Load-Bearing Behavior of Tunnels Reinforced with Shotcrete and Rock Bolts Using Small-Scale Model Testing and the Finite Element Method

Main Article Content

Naravit Kheaphukhieo
Pongsagorn Poungchompu

Abstract

This study aims to investigate the load-bearing behavior of tunnels through small-scale model testing combined with numerical analysis using the Finite Element Method (FEM). Various tunnel cross-sectional geometries were examined, with particular focus on the horseshoe-shaped tunnel. The study considers the influence of modifying the slenderness ratio of the tunnel opening and the application of reinforcement techniques using shotcrete and rock bolts. Laboratory testing results revealed that horseshoe-shaped tunnels with optimally proportioned opening heights can efficiently withstand compressive loads while providing structural safety and adequate usable space. Concurrently, numerical analyses using FEM exhibited results consistent with experimental observations, particularly in terms of stress distribution (Shading Stress) and maximum total displacement of the tunnel structure. The findings demonstrate that the integration of small-scale physical testing and FEM analysis provides a reliable approach for evaluating tunnel stability and offers practical insights for the structural design of reinforced tunnels.

Article Details

How to Cite
แคภูเขียว น., & Poungchompu , P. . (2025). Load-Bearing Behavior of Tunnels Reinforced with Shotcrete and Rock Bolts Using Small-Scale Model Testing and the Finite Element Method. Industrial Technology Journal Surin Rajabhat University, 10(2), 105–116. retrieved from https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/journalindus/article/view/259375
Section
Research articles

References

บุญเทพ นาเนกรังสรรค์. (2552). วิศวกรรมฐานรากและการก่อสร้างอุโมงค์. สำนักพิมพ์วิศวกรรมขอนแก่น.

พัลลภ วิสุทธิ์เมธานุกูล. (2563). คู่มือวิศวกรรมฐานราก. สำนักพิมพ์วิศวกรรมโยธา.

สุเชษฐ์ ลิขิตเลอสรวง. (2550). วิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ในงานวิศวกรรมธรณีเทคนิค. สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์

มหาวิทยาลัย.

ITD-RT. (2563). รายงานการวิเคราะห์ผลกระทบสิ่งแวดล้อม โครงการระบบรถไฟทางคู่เพื่อการขนส่งและการ

จัดการโลจิสติกส์ (ระยะที่ 1) แนวเส้นทางช่วงมาบกะเบา–ชุมทางถนนจีระ. การรถไฟแห่งประเทศไทย.

JS100. (2567, 29 สิงหาคม). รายงานดินถล่ม อุโมงค์รถไฟความเร็วสูงไทย–จีน.

https://www.js100.com/en/site/news/view/143295

Sika Thailand. (2014). Shotcrete products and Sika’s tunneling and mining solutions.

https://tha.sika.com/en/construction/concrete-admixtures/shotcrete-products.html

ASTM International. (2023). ASTM C109/C109M–23: Standard test method for compressive

strength of hydraulic cement mortars. ASTM International.

CAN Geotechnical Ltd. (2017). Shute Shelve Tunnel: De-vegetation & rock bolting.

https://www.can.ltd.uk/casestudies/shute-shelve-tunnel-de-vegetation-rock-bolting

Clay, R. B., & Takacs, A. P. (1996, March 25). Contractual aspects of testing shotcrete and rock

bolts. Dar Al Handasah. https://www.academia.edu/11326129

Frank, E. (2024, September 9). Evaluating the impact of tunnel shape on shotcrete lining stress:

Implications for tunnel design and construction. EasyChair Preprint No. 14756

https://easychair.org/publications/preprint/dqR4

Mohammed, K., & Hrubešová, E. (2018, January). Assessment of static and dynamic stresses in

horse-shoe tunnel with connecting gallery using finite element method: A case study.

ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/330442419

Plaxis. (2022). PLAXIS 2D reference manual (Version 22.01). Bentley Systems.

https://communities.bentley.com/products/geotech-analysis/w/wiki/46097/download-plaxis-manuals