<table><thead><tr><td>Lot n°</td><td>Type d'ouvrages</td><td>Attributaires</td><td>Type de tunnelier</td></tr></thead><tbody><tr><td>4</td><td>Tunnel centre et 6 stations</td><td>Bouygues TP, Dalla Vera, Soletanche Bachy, Razel, Demathieu & Bard, Malet, Seso</td><td>Tunnelier reconditionné à pression de boue</td></tr><tr><td>5</td><td>Tunnel sud et 5 stations</td><td>GTM Construction, Spie Batignolles TPCI</td><td>Tunnelier reconditionné à pression de terre</td></tr><tr><td>6</td><td>Tranchée couverte sud et 1 station</td><td>Chagnaud, Condotte d'Acqua, DG Construction, Rabot Dutilleul, Sopreco</td><td>-</td></tr></tbody></table>

## 3.2. Caractéristiques des tunneliers

### 3.2.1. Lot 2

<figure><img src="image_84.png" /><figcaption>Figure 74 : Le tunnelier à pression de terre du lot 2</figcaption></figure>

Les 4700 m de tunnel du lot 2 sont réalisés au moyen d'un tunnelier Herrenknecht neuf, à pression de terre. Un schéma des principaux organes d'un tunnelier à pression de terre est présenté Figure 75. Les caractéristiques de ce tunnelier sont résumées dans le Tableau 11.
<figure><img src="image_85.png" /><figcaption>Figure 75 : Schéma d'un tunnelier à pression de terre</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau 11 : Caractéristiques techniques du tunnelier à pression de terre du lot 2</caption><tr><td>Diamètre extérieur d'excavation</td><td>7,77 m</td></tr><tr><td>Puissance de la tête</td><td>2 000 kW</td></tr><tr><td>Couple nominal</td><td>11 800 kNm à 1,5 tour/min</td></tr><tr><td>Poussée maximale</td><td>63 700 kN avec 15 paires de vérins</td></tr><tr><td>Longueur du bouclier avec roue de coupe</td><td>8,50 m</td></tr><tr><td>Diamètre fin de jupe</td><td>7,72 m</td></tr><tr><td>Diamètre anneau extérieur</td><td>7,48 m</td></tr><tr><td>Nombre de pipes d'injection</td><td>6, dont 4 en partie supérieure utilisées et 2 en partie inférieure réservées</td></tr><tr><td>Longueur des anneaux du revêtement</td><td>1,40 m et 1,00 m</td></tr><tr><td>Nombre de voussoirs par anneau</td><td>5 voussoirs universels + 1clé</td></tr></table>
3.2.2. Lot 3

<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>Figure 76 : Tunnelier à pression d'air utilisé pour le creusement du tunnel du lot 3</figcaption></figure>

Le lot 3 correspond au creusement d'un tube monovoie, jonction avec la ligne A existante, et du tunnel de circulation de la ligne B, en bitube, et à l'excavation de la station de correspondance Jean-Jaurès. La longueur cumulée des tunnels atteint 1053 m.

Le tunnelier du lot 3 est un tunnelier neuf CSM Bessac, à attaque ponctuelle et confinement par air. Un schéma de ce tunnelier est présenté en Figure 77. Les caractéristiques de ce tunnelier sont résumées dans le Tableau 12.

<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Figure 77 : Schéma du tunnelier à pression d'air (lot 3)</figcaption></figure>
<table><caption>Tableau 12 : Caractéristiques du tunnelier à pression d'air du lot 3</caption><tr><td>Diamètre extérieur d'excavation</td><td>5,28 m</td></tr><tr><td>Equipement de la tête</td><td>Fraise de 130 kW</td></tr><tr><td>Poussée maximale</td><td>20 000 kN avec 12 vérins</td></tr><tr><td>Longueur du bouclier avec roue de coupe</td><td>8,50 m</td></tr><tr><td>Diamètre anneau extérieur</td><td>5,16 m</td></tr><tr><td>Longueur des anneaux du revêtement</td><td>1,00 m</td></tr><tr><td>Nombre de voussoirs par anneau</td><td>5 voussoirs universels + 1 clé</td></tr></table>

### 3.2.3. Lot 4

<figure><img src="image_88.png" /><figcaption>Figure 78 : Tunnelier à pression de boue du lot 4 en station (station Empalot)</figcaption></figure>

Les 3700 m de tunnel du lot 4 sont réalisés au moyen d'un tunnelier FCB reconditionné, à pression de boue avec bulle d'air. Les caractéristiques de ce tunnelier sont résumées dans le Tableau 13.

<table><caption>Tableau 13 : Caractéristiques du tunnelier à pression de boue du lot 4</caption><tr><td>Diamètre extérieur d'excavation</td><td>7,76 m</td></tr><tr><td>Puissance de la tête</td><td>640 kW</td></tr><tr><td>Couple nominal</td><td>4 000 kNm à 0,9 tour/min</td></tr><tr><td>Poussée maximale</td><td>52 000 kN avec 26 vérins</td></tr><tr><td>Longueur du bouclier avec roue de coupe</td><td>8,35 m</td></tr><tr><td>Diamètre fin de jupe</td><td>7,73 m</td></tr><tr><td>Diamètre anneau extérieur</td><td>7,48 m</td></tr><tr><td>Nombre de pipes d'injection</td><td>4 (à 41° de part et d'autre de la verticale, en partie supérieure et en partie inférieure)</td></tr><tr><td>Longueur des anneaux du revêtement</td><td>1,40 m et 1,00 m</td></tr><tr><td>Nombre de voussoirs par anneau</td><td>6 voussoirs universels + 1 clé</td></tr></table>
### 3.2.4. Lot 5

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Figure 79 : Roue de coupe du tunnelier à pression de terre du lot 5</figcaption></figure>

Les 3200 m de tunnel du lot 5 ont été excavés à l'aide d'un tunnelier FCB reconditionné à pression de terre, dont les caractéristiques principales sont données dans le Tableau 14.

<table><caption>Tableau 14 : Caractéristiques du tunnelier à pression de terre du lot 5</caption><tr><td>Diamètre extérieur d'excavation</td><td>7,75 m</td></tr><tr><td>Puissance de la tête</td><td>1 280 kW</td></tr><tr><td>Couple nominal</td><td>10 320 kNm à 0,9 tour/min</td></tr><tr><td>Poussée maximale</td><td>51 500 kN avec 15 paires de vérins</td></tr><tr><td>Longueur du bouclier avec roue de coupe</td><td>8,63 m</td></tr><tr><td>Diamètre fin de jupe</td><td>7,67 m</td></tr><tr><td>Diamètre anneau extérieur</td><td>7,48 m</td></tr><tr><td>Nombre de pipes d'injection</td><td>4 (à 31° de part et d'autre de la verticale, en partie supérieure et en partie inférieure)</td></tr><tr><td>Longueur des anneaux du revêtement</td><td>1,40 m et 1,00 m</td></tr><tr><td>Nombre de voussoirs par anneau</td><td>5 voussoirs universels + 1 clé</td></tr></table>

## 3.3. Procédures d'exécution

Les procédures d'exécution régissent la manière dont doivent s'effectuer en théorie les principales actions du tunnelier. En pratique, ces procédures sont adaptées lors des différents problèmes rencontrés, mais elles restent néanmoins la ligne directrice du fonctionnement du tunnelier.

Dans la suite, on présente essentiellement les procédures de creusement du lot 2 ; certains détails sont ajoutés pour les autres lots.
## 3.3.1. Gestion de la pression de confinement par la vis

Pour les tunneliers à pression de terre (lots 2 et 5), le confinement du front est d'autant mieux maintenu que le creusement du tunnelier se fait avec une chambre d'abattage pleine de matériau. Le pilote s'attache à respecter les pressions de consignes déterminées sur le capteur de pression le plus haut (voir le positionnement de ces capteurs sur la Figure 78). La régulation de la pression lue sur ce capteur se fait en agissant sur la vitesse de rotation de la vis d'extraction. La pression de confinement augmente lorsqu'il entre plus de matériau dans la chambre d'abattage qu'il en est extrait par la vis.

Pour le tunnelier à pression de boue du lot 4, la pression de confinement est contrôlée par l'intermédiaire d'une bulle d'air située en partie supérieure arrière de la chambre d'abattage. La bentonite au front de taille est mise en pression par cette bulle. Cette technique limite les variations brutales de pression au front de taille.

Dans le cas du lot 3, le principe d'un confinement à pression d'air a été retenu. La chambre d'abattage est ainsi remplie d'air sous pression. En cas de terrain à forte perméabilité ou de terrain boulant, le dispositif de confinement est complété par un dispositif de projection au front de produit consolidant. Sous l'effet de l'air comprimé, cette mousse pénètre dans le terrain et améliore les caractéristiques de celui-ci.

La plage de valeur de pression de confinement à respecter a été déterminée en amont en bureau d'étude, en fonction de la géologie et des surcharges en surface. Néanmoins, ces valeurs peuvent être ajustées au cas par cas suivant les conditions réelles rencontrées et le positionnement particulier du tunnelier. C'est le cas par exemple pour le creusement en terrain sableux, et pour toutes les entrées et sorties de station.

## 3.3.2. Guidage du tunnelier

Le guidage du tunnelier se fait depuis la polygonale de surface descendue en galerie et déterminée à l'avancement du tunnel. Le système de relevé automatique du positionnement du tunnelier fournit au géomètre les éléments qui, à l'aide du système de pilotage automatisé, calcule la trajectoire à suivre par le tunnelier. Ce même outil indique au pilote du tunnelier, en temps réel, sa position par rapport à la trajectoire calculée. Le pilote peut choisir le mode de guidage automatique (gestion des pressions des secteurs des vérins par le système) ou manuel (gestion des pressions par le pilote). Le mode de fonctionnement automatique est généralement préféré.

## 3.3.3. Injection du mortier de bourrage

Le système de gestion automatisé permet deux modes de fonctionnement :

- le mode automatique :

- le système gère automatiquement l'ensemble des quatre points d'injection,

- l'injection en un point est gérée par les facteurs suivants, par ordre de priorité :

- respect des seuils de pression programmés. Pour chacun des points, il y a 2 seuils programmés :

- ✓ Smin : seuil de pression statique normal enclenchant le pompage,

- ✓ Smax : seuil de pression dynamique normal arrêtant le pompage : même si le nombre de coups de pompe programmé n'est pas atteint, le franchissement de ce seuil Smax stoppe le pompage,
* respect du nombre de coups de pompe programmé pour chacun des points d'injection.

- le mode manuel :

* les coups de pompes sont donnés de manière manuelle,

* seuls les seuils de pressions Smin et Smax restent actifs. Des voyants indiquent lorsque $P < Smin$ et $P > Smax$.

Pour les deux modes, les opérateurs ont à leur disposition :

- les pressions statiques et dynamiques dans la conduite principale et dans chacune des lignes d'injection,

- le nombre de coups de pompe donné sur chaque ligne depuis la dernière remise à zéro.

L'injection de mortier se fait au fur et à mesure de l'avancement de la machine.

Dix anneaux environ, de part et d'autre des stations sont injectés au mortier actif. Partout ailleurs, l'injection se fait au mortier semi-inerte.

Lorsqu'une panne empêche l'injection de mortier, la progression du tunnelier doit être immédiatement arrêtée.

### 3.3.4. Injection de mousse

Pour les tunneliers à pression de terre (lots 2 et 5), l'injection de mousse dans la chambre d'abattage et dans la vis d'extraction est destinée à lubrifier le matériau abattu et à diminuer ainsi le couple sur la roue de coupe et la vis.

### 3.3.5. Creusement dans les terrains sableux entraînant des venues d'eau dans la chambre

Ces terrains sont repérés par la présence de mottes recompactées, de boue fluide ou de matériau pâteux et collant à la sortie de la vis d'extraction des tunneliers à pression de terre.

Dans ces circonstances, le pilotage doit être adapté de la manière suivante :

- réduire la vitesse d'extraction de la vis de façon à ne pas la colmater,

- donc réduire la vitesse de creusement aux alentours de 25 / 35 mm/min,

- monter la pression de confinement à la valeur haute de la plage indiquée,

- tenter d'éviter les arrêts prolongés.

## 3.4. Dispositifs d'évaluation

Le bon déroulement des phases d'excavation et d'injection de mortier est contrôlé par le biais de 2 dispositifs de mesure :

- la pesée de matériau extrait,

- le fontimètre.

Les matériaux extraits sont pesés à chaque anneau au moyen de bascules positionnées à l'arrière des tunneliers. Dans le cas du lot 2, le poids net de matériau doit être compris entre 132 tonnes (densité de matériau égale à 2) et 146 tonnes (densité égale à 2,2) pour les anneaux de 1,40 ml, et entre 95 et 104 tonnes pour les anneaux de 1 ml. Si le poids extrait est supérieur à la valeur limite, c'est que soit il y a eu surexcavation de matériau, soit la quantité de matériau extraite de la chambre d'abattage est trop importante ce qui entraîne une diminution de la pression de confinement au front.

Le fontimètre est installé dans la chambre avant du sas à personnel, soit 2 m derrière la roue de coupe. Cet instrument consiste en une tige que le pilote du tunnelier fait sortir puis rentrer
à la fin de l'excavation de l'anneau, de manière à évaluer la pression hydraulique nécessaire pour que la tige atteigne sa longueur maximale de sortie (497 mm). La pression hydraulique maximale du vérin est de 32 bars. A chaque utilisation, le pilote note la valeur d'élongation de la tige et la pression hydraulique du vérin.

Cet instrument renseigne sur l'état du terrain en clé de voûte. En cas de surexcavation, le fontimètre donnera des valeurs importantes d'élongation associées à des valeurs faibles de pression hydraulique, signifiant la présence d'un vide ou d'un terrain décomprimé en clé du tunnel.

Les seuils de vigilance et d'alerte sont :

- seuil de vigilance : lorsque la valeur d'élongation du vérin dépasse 150 mm ; une nouvelle mesure doit alors être effectuée à nouveau après 0,70 m de creusement,

- seuil d'alerte : lorsque 3 mesures successives dépassent 350 mm.

En plus de ces 2 dispositifs, qui renseignent rapidement sur le bon déroulement des opérations, les mesures de topographie en surface sont un troisième indicateur des conséquences de l'excavation sur le massif de sol. En cas de tassements importants, des injections curatives dans le sol sont possibles afin de limiter les mouvements.
# 4. LES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DES TUNNELIERS

Comme cela a été vu au chapitre 1, les tunneliers sont des machines puissantes et complexes, qui réalisent quasi-simultanément l'ensemble des actions nécessaires à la construction d'un tunnel. De ce fait, les constructeurs introduisent dans ces machines de plus en plus de technologies avancées, le tout étant généralement contrôlé par un automate en plus du contrôle humain.

Cet automate permet l'enregistrement automatique des valeurs d'un grand nombre de paramètres ; ces valeurs brutes doivent être traitées pour pouvoir être exploitées correctement.

## 4.1. Présentation générale des paramètres de fonctionnement des tunneliers utilisés pour la construction de la ligne B du métro de Toulouse

Sur les lots des tunneliers à pression de terre (lot 2 et lot 5), le nombre de paramètres de fonctionnement enregistrés en continu par le système est d'environ 150 pour le lot 2 et 80 pour le lot 5, auxquels s'ajoutent les paramètres calculés à partir de paramètres mesurés et contenus à la fin des fichiers de données. Pour le tunnelier à pression de boue (lot 4), ce nombre monte à plus de 300. Au contraire, pour le tunnelier à pression d'air (lot 3) seulement une dizaine de paramètres sont mesurés.

Les paramètres mesurés sont classés dans différentes catégories suivant leur champ d'action : avancement, front, poussée, guidage, articulation passive, roue de coupe, vis, surcoupe, mortier, mastic, mousse, eau, bentonite... Ils renseignent sur les quantités, les pressions, les élongations, les débits... ainsi que sur le mode de gestion, automatique ou manuel.

Les tunneliers utilisés pour l'excavation de la ligne B du métro de Toulouse ne sont pas tous fabriqués par le même constructeur, et par conséquent, les capteurs enregistrés par le système automatique ne sont pas tous positionnés aux mêmes endroits ; on ne mesure donc pas toujours la même chose sous un même nom de capteur.

## 4.2. Présentation des paramètres tunneliers retenus pour l'étude

Un des objectifs de notre étude est de mettre en corrélation les déplacements de la surface induits par le creusement des tunnels aux tunneliers, avec les paramètres de fonctionnement de ces tunneliers. Il est malheureusement impossible de travailler avec l'ensemble des paramètres mesurés par le système automatique. Compte tenu de l'étude bibliographique présentée aux chapitres 1 et 2, et de l'étude des sections spécifiques (présentée au chapitre 4), nous avons sélectionné les paramètres qui semblent influents sur les mouvements du massif de sol.

Le tableau ci-dessous résume les paramètres retenus pour notre étude pour chacun des lots (une case grisée signifie que ce paramètre n'existe pas pour ce type de tunnelier, une case vide correspond à un paramètre non fourni par le système).
<table><thead><tr><th>Paramètre</th><th>Lot2<br>(pression<br>de terre)</th><th>Lot3<br>(pression<br>d'air)</th><th>Lot4<br>(pression<br>de boue)</th><th>Lot5<br>(pression<br>de terre)</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>AVANCEMENT</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Longueur forée (mm)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Vitesse d'avancement (mm/mn ou cm/mn)</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Temps de foration (h)</td><td></td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>FRONT</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression de terre au front (bar)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Pression de boue au front (bar)</td><td></td><td></td><td>X</td><td></td></tr><tr><td>Pression d'air au front (bar)</td><td></td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Débit d'air (l/s)</td><td></td><td>X</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>GUIDAGE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CH théorique (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>CV théorique (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>deltaCH (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>deltaCV (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Couple de guidage</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Roulis</td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Tangage</td><td></td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td><strong>ARTICULATION PASSIVE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression de l'articulation passive (bar)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>déportH</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>déportV</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td><strong>POUSSEE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression de poussée des vérins (bar)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Poussée totale</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>centreH de poussée</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>centreV de poussée</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td><strong>INJECTIONS</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression de mortier (bar)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Nombre de coups de pompe</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td><strong>ROUE DE COUPE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression de travail de la roue de coupe (bar)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Vitesse de rotation de la roue de coupe (tour par minute)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Sens de rotation</td><td></td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Couple de la roue de coupe (kNm)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Puissance de la roue de coupe (kW)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Pas (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th>Paramètre</th><th>Lot2<br>(pression<br>de terre)</th><th>Lot3<br>(pression<br>d'air)</th><th>Lot4<br>(pression<br>de boue)</th><th>Lot5<br>(pression<br>de terre)</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>SURCOUPE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Longueur de sortie des outils (mm)</td><td></td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td>Position de la surcoupe (°)</td><td>X</td><td></td><td>X</td><td>X</td></tr><tr><td><strong>VIS</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pression hydraulique de la vis (bar)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Vitesse de rotation de la vis (tour / mn)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Elongation de la trappe (mm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Pression de terre AV (bar)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Pression de terre AR (bar)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Couple de la vis (kNm)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Puissance de la vis (kW)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Poids du terrain</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td><strong>MOUSSE</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quantité de mousse injectée (m³)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr><tr><td><strong>EAU</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quantité d'eau injectée (l)</td><td>X</td><td></td><td></td><td>X</td></tr></tbody></table>

### Les paramètres d'avancement

La vitesse d'avancement correspond à la vitesse instantanée de progression longitudinale du tunnelier.

Le temps de foration pour le lot 3 correspond au temps pendant lequel le tunnelier est en mode excavation.

### Les paramètres au front

Suivant le type de confinement, on mesure la pression de terre, la pression de boue ou la pression d'air. Pour le lot 2 les pressions de terre sont mesurées sur 7 capteurs, pour le lot 5 sur 5 capteurs, plus une valeur de pression moyenne (voir les positions de ces capteurs sur la Figure 80), pour le lot 4 une seule mesure de pression de boue est donnée ainsi qu'une mesure de pression de la bulle d'air, enfin pour le lot 3 le système ne mesure la pression d'air que sur un capteur.
<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Figure 80 : Positions des capteurs de pression de terre pour les tunneliers du lot 2 et du lot 5 (lorsque l'on regarde la cloison)</figcaption></figure>

## Les paramètres de guidage

Les paramètres CH et CV correspondent à la différence d'élongation entre les vérins et indiquent la déviation horizontale et verticale d'un anneau par rapport au précédent (voir les explications sur ce paramètre au chapitre 1, paragraphe 1.3.6). Les systèmes nous fournissent les CH et CV théoriques calculés au début de la phase d'excavation à partir des mesures topographiques et que le pilote doit atteindre afin de suivre au plus proche le tracé du tunnel. Les systèmes fournissent aussi les paramètres deltaCH et deltaCV qui correspondent à l'écart entre les valeurs théoriques et les valeurs réellement atteintes. Toutes ces données s'expriment en mm.

Le couple de guidage est calculé à partir des pressions dans les vérins de poussée.

## Les paramètres de l'articulation passive

La pression de l'articulation passive correspond à la pression dans les vérins de cette articulation. Les paramètres déportH et déportV sont calculés à partir des élongations de ces vérins. Ils sont calculés sur le même principe que les paramètres CH et CV ; ils renseignent sur le tracé du tunnel.

## Les paramètres de poussée

Les pressions de poussée dans les vérins sont mesurées sur 5 capteurs pour les lots 2 et 4, et sur 6 capteurs pour le lot 5. La poussée totale des vérins et les centres de poussée (centre H et centre V) sont déterminés à partir des pressions de poussée.

## Les paramètres d'injections

Sur le lot 2, les injections sont réalisées au travers des 4 lignes situées en voûte, les 2 lignes en radier étant réservées. Sur le lot 4 et le lot 5, les tunneliers possèdent 2 lignes d'injection en voûte et 2 lignes en radier, mais l'étude des fichiers montrent que seules les lignes supérieures sont utilisées. Le positionnement des lignes d'injection pour chacun de ces lots est donné sur la Figure 81.
Pour les lots 2 et 4, le nombre de coups de pompe est donné pour chaque ligne d'injection, alors que pour le lot 5, on a seulement un nombre total pour toutes les lignes. Le volume de mortier injecté est déduit du nombre de coups de pompe connaissant le volume théorique de chaque lance et en supposant que la lance est entièrement remplie à chaque fois.

Pour le lot 3, la seule indication concerne le volume injecté en nombre de bennes de mortier.

<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Figure 81 : Positions des points d'injection des lots 2, 4 et 5</figcaption></figure>

## Les paramètres de la Roue de Coupe

Le paramètre de pression de la roue de coupe est mesuré sur un seul capteur. Il correspond à la pression nécessaire pour faire tourner cette roue ; il permet le calcul du couple et de la puissance.

## Les paramètres de la Vis

Les pressions de terre sont mesurées au début et à la fin de la Vis (Pression de terre AV et AR). L'elongation de la trappe permet de connaître la quantité de matériau extrait de la chambre d'abattage.

Le poids du terrain est mesuré pour les lots 2 et 5, mais ce paramètre est délicat à utiliser car il est difficile d'attribuer chaque mesure de poids à un anneau correspondant.

## Les paramètres de conditionnement des terrains

Dans le cas des tunneliers à pression de terre, lorsque le matériau présent dans la chambre d'abattage est sec et difficile à malaxer, le pilote ajoute de la mousse et/ou de l'eau.

La quantité de mousse injectée est calculée à partir du débit de sol liquide et du débit d'air pour le lot 2 ; la valeur de ce paramètre est donnée automatiquement pour le lot 5. La quantité
d'eau injectée est mesurée sur les 6 lignes d'injection pour le lot 2 ; elle est donnée en termes de débit total pour le lot 5.

## Les paramètres de la Surcoupe

Lorsque le tracé du tunnel est en courbe, afin de limiter le frottement du bouclier contre le terrain, une surcoupe est effectuée, c'est-à-dire que le rayon excavé est supérieur au rayon théorique. Cette surcoupe est réalisée au moyen d'outils placés en périphérie de la roue de coupe, dont la longueur de sortie et la position peuvent être contrôlées. Dans le cas du lot 2, la longueur de sortie n'est pas fournie dans les fichiers de données.
5. LES MESURES DE NIVELLEMENT

Des mesures de nivellement, destinées à suivre et à analyser le comportement des terrains et du tunnel ainsi que des immeubles et des réseaux environnants, sont réalisées par les entreprises de gros œuvre au cours des travaux d'excavation. Elles permettent de s'assurer que les méthodes de creusement n'entraînent pas de désordres importants.

