Deep tunnel ; delayed behaviour, long term stability ; design ; instrumentation ; maintenance, convergence-confinement method ; observational method.

Tunnel profond ; comportement différé ; stabilité à long terme ; dimensionnement ; auscultation ; entretien ; méthode convergence-confinement ; méthode observationnelle.

The first part of the project will compile in a database Swiss tunnels experiencing delayed phenomena and maintenance problems. Based on these documented case histories, an analysis will be carried out to determine the conditions potentially inducing this time-dependent behaviour. This intend to identify tunnels with potential problems of large deformations and/or long term build-up of support pressure.
The second part will be devoted to the thorough investigation of some tunnels where significant time-dependent phenomena are observed. A close interpretation of the monitoring data and observations will be carried out by means of simple models established in the framework of the "convergence-confinement" method. The objective is to provide a methodology and a tool to reliably estimate the consequences of delayed processes (primary and secondary consolidation) on the long term stability of tunnel walls.
Finally, the experience learned from these case histories will provide guidance for the design of future tunnels as well as for the definition of control procedures and monitoring frequency.

Une première partie du travail visera à constituer un inventaire de tunnels suisses ayant posé ou posant des problèmes de comportement différé et d’entretien. Une analyse en sera faite afin de cerner les conditions dans lesquelles de tels problèmes se développent et dès lors pointer les tunnels devant faire l’objet d’une attention plus particulière.
La seconde partie sera consacrée à l’étude approfondie de certains ouvrages pour lesquels des convergences et sollicitations différées significatives sont constatées. Une interprétation soigneuse des observations et mesures faites sur ces ouvrages sera menée au moyen de modèles simples élaborés dans le cadre de la méthode convergence-confinement. L’objectif est d’élaborer une méthodologie et un outil permettant d’évaluer les implications des phénomènes différés (consolidations primaire et secondaire) sur la stabilité à long terme des revêtements de tunnels.
Finalement, les diverses observations faites sur les ouvrages étudiés contribueront à définir des recommandations pour la conception des ouvrages ainsi que pour le système de contrôle et le programme des mesures dans le temps.

1. Inventaire des ouvrages ayant un comportement différé.
+ Inventaire de tunnels suisses posant des problèmes de comportement différé et d’entretien.
+ Déduction de critères pour les conditions dans lesquelles de tels problèmes se développent.
+ Confrontation des critères avec ceux relevés dans la littérature.
+ Choix de quelques tunnels routiers montrant des signes manifestes de phénomènes différés.
2. Outil d’analyse basé sur la méthode convergence-confinement.
+ Elaboration d’un outil d’analyse des convergences et sollicitations différées observées. Considération dans un premier temps des phénomènes différés dus au fluage.
+ Intégration de la part des phénomènes différés associée aux mouvements de l'eau du massif.
+ Implémentation de la méthode dans un tableur.
+ Amélioration de l’outil au fur et à mesure des expériences acquises sur les ouvrages étudiés.
3. Etude approfondie de certains ouvrages routiers
Pour chacun des ouvrages choisis au terme de l'inventaire (point 1.):
+ Recueil des informations (surtout mesures) nécessaires à évaluer le comportement différé.
+ Interprétation des diverses mesures au moyen de modèles simples et de l’outil d’analyse élaboré.
+ Evaluation de la tenue à long terme.
+ Lorsque nécessaire, réalisation de calculs par éléments finis (Z_SOIL) pour l'interprétation.
4. Production des résultats
+ Fourniture de l’outil d’analyse des phénomènes différés.
+ Rédaction de recommandations pour les personnes responsables de l’entretien et de la sécurité.
+ Rédaction du rapport final.

