Déplacements du front d’un tunnel renforcé par boutonnage prenant en compte le glissement boulon-terrain : approches analytique, numérique et données in situ

Displacement behaviour of a bolt-reinforced tunnel face with finite ground-bolt bond strength : analytical and numerical approaches, in situ data

¹ Laboratoire Géomatériaux – Département Génie Civil et Bâtiment (CNRS URA-1652), École nationale des travaux publics de l’État, rue Maurice-Audin, 69518 Vaulx-en-Velin Cedex, France.
² URGC Géotechnique, Institut national des sciences appliquées de Lyon, 20, avenue Albert-Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France.

Résumé

Dans cet article est proposé un nouveau modèle analytique sur le comportement du front d’un tunnel renforcé par boulonnage, par l’approche d’homogénéisation des milieux périodiques. Ce nouveau modèle s’appuie sur un modèle existant proposé par (Wong et al. 1996, 1997), mais permet de prendre en compte une valeur finie de l’adhérence d’interface boulon/sol, ce qui correspond plus à la réalité. Le comportement d’interface est simulé par un comportement type rigide-plastique parfait, prenant en compte d’un glissement lors du dépassement d’un seuil d’adhérence. Ceci permet notamment d’arriver à une estimation plus correcte de la traction dans les boulons, ainsi que de leur apport sur la réduction des mouvements du terrain. Malgré la prise en compte d’hypothèses moins restrictives, la résolution reste simple, préservant le caractère analytique de la solution. Ce nouveau modèle analytique a été validé, d’une part, par des calculs numériques 3D réalisés à l’aide du logiciel aux différences finies FLAC-3D, et, d’autre part, en confrontant ses prédictions à des mesures in situ en provenance d’un chantier réel – le tunnel de Tartaiguille faisant partie du projet du TGV-Méditerranée. Ces développements représentent des outils simples et efficaces, très utiles au stade du prédimensionnement d’un projet.

Abstract

In this paper is proposed a new analytical model on the behaviour of a tunnel face reinforced by bolts, using the homogenisation approach for periodic media. This new model has been developed based on the previous work of (Wong et al. 1996, 1997), and allows to account for a finite bond strength of the soil-bolt interface, which corresponds better to the reality. The interface behaviour is simulated by an elastic-perfectly plastic constitutive relation; interface sliding intervenes when the shear stress reaches the bond strength. This new feature allows notably a more correct estimate of the bolt tension, as well as their quantitative contribution on the displacement reduction of the ground. Despite the consideration of less restrictive hypotheses, the resolution process remains sufficiently simple, thus preserving the analytical character of the solution. This new analytical model has been validated on one hand by 3D numerical calculations using the finite difference code FLAC-3D, and on the other hand by comparing its predictions to in situ data from a construction project – the Tartaiguille Tunnel which forms part of the Mediterranean TGV project. These developments result in simple and efficient design tools, which are very useful at the preliminary design stage of a project.