Comportement des tunnels pressurisés en milieu urbain

Pressurized tunnels behavior in an urban area De nos jours, l’utilisation des tunneliers à front pressurisé en zones urbaines a permis de limiter les déformations dues à la construction de tunnels. Toutes fois à cause de la nature hétérogène parfois mal connue des sols ainsi que l’application des pressions souvent inappropriées par le tunnelier, des scénarios irréversibles (dégâts sur les avoisinants) peuvent se produire. Afin d’éviter cela, la prédiction des déplacements du sol engendrés par le creusement de tunnel est indispensable. Des méthodes analytiques, empiriques et numériques ont été développées pour la prédiction des tassements dus au creusement de tunnel. Parmi ces méthodes, les méthodes numériques ont prouvé leur efficacité avec l’approche tridimensionnelle (3D). Cependant, cette approche présente un inconvénient majeur qui est son coût en temps de calcul. Pour pallier ce problème, l’approche bidimensionnelle (2D) qui est la simplification de l’approche tridimensionnelle est très souvent adoptée. Cette approche nécessite toutefois la transformation des pressions appliquées par le tunnelier en une pression fictive à appliquer en 2D. Concernant la prise en compte de l’hétérogénéité des sols dans la pré-diction numérique, elle requiert un grand nombre de simulations 2D, ce qui limite l’utilisation de cette approche coûteuse en temps de calcul.Dans cette thèse, une méthodologie de simulation numérique (bidimensionnelle et tridimensionnelle) aux éléments finis capable de prédire au mieux la réponse des sols au creusement de tunnel au tunnelier en prenant en compte l’hétérogénéité des sols a été proposée. Pour y parvenir, une formulation permettant de simplifier les pressions du tunnelier en une pression fictive 2D a également été proposée afin de respecter un seuil de tassement défini permet-tant ainsi d’assurer la stabilité des avoisinants. D’après cette formulation la pression fictive est principalement dépendante de la pression autour du bouclier et de la pression d’injection du coulis de remplissage du vide créée entre le mortier et le sol excavé. Lors de la construction des tunnels, des mesures de déformations des sols sont comparées aux prédictions et très souvent, il existe un écart entre les deux cuvettes de tassement. Ce phénomène a été observé sur le prolongement de la ligne de métro 12 dans le nord de la ville de Paris où le tunnel a été creusé dans un sol stratifié. Cette thèse propose également une méthodologie d’analyse inverse permettant de retrouver le jeu de paramètres adéquat avec lequel il est possible d’obtenir la cuvette de tasse-ment numérique la plus proche des mesures. Par la suite, une analyse de sensibilité appliquée sur le prolongement de la ligne 12 du métro Parisien a également été menée ce qui a permis d’étudier l’influence des couches de sol sur la cuvette de tassement.D’autres simulations numériques 3D et 2D ont permis de comprendre l’influence du phénomène de creusement sur la réponse du sol (tassement, évolution des contraintes, dé-formations). Une méthodologie de prise en compte de la nature hétérogène des sols (Fig-ure 3) a été également proposée afin d’étudier l’influence de ce caractère sur le déplacement du sol et sur l’endommagement des structures situées au voisinage du tunnel (Figure 4). Enfin, des méta-modèles ont été développés à l’aide d’un couplage entre les réseaux de neurones et les algorithmes de clustering (k-means) d’une part et l’approche par multi-fidélité d’autre part pour prédire la cuvette de tassement en surface ainsi que le niveau d’endommagement des bâtiments.