The control and prediction of surface settlement, gradient and ground displacement are the main factors in urban tunnel construction. This paper carried out the estimation and prediction of ground behavior around tunnel due to excavation using computational method and case study in detail for the analysis of deformation behavior in urban NATM tunnel. Computational method was performed by FLAC-2D with strain softening model and elastic plastic model. Field measurements of surface subsidence and ground displacement were adopted to monitor the ground behavior resulting from the tunneling and these values were applied to modify tunnel design parameters on construction.
This paper presents the long-term behavior of tunnel considering the degradation of concrete lining and surrounding soil. Tunnel is a composite structure which has supporting elements (shotcrete, lining, and rockbolt) and surrounding soils. These supporting elements and surrounding soils undergo the degradation as time goes. A proposed degradation function which has two parameters which control the residual strength and degradation shape was applied to the numerical analysis. The results showed the plastic zone was spread around tunnel due to the degradation leading to the increase in unstability of tunnel.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.159-169
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2008
In general, it is considered that a pillar between closely-spaced tunnel is sensitive for stress concentration. Stability of a pillar is key factor for excavation of closely-spaced tunnel. In this paper, the study is focused on tracing the behaviors, displacement and plotting damages around tunnels that is modelled with Particle Flow Code, $PFC^{2D}$. Parametric study was performed with changing distance between center of tunnels and coefficient of earth pressure(K). Scaled-model tests were also carried out to validate a numerical analysis model. It was found that $PFC^{2D}$ could show dynamic visualized result in quite good agreement with the experimental test.
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.
PURPOSES : It is difficult to estimate tunnel stability because of lack of timely information during tunnel excavation. Tunnel deformability refers to the capacity of rock to strain under applied loads or unloads during tunnel excavation. This study was conducted to analyze a methods of pre-evaluation of stability during tunnel construction using the critical strain concept, which is applied to the results of tunnel settlement data and unconfined compression strength of intact rock or rock mass at the tunnel construction site. METHODS : Based on the critical strain concept, the pre-evaluation of stability of a tunnel was performed in the Daegu region, at a tunnel through andesite and granite rock. The critical strain concept is a method of predicting tunnel behavior from tunnel crown settlement data using the critical strain chart that is obtained from the relationship between strain and the unconfined compression strength of intact rock in a laboratory. RESULTS : In a pre-evaluation of stability of a tunnel, only actually measured crown settlement data is plotted on the lower position of the critical strain chart, to be compared with the total displacement of crown settlement, including precedent settlement and displacement data from before the settlement measurement. However, both cases show almost the same tunnel behavior. In an evaluation using rock mass instead of intact rock, the data for the rock mass strength is plotted on the lower portion of the critical strain chart, as a way to compare to the data for intact rock strength. CONCLUSIONS : From the results of the pre-evaluation of stability of the tunnel using the critical strain chart, we reaffirmed that it is possible to promptly evaluate the stability of a tunnel under construction. Moreover, this research shows that a safety evaluation using the actual instrumented crown settlement data with the unconfined compression strength of intact rock, rather than with the unconfined compression strength of a rock mass in the tunnel working face, is more conservative.
The hydraulic deterioration of the drainage system in tunnel linings is one of the main factors governing long-term lining-ground interactions during the lifetime of tunnels. Thus, in the design procedure of a tunnel below the groundwater table, the possible detrimental effects associated with the hydraulic deterioration should be addressed. Hydraulic deterioration in double-lined tunnels can occur because of reasons such as clogging of the drainage layer and drain-pipe blockings. In this study, the coupled mechanical and hydraulic interactions between linings due to drain-pipe blockings are investigated using the finite-element method. A double-lined structural model incorporating hydraulic behavior is developed to represent the coupled structural and hydraulic behavior between the linings and drainage system. It is found that hydraulic deterioration hinders flow into the tunnel, causing asymmetric development of pore-water pressure and consequent detrimental effects to the secondary lining.
