When choosing the support pattern of tunnel, the characteristics of rock are identified from the result of the surface geologic survey, boring, and geophysical prospecting and laboratory test. And a rock mass rating is classified and excavation method and standard support pattern are designed considering rock classification, domestic and international construction practices, numerical analysis. According to the revised design standard for tunnel, it was recommended to classify the rock mass rating for the design of tunnel into a rating based on RMR. If necessary, it proposed a flexible standard allowed applying more atomized the rock mass rating and Q-System. Also, the resonable verification of the support pattern must be accompanied because the factors affecting the structure and behavior of ground during the construction of tunnel are the main factors of uncertainty factors such as the nature of ground, ground water and the characteristics of structural materials. These days, such verification method is getting more specialized and diversified. In this study, the empirical method, numerical analysis and comparative analysis of in situ measurements were used to prove the reasonableness in the support pattern by RMR and Q-value on the Imha Dam emergency spillway.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.583-603
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2023
Recently, the advancement of mechanical tunnel boring machine (TBM) technology and the characteristics of subsea railway tunnels subjected to hydrostatic pressure have led to the widespread application of shield TBM methods in the design and construction of subsea railway tunnels. Subsea railway tunnels are exposed in a constant pore water pressure and are influenced by the amplification of seismic waves during earthquake. In particular, seismic loads acting on subsea railway tunnels under various ground conditions such as soft ground, soft soil-rock composite ground, and fractured zones can cause significant changes in tunnel displacement and stress, thereby affecting tunnel safety. Additionally, the dynamic response of the ground and tunnel varies based on seismic load parameters such as frequency characteristics, seismic waveform, and peak acceleration, adding complexity to the behavior of the ground-tunnel structure system. In this study, a finite difference method is employed to model the entire ground-tunnel structure system, considering hydrostatic pressure, for the investigation of dynamic behavior of subsea railway tunnel during earthquake. Since the key factors influencing the dynamic behavior during seismic events are ground conditions and seismic waves, six analysis cases are established based on virtual ground conditions: Case-1 with weathered soil, Case-2 with hard rock, Case-3 with a composite ground of soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, Case-4 with the tunnel passing through a narrow fault zone, Case-5 with a composite ground of soft soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, and Case-6 with the tunnel passing through a wide fractured zone. As a result, horizontal displacements due to earthquakes tend to increase with an increase in ground stiffness, however, the displacements tend to be restrained due to the confining effects of the ground and the rigid shield segments. On the contrary, peak compressive stress of segment significantly increases with weaker ground stiffness and the effects of displacement restrain contribute the increase of peak compressive stress of segment.
This study was for characterizing the engineering geological properties of Moryang Fault, and providing the basic data for tunnel design. Land-sat image analysis, geologic surveys, resistivity prospecting and 3-dimensional analysis for results of resistivity prospecting, core boring, mineralogical identification and chemical analysis for the bedrock, and K-Ar age dating for fault clay were carried out for the study of Moryang Fault which is located at Duckhyunri Sangbukmyun Uljinkun Ulsan metropolis. As a result of the study, it was shown that strike/dip was N20-3$0^{\circ}C$E/70-9$0^{\circ}C$NW, width of fault ranged from 20 to 60m(maximum 80m), and depth was more than 50m. K-Ar age dating results of fault clay were 5,700$\pm$1.129Ma and 1,900$\pm$0.380Ma. Hydraulic fracturing test results showed the principal stress direction similar to the strike of Moryang Fault.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.4
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pp.611-634
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2017
In rapid urbanization, demand for utility tunnel increases more, and tunnel boring machine (TBM) has been used widely. Prediction of TBM penetration rate is important for proper estimation of construction period and cost. Although there are several methods, such as NTNU model and CSM model that require many input parameters, fundamental understanding on correlations between rock properties and TBM penetration rate is critical. In this study, we explored the brittleness indices of hard rocks according to various definitions, and the correlations between the brittleness indices and the TBM penentration rates.
In the underground 500 m depth, the high level radioactive waste disposal system is made by boring the tunnel in the base rock and putting the high level waste disposal canister that is the surrounding form with the buffer material. According to the many statistics, it is the tendency that the earthquake increases in the Korean peninsula every year. In case that the earthquake is generated, the disposal canister in the rock mass can be broken due to the shearing force in the underground. Furthermore, a major environmental problems can be caused by the radioactive harmful substances. In this study, the earthquake-proof type buffer material was developed with the protection method safely on the earthquake. The main parameter having an effect on the earthquake-resistant performance was analyzed and the earthquake-proof type buffer material was designed. The shear analysis model was developed and the performance of the earthquake-proof type buffer material was evaluated by using ABAQUS.