Ces mesures consistent en un nivellement de haute précision de repères positionnés sur les chaussées et sur le bâti proche du tunnel (situé à moins de 2 fois la profondeur du tunnel par rapport à l'axe du tunnel).

Cette auscultation s'appuie sur 2 groupes de 4 repères implantés en zone stable. Chaque cheminement doit avoir un écart de fermeture inférieur à 1 mm pour être validé.

Théoriquement, des profils transversaux de 5 points sont positionnés tous les 30 mètres le long du tracé, et chaque façade de bâtiment donnant directement sur la ligne est équipée d'un point situé à proximité du sol. Ces dispositions théoriques sont modifiées suivant les contraintes réelles en surface.

La Figure 82 présente l'implantation des repères de nivellement sur une partie de l'interstation Carmes - François Verdier du lot 4. Mis à part le profil constitué de 5 repères (45170 à 45174) au PM 3483, le passage du tunnel sous les immeubles ne permet pas la mise en place d'autres profils, et par conséquent, seuls les repères sur bâtiment sont relevés. Du PM 3390 au PM 3430, il est même impossible de positionner des points, et cette partie ne peut donc pas être auscultée. Sur cette figure, on repère les points de référence 4134 à 4141.

La fréquence des mesures est variable ; on trouve généralement une mesure après l'installation du point, une mesure à l'approche du tunnelier, des mesures quotidiennes lors du passage du tunnelier au niveau des points, puis des mesures espacées à long terme.

<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Figure 82 : Implantation des repères de nivellement entre le PM 3390 et le PM 3500 de l'interstation Carmes - François Verdier du lot 4</figcaption></figure>
# 6. LES SECTIONS SPECIFIQUES DE MESURES

Afin de mieux appréhender les mouvements du massif de sol lors du creusement au tunnelier (lots 2 à 5), quelques sections de mesure ont été instrumentées le long du tracé.

Le but de ces sections est d'obtenir des données expérimentales sur les conséquences mécaniques et hydrauliques du creusement au tunnelier sur le massif de sol et les bâtiments voisins. Ces mesures pourront être utilisées comme référence pour faire évoluer et pour qualifier les méthodes de simulation numérique.

Les moyens mis en place permettent de mesurer les mouvements verticaux et horizontaux du massif de sol en surface et en profondeur ainsi que les mouvements verticaux des bâtiments proches. Ils permettent aussi l'évaluation des pressions interstitielles dans le sol et des contraintes dans le revêtement.

## 6.1. Implantation des sections

Douze sections ont été instrumentées le long du tracé du tunnel. Ces sections sont localisées sur la Figure 83.

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Figure 83 : Implantation des sections de mesure</figcaption></figure>

Elles se répartissent comme suit :

- Lot 2 : S21 Arsonval / S22 Castéra / S23 Jardin Compans

- Lot 3 : S31 / S32

- Lot 4 : S41 Niel / S42 Empalot / S43 Salin

- Lot 5 : S51 UPS / S52 Bougainville / S54 Devic
La section de mesure S53 Avions est une section supplémentaire mise en place dans le cadre des travaux d'excavation du tunnel par une méthode traditionnelle.

Pour les sections S31 et S32, 3 tirés au total ont été réalisés (tunnel bitube + raccordement avec la ligne A). Chaque tir a fait l'objet d'une campagne de mesure.

## 6.2. Instrumentation des sections

La nature, le nombre et la position de ces instruments ont été décidés d'après les exemples et observations de la littérature. Ainsi, Mair (1993) préconise l'utilisation d'au moins trois extensomètres de façon à déduire la forme et la largeur de la cuvette de tassement en profondeur. L'AFTES, dans les recommandations relatives aux tassements induits par le creusement d'un tunnel (1995), estime que chaque section doit comprendre au minimum trois couples d'appareils (extensomètre + inclinomètre), un situé dans l'axe et les deux autres de part et d'autre du tunnel. Les auteurs préconisent en plus, pour une interprétation plus fiable des caractéristiques des cuvettes de tassement, de disposer de deux extensomètres de chaque côté.

Dans la mesure du possible, chaque section de mesure comporte :

- 5 extensomètres de forage multipoints

- 3 inclinomètres

- un suivi topographique de plusieurs points constituant un profil transversal

- des extensomètres en voussoirs

La figure ci-dessous présente un exemple d'instrumentation sur une de ces sections.

<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Figure 84 : Instrumentation typique d'une section de mesures (cas de la section S52 Bougainville)</figcaption></figure>
En se basant sur les observations effectuées sur le terrain et disponibles dans la littérature, on estime l'angle d'ouverture β (paramètre lié à la largeur de la cuvette – voir chapitre 1, paragraphe 2.2.3) à environ 45°. Les ancrages E1-1 et E5-1 sont positionnés de manière à vérifier l'ouverture de cet angle.

En plus de cette instrumentation, les partenaires du projet ont parfois mis en place des mesures complémentaires. Le tableau ci-dessous résume l'ensemble de l'instrumentation mise en place sur chacune des sections et précise si le suivi a été réalisé par l'entreprise elle-même (E), ou par les partenaires du projet (P).

<table><caption>Tableau 15 : Récapitulatif de l'instrumentation sur sections spécifiques</caption><thead><tr><th>Section</th><th>Extensomètre</th><th>Inclinomètre</th><th>Topographie</th><th>Pression interstitielle</th></tr></thead><tbody><tr><td>S21 – Arsonval</td><td>E</td><td>E</td><td>E</td><td></td></tr><tr><td>S22 – Castéra</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr><tr><td>S23 – Compans</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td>P</td></tr><tr><td>S31</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr><tr><td>S32</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr><tr><td>S41 – Niel</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E</td><td></td></tr><tr><td>S42 – Empalot</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E</td><td></td></tr><tr><td>S43 – Salins</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr><tr><td>S51 – UPS</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E</td><td></td></tr><tr><td>S52 – Bougainville</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr><tr><td>S53 – Avions</td><td>P</td><td>P</td><td>P</td><td></td></tr><tr><td>S54 - Devic</td><td>E + P</td><td>E</td><td>E + P</td><td></td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th>Section</th><th>Extension horizontale en surface</th><th>Extensomètres en voussoirs</th><th>Clinomètres de façades</th><th>Ouverture de fissures</th></tr></thead><tbody><tr><td>S21 – Arsonval</td><td></td><td>E</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S22 – Castéra</td><td></td><td>E + P</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S23 – Compans</td><td>P</td><td>E + P</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S31</td><td></td><td></td><td>P</td><td>P</td></tr><tr><td>S32</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>S41 – Niel</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>S42 – Empalot</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>S43 – Salins</td><td></td><td>E + P</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S51 – UPS</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>S52 – Bougainville</td><td></td><td>E</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S53 – Avions</td><td>P</td><td></td><td>P</td><td></td></tr><tr><td>S54 - Devic</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

On trouvera plus en détail les explications du fonctionnement de tous ces instruments ainsi que l'appareillage utilisé dans le rapport final du projet METROTOUL (2005).
<figure><img src="image_95.png" /></figure>
# Chapitre 4

## Campagnes de mesures sur sections
Sommaire Détaillé

1. ANALYSE DES RESULTATS DE MESURE.................................................. 115

1.1. INCERTITUDES.................................................................................. 115

1.1.1. Mesures de nivellement réalisées par les partenaires du projet.................. 115

1.1.2. Mesures extensométriques.................................................................. 115

1.1.3. Mesures inclinomètriques .................................................................. 116

1.2. PRESENTATION DES RESULTATS DE MESURES........................................ 117

2. MOUVEMENTS MESURES SUR LES SECTIONS EXCAVEES AUX TUNNELIERS A PRESSION DE TERRE.................................................................. 118

2.1. SECTION S22 CASTERA........................................................................ 118

2.1.1. Description de la section.................................................................. 118

2.1.2. Description de l'instrumentation .................................................... 118

2.1.3. Nivellement de surface .................................................................. 120

2.1.4. Extensomètre en forage.................................................................. 122

2.1.5. Inclinomètres.................................................................................. 127

2.1.6. Déformations dans le revêtement.................................................... 129

2.1.7. Nivellement sur bâti .................................................................... 133

2.1.8. Bilan des déplacements dans le massif de sol.................................... 135

2.1.9. Paramètres tunnelier.................................................................... 137

2.1.10. Conclusion.................................................................................... 138

2.2. SECTION S23 JARDIN COMPANS.................................................................. 139

2.2.1. Description de la section.................................................................. 139

2.2.2. Description de l'instrumentation .................................................... 139

2.2.3. Nivellement de surface .................................................................. 141

2.2.4. Extensomètres de forage .................................................................. 142

2.2.5. Inclinomètres.................................................................................. 143

2.2.6. Mesures de déformation horizontale.................................................. 145

2.2.7. Pressions interstitielles .................................................................. 146

2.2.8. Bilan des déplacements dans le massif de sol.................................... 149

2.2.9. Paramètres tunnelier.................................................................... 150

2.2.10. Conclusion.................................................................................... 152

2.3. SECTION S54 DEVIC........................................................................ 153

2.3.1. Description de la section.................................................................. 153

2.3.2. Description de l'instrumentation .................................................... 153

2.3.3. Nivellement de surface .................................................................. 155

2.3.4. Extensomètres de forage .................................................................. 156

2.3.5. Inclinomètres.................................................................................. 161

2.3.6. Nivellement sur bâti .................................................................... 163

2.3.7. Bilan des déplacements dans le massif de sol.................................... 165

2.3.8. Paramètres tunnelier.................................................................... 167

2.3.9. Conclusion.................................................................................... 169

3. MOUVEMENTS MESURES SUR LA SECTION S43 EXCAVEE AU TUNNELIER A PRESSION DE BOUE .................................................................... 170
<table><tbody><tr><td>3.1.</td><td>DESCRIPTION DE LA SECTION</td><td>170</td></tr><tr><td>3.2.</td><td>DESCRIPTION DE L'INSTRUMENTATION</td><td>170</td></tr><tr><td>3.3.</td><td>NIVELLEMENT DE SURFACE</td><td>172</td></tr><tr><td>3.4.</td><td>EXTENSOMETRES DE FORAGE</td><td>173</td></tr><tr><td>3.5.</td><td>INCLINOMETRES</td><td>175</td></tr><tr><td>3.6.</td><td>DEFORMATIONS DANS LE REVETEMENT</td><td>176</td></tr><tr><td>3.7.</td><td>BILAN DES DEPLACEMENTS DANS LE MASSIF DE SOL</td><td>177</td></tr><tr><td>3.8.</td><td>PARAMETRES TUNNELIER</td><td>178</td></tr><tr><td>3.9.</td><td>CONCLUSION</td><td>179</td></tr><tr><td colspan="2">4. BILAN DES MOUVEMENTS DU MASSIF SUR LES QUATRE SECTIONS ETUDIEES</td><td>180</td></tr><tr><td>4.1.</td><td>SCHEMA DES MOUVEMENTS OBSERVES DURANT LE PASSAGE DU TUNNELIER</td><td>180</td></tr><tr><td>4.2.</td><td>BILAN PHASE PAR PHASE DES MOUVEMENTS</td><td>181</td></tr><tr><td>4.2.1.</td><td>Les mouvements à l'avant du front</td><td>181</td></tr><tr><td>4.2.2.</td><td>Les mouvements lors du passage du bouclier</td><td>182</td></tr><tr><td>4.2.3.</td><td>Les mouvements lors de l'extraction de la jupe et des injections</td><td>183</td></tr><tr><td>4.2.4.</td><td>Les mouvements après le passage du tunnelier - phase de consolidation</td><td>184</td></tr><tr><td>4.3.</td><td>RETRO-ANALYSE - MODELISATION NUMERIQUE</td><td>185</td></tr><tr><td colspan="2">5. CONCLUSIONS DU CHAPITRE 4</td><td>190</td></tr></tbody></table>
Les chapitres bibliographiques 1 et 2 ont montré qu'il existe dans la littérature de nombreux résultats de mesures expérimentales, réalisées au cours de travaux concernant différents chantiers d'excavation de tunnels au moyen de tunneliers à front pressurisé. Néanmoins, le plus fréquemment, ces mesures sont réalisées ponctuellement et ne permettent pas toujours la compréhension de l'ensemble des phénomènes induit par l'excavation.

Sur le chantier de la ligne B du métro de Toulouse, un effort particulier a été réalisé par le maître d'ouvrage, le maître d'œuvre, les entreprises de gros œuvre et les partenaires du projet de recherche METROTOUL, pour mettre en place un ensemble cohérent et le plus complet possible de mesures afin d'appréhender l'impact du creusement du tunnel sur le massif de sol, la surface et les bâtiments proche.

Ainsi, sur l'ensemble du linéaire du tunnel excavé au tunnelier, 13 sections spécifiques ont été mises en place ; les mesures concernent les mouvements verticaux et horizontaux en surface et en profondeur autour du tunnel, ainsi que les variations des pressions interstitielles dans le massif et les déformations dans le revêtement. La liste des sections et de l'instrumentation est détaillée dans le chapitre précédent. En parallèle, les paramètres de fonctionnement des tunneliers étaient suivis en continu.

Ce chapitre présente les résultats obtenus sur différentes sections choisies d'après les critères suivants :

- le positionnement de la section : ainsi, nous n'avons pas retenu les sections S21, S41 Niel, S42 Empalot et S51 UPS, jugées trop proche du démarrage du tunnelier, alors que les équipes n'étaient pas encore rodées ; ni la section S52 Bougainville, positionnée juste après la sortie de la station Bougainville.

- la validité des mesures : les mesures qui nous ont été communiquées pour les sections du lot 3, S31 et S32, n'ont pu être efficacement exploitées car les déplacements mesurés au moyen des extensomètres et de certains inclinomètres semblent faussés, du fait d'une probable mise en place défectueuse.

Ainsi, nous présentons les résultats des mesures réalisées sur les sections S22 et S23 du lot 2, S43 du lot 4 et S54 du lot 5, soit 3 sections situées dans des zones excavées au moyen de tunneliers à pression de terre (lots 2 et 5), et 1 section au tunnelier à pression de boue (lot 4). Les résultats de mesure sur l'ensemble des 13 sections sont disponibles dans le rapport final du projet METROTOUL (2005).

Après une analyse des incertitudes sur les mesures (paragraphe 1), les paragraphes 2 et 3 présentent instrument par instrument les principaux résultats des mesures obtenus lors du passage des tunneliers pour les 4 sections retenues.

Le paragraphe 4 présente un bilan des mouvements observés pour chaque phase de progression des tunneliers, et apporte quelques éléments de comparaison des différentes techniques d'excavation en terme d'impact sur le massif de sol. Cette comparaison est rendue possible par le fait que la géologie toulousaine, à la profondeur des tunnels, peut être considérée comme globalement homogène (pour plus de détails, on se reportera au paragraphe 2 du chapitre 3 concernant le contexte géologique, géotechnique et hydrogéologique de la zone de travaux).

Les éléments de rétro-analyse numérique présentés à la fin de ce chapitre viennent valider qualitativement certaines des observations précédentes.

Ces mesures constituent maintenant une base de données importantes pour la mise au point et la validation des nouvelles méthodes de simulation à venir.
# 1. ANALYSE DES RESULTATS DE MESURE

## 1.1. Incertitudes

La mise en place des dispositifs de mesure avant le passage du tunnelier permet d'évaluer les incertitudes sur les mesures.

### 1.1.1. Mesures de nivellement réalisées par les partenaires du projet

Lors de l'analyse des résultats des premières sections de mesure (S21 Arsonval et S41 Niel), la possibilité, pour les partenaires du projet, d'effectuer des mesures complémentaires aux mesures de nivellement réalisées par les entreprises est apparue comme une nécessité. En effet, la précision et la fréquence des mesures demandées par le Maître d'œuvre dans le CCTP ne pouvaient convenir pour un projet de recherche. Ainsi, dans la mesure du possible, il a été mis en place sur les sections suivantes, un relevé topographique de précision effectué par les partenaires du projet, ainsi qu'une automatisation de certaines mesures, comme les mesures extensométriques en forage et sur voussoirs.

Ce procédé présente de plus l'avantage d'utiliser un appareillage uniforme sur les sections de mesure des différents lots, de même pour l'essentiel de l'équipe effectuant les mesures.

Les campagnes de mesures ont donné des résultats avec une faible incertitude, même si les mouvements engendrés par le creusement des tunnels étaient d'une amplitude faible.

La Figure 85 présente les mesures topographiques réalisées sur les têtes d'extensomètres de la section S22 Castéra avant le passage du tunnelier au niveau de ces points de mesure. On repère qu'aucun mouvement réel n'est mesuré : les cuvettes traduisent uniquement l'incertitude de mesure sur les mouvements. Cette incertitude peut être évaluée à partir de l'écart type moyen sur les mesures ; celui-ci étant égal à 0,16, l'incertitude est d'environ 0,3 mm.

<figure><img src="image_96.png" /><figcaption>Figure 85 : Cuvettes du suivi altimétrique des têtes d'extensomètres avant le passage du tunnelier (front du tunnelier entre -20 m et -5,6 m de la section) – section S22 Castéra</figcaption></figure>

### 1.1.2. Mesures extensométriques

Dans la majorité des cas, les têtes d'extensomètre en forage ont été équipées de manière à effectuer une acquisition automatique des mesures : on ajoute une tête électrique au niveau de la tête d'extensomètre, composée d'autant de potentiomètres linéaires que de tiges d'ancrage.
Cette automatisation des mesures permet un suivi en continu des mouvements, mais crée des problèmes électriques, comme la variation de la résistance avec la température, et des problèmes mécaniques, comme la liaison entre la tige et la tête.

La Figure 86 illustre les fluctuations naturelles dues à la température. On peut évaluer l'incertitude à environ 0,1 mm.

La Figure 86 montre aussi une dérive des mesures égale à environ 0,1 mm en 2 semaines. L'observation des mesures extensométriques étant réalisée sur 2 à 4 jours, l'influence de cette dérive est réduite.

<figure><img src="image_97.png" /><figcaption>Figure 86 : Mesures sur un extensomètre en forage avant le passage du tunnelier (front du tunnelier entre 320 m et 190 m avant la section S22 Castéra)</figcaption></figure>

### 1.1.3. Mesures inclinométriques

Les mesures inclinométriques des sections de mesures ont été réalisées par des entreprises sous-traitantes du groupement de chacun des lots (entreprise SEGG pour les lots 2, 4 et 5, et CEBTP pour le lot 3).

Conformément à la norme NFP 94-156 chaque mesure est doublée. Le deuxième passage s'effectue après une rotation de 180° de la sonde après le premier passage. Cette méthode permet de s'affranchir de l'éventuel décalage du zéro des deux capteurs (dû par exemple à la température) et limite donc les incertitudes sur la mesure. Compte tenu des procédures de mesure, on peut évaluer l'incertitude sur la mesure de déplacement horizontal à +/- 1 mm.

Lors de la mise en place du tube PVC dans le forage, le risque de vrillage est grand. En cas de vrillage, la mesure effectuée à partir de la rainure transversale peut comporter une composante du mouvement longitudinal, et inversement. Afin d'apporter une correction du vrillage lors du dépouillement des mesures, cet angle de décalage est mesuré au moyen d'une boussole.

Le principe de la mesure inclinométrique repose sur un déplacement en pied nul. La longueur du tube inclinométrique sous le radier a été prise égale à 1 diamètre, distance classiquement utilisée sur les chantiers. On a cherché à vérifier cette hypothèse de pied fixe. Les mesures de déplacements des têtes de tubes n'ayant pu être mises en place, on a vérifié directement l'hypothèse en réalisant des mesures sur un tube plus profond qu'à l'accoutumé. Cette étude a montré que, dans le cas de cette section de mesure, un déplacement horizontal inférieur à 1mm est mesuré 8 m sous le radier, déplacement inférieur à l'incertitude sur la mesure inclinométrique.
## 1.2. Présentation des résultats de mesures

Comme on l'a mis en évidence lors de la synthèse bibliographique (chapitre 1), on distingue 4 sources de mouvements lors du passage du tunnelier :

- les mouvements en avant et au droit du front d'excavation,

- les mouvements le long du bouclier,

- les mouvements à l'extraction de la jupe et pendant les injections,

- les mouvements dus à l'ovalisation du revêtement de l'ouvrage.

Les résultats de mesure sont présentés ci-après de manière à mettre en évidence les mouvements associés à chacune de ces phases.

Les mesures de nivellement de surface présentent l'évolution des altitudes des têtes d'extensomètres en forage en fonction de l'avancée du tunnelier. Le point de référence est situé à au moins 50 m de l'axe du tunnel. On fait l'hypothèse qu'à cette distance le point ne subit pas de variation d'altitude consécutive au passage du tunnelier.

Les extensomètres de forage permettent de mesurer les mouvements verticaux dans le massif de sol. Pour chaque extensomètre, la numérotation des ancrages se fait du plus au moins profond. Un écart positif correspond à un raccourcissement entre la tête et le point d'ancrage. La mesure extensométrique donne le déplacement relatif entre la tête d'extensomètre (située en surface) et les points d'ancrage, en fonction du temps. On calcule les déplacements absolus des ancrages soit en ajoutant aux déplacements relatifs la mesure de nivellement effectuée sur la tête de l'extensomètre, soit en supposant pour les extensomètres latéraux profonds l'ancrage le plus profond comme fixe.

Les mesures inclinométriques présentent les déplacements horizontaux mesurés dans le massif de sol. La mesure de référence a été réalisée lorsque le tunnelier était positionné 30 m avant la section de mesure. Dans la mesure du possible, ces résultats tiennent compte d'une correction de vrillage. Cette mesure ayant été réalisée après le passage du tunnelier, le tube central est obturé à une certaine profondeur, et la mesure sur l'ensemble de ce tube est impossible. On considère alors que le vrillage de ce tube est constant avec la profondeur, et égal à la mesure déterminée le plus profondément possible.

Les déformations dans le revêtement sont mesurées au moyen de jauges à cordes vibrantes placées à l'intrados et à l'extrados des voussoirs. Une déformation positive correspond à une extension.

Les jauges sont coulées dans les voussoirs au moment de leur fabrication. Après la mise en place du voussoir dans le tunnel et le branchement des jauges, les mesures peuvent être réalisées.

Les valeurs de certains paramètres de fonctionnement du tunnelier lors du creusement au niveau de chaque section de mesure sont aussi présentées. On regarde l'évolution des paramètres dans l'intervalle [-20 m ; +50 m], c'est-à-dire quand le front du tunnelier est situé entre 20 m en amont de la section, et jusqu'à 50 m en aval.

On donne les valeurs moyennes et les écarts types par anneau des valeurs mesurées par l'automate. Pour permettre une comparaison entre sections et entre interstations, les valeurs sont rendues adimensionnelles. Les données relatives aux injections sont recalées. Les détails relatifs au traitement des paramètres tunneliers sont donnés dans le chapitre 5.
## 2. MOUVEMENTS MESURES SUR LES SECTIONS EXCAVEES AUX TUNNELIERS A PRESSION DE TERRE

Parmi les 4 sections retenues, 3 sont situées dans des zones d'excavation au tunnelier à pression de terre ; ce sont les sections S22 et S23 du lot 2 et la section S54 du lot 5.

### 2.1. Section S22 Castéra

#### 2.1.1. Description de la section

La deuxième section du lot 2 (section S22 Castéra) se situe au fond d'une impasse, dans le quartier des Minimes au nord de Toulouse (voir la localisation de la section sur les figures en Annexe 6). Son environnement est constitué des jardins et garages des propriétés longeant le Boulevard de l'Embouchure, proche du Canal du Midi.

Le sondage SC2920-1 a été réalisé au droit de la section (voir la Figure 87 ci-dessous et la coupe géologique en Annexe 6) ; il montre que :

- la molasse est essentiellement argileuse (horizons M1, M2 et M3, suivant la dénomination du projet, voir chapitre 3),

- une lentille peu épaisse de sable argileux M4 a été reconnue en clé de tunnel,

- le niveau de la nappe a été reconnu à 2 m sous le niveau du terrain naturel.

Néanmoins, on peut s'attendre à ce que la lentille sableuse soit plus épaisse que ce que montre le sondage SCB2920-1, à partir des observations des coupes géologiques des autres sondages proches de la section, SCB1127, SCB1126 et SC2885-1.

