Tunnel excavation is an inevitable process for railroad construction in Korea and it being a one of the major issues of its environmental impact assessment. Ground water flow by tunnel excavation is an important parameter to determine environmental effects. The current method to determine the ground water flow is used a unit number induced a highway construction site. But it does not consider any site characteristics; ground water level, soil properties and others. The purpose of this study is to suggest the determination way of ground water flow considering site characteristics in tunnel construction.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.06b
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pp.165-193
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2003
The Han River tunnel connecting Yoido and Mapo was constructed as a part of the Seoul subway line No.5, which is 52 km long, to improve the traffic conditions of Seoul. It is constructed 15.6∼30m below the river floor. It Is the first under-river tunnel in Korea with the length of 1,288m. Geological conditions of the ground under the Han River were more complex and irregular than expected at the design stage, because there were several faults, fracture zones and slickensided joints coated with graphite. It was thus indispensable to estimate the ground condition of the tunnel face to apply proper excavation and reinforcement methods. Advance borings and face mappings were performed before excavation to improve constructional efficiency and excavation stability.
As the intensity of urban underground space development increases, more and more tunnels are planned and constructed, and sometimes it is inevitable to encounter situations where tunnels have to underpass the river embankments. Most previous studies involved tunnels passing river embankments perpendicularly or with large intersection angle. In this study, a project case where two EPB shield tunnels with 8.82 m diameter run parallelly underneath a river embankment was reported. The parallel length is 380 m and tunnel were mainly buried in the moderate / slightly weathered clastic rock layer. The field monitoring result was presented and discussed. Three-dimensional back-analysis were then carried out to gain a better understanding the interaction mechanisms between shield tunnel and embankment and further to predict the ultimate settlement of embankment due to twin-tunnel excavation. Parametrical studies considering effect of tunnel face pressure, tail grouting pressure and volume loss were also conducted. The measured embankment settlement after the single tunnel excavation was 4.53 mm ~ 7.43 mm. Neither new crack on the pavement or cavity under the roadbed was observed. It is found that the more degree of weathering of the rock around the tunnel, the greater the embankment settlement and wider the settlement trough. Besides, the latter tunnel excavation might cause larger deformation than the former tunnel excavation if the mobilized plastic zone overlapped. With given geometry and stratigraphic condition in this study, the safety or serviceability of the river embankment would hardly be affected since the ultimate settlement of the embankment after the twin-tunnel excavation is within the allowable limit. Reasonable tunnel face pressure and tail grouting pressure can to some extent suppress the settlement of the embankment. The recommended tunnel face pressure and tail grouting pressure are 300 kPa and 550 kPa in this study, respectively. However, the volume loss plays the crucial role in the tunnel-embankment interaction. Controlling and compensating the tunneling induced volume loss is the most effective measure for river embankment protection. Additionally, reinforcing the embankment with cement mixing pile in advance is an alternative option in case the predicted settlement exceeds allowable limit.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.7
no.4
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pp.285-294
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2005
The behaviors of the ground in crossed zone and the existing upper tunnel in shallow cover due to the excavation of new lower tunnel crossed to that was studied. Model test was performed in the large scale test pit, the size was '$4.0m(width){\times}3.8m(height){\times}4.1m(length)$'. Test ground was constructed uniformly by sand in middle density and test with the crossed angle of $56^{\circ}$ (obliquely) were performed. The numerical analysis was performed on equal condition with model test. Results of the study by model test and numerical analysis show that earth pressure and settlement of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. Model test shows that upper tunnel blocks stress flow due to the longitudinal arching effect by excavation of lower tunnel.
