Article d’ingénierie / Engineering Article

Réflexions sur la stabilité en section courante des tunnels profonds

Reflexions about the stability of transversal section in deep tunnels

Spie Batignolles Génie Civil, Nanterre, France

^* Auteur de correspondance : christophe.jassionnesse@spiebatignolles.fr

Résumé

Le présent article traite de la stabilité en section courante circulaire des tunnels profonds. Le massif rocheux étant vu comme un Milieu continu Équivalent, le critère de résistance est le critère de Hoek et Brown généralisé, avec palier de résistance résiduelle. En s’attachant au cas des tunnels profonds, l’introduction de la gravité dans l’équation d’équilibre conduit à rechercher l’existence d’une pression intérieure d’équilibre. L’existence d’une pression de soutènement minimale s’avère un indicateur pertinent du comportement à l’excavation de type « terrain boulant » (severe caving), se traduisant par une instabilité générale de la section non soutenue, tel que défini dans les classifications géomécaniques les plus récentes. Une large étude de variation des paramètres de base du critère de résistance – résistance à la compression et indice de fragilité de la roche, densité et état des discontinuités par le biais du Geological Strength Index –, de la géométrie et de la contrainte in situ supposée isotrope, permet d’identifier la dépendance de cet indicateur aux conditions géologiques. Sur la base de quelques études de cas, il apparaît que les conditions géologiques d’un comportement de type « terrain boulant » correspondent à celles d’un massif de roche tendre, relativement ductile ou fortement altéré et fracturé. Comme ces conditions ne diffèrent pas nettement de celles du « terrain poussant » (squeezing) se traduisant par de fortes convergences, ces deux types de comportement pourraient être les deux degrés d’une même échelle.

Abstract

The present paper is concerning with the stability of a normal section in deep tunnel. the rock mass being considered as an equivalent continuum, the strength criterium results is the generalised Hoek et Brown criterium, with residual strength. By focusing on the case of deep tunnels, introducing gravity load in the equilibrium equation leads to search an internal pressure for stability request. Existence of a minimal support pressure appears as a pertinent indicator for an excavation behaviour of “severe caving” type, with immediate collapse of the tunnel section, as defined in the recent geomechanics classifications. An extensive variation study of rock mass strength base parameters, i.e. UCS, brittleness index, density of discontinuities and joints conditions through the GSI value, geometry and in situ stress, assuming isotropic conditions, allows to identify dependence of this indicator from the geological conditions. Based on few case studies, it appears that the geological conditions of the severe caving are these of a mass of soft rock, relatively ductile or highly weathered and fractured. As these conditions largely not differ of these for a squeezing behaviour, with large deformations, the two types of behaviour seem to be two degrees of the same scale.