different fracture and tunnelling conditions using two and three dimensional finite element analyses. The variables considered include the strike and dip angle of fracture zone relative to the longitudinal tunnel axis, the width and the clearance of the fracture zone, the tunnel depth, and the initial lateral stress coefficient. The results of the analyses were examined in terms of the tunnel deformation including crown settlement, convergence, and invert heave as well as shotcrete lining stresses. The results indicate that the tunnel deformation as well as the shotcrete lining stress are strongly influenced by the orientation of the fracture zone, and that such a trend becomes more pronounced for tunnels with greater depths.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.3
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pp.255-264
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2009
This paper concerns the behavior of 2-Arch tunnel constructed under various conditions. A 2-Arch tunnel section adopted in a subway tunnel construction site is considered in this study. A calibrated 3D finite element model was adopted to conduct parametric studies on a variety of construction scenarios including lagged distance between left and right tunnels, overburden, and geological condition. The results of analyses were examined in terms of crown settlement, shotcrete lining stress, and load on center column in relation to the lagged distance, cover depth, and the ground condition. The results indicate that the shotcrete lining stress and the center pillar load are more influenced by the second tunnel excavation than the tunnel deformation. Also shown is that a greater lagged distance is required to minimize the interaction between two tunnels when the ground condition becomes weaker. Fundamental mechanisms of 2-arch tunnel were also discussed based on the results.
Kim, Yeong-Bae;Park, Yeong-Bae;Lee, Seong-Won;Lee, Kang-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.40
no.4
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pp.113-126
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2024
Shotcrete lining is an important material for the stability of tunnels in NATM tunnels. However, stressmeters for stress measurements of shotcrete lining are installed in the field without performance verification because of a lack of research on methods, procedures, regulations, and reliability of measurement equipment. To solve this problem, all shotcrete stressmeters currently used in Korea were investigated. For each stressmeter, external inspection and structural and functional inspection were performed to identify defects and problems in devices. For this purpose, a shotcrete stressmeter performance test device capable of load loading in stages was developed and obtained KOLAS certification. Using the device, stressmeter performance tests were conducted. Structural problems of integrated- and cell-type shotcrete stressmeters were identified through concrete mold tests, and improvement plans and performance verification procedures were suggested. The results of this study are expected to contribute to the preparation of regulations for the performance verification of shotcrete stressmeters and the selection of measuring instruments in the field in the future.
Recently, many efforts have been made to construct the first unlined tunnel, without in-situ concrete lining, in Korea. However, the lack of reliability in the performance of shotcrete as permanent tunnel support prevented from its realization. Shotcrete has been regarded to have significant problems in field application and long term performance because of unsatisfactory strength level and durability compared to those of European countries. In this study, the high strength shotcrete satisfying compressive strength over 40 MPa and flexural strength over 4.5 MPa was developed from optimized mix design. The type of accelerators and the amount of silica fume were selected as the main factors in mixing process and the analyses were carried out up to the elapsed time of 2 years. In order to evaluate the short term durability of shotcrete, an array of laboratory test consisting of freeze-thaw, carbonation chloride penetration and permeability test was performed. For long-term durability tests, specimens have been put in an operated highway tunnel to expose them to the similar environment when they are actually used as an unlined tunnel support. From the strength and durability tests, it was found that only alkali-free based accelerator satisfied the target strength of this study and also, the developed shotcrete showed very high performance in its durability.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.1
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pp.31-40
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2006
The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils (colluvial soils) as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steelribs, on the basis of numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis. The effect of steel ribs to shotcrete stresses is examined at different levels of application rates, i.e., 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness. The data obtained from numerical analysis was compared with in-situ measurement. The effect of st eel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.
In this paper, the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) grids embedded in polymer cement mortar (PCM) shotcrete (CFRP-PCM method) was conducted to repair the degraded tunnel linings with a cavity. Subsequently, the reinforcing effect of the CFRP-PCM method under different degrees of lining deterioration was quantitatively evaluated. Finally, the limit state design method of the M-N interaction curve was conducted to determine whether the structure reinforced by the CFRP-PCM method is in a safe state. The main results indicated that when the cavity is at the shoulder, the lining damage rate is more serious. In addition, the remarkably reinforcing effect on the degraded tunnel linings could be achieved by applying a higher grade of CFRP grids, whereas the optimization effect is no longer obvious when the grade of CFRP grids is too high (CR8); Furthermore, it is found that the M-N numerical values of the ten reinforcing designs of the CFRP-PCM method are distributed outside the corresponding M-N theoretical interaction curves, and these designs should be avoided in the corresponding reinforcing engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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