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RÉSUMÉ
Cet article présente les techniques de construction des tunnels en lien avec les conditions géologiques, hydrogéologiques, géotechniques et environnementales.
Après une revue des méthodes d’investigation et de classification des terrains destinées à guider les concepteurs, il détaille les techniques à la disposition des constructeurs, allant des plus traditionnelles, elles-mêmes en constante évolution pour s’adapter à des conditions toujours plus difficiles, jusqu’aux plus récentes, très mécanisées, utilisant des tunneliers.
Il développe ensuite les critères de choix des techniques en adéquation avec le comportement des terrains, puis traite les aspects de modélisation et dimensionnement des tunnels, en soulignant l’apport des approches de calculs d’interaction sols-structures.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain GUILLOUX : Expert Géotechnicien - Société TERRASOL, Paris, France
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Hervé LE BISSONNAIS : Expert Travaux souterrains, Directeur Général Délégué - Société TERRASOL, Paris, France
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Martin CAHN : Délégué parisien Cellule « ouvrages souterrains » - Société TERRASOL, Paris, France
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Jean Pierre JANIN : Responsable Cellule « ouvrages souterrains » - Société TERRASOL, Lyon, France
INTRODUCTION
Le creusement des tunnels fait partie des techniques de construction où les interactions entre les différents aspects des métiers du Génie Civil sont particulièrement nombreuses. Au-delà de la bonne connaissance des matériaux de construction et de leur comportement, des matériels disponibles ou à « inventer », des impératifs de sécurité, tant que pour le personnel de chantier que vis-à-vis de l’environnement, de la règlementation, etc… il y a un acteur essentiel : le terrain !
C’est en effet « le terrain » qui va guider le projet, depuis la conception en adaptant autant que possible les tracés et profils à la recherche d’une géologie « favorable », jusqu’au chantier en adaptant les méthodes de réalisation au comportement réel du terrain.
L’objet de cet article est ainsi de présenter les différentes méthodes de construction des tunnels en relation avec les conditions de nature géologique, hydrogéologique et géotechnique (qui seront réunies dans la suite de cet article sous l’appellation de « conditions géologiques »).
Il s’agit bien sûr d’abord de décrire au mieux ces conditions géologiques, et ce sera l’objet du chapitre 1 où seront présentés les principaux facteurs géologiques pouvant influencer le choix des méthodes de creusement, les méthodes de reconnaissance spécifiques ou tout au moins essentielles pour les projets de tunnels, et enfin les classifications usuelles des sols et roches utilisées en travaux souterrains.
Puis les chapitres 2 à 3 seront consacrés aux descriptions des techniques de construction elles-mêmes, depuis les méthodes dites « traditionnelles » jusqu’aux méthodes mécanisées utilisant des tunneliers, ainsi que des techniques de traitement de terrain qui accompagnent souvent les précédentes dans les projets particulièrement difficiles. Ces descriptions chercheront, au-delà de la technologie, à intégrer la dimension géologique en expliquant comment ou pourquoi telles ou telles méthodes ont été développées pour répondre à des problématiques géologiques spécifiques.
Ensuite, le chapitre 6 s’intéressera plus en détails au choix des techniques de construction selon les conditions géologiques prévues en phase conception, ou réellement rencontrées en phase construction. Enfin, le chapitre 7 présentera quelques éléments sur les grandes catégories de méthodes de calcul et de dimensionnement, et plus globalement de modélisation, couramment utilisées dans les études de tunnels.
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La construction d’un tunnel fait appel à de multiples spécialités : la pluridisciplinarité est essentielle,
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Les interactions entre les conditions géologiques et les méthodes de construction sont un des enjeux fondamentaux des projets souterrains.