Nihil

Diverses prestations de services et travaux de recherche dans le domaine des ouvrages souterrains et du comportement différé des roches ont été réalisés au cours de la dernière décennie au Laboratoire de Mécanique des Roches de l'EPFL. Elles sont décrites à l'annexe 1 et résumées ci-après :
1) Données sur les tunnels suisses : 1300 ouvrages répertoriés dans une banque de données;
2) Comportement différé des roches : essais et mandats portant sur la tenue à long terme d'ouvrages;
3) Méthodes de dimensionnement : solutions analytiques, études paramétriques, calculs numériques.
Tout récemment (travail de thèse défendu début janvier 2003), une méthode semi-analytique a été développée pour une évaluation rapide des équilibres court terme et long terme de tunnels profonds creusés dans des milieux peu perméables. Le travail prend en compte le rôle joué par l’eau du massif lors de la construction du tunnel et au cours de son exploitation. D'un point de vue pratique, on y relève que la pression totale agissant sur le revêtement du tunnel croît avec le temps, parfois de façon très significative, et qu’elle est extrêmement dépendante du type d’étanchéité choisi pour l’ouvrage
(étanchéité totale versus étanchéité partielle avec drainage en radier).

A frequent and adequate monitoring of tunnels during construction and during their intended design life enables to obtain sufficient information on the time-dependent changes in both the structure and the underground, and consequently to improve the prediction of the long term pressure acting on the lining. By interpreting these measurements and observations by means of analytical solutions based on the “convergence-confinement” methodology, the project aims at providing a tool to reliably estimate the long term stability of deep tunnels. The method, developed according to the observational method concepts, will contribute towards the maintenance of tunnels with concerns about reducing costs and ensuring safety.

Une auscultation suivie et efficace effectuée lors des diverses étapes de la vie d’un ouvrage souterrain (construction et exploitation) doit permettre d’enrichir progressivement la connaissance de son comportement différé et dès lors d'améliorer la prédiction de la sollicitation à long terme. Dans cet esprit, l’objectif du travail est de développer un outil d’évaluation de la tenue à long terme des tunnels profonds basé sur la méthodologie « convergence-confinement » et sur une analyse des mesures et observations faites sur l’ouvrage. Cette méthode qui peut être qualifiée d’observationnelle, constituera donc une aide à la maintenance des ouvrages en permettant de concilier au mieux les exigences de sécurité et d’économie.

1. Constitution de l'inventaire des ouvrages ayant un comportement différé (5 mois)
2. Analyse et synthèse des conditions susceptibles d'induire des phénomènes différés (6 mois)
3. Choix de quelques tunnels routiers subissant des phénomènes différés manifestes (1 mois)
4. Elaboration d’un outil d’analyse des convergences et sollicitations différées observées (6 mois)
5. Implémentation de l'outil d'analyse dans un tableur (1 mois)
6. Recueil des documents et des mesures pour l'étude approfondie des ouvrages choisis (4 mois)
7. Interprétation des mesures instrumentées au moyen de l’outil d’analyse élaboré (5 mois)
8. Amélioration de l’outil au fur et à mesure des expériences sur les ouvrages étudiés (2 mois)
9. Rédaction de recommandations pour les responsables de l’entretien et de la sécurité (2 mois)
10. Rédaction du rapport final (4 mois)

Les implications pratiques du travail sont les suivantes :
1. L’inventaire des ouvrages présentant un comportement différé et l’analyse qui en sera faite pour cerner les conditions dans lesquelles de tels phénomènes se produisent, permettront de pointer les tunnels devant faire l’objet d’une attention plus particulière.
2. L’outil d’analyse des phénomènes différés dans les ouvrages souterrains constituera une aide à l’évaluation de la tenue à long terme des tunnels routiers.
3. Les diverses observations faites sur les ouvrages étudiés contribueront à définir des recommandations pour la conception des ouvrages ainsi que pour leur programme de contrôle et de mesures dans le temps.
Le travail contribuera également à une divulgation plus importante des phénomènes différés dans les ouvrages souterrains et des implications qu’ils peuvent avoir sur leur sécurité et leur aptitude au service. A ce titre, il s’adresse donc autant aux ingénieurs chargés de la conception et de la réalisation des ouvrages qu’aux personnes responsables de l’entretien et de la sécurité.

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voir annexe 1.