Su-Bin Kim;Dong-Wook Oh;Hyeon-Jun Cho;Yong-Joo Lee
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.5
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pp.517-528
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2024
For numerous tunnelling projects implemented in urban areas due to limited space, it is crucial to take into account the interaction between the foundation, ground, and tunnel. In predicting the deformation of piled foundations and the ground during twin tunnel excavation, it is essential to consider various factors. Therefore, this study derived a prediction model for pile group settlement using machine learning to analyze the importance of various factors that determine the settlement of piled foundations during twin tunnelling. Laboratory model tests and numerical analysis were utilized as input data for machine learning. The influence of each independent variable on the prediction model was analyzed. Machine learning techniques such as data preprocessing, feature engineering, and hyperparameter tuning were used to improve the performance of the prediction model. Machine learning models, employing Random Forest (RF), eXtreme Gradient Boosting (XGB), and Light Gradient Boosting Machine (LightGBM, LGB) algorithms, demonstrate enhanced performance after hyperparameter tuning, particularly with LGB achieving an R2 of 0.9782 and RMSE value of 0.0314. The feature importance in the prediction models was analyzed and PN was the highest at 65.04% for RF, 64.81% for XGB, and PCTC (distance between the center of piles) was the highest at 31.32% for LGB. SHAP was utilized for analyzing the impact of each variable. PN (the number of piles) consistently exerted the most influence on the prediction of pile group settlement across all models. The results from both laboratory model tests and numerical analysis revealed a reduction in ground displacement with varying pillar spacing in twin tunnels. However, upon further investigation through machine learning with additional variables, it was found that the number of piles has the most significant impact on ground displacement. Nevertheless, as this study is based on laboratory model testing, further research considering real field conditions is necessary. This study contributes to a better understanding of the complex interactions inherent in twin tunnelling projects and provides a reliable tool for predicting pile group settlement in such scenarios.
The behaviour of ground movement during the construction of two parallel tunnels in weathered zone and soft rock has been investigated. All the influencing factors for the behaviour of twin tunnel such as tunnel size, ground conditions, tunnel depth, pillar width and initial state of ground stresses were examined The results of FEM nonlinear analysis were compared with some of model test results in weathered zone to verify the numerical method. It was found that minimum interference was obtained in the parallel construction case when the twin tunnel distance (pillar width) is just over the twice of tunnel diameter. Guide line for the interference of twin tunnelling has been introduced for the ground of weathered zone and soft rock.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.2
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pp.115-131
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2011
Recently, considering the aspects of disaster prevention and environmental damage, the construction of a twin tunnel is increasing. When constructing a twin tunnel, the stresses are concentrated at the pillar so that stability of the tunnel is decreased. Since the previous studies on the behavior of a twin tunnel pillar are mainly restricted to the estimation of the tunnel behavior and the analysis of surface settlement, there is a limit to a quantitative stability estimation of the pillar. Therefore, it was quantitatively investigated how the pillar width of a twin tunnel affects its stability. To ensure this end, global tunnel safety factors obtained numerically using shear strength reduction technique, local safety factors of a pillar using the equation that Matsuda et al. suggested, and strength/stress ratios of the pillar were estimated and their results were analyzed for two sections with different rock covers. For a reasonable design of a twin tunnel pillar, it was turned out that strength/stress ratio, the local pillar safety factor, and global tunnel safety factor should be used interrelatedly rather than independently.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.1
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pp.3-12
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2002
This research work is to investigate influences of the Opera House in Arts Center caused by the twin tunnel construction. The Opera House of 3D structural feature with various type of foundations and adjacent twin tunnels are modeled in 3-Dimensional mesh for FEM analysis. Confirmation of safety is essential for this particular type of structure, and attention level and warning level of control criteria are examined for the protection of the Opera House by means of the analytical results.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.663-670
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2003
Urban tunnelling need to consider not only the stability of tunnel itself but also the ground movement regarding adjacent structures. This paper present 3-D behavior of adjacent structures due to tunnelling induced ground movements by means of field measuring data and nonlinear FEM tunnel analysis. The results of the analytical methods from Mohr-Coulomb model are compared with the site measurement data obtained during the twin tunnel construction. It was found that the location and stiffness of the structure influence greatly the shape and pattern of settlement trough. The settlement trough for Greenfield condition was different from the trough for existing adjacent structures. Therefore the load and stiffness of adjacent structures should be taken into account for the stability analysis of the structures.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.6
