Etude expérimentale et numérique du renforcement du front de taille par boulonnage dans les tunnels en terrains meubles

• Auteur / Autrice : Rana Al Hallak
• Direction : Jean-Pierre Magnan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Dubois, Jacques Garnier, Éric Leca
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Richard Kastner, Isam Shahrour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrifugeuses

Excavation

Stabilité

Mots clés libres

Percement tunnel

Front attaque

Renforcement sol

Boulonnage

Simulation numérique

Etude expérimentale

Sol mou

Comportement

Modèle réduit

Déformation

Méthode éléments finis

Modèle 3 dimensions

Résumé

Au cours de la dernière décennie, le renforcement par boulonnage du front de taille a connu plusieurs applications sur les chantiers de tunnels creusés à faible profondeur dans les terrains meubles. Cette technique permet de préserver la stabilité de l’excavation d’une part, et de contrôler les déformations au front et les tassements de surface d’autre part. La technique étant récente (première application en 1988), les connaissances actuelles sur la réponse du front boulonné à l’action d’excavation sont restreintes. Ce travail constitue une contribution à l’étude de l’influence du boulonnage sur le comportement du massif de sol situé au front de taille, à partir de deux approches : une approche expérimentale et une approche numérique. Dans un premier temps, des essais en centrifugeuse ont été effectués sur un modèle réduit de front de taille boulonné de tunnel. Ils ont permis d’étudier l’influence du boulonnage, notamment de sa densité et de la longueur des boulons, sur la stabilité et les déformations du sol au front. Dans un deuxième temps, une modélisation numérique tridimensionnelle a été réalisée à l’aide du code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC. Les calculs simulent les essais effectués en centrifugeuse. La modélisation tridimensionnelle s’est avérée bien adaptée à l’étude de ce type d’ouvrage (construction du tunnels et renforcement de sols). Les calculs reproduisent les déplacements mesurés dans les essais. Ils fournissent une bonne estimation de la stabilité du massif de sol situé au front. La comparaison avec des calculs bidimensionnels a montré que ces derniers représentent moins bien le comportement de l’ouvrage étudié.

During the past ten years, tunnel face reinforcement by bolts has been used increasingly in the construction of shallow tunnels in soft ground. This technique allows to improve both tunnel stability and ground motion. This technique was introduced in 1988 for the first time, and the response of a bolted tunnel face to excavation is not fully understood yet. This work addresses the study of the influence of bolting on face behavior. Two approaches were used in this study : an experimental approach and a numerical approach. The first stage of the study included a series of centrifuge tests on a reduced scale model of the bolted tunnel face. These tests allowed to analyze in particular the effect of the density and the lenght of the bolts, on the stability and the deformations of the face. In a second stage, a three-dimensional numerical analysis was carried out using the finite element code CESAR-LCPC. These calculations were intended to modelize the tests carried out in the centrifuge. Three-dimensional analysis appeared to be a well suited means of analyzing the construction of a tunnel in reinforced ground. The numerial results were found in good agreement with measured displacements in the tests and provided a reasonable estimate of failure conditions at the face. Comparisons were made with two-dimensional calculations and showed that this latter type of model provide a less accurate representation of the observed ground response at the face.