Le tunnel du lot 2 est réalisé au moyen d'un tunnelier à pression de terre. Sur ce tunnelier, les injections de mortier sont réalisées uniquement par l'intermédiaire de 4 lignes en partie haute. Cette section se situe sur la quatrième interstation, on peut donc supposer que l'expérience des équipes de pilotage est acquise.

Au droit de la section, l'axe du tunnel est à 16,50 m de profondeur. La couverture de terrain au-dessus du tunnel est de 12,70 m, dont 8,50 m de molasse.

#### 2.1.2. Description de l'instrumentation

L'instrumentation mise en place sur cette section est constituée de (voir Figure 87) :

- 5 extensomètres de forage multipoints (notés E1 à E5 ou 24460.5 à 24464.5),

- 3 inclinomètres (I1 à I3),

- un nivellement des têtes d'extensomètre,

- des extensomètres à cordes vibrantes en voussoirs.

Un nivellement de quelques points sur bâti, légèrement éloignés de la section, a aussi été réalisé par les équipes de topographies de l'entreprise. Ces mesures sont moins fréquentes que les mesures effectuées par les partenaires du projet.

Du fait de la présence d'un mur, les extensomètres et les inclinomètres n'ont pu être positionnés à égale distance de part et d'autre de l'axe du tunnel.
<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Figure 87 : Instrumentation de la section S22 Castéra et sondage carotté de référence</figcaption></figure>

<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Figure 88 : Implantation des repères de nivellement, des extensomètres en forage (E) et des inclinomètres (I)</figcaption></figure>
2.1.3. Nivellement de surface

La position des têtes d'extensomètre est indiquée sur la Figure 88. Le cheminement est le même à chaque campagne topographique ; dans ce cheminement, les repères 24460.5, 24461.5 et 24462.5 sont nivelés à partir de la même base, les repères 24463.5 et 24464.5 sont nivelés à partir d'une autre base.

La mesure de référence est établie alors que le tunnelier était situé environ 20 mètres avant la section de mesure (soit le 3 novembre 2003 à 9h).

Les mouvements mesurés en surface sont présentés sur la Figure 89 durant toute la période de mesure. La Figure 90 est un zoom de la figure précédente sur l'intervalle [-10 m ; +30 m].

<figure><img src="image_100.png" /><figcaption>Figure 89 : Suivi altimétrique des têtes d'extensomètres en fonction de la distance au tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>Figure 90 : Suivi altimétrique des têtes en fonction de la distance au tunnelier (entre -10 m et + 30 m)</figcaption></figure>
Avant le passage et juste après le passage du front, les mouvements sont inférieurs à l'incertitude de mesure.

Dès que le front du tunnelier est situé 4,2 m après la section, tous les points montrent un soulèvement, qui atteint son maximum lors de la mesure à + 5,6 m (ou la mesure à + 7 m pour E5 et E1, points plus éloignés du tunnel).

L'extraction de la jupe du tunnelier est accompagnée d'un tassement de l'ensemble des points de mesure. Ce tassement est donné sur 3 mesures successives pour E3 (de +5,6 m à +9,8 m), mais sur une seule mesure pour les autres points (celle à +8,4 m). Après cette phase de tassement, on mesure un soulèvement jusqu'à la mesure à + 12,6 m, que l'on peut attribuer à l'injection du vide annulaire.

A long terme, les points tassent et se stabilisent rapidement en seulement 2 jours (soit quand le front du tunnelier est situé environ 80 m après la section).

A partir de ces relevés, il est possible de définir les cuvettes transversales des mouvements. La Figure 91 présente ainsi l'évolution des déplacements sur une section transversale au tunnel pour différentes positions du front du tunnelier par rapport à la section de mesure.

La forme des déplacements obtenus dès le soulèvement à + 5,6 m a une allure de courbe de Gauss inversée par rapport à l'analyse empirique de Peck (1969). Pour le soulèvement maximal (mesure à + 12,6 m), cette courbe a pour caractéristiques $S_{max}=1,1$ mm (valeur de soulèvement mesurée à l'axe) et $i = 5$ m côté gauche et 8 m côté droit. Le « gain » de volume (en référence à la perte de volume habituellement calculée – voir chapitre 1, paragraphe 2.2.3) est égal à $2,5i \times S_{max}$, soit 0,03 à 0,047 % du volume excavé.

La dissymétrie des déplacements entre le côté droit et le côté gauche de l'axe du tunnel est assez prononcée.

<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Figure 91 : Cuvette transversale des mouvements des têtes d'extensomètres pour différentes positions du tunnelier</figcaption></figure>
2.1.4. Extensomètre en forage

La mesure de référence est prise à la même date que la mesure zéro de topographie, soit le 3
novembre à 9h, alors que le tunnelier était situé environ 20 m en amont de la section.

Déplacements relatifs

L'extensomètre E1 montre un mouvement faible (amplitude maximale 0,2 mm) de l'ancrage
le plus profond E1-1, et un déplacement lent et continu de l'ancrage proche de la surface (E1-
2), probablement dû à un problème de scellement. L'extensomètre E5 montre un mouvement
nul des ancrages E5-1 et E5-2. Les mouvements relatifs de ces ancrages sont présentés en
Annexe 6.

Les déplacements relatifs des ancrages des extensomètres E2, E3 et E4 sont présentés sur les
figures ci-dessous.

<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Figure 92 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E2 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>
<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Figure 93 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E3 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>Figure 94 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E4 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

On repère des comportements similaires sur ces 3 extensomètres, avec des amplitudes de mouvements différentes.

Juste au moment du passage du front, tous les ancrages montrent un raccourcissement brusque, d'amplitude maximale 0,15 mm pour l'ancrage E2-1.

Pendant le passage du bouclier sous la section de mesure, peu de temps avant l'extraction de la jupe, on mesure un raccourcissement de la distance entre les ancrages et les têtes
d'extensomètre, raccourcissement qui débute quand le front du tunnelier est +4 / +5 m après la section et qui est d'autant plus fort que l'ancrage est proche de la surface. Ces déplacements signifient qu'une zone en compression se développe entre la surface et le 1er ancrage, et que sous cet ancrage, le massif est en extension (les points de mesure se soulèvent moins). Ces déplacements relatifs et les zones de compression et d'extension correspondantes sont représentés sur la Figure 95 ci-dessous. Seul l'ancrage E4-1 déroge à cette règle, et montre une zone en compression du côté droit sous le tunnel.

Avant même l'extraction de la jupe, on mesure un allongement des ancrages, proportionnel au raccourcissement précédent, et d'amplitude légèrement supérieure. Les zones d'extension et de compression reconnues au cours de cette phase sont présentées sur la Figure 96.

<figure><img src="image_106.png" /><figcaption>Figure 95 : Déplacements relatifs des ancrages
mesurés pendant le passage du bouclier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>Figure 96 : Déplacements relatifs des ancrages
mesurés pendant l'extraction de la jupe</figcaption></figure>

Par la suite, les mouvements les plus importants sont mesurés sur l'extensomètre central E3.
Ces 2 ancrages montrent un raccourcissement qui les ramène à leur position d'origine.

A plus long terme, les ancrages E2-2 et E4-2 montrent un mouvement de raccourcissement qui débute quand le front est situé environ 11 m après la section, ce qui indique que la zone latérale à la partie supérieure du tunnel subit à nouveau une compression, qui peut être attribuée aux injections de mortier, principalement effectuées dans la partie supérieure de la voûte.
Déplacements absolus

Les déplacements absolus des ancrages peuvent être déterminés :

- soit en tenant compte des mesures de nivellement de la tête d'extensomètre, mesure à laquelle on ajoute le mouvement relatif de l'ancrage,

- soit, pour les extensomètres profonds, en faisant l'hypothèse que l'ancrage le plus profond est fixe (car situé à plus de 1 diamètre sous le niveau du radier du tunnel).

Compte tenu des mesures de nivellement des têtes d'extensomètres et des mouvements relatifs des ancrages profonds E2-1 et E4-1, le calcul des déplacements absolus supposant ces ancrages fixes donne des déplacements de surface largement inférieurs aux mouvements mesurés par nivellement ; c'est pourquoi le calcul le plus proche de la réalité semble être celui basé sur les mesures topographiques.

Les figures ci-dessous présentent donc les déplacements absolus des ancrages des extensomètres E2, E3 et E4, calculés en tenant compte des mesures de nivellement. Pour rendre le graphique plus lisible, on utilise non pas directement les mesures de topographie, mais une allure lissée du mouvement de la surface.

<figure><img src="image_108.png" /><figcaption>Figure 97 : Déplacements absolus des ancrages et de la tête de l'extensomètre E2</figcaption></figure>
<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Figure 98 : Déplacements absolus des ancrages et de la tête de l'extensomètre E3</figcaption></figure>

<figure><img src="image_110.png" /><figcaption>Figure 99 : Déplacements absolus des ancrages et de la tête de l'extensomètre E4</figcaption></figure>

Au niveau de l'extensomètre E4, les déplacements absolus de chaque ancrage et de la surface sont d'amplitude similaire, ce qui montre un mouvement en bloc du terrain du côté droit du tunnel ; au contraire, les ancrages de E2 montrent que, au final, le terrain depuis la surface jusqu'à la profondeur de 11 m (ancrage E2-3) est décomprimé, et que le terrain entre 11 et 16,5 m de profondeur (ancrage E2-2), soit dans la partie supérieure du tunnel, est comprimé.
Ce calcul, basé sur les mesures de nivellement de surface, montre un soulèvement des ancrages profonds E2-1 et E4-1 de, respectivement, 0,3 et 0,8 mm. Ces points profonds ne sont donc pas fixes, contrairement à ce que l'on attendrait ; on en déduit donc que la zone d'influence des travaux s'étend à plus de 1 diamètre sous le radier.

### 2.1.5. Inclinomètres

Les résultats présentés tiennent compte d'une correction du vrillage. On a supposé que le vrillage du tube I2 est constant avec la profondeur, et égal à la valeur déterminée à 0,5 m de profondeur.

<figure><img src="image_111.png" /><figcaption>Figure 100 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_112.png" /><figcaption>Figure 101 : Déplacements horizontaux longitudinaux pour le tube I1</figcaption></figure>
<figure><img src="image_113.png" /><figcaption>Figure 102 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_114.png" /><figcaption>Figure 104 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I3</figcaption></figure>

<figure><img src="image_115.png" /><figcaption>Figure 103 : Déplacements horizontaux longitudinaux pour le tube I2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_116.png" /><figcaption>Figure 105 : Déplacements horizontaux longitudinaux pour le tube I3</figcaption></figure>
Les mouvements transversaux latéraux sont convergents (Figure 100 et Figure 104) et s'initient dès le passage du front au niveau des inclinomètres. Ils s'amplifient rapidement jusqu'à la stabilisation vers + 15 jours. L'effet des injections n'est pas détectable sur ces mesures ponctuelles.

Les déplacements à + 15 jours mesurés sur les inclinomètres sont présentés sur le graphique ci-dessous. Les déplacements horizontaux transversaux sont maximaux dans la partie inférieure du tunnel. La dissymétrie des mouvements longitudinaux s'explique par le tracé en courbe du tunnel.

<figure><img src="image_117.png" /><figcaption>Figure 106 : Déplacements horizontaux maximaux à +15 jours</figcaption></figure>

### 2.1.6. Déformations dans le revêtement

Sur cette section de mesure, les paires de jauges sont au nombre de 5 et sont disposées comme indiqué sur la Figure 107 ci-dessous.

<figure><img src="image_118.png" /><figcaption>Figure 107 : Implantation des jauges dans le revêtement – section S22 Castéra</figcaption></figure>

La référence des mesures est prise avant que les voussoirs ne soient transportés dans le puits d'accès, et donc avant qu'aucune charge ne soit appliquée. Une acquisition automatique a pu être mise en place dans le tunnel. Le pas de temps des mesures a été réglé à 10 minutes.

La Figure 108 présente l'évolution des déformations mesurées au niveau des jauges. Cette évolution est similaire sur les différentes jauges.

Juste après la mise en place des voussoirs et le branchement des jauges sur la centrale d'acquisition, on enregistre pendant un peu plus de 24 heures une augmentation des
déformations correspondant à une extension. Cette déformation est le résultat de différents facteurs (température du béton et des jauges, charge appliquée par les vérins de poussée), difficilement quantifiables.

<figure><img src="image_119.png" /><figcaption>Figure 108 : Evolution des déformations mesurées des jauges</figcaption></figure>

La Figure 109 est un zoom de la figure précédente sur le début de l'enregistrement. On remarque que les jauges enregistrent tout d'abord une diminution (compression) suivie d'une augmentation des déformations. Cette variation est largement plus marquée sur les jauges 907 et 908, positionnées en clé. De plus on remarque que les mesures ont un mouvement sinusoïdal.

<figure><img src="image_120.png" /><figcaption>Figure 109 : Evolution des déformations mesurées des jauges - zoom sur les premiers jours</figcaption></figure>
La Figure 110 met en parallèle les variations mesurées sur les jauges et les phases d'excavations (marquées par un rectangle sur le bas du graphique) pour quelques anneaux du début de l'enregistrement (les informations de déformations et d'excavation ne proviennent pas de la même source, ce qui explique les décalages de temps que l'on peut observer). On remarque que chaque phase d'excavation est accompagnée par une augmentation des déformations, c'est-à-dire une extension du voussoir, les phases de pose du revêtement étant en corrélation avec des diminutions. Ainsi, on mesure logiquement une extension du voussoir lors de la poussée longitudinale des vérins pour l'avancée du bouclier.

<figure><img src="image_121.png" /><figcaption>Figure 110 : Evolution des déformations dans les jauges - mise en évidence des phases d'excavation</figcaption></figure>

Suite à l'augmentation initiale des déformations, l'ensemble des jauges montre une diminution qui s'étend sur plusieurs semaines (Figure 108). Les voussoirs sont alors soumis à une compression.

La Figure 111 présente l'évolution des déformations moyennes calculées par paire de jauges. Si l'on ne tient pas compte des déformations des premières 24 heures, on mesure une déformation moyenne de 137 µm/m en radier, et de 237 µm/m en clé, soit une déformation plus importante en clé qu'en radier, alors que la contrainte y est théoriquement moins forte. Ce résultat est donc contraire à ce qui est attendu, néanmoins, les injections de mortier étant réalisées uniquement par les lignes positionnées en clé, on peut comprendre que l'injection y produise des déformations supplémentaires.

Ce raisonnement ne tient pas compte des déformations se produisant juste après la pose du voussoir, et que nous ne sommes pas en réelle mesure d'expliquer ici.
<figure><img src="image_122.png" /><figcaption>Figure 111 : Evolution des déformations moyennes dans le revêtement</figcaption></figure>

Les différences entre les jauges donnent une indication qualitative sur l'incrément du moment fléchissant. Ces différences sont présentées sur la Figure 112. Une différence négative correspond à un moment positif (extrados comprimé). On observe 2 types de comportement :

- les jauges situées en partie basse (901-902 et 903-904) donnent une diminution de leur différence, ce qui traduit une variation de moment positive, donc un extrados comprimé,

- les autres jauges montrent une augmentation de leur différence, suivie au bout de 12 jours d'une stabilisation pour les jauges 905-906 et 909-910 ; la stabilisation de la différence des jauges 907-908, situées en clé, intervient environ 1,5 mois après la mise en place de l'anneau.

<figure><img src="image_123.png" /><figcaption>Figure 112 : Différence des déformations pour chaque paire de jauges</figcaption></figure>
Compte tenu de ces observations, on en déduit l'allure de la déformation de l'anneau (Figure 113). Cette déformation est compatible avec les soulèvements observés par nivellement et les convergences horizontales mesurés par les inclinomètres.

Le grand-axe de l'ovalisation est incliné par rapport à la verticale ; cette dissymétrie peut être expliquée par la courbure en plan du tracé du tunnel au niveau de la section de mesure.

<figure><img src="image_124.png" /><figcaption>Figure 113 : Allure de la déformation globale de l'anneau</figcaption></figure>

### 2.1.7. Nivellement sur bâti

Un profil de points sur bâti (voir Figure 88), sensiblement parallèle à celui constitué par les têtes d'extensomètres, a été suivi dans le cadre des mesures réalisées par le groupement d'entreprise. Ce profil se situe à environ 45 m en aval de la section de mesure et est constitué des points 24503 et 24510 à 24515. Les mesures de nivellement sont plus rares que pour la section de mesure, mais permettent néanmoins de tracer l'évolution des cuvettes transversales (Figure 114).

On remarque que les mouvements des 2 côtés de l'axe ne sont pas symétriques. Du côté du bâtiment, les tassements à l'approche du front (mesure à -1,4 m) sont plus faibles. Le soulèvement au niveau de l'axe est mesuré sur bâtiment, et il atteint 1,6 mm à la mesure à + 32 m, ce qui est supérieur au soulèvement mesuré au niveau de la section de mesure.

Les mesures montrent que la distorsion subit par le bâtiment pendant le passage du tunnelier est inférieure à l'incertitude sur cette mesure. On voit là l'influence de la rigidité du bâti par rapport à la section sans bâti.
<figure><img src="image_125.png" /><figcaption>Figure 114 : Cuvettes transversales des points du profil sur bâti pour différentes positions du tunnelier par rapport à ce profil</figcaption></figure>

La Figure 115 permet une comparaison des cuvettes de déplacements à long terme sur les profils section et bâti. En première approche, il semble que la présence du bâtiment ait limité les mouvements. La « cuvette » de soulèvement est plus large lors de la présence du bâti que sur la section en champ libre.

<figure><img src="image_126.png" /><figcaption>Figure 115 : Comparaison des cuvettes transversales à long terme sur les profils section et bâti</figcaption></figure>
2.1.8. Bilan des déplacements dans le massif de sol

A partir de l'analyse des déplacements verticaux et horizontaux détaillée ci-dessus, on peut résumer l'impact du creusement au tunnelier à pression de terre sur le massif de sol au niveau de cette section de mesure. Pour cela, nous avons représenté la combinaison des mouvements verticaux et horizontaux pour différentes positions du tunnelier par rapport à la section.

Les mouvements sont présentés :

- lorsque le front du tunnelier est plus de 5 m après la section, soit au moment du soulèvement maximal durant le passage du bouclier (Figure 116),

- lorsque le front est 8,5 m après la section, soit au moment de l'extraction de la jupe et du début des injections de mortier (Figure 117),

- à plus long terme, quand le front est situé 30 m après la section (Figure 118).

Les mouvements verticaux absolus des ancrages sont calculés à partir des mouvements relatifs mesurés sur les extensomètres et les mesures topographiques réalisées sur les têtes extensométriques.

<figure><img src="image_127.png" /><figcaption>Figure 116 : Déplacements totaux lorsque le tunnelier est plus de 5 m après la section</figcaption></figure>

<figure><img src="image_128.png" /><figcaption>Figure 117 : Déplacements totaux lorsque le tunnelier est 8,5 m après la section (extraction de la jupe)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_129.png" /><figcaption>Figure 118 : Déplacements totaux lorsque le tunnelier est 30 m après la section</figcaption></figure>

A partir de ces figures, des mouvements antagonistes de convergence horizontale et de soulèvement apparaissent clairement.

Dès le passage du bouclier, les mouvements horizontaux montrent une convergence au niveau du tunnel et une divergence de plus en plus forte vers la surface. Les ancrages profonds E2-1 et E4-1 se sont soulevés dès la phase d'excavation. Nous apporterons quelques explications à ces phénomènes au paragraphe 4.3.

L'extraction de la jupe est marquée par un mouvement de convergence des terrains vers le tunnel. Cela se traduit par un déplacement horizontal transversal accéléré et des soulèvements d'amplitude plus faible.

A + 30 m, on repère que :

- latéralement au tunnel (extensomètre E2 et E4), le terrain en surface s'est plus soulevé que le terrain au niveau de la clé du tunnel ; cette zone est donc en extension,

- à l'aplomb du tunnel (extensomètre E3), les ancrages et la surface montrent un soulèvement d'amplitude similaire, ce qui indique que le sol a bougé comme un seul bloc,

- le soulèvement des ancrages de l'extensomètre central E3 entre + 8,5 et + 30 m est la conséquence de la phase d'injection.

On repère aussi les différences d'amplitude de ces mouvements, dans un rapport de 3 à 4 (rapport du mouvement horizontal maximal sur le soulèvement maximal).
### 2.1.9. Paramètres tunnelier

Le Tableau 16 donne les moyennes et l'écart type par anneau des valeurs mesurées par l'automate durant le passage du tunnelier sous la section de mesure.

<table><caption>Tableau 16 : Valeurs moyennes et écarts types des paramètres tunneliers autour de la section S22 - Castéra</caption><thead><tr><td></td><td>Valeur moyenne</td><td>Ecart type / valeur moyenne</td></tr></thead><tbody><tr><td>Pression de confinement / σ<sub>v0</sub></td><td>0,51</td><td>0,04</td></tr><tr><td>Vitesse d'avancement / vitesse moyenne</td><td>1,12</td><td>0,13</td></tr><tr><td>Poussée totale des vérins / (surface d'excavation x σ<sub>v0</sub>)</td><td>3,00</td><td>0,06</td></tr><tr><td>Nombre de coups de pompe de mortier / nombre théorique</td><td>1,16</td><td>0,05</td></tr><tr><td>Pression d'injection de mortier / σ<sub>v0</sub></td><td>1,14</td><td>0,09</td></tr></tbody></table>

σ<sub>v0</sub> : contrainte verticale initiale

Durant l'intervalle considéré les différents paramètres tunnelier sont stables.

La faible pression de confinement du front par rapport à la contrainte verticale initiale semble suffisante quand on observe le peu de mouvement initié à l'approche du front. La Figure 119 présente l'évolution des mesures de la pression de confinement dans la chambre d'abattage en fonction du temps. On repère que cette pression est constante au cours du temps, que le tunnelier soit en phase d'excavation, de pose de l'anneau ou d'arrêt.

La quantité de mortier injectée ainsi que la pression d'injection sont un peu supérieures à ce qui est attendu théoriquement. Cela peut être raccordé aux soulèvements mesurés sur les ancrages situés dans l'axe du tunnel, mais aussi à une incertitude sur les mesures des paramètres de fonctionnement.

<figure><img src="image_130.png" /><figcaption>Figure 119 : Evolution de la pression de confinement en fonction du temps sur 4 anneaux</figcaption></figure>
2.1.10. Conclusion

L'analyse de l'ensemble des mesures réalisées sur cette section montre un comportement singulier des mouvements du terrain induits par le passage du tunnelier. On mesure ainsi simultanément un soulèvement et une convergence horizontale. Les mesures de déformation des voussoirs sont cohérentes avec ces mouvements antagonistes.

En surface la cuvette transversale prend la forme d'une courbe de Gauss inversée par rapport
à l'analyse empirique de Peck (1969). Néanmoins les mouvements restent limités puisque l'on
mesure moins de 1,2 mm de soulèvement maximal en surface et 5,2 mm de déplacement
horizontal au niveau du tunnel.

Ces observations peuvent être reliées au caractère fortement surconsolidé de la molasse toulousaine : le passage du bouclier induit une réduction des contraintes tangentielles à l'interface sol-structure du tunnelier en acier ; on passe donc d'un état naturel surconsolidé à un état ou le rapport de la contrainte horizontale $\sigma'_h$ par la contrainte verticale $\sigma'_v$ est proche de 1, ce réarrangement des contraintes pouvant expliquer un soulèvement du terrain au-dessus du tunnelier, associé à une convergence au niveau des reins.
## 2.2. Section S23 Jardin Compans

### 2.2.1. Description de la section

La troisième section du lot 2 (section S23) se situe dans le jardin Compans-Caffarelli (voir les figures en Annexe 7). Elle présente la particularité d'être située dans une zone non bâtie.

Le sondage SCB1449 a été réalisé au droit de la section (voir Figure 120 ci-dessous et la figure en Annexe 7) ; il montre que :

- en clé du tunnel, la molasse est essentiellement argileuse (horizons M1, M2 et M3, suivant la dénomination du projet, voir chapitre 3),

- en front de tunnel, une importante lentille de sable argileux (M4) à propre (M5) a été reconnue,

- le niveau de la nappe a été reconnu à 4,60 m sous le TN.