The purpose of this study is to develop a new technique to quickly assess the quantitative stability of a tunnel by using measured displacement at the tunnel construction site. To achieve this purpose, in this study, a critical strain concept was introduced for the first time and applied to an assessment of a tunnel under construction. The new technique calculates numerically the strains of the surrounding ground by using displacements measured during tunnel excavation. The techniques considering the relative displacement, shotcrete, and anisotropic characteristics of ground were newly introduced after reinvestigating the existing analysis technique. In addition, an analysis module was developed based on the proposed analysis technique in this study, and the applicability of the developed module was verified. To verify the module, first of all, the calculated excavation displacements of a cylindrical tunnel by analytic method and commercial programs (Pentagon-3D, Flac-2D) were compared for the confirmation of applicability of commercial programs. Then, the calculated excavation displacements under the same initial condition, both with and without a shotcrete lining, by two commercial programs were compared. finally, we assess the load condition and material properties of in-situ ground by inputting tunnel excavation displacement, which was calculated by a commercial program, into the developed analysis module (FAST-Ver. 1.2, feedback Analysis System for Tunneling), and checked whether the assessed results conform to the originally assumed values.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.10a
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pp.201-208
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1999
The NATM(New Austrian Tunnelling Method) has been used for tunnelling since 1980's. But Collapses of tunnel under construction take place frequently, especially at urban areas because of adjacent buildings, underground conduits and traffic loads. This paper is a case study on the reinforcement method of subway tunnel at urban areas. In this study, ground inspection, geological investigation, laboratory test and numerical analysis by means of FDM program were carried out. The tunnel excavation was stopped because of over excessive brake of tunnel crown and shotcrete was installed to prevent deformation of adjacent ground as the temporary method. From the result of field survey and geological investigation, it is found that the soft weathered soil was distributed to the ground of tunnel invert unlike original investigation. The results of the analysis and the study show that the SGR(Space Grouting Rocket) method and Umbrella method can be applied for the stability of tunnel excavation and in addition the reinforcement of concrete lining is required for long-term stability of tunnel.
The groundwater during tunnel excavation not only affects the stability of the tunnel and constructability but also causes the subsidence of the upper ground due to the lowering of groundwater. Generally, the cutoff grouting is applied as a countermeasure to reduce the groundwater inflow during tunnel excavation, and the cutoff grouting is often applied in the range of plastic zone around the tunnel. However, grouting in the plastic zone is only appropriate for ground reinforcement purposes, and guidelines for the application range of cutoff grouting and the targeted permeability coefficient of the grouting zone are required. In this study, the relationship between groundwater inflow into tunnel and application range of cutoff grouting and permeability coefficient is proposed and compared with numerical analysis results. It was found that grouting with tunnel radius thickness is appropriate to reduce the groundwater inflows effectively. More than 90% reduction in groundwater inflow can be achieved when the annular area of the tunnel radius thickness is grouted with a permeability reduction ratio of 1/50~1/200.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.5
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pp.369-378
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2010
This paper presents a new approach of closing the tunnel face with sprayed concrete to reduce the stress at the tunnel face and displacement occurring at the ground surface during tunnel excavation. In order to carry out this research, the experimental and numerical studies are performed. In the experimental study, the model tests are carried out according to the closure ratio of tunnel face, tunnel depth and tunnel excavation length. The model test results are analyzed and interpreted by numerical calculation in order to verify both results obtained from experimental and numerical studies. It is clearly found that the tunnel face stability is decreased in decreasing the closure ratio of tunnel face. The results also show that the tunnel face is stable when the closure ratio of tunnel face is larger than 80%. This research will be very useful to develop the economical tunnel face closing system.
Terzaghi proposed a 2D formula for arching based on the assumption of a vertical sliding surface induced in the upper part due to the downward movement of a trapdoor. The formula was later expanded to consider 3D tunnel excavation conditions under inclined sliding surfaces. This study further extends the expanded formula to consider the effects of different ground properties and inclined sliding conditions in the transverse and longitudinal directions considering anisotropic ground conditions, as well as 3D tunnel excavation conditions. The 3D formula proposed in this study was examined of the induced vertical stress under various conditions (ground property, inclined sliding surface, excavation condition, surcharge pressure, earth pressure coefficient) and compared with the 2D Terzaghi formula. The examination indicated that the induced vertical stress increased as the excavation width and length increased, the inclination angle increased, the cohesion and friction angle decreased, the earth pressure coefficient decreased, and the surcharge pressure increased. Under the conditions examined, the stress was more affected at low excavation lengths and by the ground properties in the transverse direction. In addition, The comparison with the 2D Terzaghi formula showed that the induced vertical stress was lower and the difference was highly affected by the ground properties, inclined sliding conditions, and 3D tunnel excavation conditions. The proposed 3D arching formula could help to provide better understanding of complex arching phenomena in tunnel construction.
This paper presents the effect of groundwater on tunnel excavation. Fundamental issues in tunneling under high groundwater table are discussed and the effect of groundwater on tunnel excavation was examined using a 3D stress-pore pressure coupled finite-element analysis. Based on the results the interaction mechanism between the tunnelling and groundwater is identified for cases having different lining permeabilities. Examined items include pore pressures around lining and lining stresses. Face deformation behavior as well as ground surface movement patterns was also examined. Besides, the effect of grouting pattern was investigated. The results indicated that the effect of groundwater on tunnel excavation increases lining stresses as well as ground movements, and that the tunnel excavation and groundwater interaction can only be captured through a fully coupled analysis. Implementations of the findings from this study are discussed in great detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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