Du Projet A La Construction Du Tunnel.pdf

Du Projet à la Construction du Tunnel

Table des matières 1. Projet 2. Conception 3. Exécution 4. Mesures 5. Procédés Auxiliaires 6. Prospection 7. Technologie de KAJIMA

Documents de Références: ①ＮＡＴＭ設計施工指針：日本鉄道建設公団、平成 8 年 ②トンネル標準示方書(山岳工法編)・同解説：土木学会、2006 年 ③設計要領第三集(トンネル編)：東日本高速道路㈱・中日本高速道路㈱・西日本高速道 路㈱、平成 18 年 ④わかりやすい土木地質学：土木工学社、平成 13 年 5 月 ⑤山岳トンネルの施工：鹿島出版会、1996 年 ⑥山岳工法における補助工法の効率的な設計施工法に関する調査検討報告書：社団法人 日本トンネル技術協会、平成 12 年 ⑦道路トンネル観察・計測指針：社団法人日本道路協会、平成 5 年 ⑧道路トンネル技術基準(構造編)・同解説：社団法人日本道路協会、平成 15 年 ⑨山岳トンネルパンフレット：鹿島建設、2004 年 ⑩写真でみる道路トンネル：財団法人高速道路技術センター、平成 8 年

1. PROJET

1.1 Conception de tracé 1.1.1 Tracé en plan Le tracé en plan de tunnel doit être rectiligne ou d’une courbe d’un grand rayon. 【Commentaire】 Le tunnel doit avoir un tracé en plan assurant une bonne jonction avec les routes devant et derrière du tunnel, et le tronçon où se situe le tunnel doit avoir un tracé bien équilibré. Compte tenu de la configuration topographique et géologique du terrain naturel, la faisabilité de construction, la sécurité routière, etc. il est préférable que le tracé en plan soit rectiligne. Dans le cas où le tracé serait conçu pour une courbe, il est préférable, au point de vue de la portée visuelle, que le tunnel soit tracé par une courbe d’un grand rayon ne nécessitant pas d’élargissement en largeur du tunnel. Lorsque les prescriptions réglementaires régissant la construction routière (Ordonnance de Construction Routière = Road Construction Ordinance) sont respectées, il n’y aurait pas de problème de tracer le tunnel en courbe. Cependant, par rapport à la route à ciel ouvert, le tunnel constitue un espace confiné pour le conducteur sur qui exerce une forte pression psychologique, ce qui démontre que les accidents ont lieu le plus souvent à proximité d’entrée et sortie du tunnel. De ce fait, il est préférable d’appliquer la spécification plus sévère au tracé du tunnel par rapport à celui de la partie à ciel ouvert, au point de vue de la sécurité routière. En outre, si une courbe d’un petit rayon est appliquée, il est obligé d’élargir la largeur du tunnel pour assurer la portée visuelle nécessaire, ce qui entraîne une augmentation dans le coût de construction. Lorsque la route de la partie à ciel ouvert est tracée par une courbe d’un petit rayon, il est à veiller à ce que l’entrée et la sortie du tunnel doivent être élargies pour assurer la portée visuelle d’une part, et que la pente transversale (dévers) soit plus raide, ce qui demande de faire attention aux limites de construction d’autre part. La distance de visibilité a deux catégories ; l’une est la distance pour arrêt et l’autre la distance pour dépassement. Le tableau 1.1 montre le rayon minimum de tracé ne nécessitant pas d’élargissement de largeur, calculé pour la distance de visibilité d’arrêt par la formule définie dans le manuel d’instructions d’Ordonnance de Construction Routière (édition par Japan Road Association). Le tracé pour le tunnel doit être conçu de façon synthétique en prenant en considération les caractéristiques topographiques et géologiques aux alentours de l’entrée et sortie du tunnel, le tracé devant et arrière du tunnel, la position de puits vertical et/ou incliné en cas d’un tunnel à long parcours, etc. Il va sans dire qu’il ne faut pas oublier toutes les facilités pour la construction telles que la position de puits, l’implantation des installations et des routes provisoires pour la construction, l’alimentation en électricité du chantier, etc. Lorsqu’il s’agit d’un tunnel de circulation à sens unique, la sortie légèrement courbée permet la luminosité à la surface de mur de s’accroître progressivement en approchant de la sortie. Cette idée efficace mérite la considération avec le tracé de la partie à ciel ouvert et la faisabilité dans la construction de l’entrée et la sortie du tunnel.

