Revue / Review Article

Calculs probabilistes des déplacements dus à la réalisation de tunnels à l’aide d’un modèle aux éléments finis

Finite element-based probabilistic analyses of displacements due to tunnel construction

¹ Eiffage Génie Civil, 3-7 place de l’Europe, 78140 Vélizy-Villacoublay, France
² iTEC, School of Engineering and Architecture (HEIA-FR), HES-SO, University of Applied Sciences Western Switzerland, Pérolles 80, CH-1700 Fribourg, Suisse
³ GeoMod SA, Epinettes 32, CH-1007 Lausanne, Suisse

^* Auteur de correspondance : yi.zhang@eiffage.com

Résumé

L’estimation des déplacements dus à la réalisation de tunnels est un sujet important pour les projets des travaux souterrains en sites urbains. Ces déplacements, plus particulièrement les tassements et gonflements, sont souvent l’origine d’endommagements pour les constructions avoisinantes et les ouvrages en cours de construction. Cet article présente le cadre d’une approche probabiliste à l’aide d’un modèle aux éléments finis permettant d’estimer ces déplacements. Cette approche permet de prendre en compte les incertitudes liées aux problèmes géotechniques (manque de données d’entrée, variabilité spatiale des sols, etc.). Une méthode pour la vérification probabiliste des déplacements est tout d’abord définie à l’aide du calcul de la probabilité de défaillance Pf (ou de l’indice de fiabilité β) en fonction des niveaux cibles de sécurité ou performance. Elle est ensuite appliquée à un tunnel réalisé en méthode conventionnelle grâce au couplage des outils ZSOIL et UQLab. Les évaluations de fiabilité (probabilité de défaillance et indice de fiabilité) de la fonction de sécurité basées sur les résultats des calculs aux éléments finis ont été réalisées avec succès à l’aide des méthodes FORM, AK-MCS et MCS. Cette approche probabiliste illustre l’évaluation de la fiabilité aux cas ELS selon les Eurocodes.

Abstract

The estimation of movements due to the construction of tunnels is an important subject for underground works projects in urban sites. These displacements, particularly settlements and swellings, may bring detrimental consequences to neighbouring buildings and structures under construction. This article presents the framework of a probabilistic approach using a finite elements model to estimate these displacements. It takes into account the uncertainties related to geotechnical problems (lack of input data, spatial variability of soils, etc.). Using the probability of failure Pf (or a reliability index β) as a function of the selected safety or performance levels, a method for the probabilistic evaluation of displacements is firstly defined. It is then applied to a tunnel constructed using the conventional method thanks to the coupling of the ZSOIL and UQLab tools. The reliability assessment (probability of failure and reliability index) of the safety function based on the results of finite elements model has been carried out successfully with FORM, AK-MCS and MCS methods. This probabilistic approach illustrates the reliability assessment for SLS (Serviceability Limit State) cases according to the Eurocodes.