Modélisation du creusement d'un tunnel en terrain meuble : qualification sur chantier expérimental

• Auteur / Autrice : Sylviane Bernat
• Direction : Bernard Cambou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tunnels -- Conception et construction

Modèles mathématiques

Résumé

Ce travail de recherche concerne la simulation numérique du creusement de tunnels en terrain meuble. La stratégie de calcul proposée dans ce mémoire est basée sur : - un modèle de comportement du sol adapté aux chemins de contraintes rencontrés lors du creusement (la loi cjs développée au département de mécanique des solides de l'ECL), - une stratégie d'identification des paramètres du modèle basé sur des essais de laboratoire (oedomètre et triaxial) et des essais in situ (pressiomètre), - un code de calcul support (le logiciel éléments finis cesar-lcpc), - une simulation du creusement en approche 2d dans un plan orthogonal au tunnel. L'ensemble de ces points a été qualifie sur les résultats expérimentaux d'un chantier français de creusement de métro par tunnelier a pression de boue : le prolongement de la ligne d du metro de Lyon-vaise (juin 1993 - mars 1995). La modélisation numérique du creusement sur cesar-lcpc a en particulier été analysée. La simulation classique du creusement consiste a réaliser un deconfinement, c'est-a-dire à réduire progressivement les modules des vecteurs contraintes agissant sur la périphérie de l'excavation. Deux types d'approches sont alors possibles : - on peut réaliser le calcul jusqu'a un taux de dé-confinement final censé représenter l'ensemble du processus, - ou bien on peut chercher à prendre en compte directement l'interaction avec le revêtement mis en place. Ces deux approches ont été analysées et confrontées à partir de deux types d'analyses complémentaires : - des études théoriques ou paramétriques qui ont pour objet une bonne compréhension des phénomènes mis en jeux lors du creusement d'un tunnel et qui doivent aboutir à la définition de procédures de modélisation réalistes, - et enfin des confrontations simulation-expérience issues du chantier de Vaise qui doivent permettre de qualifier les différentes procédures proposées.

This work deals with the modelling of shallow tunelling in soft ground. The proposed computation strategy is based on : - a constitutive model of the soil behaviour adapted to the stress paths encountered during tunneling (elastic-plastic CJS law developed at the Solid Mechanics Department at the Ecole Centrale de Lyon), - a methodology to identify the model constants based on laboratory tests (triaxial and oedometer tests) and in situ tests (pressuremeters), - a computation code (the Cesar finite element software developed at LCPC), - an excavation modeling using a two-dimensional approach in an orthogonal plane to the tunnel. Experiments made on the worksite of Lyon metro line D (June 1993 - March 1995) have been used to validate the modelling procedure of the movements induced in the ground by a slurry shield tunneling technique. The numerical modeling of the excavation in Cesar-LCPD has been analysed in details. The classical excavation modeling considers a stress release at the periphery of the excavation called the "deconfinement" process. Two types of calculations could be considered : - the simulation could be made until a final "deconfinement rate" supposed representative of the whole tunneling process, - or we could try to take into account the interaction of the ground with the lining. These 2 types of simulations were analysed and compared using 2 complementary approaches : - theoretical or parametrical studies with the aimof a best understanding of phenomena induced by tunneling, and in order to define realistic modeling procedures, - comparison with experimental results observed in the Lyon-Vaise experimentation, in order to qualify the different proposed modeling procedures.