Les sondages SCB1119 et SCB1120, un peu éloignés de la section, montrent des terrains encore plus argileux.

Le tunnel du lot 2 est réalisé au moyen d'un tunnelier à pression de terre. Cette section se situe sur la cinquième interstation, après que le tunnelier ait parcouru 3700 m. Au droit de la section, l'axe du tunnel est à 16,60 m de profondeur. La couverture de terrain au-dessus du tunnel est de 12,80 m, dont 6,30 m de molasse.

### 2.2.2. Description de l'instrumentation

L'instrumentation mise en place sur cette section est constituée de (voir Figure 120 et Figure 121) :

- 5 extensomètres de forage multipoints (E1 à E5),

- 3 inclinomètres (I1 à I3),

- un nivellement des têtes d'extensomètres,

- des extensomètres à cordes vibrantes en voussoirs.

De plus, l'environnement étant non bâti, une instrumentation supplémentaire a pu être mise en place :

- 2 capteurs de pression interstitielle (CPI1 et CPI2),

- 7 plots pour des mesures de déformation horizontale (au convergencemètre) (D1 à D7 et C1 à C2),

- un nivellement des plots de déformation horizontale.
<figure><img src="image_131.png" /><figcaption>Figure 120 : Instrumentation de la section S23 – Compans</figcaption></figure>

<figure><img src="image_132.png" /><figcaption>Figure 121 : Localisation des instruments</figcaption></figure>
2.2.3. Nivellement de surface

La mesure de référence est établie alors que le tunnelier était situé 9 m avant la section.

Les mouvements mesurés de la surface sont présentés sur la Figure 122 durant toute la période de mesure. La Figure 123 est un zoom de la figure précédente sur l’intervalle [-10 m ; +30 m].

<figure><img src="image_133.png" /><figcaption>Figure 122 : Suivi altimétrique des têtes d'extensomètres en fonction de la distance au tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_134.png" /><figcaption>Figure 123 : Suivi altimétrique des têtes en fonction de la distance au tunnelier (entre -10 m et +30 m)</figcaption></figure>

Les mouvements de surface sont faibles.

Après le passage du front sous la section de mesure, on enregistre un soulèvement de l'ensemble des points, soulèvement maximal lors de la mesure à + 3,3 m ou à + 5,7 m suivant les repères, et d'amplitude 0,1 à 0,4 mm. Après ce soulèvement, tous les points tassent légèrement, jusqu'à la mesure à + 15,3 m. L'extraction de la jupe n'est pas marquée par une accélération des tassements.
A partir de la mesure à + 15,3 m, la tendance est à nouveau au soulèvement, jusqu'à plus de 150 jours après le passage du front ; ce mouvement est difficilement attribuable au passage du tunnelier, et met en évidence un mouvement naturel de la surface avec le temps.

A partir des relevés de nivellement, on peut dessiner les cuvettes transversales des déplacements pour certaines positions du front du tunnelier par rapport à la section. Ces cuvettes sont présentées sur la Figure 124.

On remarque bien que, dès le passage du front, les soulèvements maximaux sont mesurés par les repères proches de l'axe. La forme de cette cuvette à +5,7 m a une allure de courbe de Gauss inversée, de caractéristiques $S_{max}=0,58$ mm et $i=6$ m, ce qui donne un « gain » de volume égal à 0,02 % du volume excavé.

Le tassement dû à l'extraction de la jupe (mesure à + 15,3 m) est de même amplitude sur les 5 têtes.

<figure><img src="image_135.png" /><figcaption>Figure 124 : Cuvette transversale des mouvements des têtes d'extensomètres pour différentes positions du tunnelier</figcaption></figure>

### 2.2.4. Extensomètres de forage

Les déplacements relatifs mesurés sur tous les ancrages des extensomètres E1 à E5 sont faibles (moins de 0,5 mm d'amplitude), ce qui est en accord avec les mesures topographiques. Ces déplacements sont présentés en Annexe 7.

On se limite ici à l'interprétation des mouvements mesurés sur les 2 ancrages de l'extensomètre E3, situés à l'aplomb de l'axe du tunnel, ancrages qui montrent les mouvements les plus significatifs.

La Figure 125 présente les déplacements verticaux relatifs entre la tête d'extensomètre et les points d'ancrage. L'ancrage noté E3-1 est positionné 1,7 m au-dessus de la clé du tunnel, l'ancrage E3-2 se trouve 5,5 m au-dessus de ce dernier.

La mesure de référence est établie le 10 mars à 0h, soit quand le front du tunnelier est positionné 9 m avant la section.
<figure><img src="image_136.png" /><figcaption>Figure 125 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E3 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

Comme observé à partir des mesures en surface, les déplacements débutent après le passage du tunnelier sous la section. Les 2 ancrages montrent alors un raccourcissement entre le point d'ancrage et la tête de l'extensomètre E3, de l'ordre de 0,15 mm, ce qui montre que le terrain au-dessus du tunnel est mis en compression durant cette phase. Ce mouvement s'inverse quand le front est situé à + 4,3 m pour l'ancrage E3-1 et à + 7,7 m pour E3-2. Quand le front est à + 11,5 m, les mesures montrent que le sol situé entre les ancrages E3-1 et E3-2 est légèrement en compression alors que le sol sous la surface est revenu à sa position initiale. Alors que le tunnelier est à l'arrêt, 11,5 m après la section, pour la mise en place de l'anneau de voussoirs, l'ancrage E3-1 subit un allongement, suivi peu de temps après par un raccourcissement de E3-2.

### 2.2.5. Inclinomètres

Les résultats présentés tiennent compte d'une correction du vrillage. Le vrillage du tube I2 sous 12 m est pris comme constant avec la profondeur, et égal à la valeur déterminée à 12 m de profondeur.

Avant même le passage du front au niveau des instruments de la section de mesure, l'inclinomètre I3 montre un mouvement transversal de convergence vers le tunnelier (Figure 128), déplacement qui atteint 3 mm à la mesure à – 2 m. Ce mouvement de convergence s'amplifie des deux côtés durant le passage du bouclier, et semble stabilisé rapidement. A gauche du tunnel, l'inclinomètre I1 ne montre des déplacements horizontaux qu'à partir de la mesure à + 5 m.

La profondeur exceptionnelle de I1 (20 m sous le radier) a permis de mesurer un déplacement horizontal compris entre -0,35 et 0,62 mm un diamètre sous le radier. Ce déplacement est inférieur à l'incertitude sur la mesure inclinométrique, ce qui justifie l'hypothèse de point fixe horizontalement 1 diamètre sous le radier.
<figure><img src="image_137.png" /><figcaption>Figure 126 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_138.png" /><figcaption>Figure 127 : Déplacements horizontaux longitudinaux pour le tube I2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_139.png" /><figcaption>Figure 128 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I3</figcaption></figure>
### 2.2.6. Mesures de déformation horizontale

Les déformations horizontales subies par la surface du terrain au cours du passage du tunnelier ont été mesurées au moyen de supports de distomatic positionnés sur des tiges enfoncées par battage jusqu'à environ 1 m de profondeur.

La Figure 129 présente les déformations horizontales mesurées à partir des repères de la section transversale à différents moments du passage du tunnelier (repères D1 à D7 sur la Figure 121). La déformation horizontale pour chaque intervalle est placée à une distance à l'axe égale à la distance à l'axe du milieu de l'intervalle. Par convention, une déformation négative correspond à un raccourcissement, c'est-à-dire à une compression.

<figure><img src="image_140.png" /><figcaption>Figure 129 : Déformation horizontale transversale de surface</figcaption></figure>

On remarque une dissymétrie des mouvements horizontaux au cours du passage du tunnelier de part et d'autre de l'axe du tunnel. Ainsi, les mesures effectuées entre – 6 m et + 11 m montrent que du côté droit du tunnel, les terrains subissent un raccourcissement progressif, alors que du côté gauche, la zone d'élongation atteint 10 m de large.

Les mesures jusqu'à + 6 m montrent que la distance D1-D2 ne change pas, ce qui indique que ces 2 points sont fixes. Passée cette mesure, et dès la mesure à + 11 m, la distance entre D1 et D2 augmente, cette zone est en extension. Ainsi, on observe une progression latérale des mouvements horizontaux pendant le passage du tunnelier.

Néanmoins, les déformations mesurées restent limitées à 50µm/m en extension et à 100µm/m en compression. En se basant sur les travaux de Boscardin et al. (1989), présentés dans le chapitre 1, paragraphe 2.3.2, cette extension maximale serait absolument sans dommage pour un bâtiment.

A partir des mesures de déplacements horizontaux, on détermine les zones de compression et d'extension, zones présentées sur le graphique inférieur de la Figure 130. Sur ce graphique, les repères sont placés dans leur position initiale (en haut), puis dans leur position lors de la mesure à + 11 m (au milieu) et enfin dans leur position finale (tunnelier à + 300 m - en bas).
Ce graphique permet de bien repérer les zones d'extension et de compression autour de l'axe du tunnel.

<figure><img src="image_141.png" /><figcaption>Figure 130 : Cuvette transversale mesurée à +5,7 m et zones d'extension et de compression en surface pour 2 positions du tunnelier (front à + 11 m et front à + 300 m)</figcaption></figure>

Les zones de compression et d'extension sont conformes à la cuvette de soulèvement mesurée (graphique supérieur, Figure 130) : les soulèvements côté gauche de l'axe induisent des extensions horizontales ; la dissymétrie de la cuvette se retrouve sur les zones d'extension – compression à + 11 m.

On peut aussi comparer ces résultats de déformations horizontales aux mesures en têtes d'inclinomètre. En supposant le repère central D5 fixe, les mesures de déformations horizontales donnent un déplacement du repère D4 dirigé à l'opposé de l'axe du tunnel, et d'amplitude comprise entre 0,08 mm et 0,16 mm lorsque le front du tunnelier est situé entre -9 et + 11 m des repères distomatic ; le déplacement D6 est lui dirigé vers l'axe et d'amplitude 0,035 à 0,17 mm. Ces valeurs sont bien inférieures aux déplacements mesurés en tête des inclinomètres I1 et I3, ce qui s'explique essentiellement par l'incertitude sur ces mesures (voir le paragraphe 1.1.3).

### 2.2.7. Pressions interstitielles

Deux capteurs de pression interstitielle ont été positionnés au niveau de la section (voir la Figure 121). Le capteur CPI 1 est situé juste au-dessus de la clé du tunnel ; il reste donc en service après le passage du tunnelier. Le capteur CPI 2, est lui positionné au niveau de l'axe du tunnel, 1 m en aval de CPI 1, et est détruit au passage du tunnelier.
Ce paragraphe présente l'évolution des pressions interstitielles des deux capteurs, en fonction du temps durant le creusement au tunnelier. Une valeur positive correspond à une augmentation de la pression interstitielle.

La mesure de référence est établie le 17 février 2004 à 12h35, soit quand le front du tunnelier est positionné 290 m avant la section.

Le passage du tunnelier au niveau des capteurs de pression est marqué par des variations de fortes amplitudes (de – 80 kPa à + 140 kPa). Avant ce passage, les pressions des 2 capteurs évoluent de façon similaire avec de faibles amplitudes dans un mouvement sinusoïdal (voir Figure 131). On repère ainsi que les phases de creusement du tunnelier sont accompagnées d'une diminution des pressions interstitielles ; les phases d'arrêt permettent un retour vers l'état initial de ces pressions (une coupure de la liaison informatique du 20 février à 18h jusqu'au 24 février 14h nous empêchent de savoir comment le tunnelier a progressé pendant cet intervalle de temps, néanmoins on sait que pendant ce laps de temps, un arrêt du tunnelier a été respecté pendant le weekend, au minimum du 21 février 6h au 23 février 6h).

Après l'arrivée du tunnelier en station, on observe une diminution de la pression du capteur CPI 1, qui correspond à la dissipation des surpressions engendrées par le passage de la machine.

<figure><img src="image_142.png" /><figcaption>Figure 131 : Variation de pression interstitielle - zoom</figcaption></figure>

La Figure 132 est un zoom plus centré sur la durée de passage du tunnelier sous les capteurs de pression interstitielle. On fait apparaître sur cette figure les phases d'excavation du tunnelier. L'arrivée du tunnelier se fait sentir environ 7 m avant. A ce moment là, les capteurs enregistrent une diminution des pressions, qui peut être reliée à une décompression globale horizontale. Quand le front est à environ 3 m de chaque capteur, la tendance s'inverse et on enregistre une augmentation globale des pressions, en dent de scie (avec des phases d'augmentation et des phases de diminution). Cette mise en surpression est probablement due à la pression de confinement appliquée au front de l'excavation. Cette augmentation dure jusqu'à ce que le tunnelier passe sous le capteur CPI 1, ou jusqu'à ce que le capteur CPI 2 se fasse « avaler ».

Ensuite, le capteur CPI 1 enregistre un retour vers l'état initial de la pression correspondante, jusqu'à la fin de l'excavation de l'anneau 2578, soit quand le front du tunnelier est à + 4,20 m du capteur. On mesure alors la dissipation de la surpression initiée par le passage du front.
<figure><img src="image_143.png" /><figcaption>Figure 132 : Variations de pression interstitielle au cours du passage du tunnelier sous les capteurs</figcaption></figure>

A partir du moment où le front a dépassé le capteur CPI 1 de 4,20 m (anneau 2578), la pression mesurée par celui-ci évolue à nouveau en dent de scie. La Figure 133 présente un zoom des variations de la pression interstitielle mesurée par le capteur CPI 1 à partir de cette date, ainsi que les phases d'excavation et de pose de l'anneau. On repère que l'excavation-injection (les 2 actions se déroulant simultanément) est accompagnée d'une diminution de la pression interstitielle, puis que cette pression subit souvent une rapide augmentation juste à la fin de cette phase. Ce phénomène peut être lié à la poursuite de l'injection d'un volume important de mortier alors que la vitesse d'excavation diminue. Les phases de pose du revêtement sont accompagnées d'une diminution de la surpression accumulée.

Au début de l'excavation de l'anneau 2585, les injections ne se sont pas mises en route ; à ce moment là, les pipes d'injections sont situées 3 m après le capteur CPI 1 et on observe très clairement un large développement d'une sous-pression alors qu'environ 30 cm de terrain ont été excavé. Le démarrage des injections ramène rapidement la pression à une valeur normale. Après 15 m, l'influence des injections sur le capteur de pression CPI 1 est nulle.

<figure><img src="image_144.png" /><figcaption>Figure 133 : Variations de la pression interstitielle sur le capteur CPI 1 après le passage du front</figcaption></figure>
Ces mesures montrent bien que chaque phase d'arrêt du tunnelier (soit pour la pose du revêtement, soit pour des raisons techniques) permet la dissipation d'une importante partie des surpressions générées par l'excavation. Cette dissipation est relativement rapide : à la fin de l'excavation de l'anneau 2584, on mesure une surpression de 61 kPa, surpression quasiment nulle 2h15 plus tard.

### 2.2.8. Bilan des déplacements dans le massif de sol

Les figures ci-dessous présentent les déplacements totaux (vertical + horizontal) mesurés alors que le front du tunnelier est positionné 18 m après la section de mesure. Les déplacements verticaux absolus sont calculés à partir de la mesure de nivellement de surface.

<figure><img src="image_145.png" /><figcaption>Figure 134 : Déplacements totaux lorsque le tunnelier est 18 m après la section – déplacements absolus verticaux calculés à partir des mesures de nivellement</figcaption></figure>

Les déplacements verticaux sont très faibles ; les déplacements horizontaux sont concentrés au niveau du tunnel et atteignent 3,5 mm de convergence. Le terrain au-dessus du tunnel montre un soulèvement de même amplitude sur les 2 ancrages et en surface, ce qui montre le mouvement en bloc du terrain à ce niveau.

On retrouve le mouvement de convergence horizontale associé au soulèvement mis en évidence sur la section S22 Castéra.
2.2.9. Paramètres tunnelier

Sur l'intervalle [-20 m ; +50 m], certains paramètres de fonctionnement du tunnelier présentent des variations non négligeables. La Figure 135 présente l'évolution de la pression de confinement mesurée par le capteur en clé du tunnel divisée par la contrainte verticale initiale en clé, en fonction du numéro d'anneau (la section étant située à l'anneau 2579). On remarque que cette pression adimensionnelle est quasiment constante jusqu'à l'anneau 2598 ; ensuite cette pression au front est plus forte, et moins stable.

La Figure 136 présente l'évolution de la pression moyenne d'injection divisée par la contrainte verticale initiale en clé, en fonction du numéro d'anneau. Cette pression adimensionnelle varie entre 0,6 et 1,2, de manière sinusoïdale. En observant une à une les pressions d'injections des 4 lignes, on vérifie que ces variations sinusoïdales sont effectives sur toutes les lignes.

<figure><img src="image_146.png" /><figcaption>Figure 135 : Evolution de la pression de confinement adimensionnée sur l'intervalle [-20 m ; +50 m] (valeur moyennée par anneau)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_147.png" /><figcaption>Figure 136 : Evolution de la pression d'injection adimensionnée sur l'intervalle [-20m ; +50m] (valeur moyennée par anneau)</figcaption></figure>

Le tableau ci-dessous donne les valeurs moyennes de différents paramètres sur l'intervalle considéré. Pour la pression de confinement, cette moyenne est calculée de l'anneau 2562 à l'anneau 2598.
<table><caption>Tableau 17 : Valeurs moyennes des paramètres tunneliers autour de la section S23 - Compans</caption><thead><tr><th></th><th>Valeur moyenne</th><th>Ecart type /<br>moyenne</th></tr></thead><tbody><tr><td>Pression de confinement / σ<sub>v0</sub></td><td>0,38</td><td>0,05</td></tr><tr><td>Vitesse d'avancement / vitesse moyenne</td><td>1,07</td><td>0,10</td></tr><tr><td>Poussée totale des vérins / (surface d'excavation x σ<sub>v0</sub>)</td><td>2,78</td><td>0,06</td></tr><tr><td>Nombre de coups de pompe de mortier /<br>nombre théorique</td><td>1,31</td><td>0,24</td></tr><tr><td>Pression d'injection de mortier / σ<sub>v0</sub></td><td>0,88</td><td>0,18</td></tr></tbody></table>

σ<sub>v0</sub> : contrainte verticale initiale

Les écarts types des données d'injection (nombre de coups de pompe et pression d'injection) reflètent les variations observées sur la Figure 136. Néanmoins, le nombre de coups de pompe, supérieur au nombre théorique, et la pression d'injection, inférieure à la contrainte verticale initiale en clé, forment un « bon couple » pour stabiliser les déplacements, puisque l'on a vu, à partir des mesures, que les déplacements verticaux et horizontaux du massif de sol étaient stabilisés rapidement après les injections.

Au vu des très faibles mouvements mesurés en avant du front, on se serait attendu à une pression de confinement plus forte.

La Figure 137 présente les mesures de la pression de confinement en fonction du temps. On voit que cette pression ne subit que peu de variations entre les phases d'excavation, de pose des voussoirs et d'arrêt.

<figure><img src="image_148.png" /><figcaption>Figure 137 : Evolution de la pression de confinement en fonction du temps</figcaption></figure>
2.2.10. Conclusion

Les mouvements mis en évidence sur cette section excavée au tunnelier à pression de terre du lot 2 sont similaires à ceux de la section précédente du même lot (section Castéra) : on trouve à nouveau des mouvements horizontaux de convergence associés à des soulèvements.

Les mesures de pressions interstitielles montrent une corrélation importante entre les variations de pression et les phases d'excavation – injection. On note aussi le rapide retour à la normale de ces pressions durant les phases de pose des voussoirs ou d'arrêt de la machine.

Des mesures de déplacements horizontaux en surface ont pu être réalisées dans cet environnement non bâti. On repère la cohérence entre ces mesures et les déplacements verticaux mesurés par nivellement. Dans tous les cas, les déformations horizontales restent sans danger pour les structures.

Les mesures de déplacements horizontaux et verticaux, ainsi que les mesures de pressions interstitielles indiquent une diminution notable des contraintes tangentielles lors de l'excavation au tunnelier, ce qui induit une augmentation de la contrainte verticale et une diminution de la contrainte horizontale au niveau du tunnel. Ceci résulte en une mise en compression des terrains au-dessus du tunnel, d'où un soulèvement en surface, et une décompression horizontale, d'où la convergence des terrains.
## 2.3. Section S54 Devic

### 2.3.1. Description de la section

La quatrième section du lot 5 se situe dans le quartier résidentiel Saint Agne, au sud de Toulouse (voir la localisation de la section sur les figures en Annexe 8). Son environnement est constitué d'un ensemble pavillonnaire récent. La section de mesure est positionnée sur le trottoir d'une rue peu fréquentée, à proximité de jardins et de pavillons.

A proximité de la section, 2 sondages ont été réalisés (voir la Figure 139 ci-dessous et la figure en Annexe 8) ; ils montrent que :

- les terrains sont essentiellement à dominante argileuse (horizons M1, M2 et M3, suivant la dénomination du projet, voir chapitre 3),

- le sondage SCB1041, à 55 m en amont de la section, montre une importante couche de sable fin à moyen (M5) de 6,5 m d'épaisseur en clé du tunnel,

- le niveau de la nappe a été reconnu à 2 m sous le TN.

Le tunnel du lot 5 est réalisé au moyen d'un tunnelier à pression de terre. Sur ce tunnelier, les injections sont réalisées par 2 lignes en partie haute. Cette section se situe sur la quatrième interstation. Au droit de la section, l'axe du tunnel est à 17,3 m de profondeur. La couverture de terrain au-dessus du tunnel est de 13,5 m, dont 10 m de molasse.

### 2.3.2. Description de l'instrumentation

L'instrumentation mise en place sur cette section est constituée de (voir les figures ci-dessous) :

- 5 extensomètres de forage multipoints (T1 à T5),

- 3 inclinomètres (I1 à I3),

- un nivellement des têtes d'extensomètre et de repères sur chaussée et sur bâti.

<figure><img src="image_149.png" /><figcaption>Figure 138 : Implantation des repères topographiques et des forages instrumentés</figcaption></figure>
<figure><img src="image_150.png" /><figcaption>Figure 139 : Instrumentation de la section S54 – Devic</figcaption></figure>

<figure><img src="image_151.png" /><figcaption>Figure 140 : Implantation des forages instrumentés</figcaption></figure>
Du fait de la présence de réseaux, il n'a pas été possible de positionner l'extensomètre et l'inclinomètre centraux dans l'axe du tunnel. Ces deux instruments sont donc décalés de 1 m sur la gauche. Les extensomètres et les inclinomètres latéraux sont situés à égale distance des piédroits du tunnel.

Du fait de l'obliquité de la section de mesure par rapport à l'axe du tracé, les 3 forages inclinométriques et les cinq forages extensométriques ne sont pas positionnés aux mêmes PM.

### 2.3.3. Nivellement de surface

La mesure de référence est établie par une moyenne de 3 mesures réalisées entre le 11 et le 19 août 2004, alors que le tunnelier était situé entre 40 et 8 m avant la section de mesure.

<figure><img src="image_152.png" /><figcaption>Figure 141 : Suivi altimétrique des têtes d'extensomètres en fonction de la distance au tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_153.png" /><figcaption>Figure 142 : Suivi altimétrique des têtes en fonction de la distance au tunnelier (entre -10 m et + 30 m)</figcaption></figure>
L'approche du tunnelier se traduit par un tassement de tous les points ; ce tassement atteint 0,7 à 1,2 mm lors de la mesure à -0,9 m. Après le passage du front, on mesure un léger soulèvement, puis les points tassent à nouveau, jusqu'à ce que le front soit 11,7 m après la section. A partir de + 12 m, on mesure un soulèvement progressif des points à long terme, difficilement attribuable à l'effet du creusement.

Les points de chaussée situés à proximité des têtes d'extensomètres montrent un comportement similaire à celles-ci. Le nivellement sur les points de chaussée 134 et 138 (voir Figure 138) n'est pas concluant : pour une raison de cohérence les repères sur les têtes d'extensomètre et sur chaussée ont été nivelés à partir d'une seule et même base. Il s'avère que pour les points 134 et 138, la distance de visée est trop importante pour assurer une bonne précision aux mesures.

La Figure 143 présente la cuvette transversale mesurée pour différentes positions du front du tunnelier. On remarque que l'ensemble des points se déplace d'une amplitude similaire, ce qui rend la cuvette beaucoup plus large que ce que l'on a observé sur les 2 sections précédemment étudiées.