1-1

Tableau-1.1 :

Vitesse (km/h) 120 100 80 60 50 40

Exemples de rayon minimum ne nécessitant pas d’élargissement de largeur du tunnel (en cas de pente longitudinale à 0%) Largeur Distance de Largeur de Rayon d’accotement Remarques visibilité (m) route (m) minimum (m) (m) 210 3,50 1,00 2.000 1-1 160 3,50 1,00 1.200 1-2 110 3,50 0,50 670 3-1 75 3,25 0,50 330 3-2 55 3,00 0,50 190 3-3 40 2,75 0,50 160* 3-4

Notes 1) : Ce Tableau est établi dans la supposition où le regard du conducteur reste dans la limite prescrite pour la construction routière. Cependant la valeur marquée par (*) est celle ne nécessitant pas d’élargissement de largeur selon le manuel d’instructions pour l’Ordonnance de Construction Routière précitée. 2) : Les valeurs calculées sont déférentes de celles figurant sur ce Tableau pour la région froide et de forte précipitation de neige où la distance de visibilité est assurée autrement. 1.1.2 Tracé en élévation 1. En principe, la pente longitudinale d’un tunnel doit être minimale dans la mesure où le drainage d’eau souterraine n’est pas compromis. 2. Au point de transition de la pente longitudinale, une courbe longitudinale d’un grand rayon doit être prévue dans la mesure du possible. 【Commentaire】 1. La pente longitudinale de tunnel devra être déterminée de manière synthétique en considération d’eau souterraine, la modalité d’évacuation des déblais, la facilité de parcours après la mise en service, l’aération, etc., mais notamment les points suivants: a) En cas d’évacuation d’eau par gravitation durant la construction, il faut prévoir une pente de 0,3 à 0,5% au moins à cause d’irrégularité de terrain du chantier. Pour ce qui est l’évacuation d’eau après la mise en service de tunnel, il suffit en général de prévoir une pente supérieure à 0,1 ou 0,2% pour l’évacuation d’eau. b) En cas d’évacuation des déblais par rail, une pente raide risque l’emballement ou déraillement de wagons de marinage, la prolongation de distance de freinage de locotracteur, ainsi que la baisse de rendement, etc. En général, une pente inférieure à 2% est désirable pour le marinage par rail. c) Il y a un autre élément qui restreint la pente dans le tunnel routier. Il s’agit de ventilation de gaz d’échappement. Etant donné que la densité de fumée de 1-2

charbon de gaz d’échappement s’accroît rapidement dans le tunnel lorsque la pente longitudinale devient raide, le tunnel nécessitant la ventilation mécanique doit avoir une pente minime dans la mesure du possible. A la rigueur, il est préférable de cibler qu’elle soit inférieure à 3%. Par contre, pour le tunnel à court parcours ne nécessitant pas de ventilation mécanique, il est admis qu’il dispose d’une pente avantageuse en fonction de son tracé de route. d) Si les conditions géomorphologiques à l’extérieur du tunnel exigent de prévoir une voie supplémentaire en rampe, le tracé en élévation doit être conçu de manière à ce qu’il n’exerce son influence jusqu’à l’entrée et sortie de tunnel. 2. Au point transitoire de tracé en élévation, et compte tenu de la distance de visibilité et la facilité de parcours dans un espace confiné, il est préférable d’appliquer une courbe d’un grand rayon. 1.1.3 Distance entre les tunnels adjacents et avec d’autres ouvrages En cas de construction de plus de deux tunnels, ou d’un tunnel adjacent à un autre ouvrage, le tracé doit tenir compte des influences réciproques des ouvrages. 【Commentaire】 En cas de creusement des tunnels adjacents l’un à l’autre ou les uns aux autres, ou d’un tunnel près d’un ou des autres ouvrages existants, il est possible que la construction de tunnel fasse effet négatif sur ces ouvrages existants. Dans de tels cas, il faut prévoir une espace adéquate entres les ouvrages, après avoir mûrement étudié la forme de coupe transversale, l’angle de croisement, la méthode de construction, la période de construction, etc. Pour l’écartement d’entraxe de deux tunnels adjacents, il est dit qu’il n’y a pas de conséquences réciproques sur les ouvrages lorsque ces derniers disposent d’un écartement d’entraxe approximativement deux fois la largeur de creusement en cas de terrain naturel considéré comme une masse élastique pour le calcul, et cinq fois en cas de terrain meuble. Toutefois, beaucoup de questions qu’on ne peut pas éclaircir restant dans l’interaction d’ouvrages au terrain réel, la distance adéquate à prévoir entre les ouvrages ne peut pas être précisée. Lors de détermination d’écartement d’entraxe, la méthode de construction doit être étudiée en même temps, notamment sur l’effet de dynamitage. D’après les résultats enregistrés jusqu’à présent dans les constructions de tunnels routiers à double voie, la plupart des cas prévoient un écartement à peu près trois la largeur de creusement. En tout cas, il est recommandé d’effectuer une étude approfondie lorsqu’il s’agit d’un terrain naturel défavorable. Lors que les conséquences réciproques sont mises en cause par suite d’impossibilité de prévoir une distance adéquate pour des raisons diverses, les procédés et la méthode de constructions doivent être étudiés de tout près par référence aux projets et constructions similaires réalisés dans le passé, et il faut veiller aux comportements du tunnel ou des ouvrages au cours de construction en effectuant des mesures ou d’autres contrôles selon les besoins. En cas de construction d’un tunnel sous un ouvrage existant, l’effet tel que le 1-3

