| Titre : | Contribution a la modelisation numerique du front de tunnel renforce par boulonnage |
| Auteurs : | Fethi Kitchah, Auteur ; Sadok Benmebarek, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Khider, 2017 |
| Format : | 130.P / Ill / 30/20 cm |
| Accompagnement : | CD |
| Note générale : |
Boulonnage au front, Modélisation numérique, Présoutènements, Taux de déconfinement, Voûte parapluie
Face bolting, Numerical modeling, Pre-reinforcement, Stress relaxation ratio, Umbrella arch. |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Résumé : |
RESUME :
La stabilité des tunnels peu profonds réalisés en pleine section a depuis fort longtemps constitué un défi important à la communauté scientifique. Depuis une trentaine d’années, de nouvelles techniques, basées sur la mise en place d’un système de présoutènement à l’avant du front de taille se sont développées. Elles visent à contrôler les déformations et les tassements en surface induits par le creusement et à assurer la stabilité de l’ouvrage à long terme. Ce travail de thèse constitue une contribution à la modélisation numérique d’une section du tunnel Sud de Toulon en France renforcé par deux systèmes de présoutènements ; le boulonnage au front de taille et la voûte parapluie. Pour cela, deux approches ont été envisagées et confrontées : une approche bidimensionnelle basée sur la méthode convergence-confinement, et une approche tridimensionnelle qui prend en compte la modélisation complète des phénomènes d’interaction entre les différents éléments du tunnel. Une rétro-analyse numérique en 2D a été faite pour cerner les paramètres géomécaniques qui offrent une meilleure concordance avec les résultats de mesures, les limites de cette méthode résident dans le choix exact du taux de déconfinement λ. Afin de surmonter ce problème, un modèle 3D a été mis au point, et qui a permis d’étudier l’influence des différents systèmes de présoutènement sur la réaction du massif encaissant. Les deux approches numériques 2D et 3D, ont été calées sur les mesures enregistrées dans une section du tunnel Sud de Toulon disponibles dans la littérature, et l’excellente adéquation entre les résultats a permis de valider nos simulations. Les résultats finaux montrent que l'analyse numérique 3D avec une discrétisation complète des inclusions semble incontestablement l'approche la plus fiable. ABSTRACT : The stability of shallow tunnels excavated in full face has been a major challenge to the scientific community for a long time. In the last thirty years or so, new techniques based on the installation of a prereinforcement system ahead of the tunnel face were developed to control the deformations and surface settlements induced by the excavation and to ensure the sustainability of the tunnel in the long term. This PhD thesis work is a contribution to the numerical simulation of a section of Southern Toulon tunnel in France reinforced by two pre-reinforcement systems i.e. the face bolting and the umbrella arch system installed in. For this purpose, two approaches were taken and compared: a two-dimensional (2D) approach based on the convergence-confinement method, and a three-dimensional (3D) approach taking into account the complete modeling of the interaction phenomena between the various elements of the tunnel. A 2D numerical back-analysis was performed to identify the geomechanical parameters that offer satisfactory agreement with the measurement results. The limit of this method lies in the exact choice of the stress relaxation ratio λ. To overcome this problem, a 3D model was developed, which permitted to study the influence of different pre-support systems on the reaction of ground mass. Both 2D and 3D numerical approaches have been fitted to measurements recorded in a section of Southern Toulon tunnel available in the literature, and the excellent adequacy between results has allowed validating the simulations. The final results show that the 3D numerical analysis with a full discretization of the inclusions seems unquestionably the most reliable approach. |
| Sommaire : |
REMERCIEMENTS ....................................................................................................................