<figure><img src="image_154.png" /><figcaption>Figure 143 : Cuvette transversale des mouvements des têtes d'extensomètres pour différentes positions du tunnelier</figcaption></figure>

### 2.3.4. Extensomètres de forage

Du fait de l'obliquité de la section de mesure avec l'axe du tunnel, les extensomètres ne sont pas positionnés sur le même PM, et par conséquent la tête du tunnelier ne passe pas à la même date au niveau de chacun de ceux-ci. Ainsi la tête du tunnelier arrive le 19 août à 11h50 au niveau de l'extensomètre T5, alors que la tête passe le 20 août à 16h50 sous l'extensomètre T1. La mesure de référence est prise le 19 août à 11h, soit quand le front du tunnelier était positionné 8 m avant la section de mesure.

Les amplitudes des mouvements relatifs sont faibles, ce qui les rend largement dépendantes de la température ; c'est pourquoi nous avons présenté sur les graphiques suivants la température mesurée dans la centrale de mesure en plus de l'évolution des altitudes des points. Comparé aux autres sections, la température entre ici en jeu car le passage de la section s'étant déroulé à la fin du mois d'août les variations entre le jour et la nuit sont importantes.
Déplacements relatifs

Suite à un défaut dans le système de mesure, les mesures effectuées sur les extensomètres T4 et T5 sont inexploitables. Les mouvements mesurés sur les ancrages T1 et T3 durant le passage du tunnelier sont faibles, ce qui démontre un mouvement de la partie haute du massif identique au mouvement de la surface (ces mesures sont présentées en Annexe 8).
Les mesures obtenues pour l'extensomètre T2 sont présentées ci-dessous.

<figure><img src="image_155.png" /><figcaption>Figure 144 : Evolution des déplacements relatifs de T2 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_156.png" /><figcaption>Figure 145 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages T2-2, T2-3 et T2-4 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>
L'ancrage T2-1 montre un mouvement relatif important (Figure 144), cohérent avec l'hypothèse de point fixe de cet ancrage compte tenu des mesures de nivellement sur la tête de l'extensomètre T2 ; mais ce mouvement s'initie quand le front est 3,4 m après la section, alors que les mesures de surface montrent un tassement avant le passage sous la section.

A l'approche du front, l'ancrage T2-2 montre un raccourcissement de sa distance avec la tête d'extensomètre, d'amplitude 0,4 mm (Figure 145), tandis que les déplacements des autres ancrages sont faibles, ce qui montre une mise en compression du terrain situé dans la partie supérieure du tunnel, entre 12 et 17 m de profondeur.

L'essentiel des mouvements est mesuré pendant le passage du bouclier au niveau des instruments de mesure. Les mouvements des différents ancrages permettent de définir les zones de compression et d'extension résumées sur la Figure 146.

<figure><img src="image_157.png" /><figcaption>Figure 146 : Déplacements relatifs des ancrages pendant le passage du bouclier</figcaption></figure>

Environ 5 m après l'extraction de la jupe, les ancrages T2-2 et T2-3 montrent un raccourcissement, synonyme d'un phénomène de compression du terrain situé entre l'ancrage T2-2 et l'ancrage T2-4.

La Figure 147 présente l'évolution des déplacements de l'extensomètre T3 en parallèle des phases de creusement. On repère ainsi que jusqu'au 20 août 15h, soit quand le tunnelier est plus de 5 m après l'extensomètre, l'évolution des déplacements des 2 ancrages pendant les phases de creusement et entre 2 phases de creusement est variable ; mais après cette date, soit quand le tunnelier est à moins de 3,5 m de l'échappement de la jupe et jusqu'au 21 août à 5h, soit quand le tunnelier est 5 m après cet échappement, chaque phase de creusement est marqué par un raccourcissement mesuré par les ancrages suivi d'une élongation. Les mouvements entre les phases de creusement sont quasi nuls. Cet enchaînement est bien marqué pour l'ancrage T3-1, et un peu moins pour l'ancrage T3-2 sur lequel on remarque parfois un décalage dans le temps et une amplitude moins grande en général.
Cette évolution des mouvements avec les phases de creusement est aussi visible à partir des mesures de l'extensomètre T2, sur les ancrages T2-2 et T2-3, par contre l'amplitude est moins importante. Ces mouvements ne sont pas visibles sur T2-1 et T2-4, ni sur les ancrages de l'extensomètre T1.

Ces observations permettent d'évaluer la zone d'influence des injections sur le terrain environnant.

<figure><img src="image_158.png" /><figcaption>Figure 147 : Evolution des déplacements relatifs de l'extensomètre T3 en fonction du temps - mise en évidence de l'influence des phases d'excavation</figcaption></figure>

La Figure 148 présente ce dernier phénomène en zoomant sur les déplacements de l'ancrage T3-1 entre le 20 août 22h (tunnelier à +9,5 m par rapport à l'extensomètre) et le 21 août 4h30 (tunnelier à +13,8 m) ; on présente aussi sur cette figure l'évolution de l'excavation (longueur forée) et de l'injection (nombre de coups de pompe).

Les deux premières phases d'excavation se déroulent normalement. On repère bien le raccourcissement de la distance entre l'ancrage et la tête d'extensomètre au début de la phase d'excavation, suivi par une elongation qui fait revenir l'ancrage proche de sa position précédente. On ne remarque pas d'influence particulière de l'injection discontinue du premier anneau par rapport à l'injection continue du deuxième.

L'anneau qui suit a été excavé en 2 fois : au départ, seul 222 mm ont été excavés, avec l'injection de seulement 36 coups de pompe, et on observe alors le raccourcissement de l'ancrage T3-1 ; puis l'excavation est stoppée. Pendant ce temps d'arrêt la position de l'ancrage T3-1 reste stable. L'excavation reprend 2 heures plus tard et on observe alors à nouveau un raccourcissement rapidement suivi d'une elongation.

Ces observations permettent de comprendre à quel phénomène est lié le mouvement de l'ancrage : durant l'excavation, les vérins de poussée prennent appui sur les anneaux du revêtement et appliquent donc une force sur ceux-ci. On a vu, à partir des mesures sur les jauges placées dans le revêtement sur la section S22 Castéra, que cette poussée des vérins se traduisait par une extension des voussoirs de l'anneau, spécialement en voûte, ce qui entraîne une « remontée » des terrains proches de la clé du tunnel ; quand l'excavation progresse, c'est la création du vide annulaire, rempli plus ou moins vite par les injections, qui induit une « descente » de ces mêmes terrains.
<figure><img src="image_159.png" /><figcaption>Figure 148 : Evolution du déplacement relatif de l'ancrage T3-1 de l'extensomètre T3 en fonction du temps - mise en évidence de l'influence des phases d'excavation et d'injection</figcaption></figure>

Déplacements absolus

Les déplacements absolus des ancrages des extensomètres peuvent être calculés de 2 façons :
soit en ajoutant aux déplacements relatifs le déplacement de la tête mesuré par nivellement,
soit, pour les extensomètres latéraux, en considérant les ancrages les plus profonds (T2-1 et
T4-1) comme fixes. Nous présentons ici les résultats obtenus avec chacune de ces méthodes.

La Figure 149 présente les déplacements absolus de l'extensomètre T2, calculés en supposant
l'ancrage profond fixe.

<figure><img src="image_160.png" /><figcaption>Figure 149 : Déplacements absolus des ancrages de l'extensomètre T2 calculés en supposant l'ancrage T2-1 fixe</figcaption></figure>
Sur la base de ce calcul, les tassements sont initiés 3,40 m après le passage du front, et sont stabilisés peu de temps après l'extraction de la jupe, du fait des injections. Tous les ancrages présentent un comportement similaire, mis à part T2-2 qui montre un léger soulèvement 5 m après l'extraction de la jupe.

Avec cette hypothèse d'ancrage T2-1 fixe, les mouvements de la surface sont bien différents des mesures de nivellement réalisées pendant le passage du tunnelier, puisqu'on ne retrouve pas le tassement initié avant le passage du front.

La Figure 150 présente les déplacements absolus calculés en tenant compte des mesures de nivellement de la tête de l'extensomètre T2.

<figure><img src="image_161.png" /><figcaption>Figure 150 : Déplacements absolus des ancrages de l'extensomètre T2 calculés à partir des mesures de nivellement de la tête et de la surface</figcaption></figure>

Avec ce type d'hypothèse, l'ancrage profond T2-1 tasse de 1 mm avant de se soulever ; ce tassement semble difficilement concevable, la modélisation numérique présentée à la fin de ce chapitre (paragraphe 4.3) justifie par contre le soulèvement. L'extraction de la jupe s'accompagne du soulèvement de tous les ancrages.

Suite à ces différents calculs et à leur analyse, on pense que les mouvements « réels » des ancrages et de la tête de l'extensomètre T2 sont compris entre ces 2 calculs.

### 2.3.5. Inclinomètres

Il n'a pas été possible de réaliser la mesure de vrillage des tubes. Les résultats présentés ici sont donc des résultats bruts.
<figure><img src="image_162.png" /><figcaption>Figure 151 : Déplacements horizontaux transversaux dans le tube I1</figcaption></figure>

<figure><img src="image_163.png" /><figcaption>Figure 152 : Déplacements horizontaux transversaux dans le tube I3</figcaption></figure>

<figure><img src="image_164.png" /><figcaption>Figure 153 : Déplacements horizontaux longitudinaux dans le tube I2</figcaption></figure>
L'approche du tunnelier est visible par un mouvement de convergence transversale sur l'inclinomètre I3, d'amplitude 2,4 mm lors de la mesure à – 2 m (Figure 152). On repère aussi un léger mouvement longitudinal sur l'inclinomètre I2 (Figure 153).

Le mouvement de convergence transversale se poursuit pendant le passage du bouclier, l'extraction de la jupe et les injections ; la stabilisation semble atteinte à + 30 m (le cisaillement au pied du tube de 3 mm lors de la mesure à + 15 jours sur I3 est difficilement explicable à ce moment des travaux).

### 2.3.6. Nivellement sur bâti

Plusieurs repères, positionnés sur les pavillons autour de la section, permettent de mesurer l'impact du creusement sur les bâtiments. Ces repères sont numérotés 11 à 13, 201-202 et 92-93 (voir Figure 138).

Les repères 11 à 13 et 201-202 sont situés de part et d'autre du tunnel ; les repères 92-93 sont proches de l'axe. Les repères 11 à 13 sont positionnés sur une maison individuelle, 92-93 sur un bâtiment R+2, et 201-202 sur un bâtiment R+3 plus long.

Le suivi altimétrique sur ces points est présenté sur la Figure 154 pour les repères 11 à 13, sur la Figure 155 pour les repères 201 et 202 et sur la Figure 156 pour les repères 92 et 93. Sur ces figures, l'évolution des points est présentée en fonction de la distance entre le front du tunnelier et la section de mesure étudiée précédemment. Les repères n'étant pas situés sur cette section, le passage du tunnelier à leur niveau ne se fait pas au « zéro » de l'axe des abscisses, mais à différentes positions en amont ou en aval.

<figure><img src="image_165.png" /><figcaption>Figure 154 : Suivi altimétrique des points 11 à 13 sur bâti</figcaption></figure>
<figure><img src="image_166.png" /><figcaption>Figure 155 : Suivi altimétrique des points 201 et 202 sur bâti</figcaption></figure>

<figure><img src="image_167.png" /><figcaption>Figure 156 : Suivi altimétrique des points 92 et 93 sur bâti</figcaption></figure>

Ces 3 figures montrent un comportement similaire des points sur bâti : les tassements sont initiés avant le passage du front du tunnelier sous les points de mesure. Ces tassements sont plus faibles pour les bâtiments plus éloignés de l'axe du tunnel. On mesure au maximum 2,3 mm de tassement pour le repère 92. Les points sont stabilisés rapidement.

Un point particulier intéressant est que, bien que les points de mesure soient situés à des distances différentes de l'axe du tunnelier, ils tassent tous globalement de la même amplitude au même moment ; ceci indique un comportement rigide des maisons, compatible avec la structure en béton armé de celles-ci.
Au final, un tassement global de 1,5 à 2 mm est mesuré pour les repères 11 à 13 ; ce tassement est similaire au tassement mesuré sur la tête d'extensomètre T1, situé à la même distance de l'axe. Pour les repères 201 et 202, le tassement final atteint 1,5 mm. Les repères 92 et 93 donnent au final un tassement de 1,6 mm et de 1,3 mm respectivement. Ces déplacements sont supérieurs aux tassements mesurés sur la tête d'extensomètre T3 et sur le repère 136 (0,8 à 0,9 mm), situés à même distance de l'axe du tunnel que les points 92 et 93 ; ainsi, la présence du bâtiment semble accentuer les tassements à l'aplomb du tunnel.

### 2.3.7. Bilan des déplacements dans le massif de sol

Les figures suivantes présentent les déplacements totaux (verticaux + horizontaux) calculés pour différentes positions du tunnelier à partir des mesures des extensomètres et des inclinomètres. Les déplacements verticaux absolus de T2 sont calculés 1) à partir de la mesure de nivellement de la tête d'extensomètre – 2) en supposant l'ancrage profond T2-1 fixe ; dans l'hypothèse de l'ancrage profond fixe, les déplacements de T3 sont calculés à partir des mouvements de la tête T2 et de la forme de la cuvette de déplacement établie par nivellement. Les déplacements verticaux de T4 n'ayant pas été mesurés (défaut d'installation) nous avons seulement indiqué les déplacements horizontaux.

<figure><img src="image_168.png" /><figcaption>Figure 157 : Déplacements totaux au moment du passage du front du tunnelier sous la section de mesure</figcaption></figure>
<figure><img src="image_169.png" /><figcaption>Figure 158 : Déplacements totaux à l'extraction de la jupe</figcaption></figure>

<figure><img src="image_170.png" /><figcaption>Figure 159 : Déplacements totaux lorsque le front du tunnelier est positionné 30 m après la section</figcaption></figure>
Au passage du front (Figure 157), on mesure à la fois des tassements dans tout le massif (ou de très faibles soulèvements), alors que le mouvement de convergence est déjà initié du côté droit. L'extraction de la jupe (Figure 158) est accompagnée de mouvements convergents importants (mouvements horizontaux et verticaux). Les injections stabilisent ces mouvements et entraînent même une diminution de ces tassements.

A l'aplomb du tunnel, les mouvements sont d'amplitude similaire pour les 2 ancrages et pour la surface. On a donc ici un mouvement de bloc du massif.

### 2.3.8. Paramètres tunnelier

Durant l'intervalle [-20 m ; +50 m], la pression de confinement et la pression d'injection adimensionnelles présentent des variations.

La Figure 160 présente l'évolution de la pression de confinement mesurée par le capteur en clé du tunnel divisée par la contrainte verticale initiale en clé, en fonction du numéro d'anneau (la section étant située à l'anneau 1824). On remarque que cette pression adimensionnelle varie largement de 0,4 à 0,7, et ces variations sont effectives d'un anneau à l'autre.

La Figure 161 présente l'évolution de la pression principale d'injection divisée par la contrainte verticale initiale en clé, en fonction du numéro d'anneau. On voit que cette pression a tendance à augmenter sur l'intervalle considéré.

<figure><img src="image_171.png" /><figcaption>Figure 160 : Evolution de la pression de confinement adimensionnelle sur l'intervalle [-20 m ; +50 m] (valeurs moyennées par anneau)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_172.png" /><figcaption>Figure 161 : Evolution de la pression d'injection adimensionnelle sur l'intervalle [-20 m; +50 m] (valeurs moyennées par anneau)</figcaption></figure>

Le tableau ci-dessous donne les valeurs moyennes et les écarts types de différents paramètres sur l'intervalle considéré.

<table><caption>Tableau 18 : Valeurs moyennes des paramètres tunneliers autour de la section S54 -Devic</caption><thead><tr><td></td><td>Valeur moyenne</td><td>Ecart type / moyenne</td></tr></thead><tbody><tr><td>Pression de confinement / σ<sub>v0</sub></td><td>0,59</td><td>0,17</td></tr><tr><td>Vitesse d'avancement / vitesse moyenne</td><td>0,57</td><td>0,18</td></tr><tr><td>Poussée totale des vérins / (surface d'excavation x σ<sub>v0</sub>)</td><td>6,59</td><td>0,09</td></tr><tr><td>Nombre de coups de pompe de mortier / nombre théorique</td><td>1</td><td>0,22</td></tr><tr><td>Pression d'injection de mortier / σ<sub>v0</sub></td><td>1,24</td><td>0,23</td></tr></tbody></table>

σ<sub>v0</sub> : contrainte verticale initiale

Comparés aux valeurs des paramètres tunneliers sur les sections du lot 2 (sections S22 Castéra et S23 Compans), on remarque ici des écarts types beaucoup plus importants quel que soit le paramètre considéré. Ces instabilités sont fatalement moins favorables à une minimisation des mouvements.

La Figure 162 présente l'évolution des mesures de pression de confinement en fonction du temps. Cette pression est très variable en fonction de la phase d'avancement du tunnelier. La Figure 163 correspond à un zoom de la figure précédente sur quelques anneaux seulement. Pendant les phases d'excavation, la pression est variable (entre 0,5 et 3,6 bars) ; pendant les phases de pose des voussoirs et d'arrêt du tunnelier, la pression au front n'est pas maintenue et elle chute. Cette observation constitue une explication aux importants tassements qui affectent l'ensemble du massif avant le passage du front.
<figure><img src="image_173.png" /><figcaption>Figure 162 : Evolution de la pression de confinement en fonction du temps</figcaption></figure>

<figure><img src="image_174.png" /><figcaption>Figure 163 : Evolution de la pression de confinement lors du passage du tunnelier sous la section de mesure</figcaption></figure>

### 2.3.9. Conclusion

L'analyse de l'ensemble des mesures réalisées sur cette section du lot 5, excavée au tunnelier à pression de terre, montre la superposition de 2 mouvements : un tassement global, qui peut être expliqué par la chute importante de la pression de confinement pendant les phases de pose des voussoirs et d'arrêt du tunnelier, auquel s'ajoute des déplacements verticaux et horizontaux similaires aux déplacements déjà mis en évidence lors de l'étude des sections de mesures du lot 2.

On peut donc admettre que les terrains subissent ici les mêmes influences liées à la diminution des contraintes tangentielles au niveau du contact sol – structure, mais que le défaut de maintien du front lors des phases d'arrêt induit un tassement supplémentaire.
# 3. MOUVEMENTS MESURES SUR LA SECTION S43 EXCAVEE AU TUNNELIER A PRESSION DE BOUE

## 3.1. Description de la section

La troisième section du lot 4 (section S43) se situe Place du Salin dans le centre historique de Toulouse (voir la localisation de la section sur la figure en Annexe 9). Les constructions existantes sont anciennes à très anciennes (du 17ème au début du 20ème siècle).

Trois sondages ont été effectués à proximité de la section de mesure (voir Figure 164 et la figure en Annexe 9). Il ressort que :

- la molasse est argileuse (horizons M1, M2 et M3 suivant la dénomination du projet, voir chapitre 3) d'après les sondages SCB1203 et SCB51. Par contre le sondage SCB52, plus éloigné, montre une très importante couche de sable fin à moyen (M5) au-dessus du tunnel,

- le niveau de la nappe a été reconnu à 4,70 m sous le TN.

Le tunnel du lot 4 est réalisé au moyen d'un tunnelier à pression de boue. Les injections sont réalisées par les 4 lignes situées en partie supérieure du bouclier.

Cette section se situe sur la quatrième interstation du lot, le tunnelier ayant déjà parcouru près de 2600 m depuis son démarrage.

Au droit de la section, l'axe du tunnel est à 22,30 m de profondeur. La couverture de terrain au-dessus du tunnel atteint donc 18,40 m, dont seulement 10,60 m de molasse.

## 3.2. Description de l'instrumentation

L'instrumentation mise en place sur cette section est constituée de (voir Figure 164) :

- 4 extensomètres de forages multipoints (E2 à E5),

- 3 inclinomètres (I1 à I3),

- un nivellement des têtes d'extensomètres,

- des extensomètres à cordes vibrantes en voussoirs.

Du fait de la présence du bâti, seuls 4 forages extensométriques ont pu être installés. La position de ces forages est indiquée sur la Figure 165.
<figure><img src="image_175.png" /><figcaption>Figure 164 : Instrumentation de la section S43 – Salin</figcaption></figure>

<figure><img src="image_176.png" /><figcaption>Figure 165 : Implantation des extensomètres en forage (E) et des inclinomètres (I)</figcaption></figure>
3.3. Nivellement de surface

La mesure de référence est établie par une moyenne des mesures du 24 novembre 2003 à 14h30 et du 25 novembre 2003 17h30, alors que le tunnelier était situé respectivement à 20 m et à 13 m de la section.

<figure><img src="image_177.png" /><figcaption>Figure 166 : Suivi altimétrique des têtes d'extensomètres en fonction de la distance au tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_178.png" /><figcaption>Figure 167 : Suivi altimétrique des têtes d'extensomètres en fonction de la distance au tunnelier (entre -10 m et + 30 m)</figcaption></figure>
A l'approche du front, l'ensemble des points enregistrent un soulèvement de 0,25 à 0,45 mm. Suite au passage du front, les mouvements sont tout d'abord stabilisés, puis un tassement est mesuré à partir de la mesure à + 15 m, tassement d'amplitude similaire sur toutes les têtes.

La Figure 168 présente la forme de la cuvette transversale des déplacements pour différentes positions du front du tunnelier par rapport à la section de mesure. On repère bien la cuvette maximale de soulèvement, qui prend la forme d'une courbe de Gauss inversée, de caractéristique Smax = 0,63 mm et i = 8 m du côté sans bâtiment, soit un « gain » de volume de 0,03 % du volume excavé. Suite à ce soulèvement, le tassement est d'amplitude quasi-uniforme sur tous les points.

<figure><img src="image_179.png" /><figcaption>Figure 168 : Cuvette transversale des déplacements mesurés en surface sur les têtes d'extensomètres</figcaption></figure>

## 3.4. Extensomètres de forage

Compte tenu de la position de la section de mesure, les extensomètres latéraux ne sont pas positionnés à la même distance de l'axe du tunnel : l'extensomètre E2, côté gauche, est à 6,60 m de l'axe, et l'extensomètre E4 est à 7,10 m à droite.

La mesure de référence est établie le 25 novembre à 17h30, soit quand le front du tunnelier est positionné 13 m en amont de la section.

Les mesures sur les extensomètres E4 et E5 ne montrent pas de mouvement significatif des différents ancrages au cours du passage du tunnelier sous la section de mesure. Les écarts entre les têtes d'extensomètres et les ancrages restent nuls, ce qui signifie que les différents ancrages ont bougé de manière identique en temps et en amplitude avec chacune des têtes. Ces mesures sont présentées en Annexe 9.

Nous présentons ci-dessous les déplacements relatifs mesurés sur les ancrages des extensomètres E2 et E3.
<figure><img src="image_180.png" /><figcaption>Figure 169 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E2 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_181.png" /><figcaption>Figure 170 : Evolution des déplacements relatifs des ancrages de E3 au cours du passage du tunnelier</figcaption></figure>

La majorité des mouvements des ancrages est mesurée pendant le passage du bouclier. Les ancrages de E2 montrent un raccourcissement pendant cette phase, raccourcissement maximal pour l'ancrage E2-3, ce qui montre une zone en extension au niveau de la demi-section supérieure du tunnel, et une zone en compression entre les ancrages E2-3 et E2-4, comme indiqué sur la Figure 171.
Ce mouvement est suivi d'une élongation d'autant plus importante que l'amplitude du raccourcissement a été forte.

L'ancrage E3-2 enregistre une compression du terrain au-dessus du tunnel associée à l'extraction de la jupe, puis un retour à l'état initial.

A + 12 m, on enregistre un raccourcissement sur les têtes E2-1, E2-2 et E2-4. Sur les autres ancrages (E2-3, E3-1 et E3-2), les mouvements sont stabilisés dès l'échappement de la jupe.

L'état de compression du massif 36 h après le passage du front est indiqué sur la Figure 172.

