Article de recherche / Research Article

Limites de la modélisation bidimensionnelle des tunnels urbains pour la prévision des tassements

Limits of 2D modelling of urban tunneling

¹ Université Paris-Est/IFSTTAR/COSYS, Champs-Sur-Marne, France
² EGIS, Saint-Quentin-en-Yvelines, France

^☆ Auteur de correspondance : nicolas.gilleron@egis.fr

Résumé

La prévision des tassements provoqués en surface par le creusement de tunnels peu profonds repose largement sur le recours à des modèles numériques bidimensionnels, en s’appuyant sur la méthode convergence-confinement. Dans cet article, on cherche à mettre en évidence les limites de cette approche. On définit une situation caractéristique du creusement d’un tunnel en région parisienne, et on cale le taux de déconfinement d’un modèle bidimensionnel afin d’obtenir le même tassement maximal que pour le modèle tridimensionnel équivalent. Une fois ce calage effectué, on s’intéresse au profil des invariants de contraintes. L’évolution de la contrainte déviatorique au-dessus de la voûte du tunnel, avant la mise en place du soutènement, est opposée selon la modélisation. Ce résultat explique pourquoi le taux de déconfinement dépend fortement de la loi de comportement et ne peut être estimé a priori dans le cas de lois de comportement avancées. L’illustration avec trois lois de comportement différentes, une loi élasto-plastique parfaite, une loi élastique non linéaire et le Hardening Soil Model met en évidence les limites très significatives de la modélisation bidimensionnelle de tunnels pour la prévision des tassements.

Abstract

The prediction of settlements caused by shallow tunnelling is mainly based on two-dimensional modelling with the stress relaxation method. In this article, we illustrate some limits of this method. We define a characteristic tunnel typical for the Paris region, then we adjust the relaxation factor of a 2D model to have the same maximum settlement as in the equivalent 3D model. Once this fitting is done, we look at the stress invariants paths. The evolution of the deviatoric stress above the tunnel crown, before the setting of the lining, is opposed according to the considered simulation. This result explains why the stress relaxation factor depends strongly on the constitutive model. Furthermore, it shows that the use of a 2D model for a stress analysis of the soil is uncertain. The discussion is illustrated by simulations carried out with three different constitutive models: a perfect elasto-plastic, a non-linear elastic and the Hardening Soil Model.