Article de recherche / Research Article

Amélioration des méthodes analytiques basées sur des concepts simples pour le dimensionnement des tunnels superficiels et profonds en sol meuble (prix Kérisel 2016)

Improved analytical methods based on simple concepts for the dimensioning of shallow or deep tunnels in soft ground

ARCADIS ESG, 9, avenue Réaumur, 92354 Le Plessis-Robinson cedex, France

^★ Auteur de correspondance : guillaume.champagnedelabriolle@arcadis.com ; gdelabriolle@gmail.com

Résumé

Le cadre conceptuel de la méthode convergence–confinement a été établi pour un matériau isotrope dans un champ de contraintes initialement isotropes. Ces deux hypothèses, quoique restrictives, donnent à cette méthode de calcul une approche fortement pédagogique. La méthode a été également complètement traitée avec un comportement élastique linéaire du massif et du soutènement en condition de contraintes initialement anisotropes par Panet. Pour passer rigoureusement du cas isotrope, où le soutènement est chargé uniquement radialement, au cas anisotrope, il est appliqué la théorie des coques minces associée à une condition de contact massif/soutènement. Les équations de la théorie des coques minces de Flügge sont citées dans des publications sur le calcul des tunnels depuis 1979, mais s’étendent peu sur les hypothèses et simplifications qui les ont établies. Le domaine de validité de la théorie des coques minces se situe déjà hors de nombreux cas usuels pour les revêtements de tunnels, ce qui conduit à se poser des questions sur l’approximation induite par l’utilisation de cette théorie à des revêtements d’épaisseur trop forte par rapport au rayon d’excavation. En se plaçant dans la continuité des travaux de Panet, après avoir établi la théorie des coques épaisses sous chargement anisotrope, il est démontré que des écarts importants sont constatés, que ce soit pour une épaisseur usuelle ou non de soutènement, pour une très large plage de rigidité relative du soutènement par rapport au massif.

Abstract

Convergence–confinement method has been established for an isotropic material in a hydrostatic stress field. These two hypotheses are quite restrictive, but make this method a very good pedagogic approach to understand ground/support interaction. It also exists a closed form for a non-hydrostatic stress field, if no plasticity occurs. To get from the hydrostatic case to the non-hydrostatic case, thin shells theory, in relation with contact condition, must be used. Flügge's thin shell theory has been quoted in a lot of tunnel design publications since 1979, but the hypothesis of this theory are never explored by the different authors. Unfortunately, the validity domain of thin shell theory does not correspond with a lot of common cases of tunnel design. This publication explores the quantification of the error induced by the thin shell theory when a thick shell is chosen. Following Panet's publications, after the establishment of thick shell theory under anisotropic stress, it is demonstrated that important differences exist between thin shell theory and thick shell theory, even if the support thickness is usual or not, for a wide range of ground/support relative rigidity.