Kim, Kiseok;Oh, Juyoung;Lee, Hyobum;Kim, Dongku;Choi, Hangseok
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.3
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pp.823-831
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2018
The most important issue during shield TBM tunneling in soft ground formations is to appropriately control ground surface settlement. Among various operational conditions in shield TBM tunneling, the face pressure and backfill pressure should be the most important and immediate measure to restrain surface settlement during excavation. In this paper, a 3-D hydro-mechanical coupled FE model is developed to numerically simulate the entire process of shield TBM tunneling, which is verified by comparing with real field measurements of ground surface settlement. The effect of permeability and stiffness of ground formations on tunneling-induced surface settlement was discussed in the parametric study. An increase in the face pressure and backfill pressure does not always lead to a decrease in surface settlement, but there are the critical face pressure and backfill pressure. In addition, considering the relatively low permeability of ground formations, the surface settlement consists of two parts, i.e., immediate settlement and consolidation settlement, which shows a distinct settlement behavior to each other.
This study investigates the control effect of isolation piles on ground settlement resulting from foundation pit excavation. Based on the three-stage analysis method, first, the Kerr three-parameter foundation model is introduced, and the deflection differential equation is derived to solve the horizontal displacement of the diaphragm wall. Then, based on the horizontal displacement of the diaphragm wall, the boundary element method is used to calculate the additional stress at the boundary of the foundation pit, and the horizontal additional displacement and additional stress of the soil free field at the position of the isolation pile are obtained using the Mindlin solution. Subsequently, soil free field additional stress is applied to the pile foundation, and the shielding effect of group piles is also considered. Based on the Kerr three-parameter foundation model, the deflection differential equation of the pile foundation under the influence of horizontally oriented additional stress is established to solve the horizontal displacement of the isolated piles. Finally, the boundary element method is used again to invert the additional stress caused by the horizontal displacement of the isolation pile, and the surface settlement after the isolation pile is calculated in combination with the Mindlin vertical displacement solution. The spatial finite element model is established and compared with the theoretical calculation results to prove the rationality of the theory. The influence of basic construction parameters is analyzed theoretically, and it is found that the surface settlement is reduced by 30.9% compared with no isolation pile. Of the selected parameters in this paper, the effects of the isolation pile's controlled diameter, spacing, and elastic modulus, the thickness and elastic modulus of the diaphragm wall on the surface settlement are 4.9 mm, 3.1 mm, 3.3 mm, 3 mm, 1.7 mm, respectively, which are 45.4%, 28.7%, 30.6%, 27.8%, 15.7% of the standard working conditions, respectively. This shows that optimization of the isolation pile parameters has the best effect on surface settlement, optimization of the diaphragm wall parameters has the poor effect.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1990.10a
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pp.9-24
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1990
Most tunnels in soft soils in urban areas are constructed by shield tunnelling method for environmental reasons. Ground surface settlements are caused by shield tunnelling so that auxiliary measures are often required. Simple methods to predict ground surface settlement are given. The use of the slurry or the earth pressure balance shield machine and the application of new methods of grouting with computer aided operation control systems decreases the ground surface settlement to 3 mm. The construction cost of tunnels is almost identical whichever type of shield machine is employed according to a statistical investigation.
Eskandari, Fatemeh;Goharrizi, Kamran Goshtasbi;Hooti, Amir
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.2
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pp.769-774
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2018
The growth of cities requires the construction of new tunnels close to the existing ones. Prediction and control of ground movement around the tunnel are important especially in urban area. The ground respond due to EPB (Earth Pressure Balance) pressure are investigated using the finite element method by ABAQUS in intersection of the triplet tunnels (Line 2, 3 and 4) of Mashhad Urban Railway in Iran. Special attention is paid to the effect of EPB pressure on the tunnel face displacement. The results of the analysis show that in EPB tunneling, surface settlement and face displacement is related to EPB pressure. Moreover, it is found that tunnel construction sequence is a great effect in face displacement value. For this study, this value in Line 4 where is excavated after line 3, is smaller than that line. In addition, the trend of the displacement curves are changed with the depth for all lines where is located in above and below, close to and above the centerline tunnel face for Line 2, 3 and 4, respectively. It is concluded that: (i) the surface settlement decreases with increasing EPB pressure on the tunnel face; (ii) at a constant EPB pressure, the tunnel face displacement values increase with depth. In addition, this is depended on the tunneling sequence; (iii) the trend of the displacement curves change with the depth.
Database are developed to control measured settlement data under construction in Gyungbu High Speed Railway from Daegu to Busan. This means that data having different type at different site could be managed in a unified way. The database includes algorithm to evaluate embankment settlement with settlement data at the surface of embankment and ground settlement data. And also, it has a function to analyse the causes of large settlement over allowable level and high settlement speed based on the log data, embankment specification, physical characteristics of embankment materials.