<figure><img src="image_182.png" /><figcaption>Figure 171 : Déplacements relatifs des ancrages lorsque le front est 2 m après la section</figcaption></figure>

<figure><img src="image_183.png" /><figcaption>Figure 172 : Déplacements relatifs des ancrages 36h après le passage du front</figcaption></figure>

## 3.5. Inclinomètres

Les résultats présentés tiennent compte d'une correction du vrillage. La mesure de vrillage dans le tube I2 n'étant pas possible, nous avons supposé que ce tube n'était pas vrillé.

Des problèmes de scellement du tube I1 rendent les mesures de cet inclinomètre inexploitables ; nous ne présentons donc ici que les résultats des inclinomètres I2 et I3.

Néanmoins, la qualité des mesures est moyenne et les résultats par conséquent peu exploitables.
<figure><img src="image_184.png" /><figcaption>Figure 173 : Déplacements horizontaux longitudinaux pour le tube I2</figcaption></figure>

<figure><img src="image_185.png" /><figcaption>Figure 174 : Déplacements horizontaux transversaux pour le tube I3</figcaption></figure>

A l'approche du tunnelier, l'inclinomètre central I2 (Figure 173) montre une faible convergence des terrains vers le tunnel.

Les mouvements transversaux mesurés à partir de l'inclinomètre I3 sont eux aussi faibles en amplitude, mais affectent une hauteur importante de terrain.

L'amplitude de ces déplacements transversaux contraste avec ceux mesurés sur les sections excavées aux tunneliers à pression de terre. Ils sont en accord avec les déplacements relatifs quasi-nuls mesurés sur l'extensomètre E4 et les faibles mouvements mesurés en surface pour la tête. On peut supposer que les mouvements horizontaux qui auraient été mesurés par l'inclinomètre I1, côté gauche, auraient été plus importants, compte tenu des déplacements verticaux mesurés par l'extensomètre E2.

## 3.6. Déformations dans le revêtement

Sur cette section, six paires de jauges ont été installées (voir Figure 175).

La référence des mesures est prise juste avant la pose de l'anneau le 26/11/2003 à 23h30. Les mesures sont réalisées manuellement.

Comme dans le cas de la section S22 Castéra, le calcul des déformations moyennes montre ici des déformations plus importantes en clé qu'en radier. On attribue encore ce phénomène aux injections réalisées par les pipes situées en partie supérieure de l'anneau.

L'allure des déformations du revêtement présentée Figure 176 est déduite des informations qualitatives apportées par le calcul des différences des déformations.
<figure><img src="image_186.png" /><figcaption>Figure 175 : Implantation des jauges dans le revêtement - section S43 Salin</figcaption></figure>

<figure><img src="image_187.png" /><figcaption>Figure 176 : Allure des déformations du revêtement</figcaption></figure>

## 3.7. Bilan des déplacements dans le massif de sol

Les déplacements totaux sont présentés ci-dessous lorsque le front est 30 m après la section.

Les déplacements totaux verticaux sont calculés en tenant compte de la mesure de nivellement sur la tête d'extensomètre.

Pour l'extensomètre E2, seuls les déplacements verticaux sont représentés, l'inclinomètre I1 n'étant pas exploitable.

On retrouve encore un mouvement de convergence horizontale d'amplitude supérieure au déplacement vertical ; néanmoins les déplacements sont ici d'amplitudes plus faibles que celles observées sur les autres sections de mesure, et on observe, à long terme, uniquement du tassement en surface comme en profondeur.
<figure><img src="image_188.png" /><figcaption>Figure 177 : Déplacements totaux lorsque le front du tunnelier est situé 30 m après la section</figcaption></figure>

## 3.8. Paramètres tunnelier

Dans l'intervalle [-20m ; +50m], on observe une augmentation soudaine de la pression de confinement (voir Figure 178) ; cette augmentation était effectivement prévue par l'entreprise, pour le passage sous les immeubles de la rue des Pharaons. Ainsi la pression au front maintenue pendant l'excavation sous la section valait environ $0,63\sigma_{v0}$, alors que deux anneaux avant, elle ne valait que $0,57\sigma_{v0}$.

Cette marche de pression peut expliquer les soulèvements observés au niveau de la section : la pression de confinement est augmentée d'environ $0,5\sigma_{v0}$ pour contrer l'effet global des immeubles, mais cette augmentation est soudaine, alors que l'effet des immeubles est diffus ; ainsi, localement, au niveau de la section, la pression de confinement plus forte que nécessaire, va créer des soulèvements.

<figure><img src="image_189.png" /><figcaption>Figure 178 : Evolution de la pression de confinement adimensionnée autour de la section de mesure (valeurs moyennées par anneau)</figcaption></figure>
Mis à part le saut de pression de confinement, les paramètres tunnelier sont quasi-constants, excepté le nombre de coups de pompe. Le tableau ci-dessous donne les valeurs moyennes et les écarts types de plusieurs paramètres sur l'intervalle considéré.

<table><caption>Tableau 19 : Valeurs moyennes et écarts types des paramètres tunneliers autour de la section S43 - Salin</caption><thead><tr><th></th><th>Valeur moyenne</th><th>Ecart type / moyenne</th></tr></thead><tbody><tr><td>Pression de confinement / σ<sub>v0</sub></td><td>0,57 / 0,63</td><td>0,04 / 0,02</td></tr><tr><td>Vitesse d'avancement / vitesse moyenne</td><td>1,03</td><td>0,09</td></tr><tr><td>Poussée totale des vérins / (surface d'excavation x σ<sub>v0</sub>)</td><td>2,04</td><td>0,07</td></tr><tr><td>Nombre de coups de pompe de mortier / nombre théorique</td><td>1,83</td><td>0,19</td></tr><tr><td>Pression d'injection de mortier / σ<sub>v0</sub></td><td>1,53</td><td>0,07</td></tr></tbody></table>

σ<sub>v0</sub> : contrainte verticale initiale

La pression de confinement est particulièrement stable ; sa valeur inférieure à la contrainte verticale initiale en clé peut expliquer la légère convergence longitudinale du terrain.

Le fort nombre de coups de pompe et la forte pression d'injection ne sont pas synonymes de mouvement de divergence des terrains.

La Figure 179 permet de vérifier la constance de la pression de confinement au front pendant les phases d'excavation, de pose de voussoirs et d'arrêt du tunnelier.

<figure><img src="image_190.png" /><figcaption>Figure 179 : Evolution de la pression de confinement en fonction du temps</figcaption></figure>

## 3.9. Conclusion

L'analyse des mesures sur cette section, excavée au tunnelier à pression de boue, montre un bon contrôle des mouvements verticaux et horizontaux ; néanmoins, on retrouve là encore des phénomènes observés sur les sections des autres lots, en particulier le soulèvement des ancrages au dessus du tunnel, soulèvement transmis jusqu'à la surface.

On note la très bonne tenue de la pression de confinement durant les différentes phases de progression du tunnelier.
# 4. BILAN DES MOUVEMENTS DU MASSIF SUR LES QUATRE SECTIONS ETUDIEES

## 4.1. Schéma des mouvements observés durant le passage du tunnelier

Globalement, en faisant abstraction du tassement prépondérant dans les mouvements de la section S54 Devic, les mouvements verticaux et horizontaux, mesurés en surface et en profondeur, induits par l'excavation du tunnel avec les tunneliers à pression de terre (lots 2 et 5) et le tunnelier à pression de boue (lot 4), peuvent se résumer par les schémas suivants.

<figure><img src="image_191.png" /><figcaption>Figure 180 : Schéma des déplacements verticaux durant le passage du tunnelier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_192.png" /><figcaption>Figure 181 : Schéma des déplacements horizontaux durant le passage du tunnelier</figcaption></figure>
## 4.2. Bilan phase par phase des mouvements

Ce bilan reprend phase par phase, les mouvements du massif de sol autour de chacune des 4 sections de mesures.

On gardera bien en mémoire le fait que les valeurs des paramètres de fonctionnement des tunneliers sont difficilement comparables d'un tunnelier à l'autre car elles ne correspondent pas toujours réellement à la même mesure, chaque constructeur ayant pu positionner les capteurs à des endroits différents.

### 4.2.1. Les mouvements à l'avant du front

Parmi les mouvements qui se développent dans le massif de sol lors de l'approche du tunnelier on distingue les mouvements localisés à proximité du front d'excavation et les mouvements plus étendus qui touchent l'ensemble du massif.

#### Mouvements localisés au front

En règle générale, on a remarqué que les mouvements au front sont d'amplitudes assez faibles. Ainsi, bien que les pressions de confinement soient inférieures à $\sigma_{v0}$ dans tous les cas, celles-ci sont suffisantes pour assurer la stabilité du front.

#### Mouvements dans le massif

L'approche du tunnelier au niveau de la section entraîne des mouvements dans le massif qui semblent indépendants des mouvements au front. Le tableau ci-dessous résume ces mouvements sur les 4 sections.

<table><caption>Tableau 20 : Bilan des mouvements dans le massif lors de l'approche du tunnelier</caption><thead><tr><td></td><td>Lot - Tunnelier</td><td>Mouvements dans le massif à l'approche du tunnelier</td></tr></thead><tbody><tr><td>S22 - Castéra</td><td>lot 2 - pression de terre</td><td>- pas de mouvement vertical<br/>- dissymétrie des mouvements horizontaux longitudinaux due au virage</td></tr><tr><td>S23 - Compans</td><td>lot 2 - pression de terre</td><td>- pas de mouvement vertical<br/>- déplacements horizontaux transversaux de convergence</td></tr><tr><td>S54 - Devic</td><td>lot 5 - pression de terre</td><td>- tassement de l'ensemble du massif<br/>- déplacements horizontaux transversaux de convergence</td></tr><tr><td>S43 - Salin</td><td>lot 4 - pression de boue</td><td>- soulèvement d'autant plus fort que le point est proche du tunnel<br/>- mouvements horizontaux faibles</td></tr></tbody></table>

Pour le lot 5, on a observé que la pression de confinement n'était pas maintenue constante durant les phases de pose des voussoirs et d'arrêt du tunnelier. La pression au front chute largement pendant ces 2 phases, ce qui entraîne les tassements observés avant le passage du front sous la section de mesure.

Dans le cadre du lot 2, la gamme de pressions de confinement utilisée limite les mouvements dans le massif de sol à l'approche du front, que ce soit les mouvements au front ou les mouvements du massif (Tableau 20). Au contraire, dans le cadre du lot 4, un soulèvement
dans le massif est mesuré. Cette différence provient du type de confinement utilisé et des répartitions des pressions au front.

Les répartitions des pressions au front pour les sections S43 (tunnelier à pression de boue) et S22 (tunnelier à pression de terre) sont présentées Figure 182, en considérant une densité de la boue égale à 1,05 et une densité de la terre dans la chambre d'abattage égale à 1,5. Ainsi, la pression de confinement en clé (0,53 $\sigma_v$ pour S43 et 0,47 $\sigma_v$ pour S22) explique les soulèvements mesurés sur S43 et les mouvements nuls sur S22, tandis que les pressions au front dans le cas du tunnelier à pression de terre sont en moyenne plus fortes et limitent mieux les mouvements horizontaux. Avec le confinement par pression de boue, la base du front est moins bien maintenue que la clé.

<figure><img src="image_193.png" /><figcaption>Figure 182 : Schéma de la répartition des pressions dans la chambre d'abattage</figcaption></figure>

### 4.2.2. Les mouvements lors du passage du bouclier

L'étude des différentes sections de mesures a montré que c'est durant cette phase que s'initie la majorité des soulèvements en surface et dans le massif.

En surface, pour les deux sections au tunnelier à pression de terre du lot 2, ce soulèvement atteint un maximum pendant le passage du bouclier, puis diminue avant l'extraction de la jupe ; pour la 3ème section au tunnelier à pression de terre (section S54 Devic), un léger soulèvement est mesuré, mais c'est le tassement initié avant le passage du front qui est prépondérant. Pour la section du lot 4, tunnelier à pression de boue, le soulèvement est faible et localisé à l'aplomb du tunnel, et reste stable pendant tout le passage du bouclier.

Afin de bien mettre en évidence l'influence du passage du bouclier sur ces mouvements, les soulèvements résumés dans le tableau ci-dessous sont calculés avec comme origine le passage du front.

<table><caption>Tableau 21 : Soulèvements maximaux en surface lors du passage du bouclier sous la section de mesure</caption><thead><tr><td></td><td>Lot - Tunnelier</td><td>Soulèvement maximal (mm) et position du front (m)</td></tr></thead><tbody><tr><td>S22 - Castéra</td><td>lot 2 - pression de terre</td><td>dans l'axe : 0,8 mm à + 5,6 m<br>latéralement : 0,3 à 0,4 mm à +5,6 m</td></tr><tr><td>S23 - Compans</td><td>lot 2 - pression de terre</td><td>dans l'axe : 0,5 mm à + 5,7 m<br>latéralement : 0,35 mm à +5,7 m</td></tr><tr><td>S54 - Devic</td><td>lot 5 - pression de terre</td><td>dans l'axe et latéralement : 0,2 mm à +1,9 m</td></tr><tr><td>S43 - Salin</td><td>lot 4 - pression de boue</td><td>dans l'axe : 0,15 mm peu avant l'extraction<br>latéralement : 0 mm</td></tr></tbody></table>
Les soulèvements sont généralement plus importants en profondeur qu'en surface, au niveau des ancrages situés au-dessus et à côté des tunnels (E3-1, E2-3 et E2-2, E4-3 et E4-2), ce qui démontre une mise en compression de ces terrains. Ainsi, dans le cas de la section Salin où aucun soulèvement n'est mis en évidence pour la tête E2 pendant cette phase, l'ancrage E2-3 se soulève de 0,5 mm.

Ces points en profondeur reviennent vers leurs positions initiales avant l'extraction de la jupe.

Durant cette phase, les déplacements horizontaux se résument à une convergence transversale vers le tunnel. Les mouvements longitudinaux sont faibles et donc difficilement exploitables.

### 4.2.3. Les mouvements lors de l'extraction de la jupe et des injections

Aussi bien en surface qu'en profondeur, les mesures nous montrent un tassement lors de l'extraction de la jupe. Ce tassement peut être brusque au niveau de l'échappement, ou s'être initié avant l'extraction et continuer encore après.

L'influence des injections sur les mouvements en surface et en profondeur est variable d'une section à l'autre. Le tableau ci-dessous résume les mouvements en surface et en profondeur pendant la phase d'injection. Les mouvements en profondeur sont des déplacements relatifs entre l'ancrage et la tête de l'extensomètre. Les mouvements horizontaux correspondent à l'augmentation du déplacement maximum sur chacun des 2 inclinomètres, entre la mesure à + 5 m et la mesure à + 10 m.

<table><caption>Tableau 22 : Mouvements dus aux injections</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Influence des injections</th><th rowspan="2">Paramètres d'injections<fnref n="1" /></th></tr><tr><th>verticalement</th><th>horizontalement</th></tr></thead><tbody><tr><td>S22 - Castéra lot 2 - terre</td><td>en surface : soulèvement de toutes les têtes (0,3 mm)<br>en profondeur : soulèvement relatif des ancrages de E3 (0,4 à 0,6 mm) et stabilisation relative des ancrages de E2</td><td>I1 : + 1,1 mm<br>I3 : + 1,55 mm</td><td>N=1,16 - 0,06<br>P=1,14 - 0,10</td></tr><tr><td>S23 - Compans lot 2 - terre</td><td>en surface : mouvements faibles<br>en profondeur : stabilisation relative après + 11,5 m</td><td>I1 : 0,25 mm<br>I3 : + 1,25 mm</td><td>N=1,31 - 0,32<br>P=0,88 - 0,16</td></tr><tr><td>S54 - Devic lot 5 - terre</td><td>en surface : tassement de toutes les têtes<br>en profondeur : stabilisation relative dès l'extraction de la jupe</td><td>I1 : + 3,2 mm<br>I3 : + 1,4 mm</td><td>N=1 - 0,22<br>P=1,24 - 0,29</td></tr><tr><td>S43 - Salin lot 4 - boue</td><td>en surface : stabilisation des têtes<br>en profondeur : léger soulèvement de l'ancrage E3-2 (0,2 mm)</td><td>I1 : -<br>I3 : 0,3 mm</td><td>N=1,83 - 0,35<br>P=1,53 - 0,10</td></tr></tbody></table>

Comme dans le cas de la pression de confinement, il est difficile de comparer les pressions d'injections puisque l'on n'est pas sûr que la valeur soit mesurée au même endroit pour tous les tunneliers.

<footnote n="1">¹ les paramètres d'injection sont : le nombre N de coups de pompe adimensionnalisé par le nombre de coups théorique, et la pression P d'injection adimensionnalisée par la contrainte verticale initiale en clé.</footnote>
On peut par contre remarquer l'influence de cette pression en comparant les sections du lot 2. Une pression plus forte sur la section S22 Castéra entraîne des soulèvements de la surface et des ancrages en profondeur, ce qui n'est pas observé sur la section S23 Compans, où la pression d'injection est plus faible (et même inférieure à la contrainte verticale initiale en clé).

L'analyse détaillée des mesures en voussoirs sur la section S22 Castéra et des mesures extensométriques sur la section S54 Devic a montré l'influence combinée de la poussée des vérins sur les soulèvements du terrain, et de la création du vide annulaire sur les tassements.

Sur toutes les sections, les ancrages au niveau des piédroits des extensomètres E2 et E4 (ancrages E2-2 et E4-2) montrent une mise en compression des terrains lorsque le front du tunnelier est situé + 12 m / + 15 m après les instruments de mesure. Ce phénomène peut être attribué à l'effet des injections de mortier.

#### 4.2.4. Les mouvements après le passage du tunnelier – phase de consolidation

Les mesures qui suivent le passage du tunnelier montrent des comportements divergents de tassements ou de soulèvements d'ordre millimétrique. Si les tassements sont compréhensibles dans une logique de dissipation des surpressions et de consolidation du mortier de bourrage et du terrain perturbé, les soulèvements sont plus difficiles à assumer, et peuvent être attribués au mouvement naturel des terrains.
## 4.3. Rétro-analyse – Modélisation numérique

Les mesures sur sections ont montré un comportement singulier du massif de sol, avec des soulèvements du terrain au-dessus du tunnel et simultanément un mouvement horizontal de convergence sur les inclinomètres latéraux, dès le passage du tunnelier.

Un travail de rétro-analyse a été réalisé de manière à mettre en évidence l'influence du paramètre $K_0$ sur ce comportement particulier. Ce travail est présenté ci-dessous de manière concise, et l'on se reportera au rapport final du projet pour les détails (2005).

Nous insistons sur le fait que ce modèle a pour but d'expliquer en quoi un certain paramètre peut être une explication aux phénomènes observés, et non pas à réaliser une modélisation fine de l'excavation par un tunnelier.

Le modèle numérique développé est un modèle aux éléments finis 2D, réalisé avec le logiciel Plaxis, Version 8.

Les conditions géologiques et géotechniques sont basées sur le cas de la section S43 Salin. Le modèle, présenté en Annexe 10, a pour dimension 180 m de large et 90 m de haut. La géologie est constituée d'une épaisse couche de remblai (7,80 m), laquelle surmonte une couche de sable de 1,60 m et le substratum de molasse argileuse. La couverture est de 18,50m. Il n'est pas tenu compte de la rigidité du bâti.

Le maillage est présenté en Annexe 10.

Pour cette rétro-analyse on a adopté un comportement élastique parfaitement plastique de type Mohr-Coulomb pour le sol. Les caractéristiques géomécaniques des terrains sont présentées dans le Tableau 23. Ces caractéristiques sont extraites de la rétro-analyse effectuée sur la section S53 Avions, section de mesure positionnée au niveau d'une galerie creusée de manière conventionnelle. Cette rétro-analyse est présentée dans le rapport final du projet METROTOUL (2005).

Le calcul est mené en contraintes totales à partir des caractéristiques non drainées.

<table><caption>Tableau 23 : Paramètres de sol - modèle Plaxis 2D</caption><thead><tr><th>Type de sol</th><th>γ<br>kN/m³</th><th>γ'<br>kN/m³</th><th>K₀<br>0,5</th><th>C_u<br>kPa</th><th>φ_u<br>degrés</th><th>E<br>MPa</th><th>ν</th></tr></thead><tbody><tr><td>REMBLAIS<br>MOLASSES :</td><td>20</td><td>11</td><td>0,5</td><td>0</td><td>25</td><td>20</td><td>0,33</td></tr><tr><td>- argileuses</td><td>22</td><td>12</td><td>1,7</td><td>300</td><td>0</td><td>E(z)</td><td>0,5</td></tr><tr><td>- sableuses</td><td>21</td><td>11</td><td>1,7</td><td>120</td><td>35</td><td>E(z)</td><td>0,5</td></tr></tbody></table>

Le module d'Young des molasses argileuse et sableuse est dépendant de la profondeur, conformément aux observations effectuées en laboratoire (voir le chapitre 3, paragraphe 2.5.2). Jusqu'à 10 m de profondeur, nous prenons un module constant égal à 165 MPa ; au-delà de 10 m, on utilise la relation $E(z) = 9,9 \times z + 66,1$ (ces valeurs ont été calées lors de la rétro-analyse de la section S53 Avions).

L'anneau de revêtement est modélisé par un élément coque ; les caractéristiques de cet élément sont un module d'Young d'un béton B40 sous contraintes de longues durées, soit 12 500 MPa, et une épaisseur de 34 cm.
Le principe de la rétro-analyse est de modéliser l'excavation du terrain au tunnelier, et de
comparer les résultats des calculs aux résultats des mesures effectuées sur la section.

Le phasage de calcul retenu est le suivant (voir le graphique ci-dessous) :

- phase 0 : initialisation des contraintes,

- phase 1 : mise en place de la surcharge,

- phase 2 : excavation du tunnel et application de la pression de confinement,

- phase 3 : extraction de l'anneau et application de la pression d'injection,

- phase 4 : comportement à moyen terme.

<figure><img src="image_194.png" /><figcaption>Figure 183 : Schématisation des phases de calculs</figcaption></figure>

La phase 2 correspond à l'excavation du front et à l'application d'une pression sur le bord d'excavation. Les modélisations ont été effectuées pour différentes valeurs de pression de boue.

La phase 3 correspond à la phase d'extraction de l'anneau à l'extérieur de la jupe du tunnelier et à la phase d'injection du vide annulaire.

La phase 4 correspond à la prise du mortier, et à l'évolution à moyen terme des déplacements.

La phase du modèle qui nous intéresse ici est la phase 2, correspondant à l'excavation du tunnel par la roue de coupe et à la progression du tunnelier sur quelques mètres, phase durant laquelle les sections de mesures ont montré un déplacement vertical ascendant simultanément à une convergence horizontale.

Différentes pressions de confinement radiales $p_{conf} = p_0(\text{clé}) + \gamma_z$ ont été modélisées :

- pression nulle : $p_{conf} = 0$,

- pression de confinement : $p_{conf} = 250 \text{ kPa} + \gamma_{\text{boueZ}}$, avec $\gamma_{\text{boue}} = 10 \text{ kN/m}^3$,

- pression de confinement, avec un gradient de 2 : $p_{conf} = 250 \text{ kPa} + \gamma_z$, avec $\gamma=20 \text{ kN/m}^3$ (justifié par l'utilisation d'un tunnelier à pression de terre avec une chambre pleine).

La figure ci-dessous présente les déplacements de la surface sur une section transversale pour ces différentes pressions. La forme de la cuvette sur le côté gauche est due à l'application des surcharges d'un bâtiment R+3.
<figure><img src="image_195.png" /><figcaption>Figure 184 : Déplacements en surface calculés par la rétro-analyse de la section Salin - modèle 2D – phase 2</figcaption></figure>

On remarque que, quelle que soit la pression appliquée, le maximum de tassement n'est pas mesuré au niveau de l'axe du tunnel, puisque celui-ci tasse moins que le terrain situé à 20 m de l'axe. On observe même un soulèvement absolu au niveau de l'axe du tunnel dans le cas de la pression de confinement (250 kPa en clé) et $\gamma = 10 \text{ kN/m}^3$.

La Figure 185 présente les déplacements calculés dans le massif de sol lors de cette même phase de la rétro-analyse de la section Salin dans le cas d'une pression de confinement $p_0=250\text{kPa}$ en clé et $\gamma = 10 \text{ kN/m}^3$. Les valeurs des déplacements ont été reportées sur la Figure 186 pour différentes profondeurs et distances à l'axe du tunnel.

