Tunnels have been an integral part of human civilization. Due to complexity in its design and structure, the stability of underground structures under extreme loading conditions has utmost importance. Increased terrorism and geo-political conflicts have forced the engineers and researchers to study the response of underground structures, especially tunnels under blast loading. The present study has been carried out to seek the response of tunnel structures under blast load using the finite element technique. The tunnel has been considered in quartzite rock of northern India. The Mohr-Coulomb constitutive model has been adopted for the elastoplastic behaviour of rock. The rock model surrounding the tunnel has dimensions of 30 m x 30 m x 35 m. Both unlined and lined (concrete) tunnel has been studied. Concrete Damage Plasticity model has been considered for the concrete lining. Four different parameters (i.e., tunnel diameter, liners thickness, overburden depth and mass of explosive) have been varied to observe the behaviour under different condition. To carry out blast analysis, Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) modelling has been adopted for modelling of TNT (Trinitrotoluene) and enclosed air. JWL (Jones-Wilkins-Lee) model has been considered for TNT explosive modelling. The paper concludes that deformations in lined tunnels follow a logarithmic pattern while in unlined tunnels an exponential pattern has been observed. The stability of the tunnel has increased with an increase in overburden depth in both lined and unlined tunnels. Furthermore, the tunnel lining thickness also has a significant effect on the stability of the tunnel, but in smaller diameter tunnel, the increase in tunnel lining thickness has not much significance. The deformations in the rock tunnel have been decreased with an increase in the diameter of the tunnel.
PURPOSES: The behavior of a concrete pavement in a tunnel was investigated, based on temperature data obtained from the field and FEM analysis. METHODS: The concrete pavement in a tunnel was evaluated via two methods. First, temperature data was collected in air and inside the concrete pavement both outside and inside the tunnel. Second, FEM analysis was used to evaluate the stress condition associated with the slab thickness, joint spacing, dowel, and rock foundation, based on temperature data from the field. RESULTS : Temperature monitoring revealed that the temperature change in the tunnel was lower and more stable than that outside the tunnel. Furthermore, the temperature difference between the top and bottom of the slab was lower inside the tunnel than outside. FEM analysis showed that, in many cases, the stress in the concrete pavement in the tunnel was lower than that outside the tunnel. CONCLUSIONS : Temperature monitoring and the behavior of the concrete pavement in the tunnel revealed that, from an environmental point of view, the condition in the tunnel is advantageous to that outside the tunnel. The behavior in the tunnel was significantly less extreme, and therefore the concrete pavement in the tunnel could be designed more economically, than that outside the tunnel.
Seo, Kang-Chun;Yoon, Tae-Gook;Park, Si-Hyun;Cho, Sung-Han;Kim, Eun-Chong
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.10a
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pp.129-139
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2005
In this paper, the behaviors of tunnel damaged by fire, the diagnostic techniques for evaluating tunnel stability are presented. Also two fireproof construction methods are recommended. Three tunnels damaged by fire were analyzed to evaluate the structural stability. From the these analyzed, it is recommended that surface checking, rebound number of concrete by Schmidt Hammer, and carbonation of concrete are essential to evaluate the engineering properties of concrete in tunnel structure damaged by fire. On the basis of case studies of tunnel fire collected by ITA, the change of concrete and steel strengths by fire are explained, and numerical analysis, which was performed on culvert and circle tunnel, shows that distribution of temperature in the tunnel is dependant upon tunnel shape. Two fireproof construction methods using panel and punching metal are introduced to protect the tunnel by fire.
In this study, impact of tunnel construction on groundwater level and flow was investigated by simulation modeling, and tried to find optimal assessment method for minimization of geo-environmental problems due to tunnel construction. As a study area, Gyerong mountain area scheduled for tunnel construction was selected and the impact of tunnel construction on geo-environment compared to situation before construction was simulated. Simulation result showed that groundwater level down was observed during tunnel construction and recovered after completion of tunnel construction.
Explosions inside transportation tunnels might result in failure of tunnel structures. This study investigated the failure mechanisms of circular cast-iron tunnels in saturated soil subjected to medium internal blast loading. This issue is crucial to tunnel safety as many transportation tunnels run through saturated soils. At the same time blast loading on saturated soils may induce residual excess pore pressure, which may result in soil liquefaction. A series of numerical simulations were carried out using Finite Element program LS-DYNA. The effect of soil liquefaction was simulated by the Federal Highway soil model. It was found that the failure modes of tunnel lining were differed with different levels of blast loading. The damage and failure of the tunnel lining was progressive in nature and they occurred mainly during lining vibration when the main event of blast loading was over. Soil liquefaction may lead to more severe failure of tunnel lining. Soil deformation and soil liquefaction were determined by the coupling effects of lining damage, lining vibration, and blast loading. The damage of tunnel lining was a result of internal blast loading as well as dynamic interaction between tunnel lining and saturated soil, and stress concentration induced by a ventilation shaft connected to the tunnel might result in more severe lining damage.