tassement des fondations, le niveau de la nappe phréatique, etc. doit être également considéré. 1.1.4 Tracé pour la route connectée au tunnel 1. Le tracé pour la route connectée au tunnel doit être un tracé en plan et en élévation qui prend en considération la sécurité de parcours. Notamment pour le côté entrée du tunnel, le tracé doit être soigneusement conçu de telle manière à ce que le conducteur puisse facilement reconnaître la bouche d’entrée de tunnel d’une distance suffisante. 2. La différence dans la largeur d’accotement entre le tunnel et la route est ajustée dans une section de longueur adéquate. 【Commentaire】 1. Afin de permettre aux véhicules d’entrer aisément au tunnel, il est important d’adopter un tracé qui permet au conducteur de reconnaître l’existence de tunnel le plus tôt possible et d’apercevoir la bouche d’entrée de tunnel à une distance suffisante. Lorsque la partie de raccordement se situant près de la bouche d’entrée ou de sortie de tunnel comporte une courbe horizontale ou un point de changement dans la pente longitudinale, cette construction, dans beaucoup de cas, comprend le risque éventuel d’empêcher de reconnaître aisément et tôt l’existence de tunnel ou de rendre le tracé de la partie de raccordement du tunnel à la route extrêmement déséquilibré. Il arrive quelquefois à obtenir un meilleur résultat si ces éléments sont situés à l’intérieur du tunnel. Pour ces cas, il faut étudier la situation de près au moyen d’un plan perspectif, etc. Lorsque la pente raide ascendante continue juste devant le tunnel, les conducteurs ont la tendance d’accélérer après entrer dans le tunnel à cause de cette pente qui les a obligés de baisser la vitesse, ce qui augmente en conséquence le gaz d’échappement ainsi le coût supplémentaire à investir dans les installations d’aération. Il est nécessaire, au moment de détermination d’un tracé de route connectée au tunnel, de concevoir un tracé facile à réaliser en tenant en compte la configuration et les procédés de construction comportant le pont et le remblai créés à proximité de l’entrée. 2. Dans certains tunnels, la largeur d’accotement est réduite par rapport à celle de la route connectée au tunnel. Pour que les véhicules puissent entrer au tunnel avec aisance, une bande d’accotement dont la largeur se diminue progressivement à l’approche de l’entrée du tunnel est prévue sur la route connectée au tunnel avec une certaine longueur qui est déterminée en fonction de la vitesse de calcul. La différence dans la largeur d’accotement est ajustée dans cette zone. Le rapport de diminution adoptée pour cette zone est en général de 1/25 à 1/50. L’ajustement est fait par bordure, barrière de sécurité, marquage, etc. tandis que l’ouvrage tel que mur de soutènement situé près de l’entrée de tunnel n’est pas ajusté en général. L’espace libre créé près de l’entrée de tunnel peut être utilisé pour les installations auxiliaires, ce qui est avantageux pour la gestion 1-4

d’exploitation et d’entretien de tunnel. Dans la région froide et de forte précipitation de neige, il est nécessaire de prévoir un espace réservé à l’amoncellement de déblais de neige juste avant l’entré de tunnel afin d’empêcher d’entraîner la neige à l’intérieur du tunnel. En principe, la même largeur que celle de la partie déblayée est assurée jusqu’en face de l’entrée pour l’espace réservé à l’amoncellement de neige devant l’entrée de tunnel, mais en tenant compte de volume de neige entraînée par véhicule et/ou emportée par vent à l’intérieur du tunnel, il vaut mieux d’assurer un espace le plus large que possible dans la mesure où les conditions géomorphologiques et économiques le permettent.