On repère que les déplacements horizontaux ont les amplitudes les plus fortes.

Les amplitudes des mouvements verticaux sont cependant supérieures aux mesures, ce qui montre un mauvais calage des paramètres de sol, et l'influence de la modélisation 2D d'un phénomène 3D.

A l'aplomb du tunnel, des soulèvements sont calculés. Les points situés à 1 diamètre sous le tunnel subissent un soulèvement.

Le déplacement horizontal au niveau de l'ancrage profond est égal à environ 0,5 mm ; cette valeur est assez proche du déplacement mesuré à ce niveau (soit 1 diamètre sous le radier) sur l'inclinomètre I1 de la section S23 Compans (entre -0,25 et 0,62 mm suivant la phase de progression du tunnelier).

Les terrains au-dessus du niveau de la clé du tunnel sont en extension ; les terrains sous ce même niveau sont comprimés.
<figure><img src="image_196.png" /><figcaption>Figure 185 : Déplacements dans le massif de sol calculés pour la phase 2 de rétro-analyse de la section S43 Salin - pression de confinement égale à 250 kPa et $\gamma=10 \text{ kN/m}^3 - K_0 = 1,7$</figcaption></figure>

<figure><img src="image_197.png" /><figcaption>Figure 186 : Déplacements calculés pour la phase 2 de rétro-analyse de la section S43 Salin - pression de confinement égale à 250 kPa et $\gamma=1 - K_0 = 1,7$</figcaption></figure>
Pour bien appréhender l'influence du coefficient K₀, la phase 2 a été modélisée pour différentes valeurs de ce paramètre dans le cas d'une pression de confinement p₀ = 250 kPa en clé et γ= 1. La figure ci-dessous (Figure 187) présente les résultats de la modélisation pour K₀ égal à 1, à 1,2, à 1,4, à 1,6 et à 1,7 (valeur précédemment utilisée). On voit que pour K₀ = 1, les tassements sont quasiment constants de part et d'autre de l'axe ; plus K₀ est fort, moins le tassement au niveau de l'axe est important, et on obtient même un soulèvement absolu dès K₀= 1,6.

<figure><img src="image_198.png" /><figcaption>Figure 187 : Déplacements verticaux en surface pour différentes valeurs de K₀</figcaption></figure>

Ce modèle 2D était destiné à mettre en évidence l'influence du paramètre K₀ sur les mouvements au sein du massif, induit par l'excavation du tunnel.

Malgré d'importantes approximations sur les phénomènes mis en jeu lors de l'excavation d'un tunnel au tunnelier et sur le comportement des sols (modèle en contraintes totales, 2D,...), ce modèle permet de modéliser qualitativement le comportement particulier de cette molasse lors de l'excavation.
# 5. CONCLUSIONS DU CHAPITRE 4

Ce chapitre a présenté de manière détaillée les résultats des mesures réalisées sur 4 des 13 sections de mesures mises en place sur les sections de la ligne B du métro de Toulouse excavées au tunnelier.

On retiendra tout d'abord que malgré l'amplitude faible des mouvements verticaux et horizontaux, la qualité des mesures a permis une analyse poussée des phénomènes en jeu. La combinaison systématique des méthodes d'auscultation (mouvements verticaux et horizontaux en profondeur et en surface, jauges de pressions en voussoirs, capteurs de pressions interstitielles) et leur analyse conjointe est un point primordial pour l'aboutissement d'un tel projet.

Même si l'analyse montre des différences d'une section à l'autre, on a pu mettre en évidence certains phénomènes prépondérants identiques. On a ainsi montré un comportement atypique des mouvements du sol induits par l'excavation, et qui tient son origine de l'état initial des contraintes : l'excavation induit une réorganisation des contraintes au sein du massif, à savoir en particulier un relâchement des contraintes horizontales fortes initialement ($K_0$ proche de 1,7).

Les principales caractéristiques des mouvements observés par les mesures sur sections sont les suivantes :

- les mouvements verticaux et horizontaux sont d'amplitudes faibles, de l'ordre du millimètre,

- les mouvements horizontaux transversaux, mesurés ponctuellement grâce à une sonde inclinométrique, sont exclusivement convergents vers le tunnel,

- en surface comme en profondeur on mesure des tassements et des soulèvements,

- les mouvements horizontaux sont 3 à 4 fois plus élevés que les mouvements verticaux,

- à 1 diamètre sous le radier, on mesure un soulèvement du terrain, ce qui indique que les extensomètres doivent descendre sous cette limite pour mesurer des déplacements absolus,

- autour du tunnel, d'importants mouvements verticaux se développent pendant le passage du bouclier,

- les mouvements semblent rapidement stabilisés après l'extraction de la jupe.

L'étude détaillée de l'évolution des mesures de pression interstitielle a montré que les surpressions générées par les différentes phases de progression du tunnelier sont rapidement dissipées (environ 15m après les injections). Ainsi, alors que la géologie pouvait laisser présager un comportement non drainé du terrain, les mesures indiquent le contraire.

L'analyse détaillée de certaines mesures en continu au niveau des voussoirs et du massif a montré l'influence combinée de la poussée des vérins sur les soulèvements du terrain, et de la création du vide annulaire sur les tassements.

Les différences de mouvement qui sont observés entre les sections s'expliquent à partir de l'analyse des paramètres de fonctionnement des tunneliers :

- une mauvaise tenue de la pression de confinement dans la chambre pendant les phases de pose des voussoirs et d'arrêt du tunnelier du lot 5, entraîne un tassement global en surface,

- les mouvements induits par le tunnelier à pression de boue semblent plus faibles que ceux initiés par les tunneliers à pression de terre.
L'ensemble des mesures sur sections acquises durant les travaux d'excavation constitue une base de données importante ; il conviendra par conséquent de développer des modélisations plus poussées sur les différentes phases de progression du tunnelier, modélisations qui tiendront compte des caractéristiques principales mises en évidence lors de cette analyse (K₀ fort, comportement drainé du sol, phénomènes 3D...).

En plus de ces mesures sur sections, des mesures de nivellement ont été réalisées sur l'ensemble du tracé du tunnel. Les chapitres 5 et 6 ont pour objectif de déterminer les corrélations existantes entre ces déplacements de surface et les paramètres de fonctionnement des tunneliers des lots 2 et 4.
<figure><img src="image_199.png" /></figure>
## Chapitre 5

Le traitement des données initiales
# Sommaire Détaillé

<table><thead><tr><th></th><th></th><th></th></tr></thead><tbody><tr><td>1.</td><td>TRAITEMENT DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DES TUNNELIERS</td><td>195</td></tr><tr><td>1.1.</td><td>MOYENNE ARITHMETIQUE PAR ANNEAU</td><td>195</td></tr><tr><td>1.2.</td><td>DECALAGE DES DONNEES</td><td>196</td></tr><tr><td>1.3.</td><td>PREMIERE ANALYSE DES PARAMETRES</td><td>197</td></tr><tr><td>1.3.1.</td><td>Analyse des paramètres du lot 2 (tunnelier à pression de terre)</td><td>197</td></tr><tr><td>1.3.2.</td><td>Analyse des paramètres du lot 4 (tunnelier à pression de boue)</td><td>200</td></tr><tr><td>1.4.</td><td>AJOUT DE PARAMETRES SUR LE MOUVEMENT DU TUNNELIER</td><td>201</td></tr><tr><td>1.5.</td><td>DONNEES ADIMENSIONNELLES</td><td>202</td></tr><tr><td>1.6.</td><td>EFFETS SUR UN POINT DE SURFACE - CALCUL DE « MOYENNES MOBILES »</td><td>203</td></tr><tr><td>1.7.</td><td>AJOUT D'UN PARAMETRE SUR LE TERRAIN EXCAVE</td><td>206</td></tr><tr><td>1.8.</td><td>VALEUR MOYENNE</td><td>206</td></tr><tr><td>1.9.</td><td>CONCLUSION</td><td>206</td></tr><tr><td>2.</td><td>TRAITEMENT DES MESURES DE NIVELLEMENT</td><td>207</td></tr><tr><td>2.1.</td><td>MISE EN FORME DES DONNEES GEOGRAPHIQUES DES POINTS DE NIVELLEMENT</td><td>207</td></tr><tr><td>2.2.</td><td>CALCUL DU DEPLACEMENT DE CHAQUE REPERE</td><td>208</td></tr><tr><td>3.</td><td>ANALYSE PRELIMINAIRE DES DONNEES DU LOT 2</td><td>209</td></tr><tr><td>3.1.</td><td>CONSTITUTION DES FICHIERS DE DONNEES</td><td>209</td></tr><tr><td>3.2.</td><td>ANALYSE DES DEPLACEMENTS</td><td>210</td></tr><tr><td>3.2.1.</td><td>Répartition des déplacements en fonction du PM</td><td>210</td></tr><tr><td>3.2.2.</td><td>Cuvette de déplacements</td><td>210</td></tr><tr><td>3.2.3.</td><td>Observations particulières sur les zones de soulèvement</td><td>212</td></tr><tr><td>3.3.</td><td>ANALYSE DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU TUNNELIER</td><td>213</td></tr><tr><td>3.3.1.</td><td>Valeurs descriptives</td><td>213</td></tr><tr><td>3.3.2.</td><td>Corrélation entre paramètres</td><td>213</td></tr><tr><td>3.4.</td><td>BILAN DE L'ANALYSE PRELIMINAIRE DES DONNEES DU LOT 2</td><td>215</td></tr><tr><td>4.</td><td>ANALYSE PRELIMINAIRE DES DONNEES DU LOT 4</td><td>216</td></tr><tr><td>4.1.</td><td>CONSTITUTION DES FICHIERS DE DONNEES</td><td>216</td></tr><tr><td>4.2.</td><td>ANALYSE DES DEPLACEMENTS</td><td>216</td></tr><tr><td>4.2.1.</td><td>Répartition des déplacements en fonction du PM</td><td>216</td></tr><tr><td>4.2.2.</td><td>Cuvette de déplacements</td><td>217</td></tr><tr><td>4.3.</td><td>ANALYSE DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU TUNNELIER</td><td>220</td></tr><tr><td>4.3.1.</td><td>Valeurs descriptives</td><td>220</td></tr><tr><td>4.3.2.</td><td>Corrélation entre paramètres</td><td>221</td></tr><tr><td>4.4.</td><td>BILAN DE L'ANALYSE PRELIMINAIRE DES DONNEES DU LOT 4</td><td>221</td></tr><tr><td>5.</td><td>CONCLUSIONS DU CHAPITRE 5</td><td>222</td></tr></tbody></table>
Suite à l'analyse des sections spécifiques, une étude des mouvements de surface sur les linéaires de lot est engagée. Cette étude est « globale » dans le sens où elle porte sur les mouvements mesurés sur l'ensemble du linéaire d'un lot, mais au contraire des sections, elle est « restrictive » puisqu'elle ne s'intéresse qu'aux mouvements mesurés à la surface du sol.
Le but de cette étude est la mise en corrélation des déplacements de surface avec les paramètres de fonctionnement des tunneliers des différents lots, afin de mettre en évidence les paramètres clés des mouvements de surface. On souhaite aussi par ce biais comparer les différentes techniques d'excavation au tunnelier (confinement pression de terre et pression de boue).

Comme cela a été décrit au chapitre 3, on retiendra que la géologie du sous-sol toulousain peut être considérée comme homogène sur l'ensemble du tracé de la ligne, ce qui permet des comparaisons objectives des effets induits par les travaux d'excavation d'un lot à l'autre.

Les données brutes utiles à cette analyse du suivi altimétrique sont décrites au chapitre 3, paragraphes 4 et 5. Pour être analysées, ces mesures demandent un traitement préalable. Ce chapitre présente le traitement nécessaire sur les paramètres de fonctionnement des tunneliers et sur les mesures de nivellement des lots 2 (tunnelier à pression de terre) et 4 (tunnelier à pression de boue). Il présente ensuite les résultats de l'analyse préliminaire de ces données sur ces 2 lots.

# 1. TRAITEMENT DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DES TUNNELIERS

Les valeurs de l'ensemble des paramètres de fonctionnement des tunneliers sont extraites des fichiers de données au pas de temps de 1 minute pour l'ensemble des travaux d'excavation, soit un peu moins de 2 ans pour chaque lot. Cela donne donc une quantité considérable de données, qu'il faut traiter afin de pouvoir les exploiter.

Du fait de la modularité des systèmes automates, les fichiers de données contenant les paramètres de fonctionnement des tunneliers ne sont pas similaires d'un lot à l'autre, et demandent donc des programmes de traitements distincts, la procédure de traitement restant néanmoins la même pour tous les lots.

Les différentes tâches de cette procédure sont décrites ci-dessous.

## 1.1. Moyenne arithmétique par anneau

La première démarche consiste à réaliser des moyennes par anneau des différents paramètres retenus pour l'étude. Ces moyennes sont calculées par un programme informatique qui utilise le logiciel libre Scilab développé à l'INRIA Rocquencourt (Scilab ©INRIA-ENPC).

Ces moyennes arithmétiques sont calculées sur un pas de temps constant (1 mesure toutes les minutes), mais pendant des durées qui diffèrent d'un anneau à l'autre (temps mis par l'équipe pour l'excavation de 1 m ou 1,40 m de sol).

Pour la quasi-totalité des paramètres retenus, la phase active se situe pendant la phase d'excavation, et non pendant les phases de pose de l'anneau ou d'arrêt du tunnelier. Pour ces paramètres, les moyennes sont donc calculées uniquement pendant cette phase de foration. En ce qui concerne les pressions d'injections et le nombre de coups de pompe de mortier injecté, la moyenne est calculée pendant tout le temps d'injection, lequel peut parfois être plus long que le temps d'excavation.
Parmi les paramètres étudiés, le seul ayant un effet notable pendant les phases de pose des
voussoirs et d'arrêt du tunnelier est la pression de confinement au front. On calcule donc en
plus d'une moyenne des pressions au front pendant l'excavation, une moyenne de ces mêmes
pressions pendant la pose de l'anneau et une moyenne pendant l'arrêt du tunnelier le cas
échéant.

Lors de ce calcul, on récupère aussi une nouvelle information pour chaque anneau, non
contenue dans les fichiers de données : le temps anneau, qui correspond au temps total entre le
début de l'excavation de l'anneau et le début de l'excavation de l'anneau suivant. Ce
paramètre renseigne sur la cadence d'avancement du tunnelier ; il complète l'information
contenue dans le paramètre *Vitesse d'Avancement* qui est une vitesse instantanée de foration.
Au vu de la procédure d'injection du mortier de bourrage (voir les détails donnés au chapitre
3, paragraphe 3.3.3), on peut se demander si le paramètre important à retenir pour les
pressions d'injection est la pression moyenne, la pression minimale ou la pression maximale.
Les valeurs de la pression d'injection contenues dans les fichiers de données peuvent être
faussées ponctuellement, c'est pourquoi nous ne pouvons prendre exactement la valeur du
minimum et la valeur du maximum comme pressions minimale et maximale de référence ;
nous avons donc, pour chaque anneau, calculé le premier et le troisième quartile des pressions
d'injection, lesquels s'avèrent refléter correctement les pressions minimales et maximales
d'injection (voir le détail de cette étude dans le rapport final du projet METROTOUL, 2005).

A la fin de cette phase on a donc, pour chaque anneau, une valeur moyenne par anneau de chacun des paramètres retenus, plus le temps anneau ainsi que les 1ers et 3èmes quartiles de pression d'injection. Ainsi on est passé de valeurs en fonction du temps, à des valeurs en fonction du numéro d'anneau (soit du point métrique PM de l'emplacement de l'anneau).

## 1.2. Décalage des données

Simultanément à la phase d'excavation au front, la phase d'injection se déroule en arrière du front (Figure 188). Dans les fichiers de données, toutes les valeurs mesurées sont attribuées à l'anneau que l'on va poser à l'intérieur de la jupe à la fin de la phase d'excavation ; il y a donc un décalage de positionnement entre les données relatives au front (anneau N) et les données relatives aux injections (anneau N-4/N-5), ce décalage est de 8,50 à 9 mètres suivant les tunneliers. Il convient donc de décaler les données d'injections dans les fichiers afin de les attribuer au bon numéro d'anneau, c'est-à-dire à l'anneau où les injections sont effectivement réalisées.
<figure><img src="image_200.png" /><figcaption>Figure 188 : Décalage entre les données de front et les données d'injection dans les fichiers extraits du système de pilotage</figcaption></figure>

En ce qui concerne les autres paramètres, on considère qu'ils s'appliquent tous au niveau du front d'excavation, et on les attribue donc au numéro d'anneau qui sera posé à cet endroit. Cette hypothèse est parfois fausse (pour les paramètres de poussée par exemple), mais il serait aussi difficilement justifiable de les appliquer au milieu de la longueur du bouclier.

## 1.3. Première analyse des paramètres

A ce niveau du traitement, on réalise une première analyse de l'évolution des paramètres en fonction de l'avancement du tunnelier. Cette analyse, réalisée sur chaque interstation de chaque lot, apporte quelques conclusions qui permettent de limiter le nombre de paramètres de l'étude. Nous présentons ces conclusions pour les lots 2 et 4.

### 1.3.1. Analyse des paramètres du lot 2 (tunnelier à pression de terre)

#### Pressions de confinement

Jusqu'à maintenant, nous avons conservé les moyennes de toutes les pressions de confinement, mesurées sur les 7 capteurs dans la chambre d'abattage. En observant ces mesures (Figure 189), on remarque que le capteur situé juste au centre de la roue (capteur PT4) donne des valeurs qui varient plus vite et avec un écart type plus grand que les autres capteurs. Ce phénomène est probablement dû au bourrage susceptible de se produire en ce point central de la roue où les terres sont moins bien malaxées. On ne doit donc pas tenir compte des valeurs mesurées par ce capteur.
<figure><img src="image_201.png" /><figcaption>Figure 189 : Evolution des moyennes par anneau des pressions de confinement sur les 7 capteurs pendant l'excavation – 1ère interstation du lot 2, Trois Cocus – La Vache</figcaption></figure>

La Figure 190 présente l'évolution pendant l'excavation des différences de pression des capteurs 2, 3, 5, 6 et 7 avec le capteur PT1 divisé par la distance entre ces capteurs et le capteur PT1, soit $(PT_i - PT1)/d(PT_i-PT1)$, pour l'ensemble des anneaux de la première interstation du lot 2. Ce paramètre équivaut au gradient de pression entre chacun des capteurs PTi et le capteur PT1. Le capteur PT1 étant situé le plus haut, le gradient doit être positif, ce qui n'est pas le cas avec le capteur PT5. En ce qui concerne les autres capteurs, on repère que le gradient varie sur l'ensemble de l'interstation entre 0 et 10 kN/m³. Le calcul nous donne la valeur moyenne de 4 kN/m³, valeur particulièrement faible, qui peut-être synonyme d'un mauvais remplissage de la chambre et/ou d'un ajout de mousse au matériau excavé.

<figure><img src="image_202.png" /><figcaption>Figure 190 : Evolution des différences de pression pendant l'excavation avec le capteur PT1 rapporté à la distance séparant le capteur et PT1 – 1ère interstation du lot 2, Trois Cocus – La Vache</figcaption></figure>
Compte tenu de ces conclusions, nous ne conservons pour la suite de l'étude que les valeurs d'un seul capteur ; notre choix s'est porté sur le capteur PT1, situé le plus haut dans la chambre, entre autre parce que celui-ci constitue le capteur sur lequel se base le pilote du tunnelier pendant l'excavation.

Jusqu'à maintenant, nous avons sélectionné les valeurs de pression de confinement pendant l'excavation, pendant la pose de l'anneau et pendant les arrêts. A ce stade de l'étude, nous avons vérifié que les pressions appliquées au front pendant l'excavation étaient sensiblement égales aux pressions appliquées pendant les autres phases de progression du tunnelier ; cela est illustré sur les 2 sections du lot 2 étudiées au chapitre 4, figures 35 et 53. Ainsi, nous nous sommes limités par la suite au seul paramètre de la pression de terre au front pendant l'excavation.

## Données d'injection

En ce qui concerne les données d'injection, on remarque que les données de pressions d'injection (pression moyenne, 1er et 3ème quartile) et le nombre de coups de pompe sont largement différents d'une ligne à l'autre, les injections étant rarement réalisées sur les 4 lignes (la Figure 191 ci-dessous présente le nombre de coups de pompe pour chaque ligne durant l'excavation des anneaux de la première interstation) alors que le fichier nous donne une valeur de pression pour chacune des lignes. De ce fait, une simple moyenne des données de pressions d'injection sur les 4 lignes fausserait la réalité, et c'est pourquoi nous avons calculé pour la pression moyenne (et de la même manière pour le 1er et 3ème quartile de pression), une moyenne des pressions Pi de chaque ligne pondérées par le nombre de coups de pompe Ni de la ligne :

$$Pmort = \frac{\sum_{i=1}^{4} Pi \times Ni}{\sum_{i=1}^{4} Ni}$$

Ainsi, on ne conserve pour l'étude qu'une seule valeur de pression moyenne *Pmort*, représentative de la pression d'injection dans les 4 lignes, une valeur du 1er quartile, une valeur du 3ème quartile et le nombre total de coups de pompe, somme des coups de pompe sur les 4 lignes.
<figure><img src="image_203.png" /><figcaption>Figure 191 : Nombre de coups de pompe pour chacune des 4 lignes sur la 1ère interstation du lot 2</figcaption></figure>

## 1.3.2. Analyse des paramètres du lot 4 (tunnelier à pression de boue)

### Pressions de confinement

Dans les fichiers de données concernant ce lot, une seule mesure de pression au front nous est communiquée. En plus de cette pression de boue, nous avons à notre disposition une mesure de pression de la bulle d'air qui permet d'ajuster la pression de confinement dans la chambre. Nous avons ainsi pu vérifier que ces deux mesures étaient corrélées, ce qui a permis de ne conserver que la valeur de la pression de boue pour l'étude.

Comme dans le cas du lot 2, nous avons aussi comparé les valeurs de la pression de confinement pendant les phases d'excavation, pendant les phases de pose de l'anneau et pendant les phases d'arrêt du tunnelier. Ces 3 paramètres donnant des valeurs proches (voir la figure 95 au chapitre 4, section Salin), nous n'avons conservé que la pression de boue pendant l'excavation.

### Données d'injection

Sur ce tunnelier, 2 lignes sont en partie supérieure, et 2 en partie inférieure ; ces 2 dernières ne sont que très rarement utilisées pour les injections de mortiers. Nous avons donc, comme pour le lot 2, calculé la pression *Pmort* comme une moyenne des pressions de chaque pompe, pondérées par le nombre de coups de pompe.

Ainsi, on ne conserve pour l'étude qu'une valeur de pression *Pmort*, une valeur du 1er quartile, une valeur du 3ème quartile et le nombre total de coups de pompe, somme des coups de pompe sur les 4 lignes.
## 1.4. Ajout de paramètres sur le mouvement du tunnelier

L'élongation des vérins de l'articulation passive permet de savoir comment avance la tête du tunnelier d'un anneau à l'autre. Les paramètres qui nous apportent ces indications sont le déportH et le déportV, qui indiquent le mouvement dans le plan horizontal et dans le plan vertical. La signification de ces deux paramètres déportH et déportV est schématisée Figure 192.

Afin de limiter l'impact du creusement sur le massif de sol, il faut que le tracé du tunnel soit le plus linéaire possible, sans changement de direction brusque ; il faut donc que les paramètres déportH et déportV varient progressivement et non par à-coups. Afin d'exprimer par un paramètre la façon de progresser du tunnelier, nous avons introduit les paramètres diffdh et diffdv, calculés comme la valeur absolue de la différence entre le déportH (respectivement le déportV) de l'anneau N+1 et le déportH (respectivement le déportV) de l'anneau N (voir le schéma Figure 193). Si le tunnelier ne progresse pas de manière linéaire horizontalement, diffdh aura une valeur forte, au contraire si le mouvement est continu diffdh sera proche de zéro.

Les paramètres déportH et déportV sont exprimés en mm ; diffdh et diffdv sont donc aussi en mm.