Kim, Ki-Hwan;Kim, Hyouk;Mun, Cheol-Hwa;Kim, Young-Hyu;Kim, Dong-Ho;Lee, Jae-Yong
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1039-1048
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2018
In urban tunnel construction, most of the Shield TBM method is applied to secure the safety of buildings and to minimize risks. On the other hand, in the urban development process, landfills are often embanked or improving in many cases, so that the boundary between the surface and the rock is often heterogeneous. In case of ground condition such as alluvial soil, granite, decomposed granite, core stone and rock with various layers, datas on shield TBM advancing according to each ground condition are analyzed, The characteristics of machine load were compared and analyzed. As a result, it can be predicted that the change of ground condition can be predicted by the tendency of discharge volume, thrust force and cutting wheel torque when the cutter is checked and replaced regularly on advancing under maintaining the design slurry pressure.
An, Jun-Beom;Kang, Seok-Jun;Kim, Jin;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.3
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pp.291-300
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2022
Tunnel boring machines combined with the earth pressure balanced shield method (EPB shield TBMs) have been adopted in urban areas as they allow excavation of tunnels with limited ground deformation through continuous and repetitive excavation and support. Nevertheless, the expansion of TBM construction requires much more minor and exquisitely controlled surface settlement to prevent economic loss. Several parametric studies controlling the tunnel's geometry, ground properties, and TBM operational factors assuming ordinary conditions for EPB shield TBM excavation have been conducted, but the impact of excessive excavation on the induced settlement has not been adequately studied. This study conducted a numerical evaluation of surface settlement induced by the ground loss from face imbalance, excessive excavation, and tail void grouting. The numerical model was constructed using FLAC3D and validated by comparing its result with the field data from literature. Then, parametric studies were conducted by controlling the ground stiffness, face pressure, tail void grouting pressure, and additional volume of muck discharge. As a result, the contribution of these operational factors to the surface settlement appeared differently depending on the ground stiffness. Except for the ground stiffness as the dominant factor, the order of variation of surface settlement was investigated, and the volume of additional muck discharge was found to be the largest, followed by the face pressure and tail void grouting pressure. The results from this study are expected to contribute to the development of settlement prediction models and understanding the surface settlement behavior induced by TBM excavation.
The disc cutter mounted on the Tunnel Boring Machine (TBM) is subjected to cutting forces in three dimensions during rock excavation process. It is widely known that the cutting forces increased with the strength of the rock mass, while the rolling force can be significantly increased when the disc cutter encounters abnormal rotation. Therefore, the cutting force acts on the disc cutter provides important information because it represents the conditions of the rock mass and the disc cutter. For these reasons, several studies have been conducted to measure the cutter forces in real-time. This paper introduces the current status of research on the cutter force measurement of TBM disc cutters, which has been reported in the literature. It is judged that this paper can be a useful reference material when similar technologies are developed in Korea in the future.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.6
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pp.463-473
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2010
A new approach for prediction of a fault zone ahead of tunnel face by using statistical control charts is suggested and applied to the construction site. $x-R_s$ control charts of RMR parameters were investigated as approaching and passing through fault zone. The abnormal signal from the control charts was observed and analyzed based on statistical criteria. Fault zones in the application area were predicted in advance using this method and it was verified by comparing with observation data like horizontal boring and face mapping.
Penetration rate (PR) and penetration depth (Pe) are crucial parameters for estimating the cost and time required in tunnel construction using tunnel boring machines (TBMs). This study focuses on investigating the impact of rock strength on PR and Pe through full-scale experiments. By conducting controlled tests on rock-like specimens, the study aims to understand the contributions of various ground parameters and machine-operating conditions to TBM excavation performance. An earth pressure balanced (EPB) TBM with a sectional diameter of 3.54 m was utilized in the experiments. The TBM excavated rocklike specimens with varying uniaxial compressive strength (UCS), while the thrust and cutterhead rotational speed were controlled. The results highlight the significance of the interplay between thrust, cutterhead speed, and rock strength (UCS) in determining Pe. In high UCS conditions exceeding 70 MPa, thrust plays a vital role in enhancing Pe as hard rock requires a greater thrust force for excavation. Conversely, in medium-to-low UCS conditions less than 50 MPa, thrust has a weak relationship with Pe, and Pe becomes directly proportional to the cutterhead rotational speed. Furthermore, a strong correlation was observed between Pe and cutterhead torque with a determination coefficient of 0.84. Based on these findings, a predictive model for Pe is proposed, incorporating thrust, TBM diameter, number of disc cutters, and UCS. This model offers a practical tool for estimating Pe in different excavation scenarios. The study presents unprecedented full-scale TBM excavation results, with well-controlled experiments, shedding light on the interplay between rock strength, TBM operational variables, and excavation performance. These insights are valuable for optimizing TBM excavation in grounds with varying strengths and operational conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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