Analyse de l’impact de la construction et évaluation de sécurité d’un tunnel métro en blindage passant sous la fondation par pieux d’un pont existant

Pourquoi creuser sous les ponts compte

À mesure que les villes construisent davantage de lignes de métro pour désengorger la circulation, de nombreux nouveaux tunnels doivent passer à proximité ou directement sous des ponts existants. Si le sol se déforme trop pendant le creusement, le pont au-dessus peut basculer, se fissurer ou même s’effondrer. Cette étude porte sur un chantier réel où un tunnel de métro a été foré sous les fondations par pieux d’un viaduc urbain très fréquenté et pose une question simple aux enjeux élevés : peut-on le faire en sécurité, et quelles mesures de protection sont les plus efficaces ?

Trafic urbain au-dessus, tunneling en dessous

Le projet se situe dans un quartier dense où une nouvelle ligne de métro passe sous un pont routier soutenu par des pieux en béton profonds. La machine de creusement en blindage progresse à travers des couches mixtes de roche et de sol à seulement quelques mètres sous les fondations du pont. Parce que le pont supporte un trafic lourd et que ses pieux sont difficiles à modifier, les ingénieurs doivent prédire la réponse du sol et des pieux avant la construction et décider du niveau de risque acceptable pendant les travaux.

Essais virtuels avec un modèle numérique 3D

Pour anticiper ce qui se passerait sous terre, les auteurs ont construit un modèle informatique tridimensionnel détaillé du pont, des pieux, des couches de sol et de l’avancée du tunnel. Ils ont calibré ce modèle en comparant ses prédictions avec des données de surveillance réelles issues de capteurs placés sur le pont pendant la construction. La concordance était très proche, ce qui donne confiance dans la capacité du modèle à reproduire des comportements clés tels que l’enfoncement des pieux, l’évolution des contraintes dans le béton et les déformations du rocher et du sol environnants à mesure que le tunnel passe en dessous.

Quelle amplitude de mouvement et de contrainte reste sûre

Les simulations ont montré que la base des pieux du pont s’enfonce davantage que leur tête à l’approche du tunnel, pendant le passage et après le retrait. Le tassement vertical maximum des pieux a atteint environ un centimètre puis s’est stabilisé, restant dans les limites autorisées par les normes chinoises de sécurité pour ponts existants. Les contraintes et les déformations dans le béton des pieux et dans le rocher environnant sont également restées nettement inférieures aux valeurs susceptibles de provoquer fissures ou rupture. Autrement dit, dans les conditions modélisées, le pont pouvait continuer à fonctionner normalement malgré la perturbation souterraine.

Transformer des risques complexes en une note de sécurité claire

Parce que les conditions réelles du sol sont hétérogènes et que l’exécution des travaux ne suit pas toujours le plan idéal, l’équipe ne s’est pas fiée uniquement à la simulation. Ils ont exploité plus de 300 articles techniques pour identifier les facteurs ayant le plus d’impact sur la sécurité lorsqu’un tunnel en blindage passe sous des pieux de pont, tels que la distance entre tunnel et pieux, la résistance du sol et la raideur du pont. En combinant jugement d’experts et pondérations statistiques, ils ont construit un système d’évaluation multi‑critères puis appliqué une méthode de classement qui compare le projet réel à des cas idéaux sûrs et non sûrs. Ce processus a classé la situation de construction en Classe III, signifiant un risque relativement élevé nécessitant des mesures de contrôle spéciales et une surveillance rapprochée, même si une défaillance totale est peu probable.

Tester quatre façons de protéger le pont

L’étude est ensuite revenue au modèle numérique pour comparer quatre stratégies de protection. La première ajoute de nouveaux pieux de sous‑œuvre pour aider à reprendre la charge du pont. La seconde renforce les pieux existants par apport de béton supplémentaire. La troisième injecte du coulis dans le sol autour des pieux pour former un bloc de terrain plus rigide. La quatrième remplace le linteau standard en béton du tunnel par des voussoirs en acier plus résistants juste sous le pont. Les quatre options réduisent le tassement du pont à des niveaux plus sûrs, mais pas de la même façon : le remplacement des voussoirs par de l’acier donne les plus faibles déplacements des pieux, suivi du coulis, puis du renforcement des pieux, l’ajout actif de sous‑œuvre apportant la moindre amélioration au regard de son coût et de sa complexité.

Ce que cela signifie pour les tunnels urbains à venir

Pour les non‑spécialistes, la conclusion principale est rassurante mais prudente. La recherche montre qu’avec une planification soignée, une modélisation informatique avancée et des mesures de protection adaptées, de nouveaux tunnels de métro peuvent passer sous des ponts existants sans les mettre en danger. Dans le même temps, la classification quantitative du risque — Classe III — indique que ces opérations ne sont jamais routinières et doivent être traitées comme sensibles. Parmi les options testées, le remplacement local des éléments de revêtement du tunnel par de l’acier près des pieux de pont s’est révélé la mesure la plus efficace et la plus pragmatique, offrant une voie claire aux ingénieurs confrontés à des défis souterrains similaires dans des villes en croissance.

Citation: Xu, J., Zhang, X., Lin, S. et al. Analysis of construction impact and safety evaluation of metro shield tunnel under-crossing existing bridge pile foundation. Sci Rep 16, 11899 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42025-w

Mots-clés: construction de tunnel de métro, fondations par pieux de pont, évaluation des risques souterrains, sécurité du tunnellier en blindage, protection des infrastructures urbaines