Stabilité et renforcement des fronts de taille des tunnels : une approche analytique en contraintes-déformations

Stability and reinforcement of tunnels faces : an analytical stress-strain approach

¹ TERRASOL Immeuble Hélios 72, avenue Pasteur 93108 Montreuil Cedex info@terrasol.com, France.
² INERIS Parc technologique Alata BP 2 60550 Verneuil-en-Halatte (à Terrasol au moment de l’étude) jean-bernard.kazmierczak@ineris.fr, France.
³ Saint-Gobain VICA SA (à Terrasol au moment de l’étude) gilberto.regal@saint-gobain.com, France.
⁴ ENTPE-CNRS 69518 Vaulx-en-Velin Cedex Henry.Wong@entpe.fr, France.

Résumé

Les tunnels sont de plus en plus réalisés en pleine section, ce qui conduit à des hauteurs du front de taille parfois très importantes. C’est pourquoi les ingénieurs sont fréquemment appelés à examiner la tenue du front, et à prévoir son renforcement par des boulons longitudinaux en fibre de verre. Les approches actuelles privilégient les analyses en stabilité, mais ne permettent guère une évaluation des déformations du front, sauf à utiliser des méthodes numériques, dans lesquelles la prise en compte des renforcements conduit à des modèles très lourds et peu utilisables en pratique courante. Cet article présente une nouvelle approche analytique en contraintes-déformations, basée sur un principe de symétrie sphérique, et permettant d’évaluer les déformations d’extrusion du front, et ce même lorsque le front est renforcé par des boulons. Nous présentons en premier lieu les principes de la méthode ainsi que sa validation, puis différentes études paramétriques, ainsi que quelques cas possibles d’utilisation : évaluation d’un coefficient de sécurité, dimensionnement d’un renforcement par boulonnage, effet de la pression de confinement sur l’extrusion lors de l’utilisation de boucliers.

Abstract

Tunnel excavation more and more frequently involve full face excavation, with sometimes significantly high tunnel faces. Engineers are often concerned with the tunnel face stability and they frequently use longitudinal fibreglass bolts to reinforce it. Current approaches are more often based on stability analysis with no estimation of strains. Strains can be estimated using numerical modelling. However, numerical modelling of reinforced tunnels faces is complex, heavy and quite difficult to use in engineering practice. This paper describes a new analytical stress-strain approach based on a spherical principle that calculates the tunnel face deformations, including when bolts reinforcement are used. The principles of the method is presented together with its validation. Various parametric analysis and some practical applications are finally presented : evaluation of a safety factor, design of the face reinforcement, effect of the confining pressure on the tunnel face deformations when using a TBM.