Méthode de prévision des tassements provoqués par le creusement des tunnels urbains et influence des présoutènements

par Nicolas Gilleron

Thèse de doctorat en Géotechnique

Sous la direction de Patrice Chatellier.

Soutenue le 27-09-2016

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Laboratoire Instrumentation, Simulation et Informatique Scientifique (Marne-la-Vallée) (laboratoire) .

Le président du jury était Daniel Dias.

Le jury était composé de Patrice Chatellier, Emmanuel Bourgeois, Adrien Saïtta, Alain Guilloux.

Les rapporteurs étaient Pierre-Yves Hicher.

mots clés

• Tunnel
• Lois de comportement
• Tassement
• Eléments finis
• Tunnels -- Conception et construction -- Simulation, Méthodes de
• Sols -- Consolidation
• Constructions -- Affaissement

Résumé

Dans un contexte mondial d’accroissement de la demande en travaux souterrains en sites urbains, l’ingénieur doit disposer d’outils et de méthodes performants pour concevoir des ouvrages sûrs, à risques évalués et maîtrisés. La prévision des tassements provoqués par le creusement de tunnels en site urbain repose largement sur des méthodes empiriques. Dans ce mémoire, on propose une méthode de prévision des tassements pour des tunnels creusés par la méthode conventionnelle avec présoutènements. Cette méthode est basée sur des modèles éléments finis tridimensionnels avec CESAR-LCPC. On s’intéresse d’abord aux spécificités des tunnels urbains, et aux limites des différentes méthodes empiriques et numériques. On introduit ensuite une loi de comportement du sol qui combine une élasticité non-linéaire et une isotropie transverse. Le modèle reproduit le profil, notamment la largeur, des cuvettes de tassements empiriques de référence et facilite les études de sensibilité. Le dimensionnement des présoutènements, boulons en fibre de verre et voûte parapluie, est ensuite décrit pour la maîtrise des tassements. La dernière partie est une étude de cas d’une conception par analyse de risques d’un ouvrage représentatif du contexte du Grand Paris Express

mots clés

• Tunnel
• Constitutive model
• Settlement
• Finite element

Titre traduit

Method for predicting settlements due to urban tunnelling with presupport influence

Résumé

In a context of increasing demand for underground works in urban areas worldwide, the engineers must have efficient tools and methods to design safe structures, with assessed and managed risks. The prediction of settlements due to urban tunnelling is mainly made with empirical methods. In this dissertation, we propose a method of settlements prediction for tunnels built using conventional methods (i.e. without TBM), with reinforcements. This method is based on three dimensional finite element models with CESAR-LCPC. In the first place, we present the specificities of urban tunnels, and the limitations of numerical and empirical methods. Then, we introduce a constitutive model for the soil which combines a non-linear elasticity and a cross-anisotropic behaviour. This model reproduces the shape, and especially the width, of the reference empirical settlement troughs and permits easy sensitivity analysis. The design of reinforcements, fibreglass bolts and umbrella arches, is then described for the purpose of reducing the settlements. The last section is a case study of risk analysis design for a tunnel typical for the context of the Grand Paris Express project