Des avancées significatives pour modéliser le comportement des tunnels en terrain poussant
Les terrains poussants à grande profondeur posent des questions difficiles relatives à la conception, à la justification et à la réalisation des ouvrages souterrains. Le CETU collabore sur ce sujet depuis plusieurs années avec l’école des Ponts-ParisTech (ENPC) et Tunnel Euralpin Lyon-Turin (TELT SAS) pour développer des méthodes d’analyse et d’interprétation. Dans ce cadre, Yichun Liu a brillamment soutenu sa thèse intitulée "Modélisation du comportement différé et anisotrope des terrains fortement tectonisés : application aux galeries de Saint-Martin-la-Porte sur la liaison Lyon-Turin" le 15 décembre 2020 devant le jury composé de : Marco Barla (Politecnico di Torino), Mountaka Souley (INERIS), Amade Pouya (Université Gustave Eiffel), Marc Panet (ENPC), Emmanuel Humbert (TELT), Huy Tran-Manh (ITASCA), Jean Sulem (ENPC) et DIdier Subrin (CETU).
Des difficultés opérationnelles sont en effet fréquemment rencontrées lors de l’excavation de tunnels dans des terrains tectonisés en raison des déformations importantes, différées et souvent anisotropes rencontrées à grande profondeur. Dans le contexte de la future liaison Lyon-Turin, une descenderie (SMP2) et une galerie de reconnaissance (SMP4) ont été excavées par la méthode conventionnelle à Saint-Martin-la-Porte (SMP) en France. La formation du Houiller très fracturée, hétérogène et fortement tectonisée a été traversée. Le comportement poussant observé pendant les travaux a conduit à des instabilités du système de soutènement. Des méthodes spécifiques d’excavation et de mise en place du soutènement ont été adoptées avec un programme complet d’auscultation. Au cours des dernières années, de nombreuses études ont été menées pour analyser le comportement poussant ainsi que l’interaction entre le terrain et le soutènement dans la descenderie SMP2.
Sur la base des connaissances acquises et des nouvelles données disponibles, les outils développés pour le traitement de données et les simulations numériques de SMP2 sont extrapolés pour une échelle de temps plus longue et appliqués aux conditions rencontrées dans SMP4, qui est plus profonde et excavée dans une autre direction. En étendant la méthode proposée et en appliquant les valeurs de paramètres obtenues, les mesures de convergences anisotropes sont étudiées pour différentes parties de la galerie de reconnaissance SMP4 en tenant compte des procédures complexes de réalésage et de mise en place des soutènements. La modélisation numérique est réalisée avec le code de calcul Flac3D en utilisant une loi de comportement visco-élastique-plastique. Le comportement anisotrope à long terme est d’abord simulé pour la descenderie SMP2, puis pour la galerie SMP4 considérant les phases d’excavation, le soutènement semi-rigide spécifique retenu et le processus de réalésage. Différents profils d’excavation sont modélisés pour étudier le comportement du terrain et comparer l’efficacité des méthodes d’excavation.
Les résultats obtenus sont encourageants et montrent que l’on peut reproduire le comportement observé. Les modélisations ont notamment permis d’évaluer le rôle très important des matériaux compressibles dans le système de soutènement pour absorber les convergences qui se développent à court et moyen terme suite à l’excavation, réduire les efforts dans ces éléments de structure et donc optimiser la conception. Les outils d’interprétation et de compréhension développés sont utiles pour la conduite opérationnelle des chantiers à venir sur le Lyon-Turin et peuvent en outre être extrapolés et appliqués à d’autres cas d’études en France et à l’étranger. Les perspectives portent sur le comportement à long terme en vue de la justification des éléments de structure sur la durée de vie de l’ouvrage.
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