Contribution à l’étude de la stabilité du front de taille d’un tunnel en milieu cohérent

Contribution to the analysis of the face stability of a tunnel excavated in cohesive ground

¹ Laboratoire Central des Ponts et Chaussées 58, boulevard Lefebvre, 75732 Paris Cedex, France
² Laboratoire de Mécanique des Solides, Ecole Polytechnique 91128 Palaiseau Cedex, France

Résumé

Le problème de la stabilité du front de taille d'un tunnel a fait l'objet de nombreuses études au cours des vingt dernières années en raison de la construction d'ouvrages dans des conditions de plus en plus difficiles. En particulier la théorie du calcul à la rupture a permis d'aboutir à un encadrement de la pression de soutènement à appliquer au niveau du front de taille pendant les travaux pour assurer la stabilité du tunnel.

L'étude décrite dans cet article est destinée à améliorer les estimations théoriques du risque d'instabilité au front de taille dans le cas d'un tunnel circulaire creusé à faible profondeur dans un terrain purement cohérent. L'accent est mis sur l'approche par l'extérieur. Les mécanismes examinés permettent de tenir compte du caractère tridimensionnel du problème abordé ainsi que des risques d'instabilités globales et locales. Les résultats conduisent à penser que les différences constatées entre bornes supérieures et inférieures des chargements potentiellement supportables pourraient provenir de la surestimation des capacités de résistance du terrain, qui résultent de leur caractérisation par un critère de TRESCA (autorisant la mise en traction du terrain).

Abstract

Tunnel face stability has received special consideration over the past twenty years, due to the construction of tunnels in increasingly difficult conditions. In particular, yield calculation principles have been used to find a bracketted estimate of the tunnel pressure that should be used to stabilize the face during construction.

The purpose of the present study is to improve existing methods used to estimate the face stability of shallow circular tunnels driven in purely cohesive soils. New upper bound estimates are considered. The failure mechanisms considered allow to account for the three-dimensional nature of the problem and include local as well as global failure conditions. The results support the idea that the differences between estimated upper and lower bound solutions could result from overestimated ground resistance properties, consecutive to the use of the TRESCA criterion (which allows for tensile stresses in the ground).