Renforcement du front de taille des tunnels par boulonnage : étude numérique et application à un cas réel en site urbain

= Tunnel face reinforcement by bolting : numerical analysis and application to a real case in urban area

• Auteur / Autrice : Daniel Dias
• Direction : Richard Kastner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : URGC - Unité de Recherche en Génie Civil (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Modélisation tridimensionnelle

Sols -- Consolidation

Excavation

Tunnels -- Conception et construction

Tunnels

Résumé

Le renforcement des tunnels par boulonnage au front de taille est une technique récente de préconfinement visant d'une part à préserver la stabilité de l'excavation et d'autre part à contrôler les déformations et les tassements induits par le creusement. Ce travail de thèse constitue une contribution à l'étude numérique de l'influence du boulonnage du front sur le comportement d'un massif de terrain meuble. Pour cela, diverses approches ont été envisagées et confrontées : une approche tridimensionnelle prenant en compte la modélisation complète du terrain, des inclusions et de leur interaction, des approches bidimensionnelles simplifiées et une approche en homogénéisation. L'approche tridimensionnelle, avec simulation du phasage de creusement constitue la base de référence dans le cas des tunnels profonds à section circulaire. Une étude paramétrique permet de cerner les mécanismes de mobilisation des efforts dans les clous et leur influence sur l'extrusion du front, la convergence et les pertes de volume. Les limites des approches simplifiées existantes sont mises en évidence et une nouvelle approche de type convergence - confinement est proposée. L'incidence de la loi d'interaction sol - clou et de la forme du tunnel sur les pertes de volume sont également étudiés. Enfin, le principe de l'homogénéisation des milieux périodiques est utilisé pour simuler le renforcement suivant deux approches : la première considère le modèle simple en symétrie sphérique développé par Wong ; dans le seconde un modèle de comportement de sol renforcé considéré comme homogène est implanté dans le code 2D axisymétrique. Les confrontations avec les simulations tridimensionnelles en champ de contrainte homogène et sur des configurations de tunnel axisymétriques ont permis de cerner les limites de l'homogénéisation ainsi que l'incidence du maillage sur les modèles tridimensionnels.

The reinforcement of tunnels using bolting on the tunnel face is a recent technique of “pre-confinement” in order, in the first hand, to assure stability of the excavation and, in the other hand, to control movements and induced settlements due to boring. This Ph. D thesis is a contribution to the numerical analysis of the influence of the bolting face on the behaviour of a soft ground mass. Different approaches have been used and compared : • a three dimensional approach taking in account the complete modelling of the soil mass, inclusions (bolts) and soil-bolts interaction. • two dimensional simplified approaches • an homogenisation approach The three dimensional approach, with the numerical simulation of the different boring phases is the reference for deep tunnels with a circular section. A parametric study shows the mechanisms involving forces in the bolts and the influence of these mechanisms on the tunnel face, radial convergences and volume losses. The limits of existing simplified approaches are shown and a new “convergence-confinement” method is proposed. The influence of soil-bolt interaction law and the tunnel shape on the volume losses are studied. The homogenisation techniques of periodic masses is used to simulate the reinforcement with two approaches : • the first approach used the analytical model in spherical symmetry proposed by Wong. • the second approach, a constitutive model of reinforced homogeneous soil is developed for the two dimensional axisymetric computer program. The comparisons of three dimensional simulations with homogeneous stress field and of axisymetric tunnel simulations show the limits of the homogenisation and of the influence of the element grid used with three dimensional simulations.