Existing cut-and-cover tunnels are designed regardless of cut-slope under the assumption that the overburden weight of backfill soil acts on tunnel arch and the earth pressure at rest acts on tunnel walls. However, actual earth pressures acting on the tunnel lining depend on open-cut size composed of cut-slope and cut-width, and thus the tunnel lining shows a different structural behavior. This study investigated the effect of cut-slope on structural behavior of the cut-and-cover tunnel lining as follows; Firstly, a comprehensive numerical analysis method using FLAC2D code was used and verified by field measurements of tunnel profile. Secondly, based on the verified numerical analysis technique, earth pressure acting on the lining, and displacement and sectional force developed on the lining were estimated with various shapes of cut-slopes$30^{\circ}\;, 456{\circ},\; 60^{\circ},\; and\;75^{\circ}%). Numerical analysis results indicate that the steeper cut-slope shows the more displacement and moment of the tunnel lining.
This paper studies the time-dependent behaviors of tunnel and surrounding ground due to tunnel deterioration. In the first part, the literature on deterioration characteristics of tunnels was reviewed. In the second part, a numerical analysis was performed to investigate the behavior of concrete lining on the typical section of Korean high-speed rail tunnel (weathered rock) after determination of input variables related to deterioration impact. The result shows that the settlement at the crown of tunnel and surface ground increased up to 7.0% and 30.2% of the total settlements during construction stage, respectively, and the internal convergence reduction of 9.0 mm for concrete linings was generated within 30 years after completion of tunnel construction. Also the loosening height increased up to 2.55 times of tunnel height within 50 years, which is higher than that of Terzaghi's recommendation on ultimate state. Due to this process of extending zones, it is found that additional loads were applied to concrete lining with the axial stress about 3.20~3.66 MPa, which accelerates tunnel deterioration. Finally the quantitative design approach to evaluate time-dependent behavior of lining and surrounding ground due to tunnel deterioration was proposed.
Artificial neural networks are efficient computing techniques that are widely used to solve complex problems in many fields. In this study, in order to predict tunnel-induced ground movements, Tunnel Behavior Prediction System (TBPS) was developed by using these artificial neural networks model, based on a Held instrumentation database (i.e. crown settlement, convergence, axial force of rock bolt, compressive and shear stress of shotcrete, stress of concrete lining etc.) obtained from 193 location data of 31 different tunnel sites where works are completed. The study and test of the network were performed by Back Propagation Algorithm which is known as a systematic technique for studying the multi-layer artificial neural network. The tunnel behaviors predicted by TBPS were compared with monitored data in the tunnel sites and numerical analysis results. This study showed that the values obtained from TBPS were within allowable limits. It is concluded that this system can effectively estimate the tunnel ground movements and can also be used f3r tunneling feasibility study, and basic and detailed design and construction of tunnel.
In this study, the behavior and safety of an existing tunnel and its facilities are investigated when a new tunnel adjacent to the existing tunnel is blasted. The design of the new tunnel puts priority on stability of the tunnel itself over the safety of the facilities which are installed within the existing tunnel such as jet fans. And thus, a detailed consideration on securing the safety of the existing facilities has been insufficient. An analysis on the types of traffic accidents in the last ten years shows that most incidents were due to the driver's improper response in emergency situations and unexpected obstacles. In consideration of this analysis, the safety of the facilities in the existing tunnel was secured by minimizing the charging amount for each hangfire and changing the excavation method of evacuation communication shelters to the large center hole cut blasting method to reduce blasting vibration. For a more quantitative analysis, measurement devices were installed inside the existing tunnel, at houses adjacent to the new tunnel, near jet fans in the existing tunnel. This enabled real time measurement of displacements of the existing tunnel, adjacent houses, and jet fans without interrupting traffic flow. Therefore, the improvements of charging amount for each hangfire, the blasting method, and the measurement method are suggested in this paper to secure the safety of the facilities in the existing tunnel when a new tunnel, located on a large city and adjacent to an existing tunnel, is designed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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