1-5

1.2 Conception de section 1.2.1 Section intérieure 1. La forme ainsi que les dimensions de la section intérieure de tunnel couvrent les limitations de construction définies et requises par l’Ordonnance de Construction de Route et la section nécessaire pour l’aération, etc., et elles sont déterminées en prenant en compte la sécurité et l’efficacité économique. 2. Lorsqu’il s’agit d’un tunnel où circulent les véhicules, les bicyclettes et les piétons dans la même section, la structure doit être celle qui assure la sécurité des bicyclettes et les piétons en particulier. 【Commentaire】 1. La section intérieure de tunnel assurant les fonctions de service pour la circulation routière doit satisfaire aux limitations de construction définies et requises par l’Ordonnance de Construction Routière et comporter l’espace nécessaire pour les installations annexes (le système d’aération, le système d’éclairage, le système de secours d’urgence, le système de drainage, les équipements intérieurs, etc.) et le passage/pavage (y compris rechargement de revêtement) pour la maintenance, ainsi qu’une marge réservée pour couvrir l’erreur produite dans l’exécution de revêtement intérieur. Compte tenu d’espace pour la chaussée, les limites de construction doivent être déterminées conformément à Fig.-2.1 ci-dessous. a : Largeur d’accotement (maximum 1m) b : 0,7m c : Largeur d’accotement (0,25m sans accotement) H : 4.5m (Tunnel n’ayant ni passage pour piétons ni passage pour bicyclettes) (a) Exemple des limitations de construction

(b) Mise en application des limitations de construction Fig.-1.1 Limites de construction pour la chaussée et leur mise en application

1-6

Compte tenu de la sécurité et l’efficacité économique, la forme intérieure de tunnel doit être la section en «fer à cheval» constitué d’un cercle à trois centres (demi-cercle supérieur à centre unique) ou la section ellipsoïdale aplatie comme cercle à cinq centres (demi-cercle supérieur à trois centres). Cependant, lorsque la poussée des terres et la pression hydraulique sont considérables à cause de mauvais terrain, on adopte quelquefois la forme de cercle ou quasi-cercle. C’est ainsi que la forme de section intérieure doit être décidée de manière rationnelle en fonction des limites de construction et des conditions géomorphologiques du terrain naturel. Lors de détermination de forme de section intérieure, il est préférable de maintenir le rapport largeur-hauteur (rapport de la hauteur avec la largeur de la section intérieure) au-dessus de 0,57 à 0,60. Un certain espace libre étant créé structurellement entre les limites de construction et le revêtement, il est important de faire valoir cet espace en y disposant efficacement les installations annexes pour minimiser l’espace mort. Pour les tunnels particuliers tels que celui réservé exclusivement aux piétons, celui de secours, celui routier à trois voies, etc. ayant des dimensions différentes des tunnels routiers à deux voies ordinaires, il faut concevoir leur forme de section tant stable qu’économique après une étude approfondie sur les fonctions et services qu’ils ont à assurer spécifiquement. Pour le tunnel de type étanché (type non-drainage) qui est construit dans les terrains spéciaux tels que le terrain gonflant ou non-consolidé ainsi que dans le terrain ayant une haute pression hydraulique, il est nécessaire d’étudier une forme de section qui tient compte des conditions géomorphologiques respectives et de la force agissant sur le revêtement, etc. Comme on le montre dans Chapitre 2, Section 2.1 «Combinaison standard de boisage», Les dimensions de section du tunnel sont classées en trois catégories, à savoir «section normale», «grande section» et «petite section» par l’indice du rapport largeur-hauteur de la section intérieure sur la ligne de naissance. Parmi ces trois sections, la petite section est adoptée pour le tunnel de secours ou d’essai dans un tunnel à long parcours.