In this study, a model experiment and field experiment was conducted to introduce the optimal tensile force when constructing a non-open cut tunnel according to the ground conditions of sandy soil. CMR (Concrete Modular Roof) method is economical because of the high precision and excellent durability, and corrosion resistance, and the inserted parts can be used as the main structure of a tunnel. In addition the CMR method has a stable advantage in interconnection because the concrete beam is press-fitted compared to the NTR (New Tubular Roof) method, and the need for quality control can be minimized. The ground conditions were corrected by adjusting the relative density of sandy soil during the construction of non-open cut tunnels, and after introducing various tensile forces, the surface settlement according to excavation was measured, and the optimal tensile force was derived. As a result of the experiment, the amount of settlement according to the relative density was found to be minor. Furthermore, analysis of each tensile force based on loose ground conditions resulted in an average decrease of approximately 22% in maximum settlement when the force was increased by 0.8 kN per segment. Considering these results, it is indicated that more than 2.0 kN tensile force per segment is recommended for settlement of the upper ground.
Kim, Dae-Sang;Park, Seong-Yong;Shin, Min-Ho;Lee, Hyeon-Jung;Kim, Hyun-Ki
Journal of the Korean Society for Railway
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v.10
no.5
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pp.457-462
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2007
An application of concrete track is being activity processed for the construction of Korean railroad. The concrete track has an advantage to decrease the maintenance fee, but is very difficult to control the settlement of ground and embankment consisting of substructure of concrete track below the allowable settlement level. This is the reason why the measurement and evaluation of both ground and embankment settlement before the installation of the concrete track is very important. One ground, a lower subgrade, and five surface settlements are measured to understand the settlement behavior of ground and embankment settlement. The period to measure settlements was more than 1 year after the completion of embankment. In this test site, ground settlement was over during the construction of embankment, but the embankment settlement are being continuously proceeded after the completion of embankment. The settlement velocity gradually is slowing down as time goes by. This paper also analysed the reasons of abrupt settlement increase and concluded that the rainfall was one of the important reason to increase settlement rate.
Kim, Kiseok;Oh, Ju-Young;Lee, Hyobum;Choi, Hangseok
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.2
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pp.433-452
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2018
The shield tunneling method can minimize surface settlements by preventing the deformation of tunnel face and tunnel intrados due to tunnel excavation. For this purpose, it is very important to control the operating conditions of shield TBM. The face pressure and backfill pressure for tail void grouting should be the most important and immediate measure not only to restrain surface settlement, but also to influence the effective stress and pore water pressure around the circumstance of tunnel during excavation. The reaction of the ground to the application of face pressure and backfill pressure relies on the stiffness and permeability of ground. Especially, the reaction of saturated clayey ground formations, which shows the time-dependent deformation, is different from the permeable ground. Hence, in this paper it was investigated how the TBM operating conditions, ground stiffness, and permeability impact on the surface settlement of saturated clayey ground. For this purpose, a series of parametric studies were carried out by means of the stress-pore water pressure coupled FE analysis. The results show that the settlement of soft clayey ground is divided into the immediate settlement and consolidation settlement. Especially, the consolidation settlement depends on the ground stiffness and permeability. In addition, the existence of critical face pressure and backfill pressure was identified. The face pressure and backfill pressure above the critical value may cause an unexpected increase in the ground settlement.
Quantification of the influence of the fracture of thick magmatic rock (TMR) on the behavior of its overlying strata is a prerequisite to the understanding of the deformation behavior of the earth's surface in deep mining. A three-dimensional numerical model of a special geological mining condition of overlying TMR was developed to investigate the overburden movement and fracture law, and compare the influence of the occurrence horizon of TMR. The research results show that the movement of overlying rock was greatly affected by the TMR. Before the fracture of TMR, the TMR had shielding and controlling effects on the overlying strata, the maximum vertical and horizontal displacement values of overlying strata were 0.68 m and 0.062 m. After the fracture, the vertical and horizontal displacements suddenly increased to 3.06 m and 0.105 m, with an increase of 350% and 69.4%, respectively, and the higher the occurrence of TMR, the smaller the settlement of the overlying strata, but the wider the settlement span, the smaller the corresponding deformation value of the basin edge (the more difficult the surface to crack). These results are of tremendous importance for the control of rock strata and the revealing of surface deformation mechanism under TMR mining conditions in mines.
After a disaster like the catastrophic earthquake, the government have to use rapid assessment of the condition (or damage) of bridges, buildings and other infrastructures is mandatory for rapid feedbacks, rescue and post-event management. This work studies the tracking control problem of a class of strict-feedback nonlinear systems with input saturation nonlinearity. Under the framework of dynamic surface control design, RBF neural networks are introduced to approximate the unknown nonlinear dynamics. In order to address the impact of input saturation nonlinearity in the system, an auxiliary control system is constructed, and by introducing a class of first-order low-pass filters, the problems of large computation and computational explosion caused by repeated differentiation are effectively solved. In response to unknown parameters, corresponding adaptive updating control laws are designed. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage. Simulation results of linear and nonlinear structures show that the proposed method is able to identify structural parameters and their changes due to damage and unknown excitations. Therefore, the goal is believed to achieved in the near future by the ongoing development of AI and control theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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