RESUME.......................................................................................................................................... ABSTRACT..................................................................................................................................... NOTATIONS................................................................................................................................... INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................... PARTIE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE………..…....................................... Chapitre 1 : Mouvements engendrés par le creusement des tunnels ……………….. 1.1 Introduction ……………………………………………….…………………………………. 1.2 Mouvements de sol dus au creusement ……………………….…………………………….. 1.3 Méthode empiriques ou semi-empiriques ………………………………………………….. 1.3.1 Cuvette de tassement transversale ………………………………………………………….. 1.3.2 Les tassements horizontaux ……...………………………………………………………….. 1.3.3 Cuvette de tassement longitudinale …………………….…….………………………………. 1.4 Méthodes analytiques ………………………………………………....…………………….. 1.5 Méthodes numériques ………………………………….………...…………………………. 1.5.1 La modélisation bidimensionnelle ……………………………...……………………………. 1.5.2 La modélisation tridimensionnelle …………………………………………………………… 1.5.3 Validation des méthodes numériques …...………………………...…………………………. 1.6 Conclusion………...…………….…………………………………………………………….. Chapitre 2 : Techniques de présoutènement dans le creusement des tunnels……… 2.1 Introduction ………………………………………………………………………………….. 2.2 Phénomène de déconfinement du massif …………………………………………………… 2.3 Description de la méthode ADECO-RS …….…………………….………..……………….. 2.3.1 Les phases particulières de l’approche ADECO-RS …………………………….……………... 2.4 Etude sur le boulonnage du noyau d’avancement…………………...…………………….. 2.4.1 Boulonnage des tunnels : Historique …………………………….………………..................... 2.4.2 Technique de boulonnage….….………………………………...……….…………………… 2.5 Approches de dimensionnement du boulonnage …………………………………………. 2.5.1 Approche physique.………….…………………...……………………………………….. 2.5.2 Approche en stabilité.……………………………………………………………………... 2.5.2.1 Analyse type équilibre limite ………………….………………………………………… 2.5.2.2 Calcul à la rupture …………………...…………..…………………………………….. 2.5.3 Approche en déformation …….………….……………………..……………………….. 2.5.3.1 Modèles analytiques…….……………………………………………………………….. 2.5.4 Calculs numériques ………………………………………………………………………. 2.5.4.1 Approches simplifiées …………………….…..…………………………………………. 2.5.4.2 Homogénéisation ………...…………………………………………………………….. 2.5.4.3 Approches prenant en compte la modélisation complète du terrain et du renforcement…… 2.5.4.3. A Modèles en déformations planes….….………………………...…………………….. 2.5.4.3. B Modèles tridimensionnels….………………...………………………………............ 2.6 Conclusion…………………………….………………………..……………………………... PARTIE II : CONTEXTE DU TUNNEL SUD DE TOULON……...……... Chapitre 3 : Description du tube Sud de Toulon ……………………….……….………. 3.1 Introduction ……………………………………………………………….………………... 3.2 Présentation générale du deuxième tube ………………………………………………….. 3.2.1 Position géographique ……………………………………………………………………….. 3.2.2 Contexte géologique …….………………………………………………….……………….. 3.2.3 Cadre géotechnique …………………………………………………………………………. 3.2.4 Contexte hydrogéologique …………………………….…………………….………………. 3.3 Technique de creusement adoptée ………………………………………………….………. 3.4 Méthodes de renforcement du tunnel …………………………………………………......... 3.5 Description du cycle d’avancement …………………………………………....…………… 3.5.1 Réalisation de la voute parapluie …………………………………………………………… 3.5.2 Renforcement du front de taille ……………………………………………….…………….. 3.5.3 Excavation et mise en place du soutènement………………………………………………… 3.6 Conclusion…………………………………………………………………...………………... Chapitre 4 : Système d’auscultation d’une section du tunnel Sud de Toulon…..…. 4.1 Introduction………………………………………………………………………….……….. 4.2 Le cadre de l’instrumentation…………………………….………………………..………... 4.3 Présentation du système d’auscultation…………………….…………………….………… 4.3.1 Les déplacements en surface ……………......……………………………………………. 4.3.2 Méthodes d’estimation des tassements………………...…………………………………. 4.3.2.1 Profil en long du tassement………………………………………………….…………… 4.3.2.2 Cuvettes transversales et tassements différentiels…………………………….……………. 