Article de recherche / Research Article

Apports de la simulation numérique tridimensionnelle dans les études de tunnels

Contributions of the three-dimensional numerical simulation in tunnels studies

Terrasol, immeuble le Crystallin, 191/193 cours Lafayette, 69458 Lyon cedex 06, France

^★ Auteur de correspondance : jp.janin@terrasol.com

Résumé

L'excavation d'ouvrages souterrains et, en particulier, de tunnels représente un problème tridimensionnel complexe, dans lequel la réaction du massif dépend de différents facteurs, comme la nature et les caractéristiques du sol, la géométrie de l'ouvrage à réaliser et la méthode de creusement adoptée. Dans un contexte urbanisé, la réalisation de ces ouvrages pose le problème de l'interaction avec les bâtiments en surface et les structures déjà existantes en souterrain. La pratique courante de dimensionnement des tunnels, notamment vis-à-vis des déformations, s'appuie principalement sur l'approche numérique en déformations planes, basée sur les principes de la méthode convergence–confinement. Cependant, cette méthode, dont la fiabilité est directement liée au choix du taux de déconfinement, est souvent utilisée dans des situations où les hypothèses de base ne sont pas respectées. Cet article présente ainsi quelques exemples qui montrent comment la modélisation 3D est devenue, aujourd'hui, un outil indispensable, aux bureaux d'étude géotechnique, pour étudier certains problèmes dans toute leur complexité et se rapprocher au mieux de la réalité. Les études présentées traitent des ouvrages réalisés en méthode traditionnelle et mécanisée, où la problématique des prévisions des tassements et des interactions avec les structures existantes est un enjeu prioritaire du projet.

Abstract

The excavation of underground structures and, in particular, tunnels is a complex three-dimensional problem, wherein the ground reaction depends on various factors such as the nature and characteristics of the soil, the geometry of the work and the excavation method adopted. In an urban context, the construction of these works poses the problem of interaction with surface buildings and existing underground structures. The current practice of tunnels projects design, particularly concerning ground deformations, is mainly based on the two-dimensional analysis, in a cross-section with in-plane deformations combined with the convergence–confinement method. However, this method, wherein the validity of the results is based on the correct choice of the stress release coefficient λ, is often used in situations where the basic assumptions are not respected. This article provides some examples showing how 3D modeling has become an indispensable tool today, for geotechnical design engineers, to study certain issues in all their complexity and to better approximate the reality. Studies presented deal with works carried out in traditional and mechanized method, where the prediction of settlements and interactions with existing structures is a priority project issue.