Impact du creusement des ouvrages souterrains à faible profondeur en milieu urbain

Impact of shallow tunneling in urban area

• Auteur / Autrice : Sara Rachdi
• Direction : Michel Tijani, Emad Jahangir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Soutenance le 28/10/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : GRNE - Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Tijani, Emad Jahangir, Hussein Mroueh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Pantet, Alain Millard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tunnels -- Conception et construction

Géomorphologie dynamique

Mots clés libres

Tunnels en milieu urbain

Tassements en surface

Modèle de comportement

État critique

Écrouissage déviatorique

Tunnels

Surface settlements

Soil constitutive model

Critical state

Deviatoric hardening

Résumé

Le développement de l’urbanisme privilégie de plus en plus souvent la solution souterraine. Le creusement d’environ 200km de tunnels est prévu dans les dix prochaines années en France seulement, en milieu urbain dense.L’excavation d’une cavité dans un terrain engendre des mouvements dans le massif. Le front de taille se déplace généralement instantanément vers l’excavation. A ce déplacement d’extrusion s’ajoute la convergence des parois du tunnel. A faible profondeur, ces mouvements risquent de se propager jusqu'à la surface du terrain constituant une cuvette de tassement qui peut conduire à des désordres importants voire de nature accidentelle (tassements différentiels, développement de fontis, effondrement de constructions, etc.). Plusieurs paramètres influencent la qualité des simulations et la prévision des déplacements induits par le creusement d’un tunnel. Le choix d’une loi de comportement est primordiale pour la modélisation des tunnels qui dépend de la réponse du sol en termes de déformations. La prédiction des déplacements engendrés requière un modèle de comportement du sol rigoureux qui puisse simuler le plus fidèlement possible la réponse du sol.Cette thèse propose un modèle de comportement adapté à la simulation du creusement de tunnel avec un mécanisme d’écrouissage déviatorique dans le cadre de la théorie de l’état critique. Ce modèle reproduit de manière satisfaisante la réponse non linéaire du sol à l’échelle des essais de laboratoire et présente une alternative sécuritaire pour les simulations à l’échelle de la structure.L’effet de l’influence de plusieurs paramètres sur la simulation des tunnels est étudié à travers des simulations 2D et 3D avec différentes configurations et en considérant le couplage hydromécanique. Le modèle proposé est aussi utilisé pour la reproduction de mesures in-situ d’une section de tunnel du Grand Paris.

Tunnels construction is increasingly favored as a sustainable transportation and infrastructure development system. 200km are going to be excavated only in France in the next ten years in dense urban areas.During tunnel excavation, ground movements must be controlled and well predicted to avoid any damage on existing buildings. The tunnel face moves typically instantly toward the excavation. The tunnel wall convergence is added to theface extrusion. These movements may spread to the surface of shallow tunnels leading to significant disturbances or accidental damage (differential settlement, cave-in occurrence, buildings collapse, etc.).Different parameters influence the quality of tunnels simulation and induced displacements prediction. The quality of those predictions closely depends on the choice of soil constitutive model. In this context, some widely used soil models in engineering practice not only fail to reproduce some characteristics of soil behavior on the constitutive level but also lead to shallower settlement.This PhD thesis proposes an enhanced critical state model incorporating deviatoric and volumetric hardening mechanisms adapted for tunneling simulations. This model satisfactorily reproduces the nonlinear soil response to laboratory tests and enables a more conservative tunneling design.The impact of other modeling choices is studied through 2D and 3D tunneling simulations in different configurations with the proposed soil model. Furthermore, comparison with measurements obtained from a tunnel section of the Grand Paris Project highlight the performance of the proposed model in simulating tunneling induced displacement.