<figure><img src="image_204.png" /><figcaption>Figure 192 : Schéma explicatif des paramètres déportH et déportV</figcaption></figure>
<figure><img src="image_205.png" /><figcaption>Figure 193 : Schéma explicatif des paramètres diff</figcaption></figure>

1.5. Données adimensionnelles

A partir de cette phase du traitement des paramètres de tunnelier, on limite les paramètres à
ceux qui nous semblent les plus influents sur les mouvements du sol en fonction de l'étude
bibliographique et de l'analyse sur les sections de mesures. On conserve donc pour chaque
anneau les moyennes calculées de :

- la pression au front (capteur PT1 pour le lot 2, capteur unique pour le lot 4),

- les pressions pondérées d'injection de mortier Pmort (moyenne, 1<sup>er</sup> et 3<sup>ème</sup> quartile), et
  le nombre total de coups de pompe,

- la poussée totale des vérins,

- la vitesse d'avancement,

- la longueur maximale de surcoupe (maximum entre les longueurs des 2 outils –
paramètre inexistant pour le lot 2),

- le temps anneau,

- le déportH et le déportV,

- diffdh et diffdv.

Pour permettre des comparaisons entre les données sur une interstation ou sur l'ensemble du
lot, il est nécessaire de rendre ces valeurs adimensionnelles. Dans la mesure du possible, ces
valeurs sont donc divisées par une grandeur significative, comme la contrainte verticale
initiale σ<sub>v0</sub> ; mais quand aucune grandeur cohérente n'existe pour le paramètre considéré, on
calcule une valeur moyenne, représentative du comportement du tunnelier (par exemple, la
vitesse d'avancement est divisée par une vitesse moyenne de 50 mm/mn dans le cas du lot 2,
vitesse caractéristique d'un avancement moyen du tunnelier).
Les paramètres sont ainsi divisés par les facteurs suivants :

- les pressions au front et les pressions d'injection sont divisées par la contrainte verticale en clé $\sigma_{v0}$, en considérant un terrain de couverture homogène de densité 2,1

- le nombre total de coups de pompe est divisé par le nombre théorique de coups de pompe, calculé à partir des diamètres de la roue de coupe, de la surcoupe éventuelle (non connue dans le cas du lot 2) et du diamètre extérieur de l'anneau de revêtement,

- la poussée totale des vérins est divisée par $\sigma_{v0}$ multiplié par la surface du front,

- la vitesse d'avancement est divisée par une vitesse moyenne,

- la longueur de la surcoupe est divisée par la surcoupe maximale théorique,

- le temps anneau est divisé par un temps moyen,

- le déportH et le déportV sont divisés par les valeurs maximales théoriques,

- le diffdh et le diffdv sont divisés par les valeurs théoriques maximales.

## 1.6. Effets sur un point de surface – calcul de « moyennes mobiles »

A ce niveau du traitement, on possède pour chaque anneau, c'est-à-dire pour chaque PM de creusement du tunnel, les valeurs adimensionnelles de plus de 10 paramètres de fonctionnement du tunnelier. Il faut maintenant, à partir de ces paramètres, déterminer ce que subit un point de nivellement positionné en surface. Ce type de point subit l'influence des paramètres depuis X m lorsque le tunnelier s'approche, et jusqu'à Y m après le passage de celui-ci, cette influence étant d'autant plus grande que le PM de creusement est proche du point de nivellement.

Pour exprimer ce phénomène sur nos données, nous avons calculé les « moyennes mobiles » de chacun des paramètres pour chaque PM de creusement du tunnel ; une moyenne mobile est une moyenne où les valeurs sont pondérées par un poids dépendant de la distance L entre le PM du paramètre de tunnelier mesuré et le PM de creusement du tunnel pour lequel est effectué le calcul.

Le poids est calculé à partir d'une loi gaussienne définie par l'expression suivante :

$$ \text{poids} = \exp\left(\frac{-L^2}{2i^2}\right) $$

La forme gaussienne a été choisie par analogie avec celle de la cuvette de tassement que crée l'excavation d'un tunnel suivant les observations de Peck (1969).

Comme le montre la Figure 194, le poids ainsi calculé ne tient pas compte de la position du point M' dans le plan perpendiculaire à l'axe du tunnel : quelle que soit la distance transversale entre ce point et l'axe du tunnel, le poids est identique.
<figure><img src="image_206.png" /><figcaption>Figure 194 : Représentation schématique du poids pour le calcul de la moyenne mobile</figcaption></figure>

D'après l'expression du poids, celui-ci dépend du choix du paramètre i.

On considère que l'influence des injections est isotrope autour du point d'injection, et c'est pourquoi une seule valeur de i est nécessaire. Au contraire, on considère que l'influence des paramètres qui s'appliquent au front d'excavation n'est pas isotrope : l'effet de la pression de confinement par exemple est plus important en avant du front qu'en arrière de celui-ci ; c'est pourquoi il faut 2 valeurs de i, une quand le front du tunnelier est en amont du point de nivellement, et une autre, plus faible, quand le front du tunnelier a dépassé ce point.

La Figure 195 ci-dessous représente schématiquement la valeur du poids dans le cas de paramètres d'injection et de paramètres au front.
<figure><img src="image_207.png" /><figcaption>Figure 195 : Poids utilisé dans le calcul des moyennes mobiles</figcaption></figure>

Le choix de i est basé sur les observations réalisées sur les cuvettes transversales tracées à partir des mesures de nivellement sur sections (voir le chapitre 4).

A partir de l'analyse des cuvettes transversales de déplacement, on a évalué à environ 30 m l'influence du creusement sur le massif de sol de part et d'autre de l'axe du tunnel. Ainsi, on choisit de prendre une valeur de i pour le calcul des moyennes mobiles égal à 15 m pour les injections et l'influence en avant du front, et i égal à 5 m en arrière du front.

Le choix des valeurs de i est quelque peu arbitraire, et il est important d'avoir conscience de l'influence de ce choix sur les valeurs des moyennes mobiles utilisées dans l'étude par la suite.

La figure ci-dessous présente l'évolution de la moyenne mobile de la pression de confinement sur l'interstation Trois Cocus - La Vache du lot 2 pour les trois cas i = 15 m, i = 10 m et i=5m quand le front est en amont du point (i = 5m quand le front est en aval du point dans les 3 cas) ; on a aussi représenté la valeur de ce paramètre pour chaque anneau, c'est-à-dire avant le calcul de la moyenne mobile (cas i = 0).

<figure><img src="image_208.png" /><figcaption>Figure 196 : Moyennes mobiles pour différentes valeurs de i - cas de l'interstation Trois Cocus - La Vache du lot 2</figcaption></figure>

On voit que les variations des moyennes mobiles pour les différentes valeurs de i sont assez faibles, ceci parce que l'évolution de ce paramètre est relativement continue en fonction du PM (cela se voit à partir du cas i = 0). Le choix de i semble donc sans grande conséquence sur les valeurs des moyennes mobiles pour la poursuite de l'étude.

On a aussi représenté en Annexe 11 les graphiques similaires pour les autres paramètres de l'étude sur cette interstation ; la conclusion est identique.
## 1.7. Ajout d'un paramètre sur le terrain excavé

Les caractéristiques du terrain influent sur le fonctionnement du tunnelier. C'est-à-dire, qu'à travers certains paramètres bien choisis, on peut distinguer des zones où les caractéristiques du terrain sont différentes. Pour cela, on utilise un nouveau paramètre nommé énergie d'abattage, qui correspond à l'énergie nécessaire à l'abattage d'1 m³ de terrain.

Ce paramètre est calculé par le système d'acquisition automatique des paramètres de fonctionnement du tunnelier, à partir de la vitesse d'avancement du tunnelier, et de la vitesse de rotation et de la pression de travail de la roue de coupe selon l'expression :

$$ \text{Energie au m}^3 = \text{cste} \times \frac{\text{pression roue coupe} \times \text{vitesse rotation roue coupe}}{\text{vitesse d'avancement}} $$

## 1.8. Valeur moyenne

Pour faciliter la comparaison de l'influence des différents paramètres de fonctionnement, on divise chacun des paramètres par la valeur moyenne de ce paramètre sur l'ensemble du lot. De cette manière, tous les paramètres ont pour valeur moyenne 1 sur l'ensemble du lot, et on s'intéresse aux variations autour de cette valeur moyenne, soit $\frac{P_i}{P_{moy i}} - 1$.

## 1.9. Conclusion

On possède ainsi, à la fin de cette phase de traitement des paramètres de fonctionnement du tunnelier, pour chacun des douze paramètres choisis et pour chaque PM d'anneau posé, une valeur représentative de la valeur moyenne que subit un point situé à ce PM.

Le traitement qui permet d'obtenir ces données finales est composé des phases suivantes :

- phase 1 : à partir des données disponibles à chaque minute de progression du tunnelier, on calcule des moyennes arithmétiques par anneau,

- phase 2 : décalage des données pour faire correspondre dans le fichier au même numéro d'anneau les données au front et les données d'injection qui lui sont relatives,

- phase 3 : l'analyse des données nous permet d'éliminer les informations redondantes ou faussées,

- phase 4 : les données sont rendues adimensionnelles,

- phase 5 : on calcule les moyennes « mobiles », moyennes pondérées des données pour exprimer l'influence d'un paramètre à un PM donné,

- phase 6 : on calcule l'énergie d'abattage,

- phase 7 : tous les paramètres sont divisés par une valeur moyenne calculée sur l'ensemble du lot.
## 2. TRAITEMENT DES MESURES DE NIVELLEMENT

### 2.1. Mise en forme des données géographiques des points de nivellement

Dans un premier temps, nous avons collecté auprès des entreprises chargées des mesures de nivellement l'ensemble des mesures de chaque cheminement sur l'ensemble du tracé, ainsi que les fichiers dessin (format Autocad) du positionnement des points de nivellement.

Le premier travail a donc consisté à déterminer les coordonnées (X, Y) de chacun des points de nivellement, et à repérer, lorsque cela est possible, si ces points sont positionnés sur chaussées ou sur bâti.

Le listing d'entraxe des voies nous donne le tracé du tunnel sur le profil en long (abscisse d'excavation et altitude Z de l'axe) et sur l'axe en plan (abscisse d'excavation et coordonnées X et Y).

A partir de ce positionnement de l'axe du tunnel, nous avons calculé pour chaque point de nivellement :

- le PM du tunnel auquel il se rattache,

- sa distance à l'axe du tunnel x dans un plan horizontal,

- la couverture H de terrain au-dessus de la clé du tunnel à ce PM.

Les schémas ci-dessous présentent les données x et H, à un PM donné.

<figure><img src="image_209.png" /><figcaption>Figure 197 : Définition des données géographiques des points de nivellement – coupe transversale au tunnel</figcaption></figure>
<figure><img src="image_210.png" /><figcaption>Figure 198 : Définition de la distance à l'axe x - vue de dessus</figcaption></figure>

## 2.2. Calcul du déplacement de chaque repère

L'analyse des mesures topographiques réalisées avant le passage du tunnelier permet d'évaluer l'incertitude sur ces mesures en dehors de toute influence du creusement.

Cette analyse est présentée en détail dans le rapport final du projet METROTOUL (2005).

Elle a permis de mettre en évidence un mouvement naturel de soulèvement et de tassement de la surface de l'ordre du millimètre. Ces mouvements sont difficilement quantifiables, et par conséquent il est impossible de les éliminer des mesures qui sont faites pendant le passage du tunnelier.

Compte tenu de ces observations, il a été décidé de limiter l'étude des mouvements dus au creusement à court terme, intervalle de temps durant lequel l'amplitude des variations naturelles d'altitude est limitée. Ainsi, la mesure de référence est choisie quand le tunnelier est assez proche du point de nivellement, mais avant que l'influence du tunnelier ne se fasse sentir ; en général, la mesure de référence est celle faite quand le front du tunnelier est à 50 mètres en amont du point. Après le passage du tunnelier, la dernière mesure prise en compte (mesure finale) est celle faite quand le tunnelier est positionné entre 50 et 100 mètres après le point.

La différence calculée entre cette mesure finale et la mesure de référence est considérée être le déplacement du point dû au creusement du tunnel par le tunnelier.

Remarque :

Le premier choix sur l'intervalle considéré, à partir des mesures du lot 2, s'était porté sur des mesures entre – 50 m (c'est-à-dire quand le tunnelier est 50 mètres en amont du point) et des mesures à + 2 mois (2 mois après le passage du front sous le point de nivellement). Cet intervalle permettait de s'affranchir correctement du problème du mouvement naturel. Mais lors de la sélection des mesures concernant le lot 4, nous nous sommes aperçus de l'absence de mesures entre + 100 m (quand le tunnelier est situé 100 m après le point) et + 6 mois. Nous avons donc été contraint, dans un souci de similitude des analyses sur le lot 2 et sur le lot 4, de limiter l'intervalle à [– 50 m ; + 100 m] dans les 2 cas.
# 3. ANALYSE PRELIMINAIRE DES DONNEES DU LOT 2

## 3.1. Constitution des fichiers de données

Une fois les données de nivellement et les paramètres de fonctionnement du tunnelier du lot 2 collectés, ceux-ci sont traités suivant les procédures décrites aux paragraphes précédents.

Une fois ce traitement réalisé, on possède donc :

- pour les points de nivellement, une valeur « déplacement » égale à la différence entre la mesure « finale » quand le tunnelier était à 50-100 m après le point et la mesure « de référence » quand le tunnelier était environ 50 m avant le point,

- pour les PM des anneaux de revêtement posés, les valeurs adimensionnelles et moyennées de quelques uns des paramètres de fonctionnement du tunnelier.

La liste des paramètres de fonctionnement du tunnelier utilisés pour l'analyse des déplacements dans le cadre du lot 2 est la suivante (on donne entre parenthèses la notation utilisée par la suite) :

- vitesse d'avancement (VitAvanc),

- pression de confinement donnée par PT1 (Pconf),

- pression moyenne d'injection, 1er et 3ème quartile (Pmort2, Pmort1, Pmort3),

- nombre total de coups de pompe (Nbre coups),

- pression de travail de la roue de coupe (P RdC),

- poussée totale des vérins (PtotVer),

- temps anneau (Tps Ann),

- *diffdh*,

- *diffdv*,

- énergie d'abattage (Energie).

Pour chaque point de nivellement, on a déterminé en plus de la valeur du déplacement :

- PM,

- distance à l'axe,

- couverture de terrain au-dessus du tunnel,

- emplacement (bâti ou chaussée).

Les fichiers de données sont alors constitués d'autant de lignes que l'on a de points de nivellement valides (c'est-à-dire pour lesquels on a pu calculer un déplacement dû au creusement du tunnelier, soit 1242 points sur ce lot - ce sont les individus), et les colonnes contiennent les données du point et les valeurs moyennées des paramètres de fonctionnement.

Avant de chercher à corréler déplacements de surface et paramètres de fonctionnement des tunneliers sur l'ensemble du lot, nous analysons indépendamment ces données pour chaque interstation du lot 2. Nous présentons ci-dessous les conclusions de cette analyse.
## 3.2. Analyse des déplacements

### 3.2.1. Répartition des déplacements en fonction du PM

L'observation de la répartition des déplacements en fonction du PM laisse apparaitre différents types de comportement : on repère des zones où l'ensemble des déplacements sont des tassements, des zones où l'on ne mesure que des soulèvements et des zones où soulèvements et tassements sont mesurés. Ces différents comportements peuvent être observés sur une même interstation, comme le montre la Figure 199 qui présente les déplacements mesurés sur l'interstation La Vache – Barrière de Paris.

<figure><img src="image_211.png" /><figcaption>Figure 199 : Déplacements en fonction du PM - 2ème interstation (La Vache – Barrière de Paris)</figcaption></figure>

Sur l'ensemble du lot 2, le soulèvement maximal mesuré atteint 4,1 mm ; un tassement maximal compris entre 6,8 et 9,8 mm est mesuré sur l'interstation Compans Caffarelli – Jeanne d'Arc sur 3 repères. Dans la zone de ces points, pendant le creusement, le pilote a reconnu des terrains composés de sables grossiers en clé du tunnel ; la conduite adaptée du tunnelier ainsi que les injections depuis la surface n'ont pas suffi à limiter les tassements. C'est donc la présence d'un terrain très défavorable en clé qui est à l'origine de ces tassements importants. Hormis ces difficultés locales, le tassement maximal atteint 4,3 mm.

Mais cette représentation en fonction du PM ne permet pas la distinction de la position du repère par rapport à l'axe du tunnel. La représentation sous forme de cuvette, c'est-à-dire selon une section transversale au tracé du tunnel, apporte ce renseignement supplémentaire.

### 3.2.2. Cuvette de déplacements

Le terme « cuvette » est ici employé en parallèle aux « cuvettes de tassements » mises en évidence par Peck dès 1969 et qui représente la forme gaussienne avec laquelle il est possible de décrire les tassements de la surface du sol sur une section transversale au tracé lors du creusement d'un tunnel (voir son équation chapitre 1, paragraphe 2.2.3, équation 4).
Pour toutes les données du lot 2, le tracé des déplacements en fonction du paramètre adimensionnel x / H (x : distance à l'axe, H : couverture de terrain au-dessus du tunnel) ne donne qu'un nuage de points difficilement exploitable.
<figure><img src="image_212.png" /><figcaption>Figure 200 : Déplacements en fonction de x/H pour l'ensemble des repères du lot 2</figcaption></figure>

On a donc cherché à représenter, sur chaque interstation, les cuvettes de déplacements pour chacune des zones de comportement mises en évidence par l'observation de la répartition des déplacements en fonction du PM. Cette analyse a permis de distinguer différentes portions du tracé du tunnel où il est globalement possible de dessiner :

- une cuvette de tassement de la forme d'une courbe de Gauss (Figure 201),

- un nuage de points en soulèvement (Figure 202),

- des points loin de l'axe qui montrent un tassement, et des points au niveau de cet axe qui tassent moins, voire qui se soulèvent (Figure 203).

Ces observations sont en accord avec les observations de surface réalisées dans le cadre des sections spécifiques.

<figure><img src="image_213.png" /><figcaption>Figure 201 : Cuvette de tassement, à partir des points situés entre le PM 470 et le PM 715 de l'interstation La Vache - Barrière de Paris</figcaption></figure>
<figure><img src="image_214.png" /><figcaption>Figure 202 : Cuvette de soulèvement, à partir des points situés entre le PM 530 et le PM 575 de l'interstation Trois Cocus - La Vache</figcaption></figure>

<figure><img src="image_215.png" /><figcaption>Figure 203 : Cuvette de tassement avec tassement plus faible au centre, à partir des points situés entre le PM 90 et le PM 210 de l'interstation Compans Caffarelli - Jeanne d'Arc</figcaption></figure>

### 3.2.3. Observations particulières sur les zones de soulèvement

Durant l'étude par interstation, nous avons repéré des zones où tous les points, quelle que soit leur distance à l'axe, donnaient un mouvement vertical de soulèvement, sans pour autant montrer une répartition suivant une courbe de Gauss. Ces points sont en nombre assez faible.

Avant d'utiliser ces mesures pour l'étude de corrélation présentée au chapitre suivant, nous avons voulu vérifier leur validité. Nous avons donc vérifié que chacun des repères de cette zone a bien subi le soulèvement calculé automatiquement, en regardant l'évolution de leur altitude lors du passage du tunnelier, mesure après mesure.

Il est apparu que les soulèvements calculés pour les points loin de l'axe sont souvent liés à une mesure erronée lorsque le tunnelier est 50 m en aval du repère. Malheureusement, cette mesure erronée ne peut être repérée que si l'on effectue un contrôle mesure par mesure, ce qui est impossible sur l'ensemble des repères du lot 2.

Cette analyse détaillée des résultats a donc permis de corriger les déplacements calculés ; suite à ces corrections, il est apparu que les zones, initialement cataloguées comme des zones de soulèvement, devenaient souvent des zones de tassement loin de l'axe, et de soulèvement au niveau de l'axe.
## 3.3. Analyse des paramètres de fonctionnement du tunnelier

### 3.3.1. Valeurs descriptives

Le tableau ci-dessous résume l'évolution de quelques paramètres de fonctionnement du tunnelier après traitement sur les différentes interstations du lot 2.

<table><caption>Tableau 24 : Evolution de différents paramètres tunnelier du lot 2 – valeurs adimensionnelles</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">vitesse avancement</th><th colspan="2">pression de confinement</th><th colspan="2">poussée des vérins</th><th colspan="2">nombre de coups de pompe</th><th colspan="2">pression moyenne d'injection</th><th colspan="2">énergie d'abattage</th></tr><tr><th>moy.</th><th>écart type</th><th>moy.</th><th>écart type</th><th>moy.</th><th>écart type</th><th>moy.</th><th>écart type</th><th>moy.</th><th>écart type</th><th>moy.</th><th>écart type</th></tr></thead><tbody><tr><td>TCO-LVA</td><td>0,93</td><td>0,21</td><td>0,89</td><td>0,2</td><td>1</td><td>0,12</td><td>0,97</td><td>0,05</td><td>0,85</td><td>0,18</td><td>1,04</td><td>0,24</td></tr><tr><td>LVA-BPA</td><td>1,08</td><td>0,13</td><td>1,04</td><td>0,06</td><td>0,99</td><td>0,11</td><td>0,98</td><td>0,04</td><td>1,12</td><td>0,12</td><td>0,97</td><td>0,15</td></tr><tr><td>BPA-MIN</td><td>1,08</td><td>0,14</td><td>1,05</td><td>0,11</td><td>1,1</td><td>0,16</td><td>1,02</td><td>0,05</td><td>1,08</td><td>0,15</td><td>0,87</td><td>0,15</td></tr><tr><td>MIN-CAN</td><td>0,91</td><td>0,16</td><td>1,05</td><td>0,14</td><td>0,93</td><td>0,17</td><td>1</td><td>0,1</td><td>0,99</td><td>0,21</td><td>1,14</td><td>0,26</td></tr><tr><td>CAN-CCA</td><td>0,98</td><td>0,08</td><td>1,06</td><td>0,18</td><td>1</td><td>0,23</td><td>1,06</td><td>0,07</td><td>1,11</td><td>0,16</td><td>1,02</td><td>0,11</td></tr><tr><td>CCA-JDA</td><td>0,94</td><td>0,12</td><td>0,92</td><td>0,08</td><td>0,98</td><td>0,1</td><td>1,01</td><td>0,11</td><td>0,83</td><td>0,08</td><td>1,03</td><td>0,19</td></tr></tbody></table>

On repère que, contrairement à ce que l'on pourrait attendre, la vitesse d'avancement n'augmente pas véritablement avec l'expérience des équipes de chantier.

La pression de confinement la plus faible est maintenue durant l'excavation de la 1ère interstation (TCO-LVA). Le nombre de coups de pompe de mortier injecté est stable, alors que la pression d'injection est variable.

L'énergie d'abattage, paramètre qui dépend entre autres du sol, est très variable, et une certaine corrélation peut être établie entre cette énergie et la vitesse d'avancement : plus l'énergie est forte, plus la vitesse est faible ; cette dépendance est obligatoire du fait même de la définition de l'énergie (voir le paragraphe 1.7).

### 3.3.2. Corrélation entre paramètres

L'analyse des paramètres de fonctionnement des tunneliers a prouvé que ceux-ci étaient dépendants les uns des autres. Les graphiques ci-dessous illustrent quelques unes de ces corrélations.
<figure><img src="image_216.png" /><figcaption>Figure 204 : Exemples de corrélation entre les paramètres tunnelier du lot 2 – valeurs adimensionnelles</figcaption></figure>

On observe bien à partir des mesures la corrélation mécanique entre la pression de confinement, la pression de travail de la roue de coupe et la poussée totale des vérins. La corrélation entre la pression de confinement appliquée au front et la pression d'injection du mortier n'est pas mécanique mais est plus liée à la conduite du tunnelier.

<figure><img src="image_217.png" /><figcaption>Figure 205 : Corrélation entre les paramètres de pression d'injection – valeurs adimensionnelles</figcaption></figure>

Les 2 graphiques ci-dessus montrent les fortes corrélations qui existent entre le 1er quartile, la moyenne et le 3ème quartile de la pression d'injection.

Au contraire, les graphiques ci-dessous illustrent certaines non-corrélations : le nombre de coups de pompe de mortier et la pression d'injection ne sont pas liés, ni la pression de confinement et l'énergie d'abattage.

On aurait pu s'attendre à une corrélation entre le nombre de coups de pompe et la pression d'injection ; l'inverse nous prouve que d'autres paramètres entrent en jeu lors du remplissage, comme la surcoupe, le pilotage du tunnelier...