The real scale tunnel fire tests are carried out for the first time in domestic range to assess the extent of risk in the tunnel fire. The tunnel dimension is 465 m in length, 9.2 m in width and 6.5 m in height. Gasoline pools with 0.25 MW∼2.5 MW size and a 1500CC passenger car are used as fire sources. Six jet fans are used to change the flow velocity inside the tunnel. Temperatures at total 86 points in the tunnel are measured to find the temperature distribution and smoke behavior in the real tunnel fire. In the experiment, it is examined that the important parameters to assess the extent of risk in tunnel fire such as back layering of smoke front, descending of smoke layer and the fire size of a real passenger car.
This technical paper is a study on the unique displacements of Shotcrete Lining at the mined tunnel during excavation period through deep consideration with real time data from monitoring instrumentations correlation with the numerical analysis to identify the rock stresses and the rock spring points at the working face of the Conventional tunnelling by the Drill and Blast, based on the geological face mapping results of the project NS2, Transmission cable tunnel project in Singapore. The created geometry of numerical model was prepared to the real mined tunnel construction site including, vertical shaft, construction adit, tunnel junction area, and 2 enlargement caverns. The convergence measurements by the monitoring instrumentation were performed during the tunnel excavation and shaft sinking construction stages to guarantee the safety of complicated underground structures.
Park, Si-Hyun;Song, Won-Gen;Oh, Young-Seok;Shin, Yong-Seok
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.199-204
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2007
This research aimed at to develop a quantitative assesment technique which uses the measured displacements at the excavated plane during tunnel construction. Tunnel structure has a feature with long extents comparing to the excavated section so that the tunnel safety assesment is more effective by using the measured data of displacements. Tunnel structures show different structural behaviors due to the mechanical characteristics of ground and supports themselves, excavation methods and construction methods of supports, etc. From this point of view, it has very important meanings on the practical aspects that the measured data from the construction cite represent the features of the interaction effects between ground and supports as they are. In this study, both the stress state and the properties of surrounding ground are analyzed by newly incorporated feedback analysis technique which can use the measured displacements directly. Then, the stress state and the properties of ground will be used to obtain the strain distribution of surrounding ground. Finally the tunnel safety can be assessed by comparing the estimated strain through the analysis to the allowable strain of ground quantitatively.
Time and cost of construction are key factors in decision-making during a tunnel project's planning and design phase. Estimations of time and cost of tunnel construction projects are subject to significant uncertainties caused by uncertain geotechnical and geological conditions. The Gaussian Process Regression (GPR) technique for predicting ground condition and construction time and cost of mountain tunnel projects is used in this work. The GPR model is trained with data from past mountain tunnel projects. The model is applied to a case study in which the predicted time and cost of tunnel construction using the GPR model are compared with the actual construction time and cost for model validation and reducing the uncertainty for the future projects. In addition, the results obtained from the GPR have been compared with to other models of artificial neural network (ANN) and support vector regression (SVR) that the GPR model provides more accurate results.
Al-Omari, Raid R.;Al-Azzawi, Adel A.;AlAbbas, Kadhim A.
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.5
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pp.599-615
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2016
The present research presents experimental and finite element studies to investigate the behavior of piled raft-tunnel system in a sandy soil. In the experimental work, a small scale model was tested in a sand box with load applied vertically to the raft through a hydraulic jack. Five configurations of piles were tested in the laboratory. The effects of pile length (L), number of piles in the group and the clearance distance between pile tip and top of tunnel surface (H) on the load carrying capacity of the piled raft-tunnel system are investigated. The load sharing percent between piles and rafts are included in the load-settlement presentation. The experimental work on piled raft-tunnel system yielded that all piles in the group carry the same fraction of load. The load carrying capacity of the piled raft-tunnel model was increased with increasing (L) for variable (H) distances and decreased with increasing (H) for constant pile lengths. The total load carrying capacity of the piled raft-tunnel model decreases with decreasing number of piles in the group. The total load carrying capacity of the piles relative to the total applied load (piles share) increases with increasing (L) and the number of piles in the group. The increase in (L/H) ratio for variable (H) distance and number of piles leads to an increase in piles share. ANSYS finite element program is used to model and analyze the piled raft-tunnel system. A three dimensional analysis with elastoplastic soil model is carried out. The obtained results revealed that the finite element method and the experimental modeling are rationally agreed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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