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pp.695-702
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2015
Recently, the improvement of mechanical and theoretical issues in geo-centrifuge test enhances the applicability and accuracy of the test. Geo-centrifuge test is appropriate to simulate the behaviors of underground structures like tunnel, since tunnel interacts with the soil and/or rock around it and the test can embody the in-situ stress conditions effectively. In this study, the seismic behaviors of twin tunnel were analyzed based on geo-centrifuge test. Flexible segment to mitigate seismic acceleration were implemented in the model with thin and thick thickness. Based on the test results, it was found that flexible segment can decrease the peak acceleration generally, however, thin flexible segment was not able to reduce peak acceleration in short-period seismic wave. Thick flexible segment was more effective in case of high bedrock acceleration condition. Additionally, 3-dimensional numerical analysis was performed to verify the characteristics of seismic behavior and the effect of flexible segment. Consequently, the numerical analysis result showed good agreement with the test result.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.4
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pp.313-322
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2003
This research work presents 3-D behavior of adjacent structures due to tunnelling induced ground movements by means of field measuring data and nonlinear FEM tunnel analysis. The results of the analytical methods from Mohr-Coulomb model are compared with the site measurement data obtained during the twin tunnel construction. It was found that the location and stiffness of the structure influence greatly the shape and pattern of settlement trough. The settlement trough for Greenfield condition was different from the trough for existing adjacent structures. Therefore the load and stiffness of adjacent structures should be taken into account for the stability analysis of the structures.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.1
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pp.59-78
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2024
In tunnel construction, the stability is evaluated by the settlement of adjacent structures and ground, but the shear strain of the ground is the main factor that determines the failure mechanism of the ground due to the tunnel excavation and the change of the operating load, and can be used to review the stability of the tunnel excavation and to calculate the reinforcement area. In this study, a twin tunnel excavation was simulated on a soft ground in an urban area through a laboratory model test to analyze the behavior of the twin tunnel excavation on the adjacent pile grouped foundation and adjacent ground. Both the displacement and the shear strain of ground were obtained using a close-range photogrammetry during laboratory model test. In addition, two-dimensional finite element numerical analysis was performed based on the model test. The results of a back-analysis showed that the maximum shear strain rate tends to decrease as the horizontal distance between the pillars of the twin tunnel and the vertical distance between the toe of the pile group and the crown of the tunnel were decreased. The impact of the second tunnel on the first tunnel and pile group was decreased as the horizontal distance between the pillars of the twin tunnel was increased. In addition, the vertical distance between the toe of the pile group and the crown of the tunnel had a relatively greater impact on the shear strain results than the horizontal distance of the pillars between the twin tunnels. According to the results of the close-range photogrammetry and numerical analysis, the settlement of adjacent pile group and adjacent ground was measured within the design criteria, but the shear strain of the ground was judged to be outside the range of small strain in all cases and required reinforcement.
The application of the mechanized tunnelling has been extended in recent years. There are at present different approaches that are used in the design of segmental tunnel linings supported in mechanized tunnels. Even though segmental lining is utilized for mechanized tunnels, its behaviour is still quite unclear under in situ stress and there is a lack of data regarding the distribution of stresses inside segmental linings. So far no single effective calculation method exists for segmental lining design. The lack of clear solutions makes the use of segmental lining to be more expensive due to the adoption of greater safety factors. Therefore, a particular attention must be given in order to obtain data from monitored tunnels which permits to validate design methods. In this study, strain measurements, which were conducted during the construction of twin tunnels in the Bologna-Florence railway line, have been presented. The behaviour of segmental lining during the excavation and the influence of a new tunnel excavation on an existing tunnel have been shown through the measured data. The data are then compared with the results obtained with Einstein and Schwartz's method and Duddeck and Erdmann's method, which permits to highlight the fact that the two analytical methods underestimate structural forces induced in the segmental lining and then must be used with caution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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