Modélisation 3D du creusement de tunnel par tunnelier à front pressurisé dans les sols surconsolidés

3D modelling of tunnel excavation by pressurized tunnel boring machine in overconsolidated soils

¹ Département Génie civil UHL-Batna, Algérie.
² Grenoble-INP UJF-Grenoble 1 CNRS UMR 5521, 3SR Grenoble 38041, France.
³ INSA-Lyon, LGCIE 69621 France.

Résumé

La réalisation de tunnels à faible profondeur en site urbain nécessite une évaluation préalable des effets du creusement sur les ouvrages existants. Dans le cas du creusement par tunnelier à front pressurisé, le phasage des travaux est un problème d’interaction sol/structure hautement tridimensionnel et les différentes opérations réalisées par le tunnelier rendent très complexe une modélisation numérique complète du problème et donc l’évaluation des mouvements induits. Une procédure de simulation tridimensionnelle, utilisant le code en différences finies Flac-3D, prenant en compte de manière explicite les principales sources de mouvements dans le massif encaissant est proposée. Elle est illustrée dans le cas particulier de la ligne B du métro de Toulouse pour lequel des données expérimentales existent, les sols rencontrés étant saturés et fortement surconsolidés (K₀ proche de 1,7). La confrontation des résultats de simulation numérique avec les mesures in situ montre que la procédure de simulation 3D proposée est pertinente, en particulier dans la représentation adoptée pour les différentes opérations réalisées par le tunnelier (excavation, soutènement du front de taille, avancement, pose du revêtement, injection du vide annulaire...).

Abstract

The excavation of shallow tunnels in urban areas requires a previous evaluation of their effects on the existing constructions. In the case of shield tunnel boring machines, the different achieved operations is a highly three-dimensional problem of soil/structure interaction and are very complex to represent in a complete numerical simulation. Therefore the assessment of the tunnelling-induced soil movements is difficult. A threedimensional simulation procedure, using finite differences code Flac-3D, taking into account in an explicit manner the main sources of movements in the soil mass is proposed. It is illustrated in the particular case of Toulouse subway line B for which experimental data are available and where the soil is saturated and greatly overconsolidated (K₀ close to 1.7). The comparison of the numerical simulation results with the in situ measurements shows that the 3D procedure of simulation proposed is relevant, in particular in the adopted representation for the different operations achieved by the tunnel boring machine (excavation, confining pressure, advancement, installation of the tunnel lining, grouting of the annular void...).