Application du calcul à la rupture à la stabilité du front de taille d’un tunnel

Analysis of tunnel front stability, using the yield calculation approach

¹ C.E.R.M.E.S.École nationale des Ponts et Chaussées, La Courtine, 93167 Noisy le Grand Cedex, France
² Professeur adjoint à l’E.N.P.C., SIMECSOL 8, avenue Newton, 92350 Le Plessis-Robinson, France

Résumé

La réalisation d'un tunnel dans de bonnes conditions de sécurité nécessite un examen préalable de la stabilité du front de taille pendant l'excavation. Lorsque l’ouvrage est creusé à faible profondeur et à l'aide d’une machine foreuse permettant un soutènement continu du front de taille, il faut tenir compte dans l'analyse, de trois effets de chargement : influence du poids des terrains, surcharges de surface, pression de soutènement au front.

L'approche par le calcul à la rupture est choisie ici pour estimer les conditions de stabilité du front de taille. Deux types de matériau sont considérés : dans le cas d'un matériau purement cohérent (critère de TRESCA) la combinaison de l’approche par l’intérieur et de l’approche par l'extérieur permet d'aboutir à un encadrement des conditions de stabilité dans un diagramme de chargement à deux paramètres. Dans le cas plus complexe d’un critère de MOHR-COULOMB, il est nécessaire de prendre effectivement en compte trois paramètres de chargement et seule l'approche par l’intérieur est considérée dans la présente étude.

Abstract

Front stability must be examined prior to tunnel construction in order to ensure good safety conditions while boring it. When the tunnel is at shallow depth and is driven using a boring machine with full face support, three loading effects need to be considered : influence of the soil weight, soil surface loads, retaining pressure at the front.

The yield calculation approach is used in this paper to estimate stability conditions for the tunnel front. Two material types are considered : in the case of a purely cohesive material (TRESCA yield criterion) combining lower bound and upper bound analyses leads to bracketting stability conditions for the front with respect to two loading parameters only. In the more difficult case of a MOHR-COULOMB criterion however, it is necessary to account for three loading parameters ; for this latter material type the lower bound approach only is considered in the present study.