4.3.3 Relevés du front de taille et sondages de reconnaissance à l’avancement………….. 4.3.4 Les mesures de déplacements à la paroi et dans le massif…………………..………. 4.4 Pilotage du chantier ……………………………...…………………………………………. 4.5 La section retenue pour l’analyse ………………………………………….………………. 4.5.1 Instrumentation …………………………………..……………………………………......... 4.6 Analyse des résultats obtenus…………….………………………………………...……….. 4.6.1 Inclinomètres………………………………………….……………………………………. 4.6.2 Extensomètre vertical………………………………………..………………………………. 4.6.3 Convergences et déformations du cintre ……………………………………………..……… 4.6.4 Extensomètres radiaux…………………………………………………………....………… 4.6.5 Jauges extensométriques…………………….………………………………………………. 4.6.6 Déplacements en surface ……………………………………………………………………. 4.7 Conclusion…………………………………………………………………………………….. PARTIE III : MODELISATIONS NUMERIQUES………….……………… Chapitre 5 : Présentation de l’outil numérique …………………………………………. 5.1 Introduction…………………………………………………………………………………... 5.2 Description du code de calcul FLAC 2D/3D………………………………………………... 5.3 Principe de calcul…………………………………………………………………………….. 5.4 Forces non équilibrées………………………………………………………………………... 5.5 Modèles de comportement implantés dans le logiciel……………………………………… 5.5.1 Le modèle élastoplastique de Mohr-Coulomb…………………………………………………. 5.5.2 Critère de plasticité de Mohr-Coulomb………………………….…………………………… 5.6 Eléments structurels………………………………………………………….………………. 5.6.1 Elément Câble……………………………………………………………………………….. 5.6.2 Elément Pieu………………………………………………………………………………… 5.6.3 Elément Coque………………………………………………………………………………. 5.6.4 Elément Poutre………………………………………………………………………………. 5.7 Conclusion ……………………………………………………………………………………. Chapitre 6 : Modélisation numérique bidimensionnelle………………………………... 6.1 Introduction…………………………………………………………………………………... 6.2 Présentation de la procédure de simulation………………………………………………… 6.2.1 Géométrie et maillage étudié………………………………………………………………... 6.2.2 Influence du présoutènement ………………………………………………………………. 6.3 Simulation du creusement…………………………………………………………………… 6.4 Résultats et discussion………………………………………………………………………... 6.4.1 Cas de la rétro-analyse …………………………………………………………………….. 6.4.2 Courbe caractéristique du terrain…………………………...……………………………….. 6.4.3 Etat de contraintes dans le massif………………………………………………………….. 6.5 Conclusion…………………………………………………………………………………….. Chapitre 7 : Modélisation numérique tridimensionnelle……………………………….. 7.1 Introduction………………………………………………………………………………….. 7.2 Présentation de modèle numérique réalisé………………………………………………… 7.2 Modélisation des présoutènements…………………………………………………………. 7.2.1 Voûte parapluie ……………………………………………………………………………... 7.2.2 Boulonnage du front de taille ………………………………………………………………… 7.2.3 Caractéristiques de l’élément Pieu et Câble……………………………………………………. 7.3 Processus du creusement……………………………………………………………………. 7.4 Comparaisons entre les calculs numériques et les mesures in-situ……………………….. 7.4.1 Tassements en surface ………………………………………………………………………. 7.4.2 Déplacements inclinométriques ……………………………...………………………………. 7.4.3 Mesures extensomètriques et convergence des parois …………………………………………. 7.5 Influence des différents systèmes de présoutènement……………………………………... 7.5.1 Résultats et discussion…………………………………………………………………….. 7.5.1.1 Influence du mode de présoutènement………………………………………………... 7.5.1.1. A Tassements de surface……………………………………………………………... 7.5.1.1. B Mouvements inclinométriques……………………………………………………... 7.5.1.1. C Déplacements autour du tunnel…………………………………………………….. 7.5.1.1. D Efforts internes …………………………………………………………………… 7.5.1.2 Influence de la densité du boulonnage de front …..……………………...…………... 7.5.1.2. A Mouvements en surface et autour du tunnel……………..………………………….. 7.5.1.2. B Distribution des efforts dans les boulons……………….…………………………… 7.5.1.3 Influence du décalage de pose du radier …………...………………………………… 7.5.1.3. A Mouvements en surface et autour du tunnel………………….……………………... 7.5.1.3. B Convergence radial en clé et soulèvement en radier……..…………………………... 7.5.1.3. C Efforts internes ………………………………………………….………………... 7.6 Conclusion………………………………………………………...………...………………… CONCLUSIONS GENERALES ……………..…...……………………………………... REFERENCES………………………………………………………...………………….. |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0747 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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