Creusement des tunnels en terrain meuble : étude expérimentale sur modèle réduit de tunnelier à pression de terre en sol cohérent-frottant

• Auteur / Autrice : Hung Viet Doan
• Direction : Claude Boutin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols mous

Modèles réduits

Rupture, Mécanique de la

Mécanique des sols

Constructions souterraines

Tunnels -- Conception et construction

Résumé

Le creusement de tunnels en terrains meubles, avec ou sans nappe aquifère, nécessite l’emploi de tunnelier à front pressurisé pour garantir la stabilité de l’ouvrage en cours d’excavation et limiter les pertes de volume au front de taille susceptibles d’engendrer des tassements inadmissibles en surface de terrain. Le travail expérimental et théorique présenté dans ce mémoire vise à comprendre et analyser les mécanismes physiques mis en jeu dans le mode de creusement à pression de terre à partir d’essais de laboratoire réalisés sur modèle réduit de tunnelier. Au cours de ces essais, les massifs de sol excavés sont confectionnés sur la base des conditions de similitude qui régissent la transposition au problème en vraie grandeur et l’analyse des résultats est menée à l’échelle du modèle. Les deux premiers chapitres du mémoire sont consacrés à une présentation des techniques de creusement pressurisé des tunnels ainsi qu’à un rappel des principes et conditions de la modélisation physique et théorique utilisée dans le domaine des travaux souterrains. Le chapitre 3 présente le modèle réduit de tunnelier à pression de terre de l’ENTPE. Le chapitre 4 est consacré à la définition et à la caractérisation d’un matériau modèle, de nature cohérente - frottante, destiné à être utilisés comme matériau modèle lors de nos essais sur le modèle réduit de tunnelier à pression de terre de l’ENTPE. Enfin, les chapitres 5 et 6 sont dédiés à la présentation générale (chapitre 5) puis à la synthèse (chapitre 6) de cinq essais de creusement réalisés sur modèle réduit de tunnelier à pression de terre. Cette synthèse définit les différentes natures de régimes de creusement observables sur modèle réduit, leurs conditions d’obtention et leurs conséquences sur le comportement en contrainte - déformation du massif. Dans le cas des régimes extrêmes de creusement, une analyse des cinématiques de rupture du massif de sol observées à l’avant de la machine est menée. Enfin, dans le cadre d’une aide au pilotage des tunneliers réels, une étude de la sensibilité des paramètres de contrôle du régime de fonctionnement de la machine est présentée.

Earth Pressure Balanced Shield method (EPBS) is one of the mechanical tunneling procedures adapted to tunneling in saturated soft grounds. In practice, the EPBS method remains relatively complex and different practical difficulties are revealed on the work site itself. This PhD work aims to analyze and understand the main physical mechanisms occurring during EPBS method tunneling through experimental and theoretical approaches. In particular, a specific reduced-scale physical model of the EPBS (1:10 approximately), especially built in laboratory, has been used. The ambition is to provide technical support and guidance to overcome the different difficulties encountered on work sites. In particular, this study should lead to the development of an appropriate numerical tool in pressurized tunneling method modeling. The first chapter presents a state of the art review on the different tunneling methods adapted to soft grounds. The second chapter reminds the principal similitude laws which control the transposition to the full-scale model and their applications and limitations in case of soil mechanic problems. Chapter 3 presents the original EPBS reduced scale model built and used at ENTPE. The experimental procedure used to define a well adapted frictional - cohesive soil model is presented in chapter 4. The choice of this new material (humid fine silica sand) has been led by considering the conditions of partial similitude. In particular, the mechanical characteristics of this model of soils have been identified from several series of axi - symmetric tri-axial tests carried out under low levels of lateral stress. Chapters 5 and 6 present and analyse the results of five tests carried out with the EPBS model. These results concern the identification of the different rates of excavation. In particular, for each tunneling rate, the stress-strain soil behavior is studied and the sensitivity of the main control parameters available on the command shield is debated.