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Conclusion
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7. Quelques indications sur les modélisations et méthodes de calcul
Le creusement d’un tunnel perturbe le champ de contrainte initial du massif et cette perturbation s’accompagne de déformations à proximité de l’ouvrage (figure 28) . La compréhension et la modélisation de ces relations contraintes/déformations permettant le dimensionnement des structures provisoires ou définitives du tunnel se heurtent à différentes limitations :
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la connaissance insuffisante du comportement du terrain dans les conditions de l’excavation ;
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la méconnaissance de l’état de contraintes naturelles dans un massif avant le creusement du tunnel ;
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le caractère tridimensionnel de l’excavation donné par la présence du front de taille ;
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la forte dépendance de la réponse du terrain à la méthode constructive mise en œuvre.
Les objectifs principaux des calculs de justification d’un tunnel sont :
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la vérification de la stabilité du terrain aux contours de l’excavation lors du creusement : front de taille et parois ;
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la justification du soutènement et du revêtement du tunnel (s’il est prévu) pour assurer la stabilité de l’ouvrage et son exploitation dans la durée de vie pour laquelle il a été conçu ;
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l’évaluation des impacts du creusement du tunnel sur les éventuels avoisinants (déplacements dans le massif, tassements, vibrations…).
7.1 Choix du milieu et des problèmes à étudier
Les méthodes d’analyse et de calcul sont tout d’abord liées au type de massif dans lequel le tunnel est creusé. Il faudra ainsi choisir les approches adaptées selon que l’on considère être en « milieu discontinu » (cas des roches massives avec quelques familles de discontinuités) ou en milieu « continu » (cas des sols ou des roches très fortement fracturées).
Le choix dépend du rapport géométrique...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANAGNOSTOU (G.), KOVÁRI (K.) - The face stability of slurry-shield-driven tunnels. - Tunnelling and Underground Space Technology (1994).
-
(2) - ANAGNOSTOU (G.), KOVÁRI (K.) - Face stability in slurry and EPB shield tunneling. - Geotechnical aspects of underground construction in soft ground, Mair et Taylor (1996).
-
(3) - BARTON (N.R.), LIEN (R.), LUNDE (J.) - Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. - Rock Mechanics, 6 (1974).
-
(4) - BIENFAIT (P.), HINGANT (P.), MARIOTTI (G.), GUILLOUX (A.), LE MAOUT (J.-N.) - L’accident géologique du tunnel des Hurtières. - Journées d’études AFTES Chambéry (1996).
-
(5) - BIENIAWSKI (Z.T.) - Rock mechanics design in mining and tunnelling. - Balkema Eds. Rotterdam (1983).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Caractérisation des massifs rocheux utile à l'étude et à la réalisation des ouvrages souterrains - GT1R1F1 - (2003)
-
Reconnaissances géologiques, hydrogéologiques et géotechniques nécessaires à la conception des ouvrages souterrains. - GT24R3F1 - (2020)
-
Prise en compte des effets induits par le creusement sur les constructions avoisinantes dans la conception et la réalisation des ouvrages souterrains - GT16R2F1 - (2018)
-
Apport des techniques pétrolières de forage et diagraphie à la reconnaissance des grands ouvrages souterrains - GT24R0F1 - (2004)
-
Les reconnaissances à l'avancement - GT24R1F1 - (2008)
-
Reconnaissances à l’avancement pour les tunneliers - GT24R2F1 - (2014)
-
Caractérisation des incertitudes et des risques géologiques, hydrogéologiques et géotechniques - GT32R2F1 - (2012)
-
...
ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
AFTES : Association Française des Tunnels et de l'Espace Souterrain
CETU : Centre d’études des tunnels
http://www.cetu.developpement-durable.gouv.fr/
ITA / AITES : International Tunneling and Underground Space Association / Association Internationale des Tunnels et de l’Espace Souterrain
ITACET : Foundation for Continuous Education and Training on Tunnelling and Underground Space Use
FSTT
France Sans Tranchées Technologies – Les techniques douces pour la pose et la réhabilitation des réseaux enterrés
ITFF
Inventaire des Tunnels Ferroviaires de France
http://www.tunnels-ferroviaires.org/
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