Conception et dimensionnement des ouvrages souterrains dans les massifs rocheux à grande profondeur ‐ application aux cavernes de grande section

par Gabriel Lopard

Projet de thèse en Géosciences et géoingénierie

Sous la direction de Damien Goetz et de Faouzi Hadj hassen.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris) , en partenariat avec Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne) (laboratoire) , Géosciences - Fontainebleau (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    L'accroissement de l'occupation de l'espace souterrain oblige à concevoir des infrastructures dans des couches de terrain de plus en plus profondes. C'est le cas des tunnels routiers du Mont-Blanc ou du Fréjus réalisés dans les années 1960 et 1980. Le projet TELT (Tunnel Euralpin Lyon Turin) d'environ 50km de longueur entre dans cette catégorie d'ouvrage. Ce projet a déjà fait l'objet d'ouvrages de reconnaissances et entrera dans sa phase travaux dès 2018 avec la réalisation du site de sécurité de Modane. Les conditions de creusement de ces grands ouvrages sont très particulières dans la mesure où les contraintes initiales sont très élevées et souvent franchement anisotropes compte-tenu des poussées tectoniques. De plus, ces tunnels nécessitent systématiquement le creusement en méthode conventionnelle de chambres de grandes dimensions pour des raisons variées : intersections de galeries, base d'un puits, entonnements, chambre de montage et démontage de tunneliers... Ces ouvrages ponctuels sont très généralement creusés en sections divisées selon un phasage dépendant de plusieurs facteurs tels que la géométrie, l'agencement des travaux avec les ouvrages voisins… Ils représentent une source importante de risque de dérive des coûts et délais, également de sécurité pour le chantier, qu'il convient de maîtriser par des études de stabilité appropriées. Dans le cas d'un massif rocheux discontinu à l'échelle de l'ouvrage, les modélisations utilisées actuellement dans l'ingénierie reposent en grande majorité sur des outils de stabilité de dièdres basés sur des approches simplifiées de type Blocs Isolés. La modélisation par éléments finis ou distincts est beaucoup plus lourde à mettre en oeuvre et nécessite également une connaissance très fine des caractéristiques du massif qu'il est difficile d'obtenir. Les approches simplifiées sont valables pour des tunnels au rocher de faible couverture pour lequel la stabilité du dièdre rocheux est principalement gérée par le poids. En effet, ces approches simplifiées ne rendent pas compte de l'effet des contraintes initiales et du comportement des discontinuités sur la stabilité. Ce constat fait donc émerger le besoin de mettre à disposition des ingénieurs des outils adaptés à ce contexte permettant de mieux cerner les études de stabilité et le besoin en soutènements. La thèse proposée s'inscrit dans le cadre du dimensionnement des ouvrages souterrains profonds creusés dans les massifs rocheux discontinus. Elle a pour but de progresser dans la modélisation des excavations en poursuivant notamment le travail entamé par le Centre de Géosciences de Mines ParisTech sur cette thématique.

  • Titre traduit

    Design of underground infrastructures in deep rock mass – application to large section caves


  • Résumé

    The increase in the use of underground space requires to design infrastructures deeper under the surface. Such it was the case of the road tunnels of Mont-Blanc or Fréjus realized in the 60's and 70's. The TELT project (Tunnel Euralpin Lyon Turin) of more than 50 km long and under a cover locally >2000 m clearly belongs to this category. This project has already been subject to geological and geotechnical detailed investigations and its construction is planned to begin in 2018 with the building of the security site of Modane. Excavation conditions of these major civil engineering works are very particular because as the initial stresses are very high and most often strongly anisotropic in relation with tectonic motions. Moreover, these tunnels systematically involve digging by conventional blasting technique. of large caves for many reasons : galleries intersections, well base,… These particular constructions are most of the time excavated according divided sections following a multi-factors depending phasing such as : geometry, infrastructure layout … They represent a major cause of potential and significant drift of cost, deadlines, and also deterioration of safety conditions, that we have to manage with appropriated stability studies. In case of discontinuous rock masses (at infrastructure's scale), the current engineering models, for the most of them, are based on dihedral stability tools based on streamlined approach like Isolated Blocks method. Finite element modeling (or distinct element modeling) is computationally harder and involves a high level of knowledge of mass characteristics difficult to obtain. Streamlined methods remain valid for shallow rocky tunnels for which rock blocks stability mainly depend on weight. Indeed, these approaches do not take into account the effects of initial stress field and discontinuities behavior. Drawing on this, the engineers needs suitable tools in order to improve stability studies and support design to this case of application. The proposed Thesis is developed in the context of the design of deep underground works excavated in discontinuous rock masses. The aim is to progress in excavation modelling in continuity with the initiated works by the laboratory of Geosciences of Mines ParisTech on this thematic.