Évaluation de l'impact du creusement au tunnelier à front pressurisé sur des fondations profondes : expérimentation en vraie grandeur et modélisation numérique

Evaluation of the impact of tunnel excavation with tunnel boring on deep foundations : full-scale experimentation and numerical modelling

• Auteur / Autrice : Agathe Michalski
• Direction : Claude Boutin, Denis Branque, Nicolas Berthoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 05/07/2023
• Etablissement(s) : Vaulx-en-Velin, École nationale des travaux publics de l’État
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) - Centre d'études des tunnels (France)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Bourgeois, Giulia Viggiani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Emeriault, Jean-Michel Pereira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Pieux

Tunnels -- Conception et construction

Mots clés libres

Tunnel

Interaction tunnelier - sol - pieu

Fondations profondes

Modélisation numérique

Expérimentation en vraie grandeur

Tunnelier à front pressurisé

Tunnel

TBM - soil - pile interaction

Deep foundations

Numerical modelling

Full-scale experiment

Pressurised tunnel boring machines (TBMs)

Résumé

L'extension des villes et la demande croissante de mobilité, couplées à la volonté de limiter les impacts environnementaux, conduisent à utiliser davantage l’espace souterrain pour y développer des infrastructures. Pour cela, le recours aux tunneliers à front pressurisé est de plus en plus fréquent, en particulier en sites urbains afin de garantir la stabilité de l’ouvrage en cours d’excavation et de limiter les impacts sur les ouvrages avoisinants. Ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension des phénomènes d’interaction tunnelier / terrain / pieu à partir d’observations expérimentales, et le développement d’une procédure de modélisation numérique 3D capable de reproduire fidèlement la phénoménologie observée. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet de recherche TULIP (Tunneliers et limitation des impacts sur les pieux). La première partie de ce mémoire concerne l’expérimentation en vraie grandeur réalisée sur la future ligne 16 du métro parisien dans le cadre de ce projet de recherche. L’influence des paramètres de pilotage de la machine, les déplacements générés dans le terrain lors du creusement (en surface mais également dans la couche de couverture) et la redistribution des efforts dans les pieux sont analysés. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à la présentation d’un modèle numérique tridimensionnel réalisé à l’aide du code de calculs aux différences finies FLAC3D. Les résultats numériques obtenus sont confrontés aux résultats expérimentaux issus des différentes étapes de l’étude : fonçage des pieux, creusement en terrain vierge et en présence de pieux.

The expansion of cities and the growing demand for mobility, coupled with the desire to limit environmental impacts, are leading to greater use of underground space for infrastructure development. For this purpose, the use of pressurised tunnel boring machines (TBMs) is becoming increasingly frequent, especially in urban areas, in order to guarantee the stability of the structure during excavation and to limit the impact on the neighbouring structures. This PhD work aims to improve the understanding of the phenomena of TBM /ground / pile interaction based on experimental observations, and the development of a 3D numerical modelling procedure capable of faithfully reproducing the observed phenomenology. This PhD work was realized in TULIP project (TBMs and limitation of impacts on piles) research project. The first part of this thesis concerns the full-scale experiment carried out on the future line 16 of the Parisian subway as part of this research project. The influence of the machine control parameters, the displacements generated in the ground during excavation (on the surface but also in the cover layer) and the redistribution of forces in the piles are analysed. The second part of this thesis presents the three-dimensional numerical modelling carried out on the finite difference software FLAC3D. The numerical results obtained are compared with the experimental results from the different stages of the study: pile driving, greenfield ground and piles response to EPBM tunnelling.