1-7

Axe du Tunnel

Axe de la route

Fig.-1.2 (1) Exemple de section d’un tunnel routier sans trottoir Axe du Tunnel

Axe de la route

Fig.-1.2 (2) Exemple de section d’un tunnel routier avec trottoir

1-8

Axe du Tunnel

Axe de la route

Fig.-1.2 (3): Exemple de section d’un tunnel d’autoroute

1-9

2. Conception

2.1 Combinaison standard de boisage Pour l’étude préliminaire sur le boisage, la combinaison standard doit être adoptée selon les catégories du terrain naturel. 【Commentaire】 Le boisage doit être conçu de telle manière à ce qu’il soi optimal et le plus adéquat aux conditions à satisfaire du tunnel en faisant valoir les caractéristiques avantageuses de divers éléments constitutifs de son boisage. Cependant, du fait qu’à la phase de l’étude préliminaire, il est difficile de saisir exactement la nature et les caractéristiques physiques du terrain naturel dans les détails d’une part, et que l’effet des éléments constitutifs du boisage n’est pas encore effectivement évident d’autre part, il serait rationnel de prévoir une combinaison standard de boisage en se basant sur le classement des terrains naturels. Comme il existe plusieurs combinaisons de boisage, on dispose d’une marge assez large dans le choix de conception. Le Tableau-2.1 montre quelques indications concernant les combinaisons de boisage pour un tunnel de section ordinaire, ayant la largeur de la section intérieure de 8,5 à 12,5m et le rapport largeur-hauteur au-dessus de 0,6 indique, tandis que les Tableaux 2.2 et 2.3 montrent les indications de combinaisons de boisage pour un tunnel de grande section (largeur 12,5 à 14,0m, rapport l/h au-dessus de 0,57) ainsi que pour un tunnel de petite section (largeur 3,0 à 5,0m, rapport l/h au-dessus de 0,8) respectivement. Pour d’autres tunnels ayant la section qui ne figure pas surs les Tableaux 2.1, 2.2 et 2.3, leur boisage doit être étudié séparément par la référence à ces Tableaux. La Fig.-2.1 montre un exemple de boisage. Ces Tableaux qui ont été élaborés sur la base des réalisations du passé sont destinés à l’étude préliminaire. Pour un tunnel d’une surcharge inférieure à 20m, ou supérieure à 500m, le boisage doit être calculé sur la base des réalisations similaires dans le passé et/ou par la méthode analytique. Il ne faut pas oublier que le boisage doit être modifié et rectifié pour qu’il soit le plus adopté au tunnel à construire pendant la phase de construction par l’observation et les mesures au niveau du front de taille.

2-1

Tableau-2.1: Indications pour les combinaisons standard de boisage (section ordinaire, largeur 8,5 à 12,5m)

B

B

2,0

3,0

1,5

2,0 Sup.120°

-

-

-

5

30

0

0

CI

CI

1,5

3,0

1,5

1,5

Sup.

-

-

-

10

30

(40)

0

-

-

-

1,2

3,0

1,5

1,2

Sup/Inf

10

30

(40)

0

H-125

-

1,2

15

30

45

0

Moins Moins Sup/Inf H-150 H-150 20 de 1,0 de 1,0

30

50

10

CII-a CII CII-b DI-a

3,0

DI

1,0 DI-b

DII

DII

1,2

1,0

Sup/Inf H-125 H-125

1,0

4,0 Moins 4,0 de 1,0

1,2

Procédé de percement

Marge de déformation

Radier

Voûte/Paroi

(cm) (cm) (cm) (cm) Pleine section par banc ou Section demi-cercle supérieur

(m)

Revêtement Epaisseur de béton projeté

Intervalle

Type pour Demi-cercle Inf.

Demi-cercle

(m)

pour

Sur circonférence

(m)

Etendue de boulonnage

Longueur

(m)

Sur axe

Longueur d’une course

Modèle de boisage

Classement de terrain

Intervalle

Boisage en structure d’acier

Type Sup.

Boulons de roche

Notes : 1) Concernant les indices de boisage «a» et «b», lorsque le terrain est catégorisé à «C II» et «D I» dans le classement, l’indice «b» est considéré comme la base. Cependant, lorsque le percement de galerie permet de supposer la stabilité dans l’écartement de tracé et dans le front de taille, l’application de l’indice «a» est considérée. 2) Radier a. Pour les terrais constitués de sol argileux ou de roche cristalline décomposée comme marne du dépôt tertiaire, tuf, ophiolite, le radier en voûte d’une épaisseur de valeur indiquée entre parenthèses ( ) dans le Tableau; b. Si la fermeture de section est imminente, le radier est fermé par le béton projeté dont l’épaisseur est déterminée par la référence aux épaisseurs de béton projeté sur les parties supérieure et inférieure. Le radier en voûte par le béton projeté est comprise dans l’épaisseur du radier, mais l’épaisseur du béton coulé in situ ne doit pas perte inférieure à celle du béton de revêtement posé à la voûte et à la paroi latérale. c. Même si le terrain est classé en «D I», le radier de voûte peut être négligé lorsque le tunnel repose sur une roche ayant la force portante suffisante à long terme et qu’il ne subit pas la poussée latérale. 2-2

3) Treillis a. Pour le terrain classé en «D I», le treillis est posé sur le demi-cercle supérieur, tandis que pour le terrain classé en «D II», il est posé sur les demi-cercles supérieur et inférieur en général. b. En cas d’utilisation du béton renforcé de fibres d’acier, le treillis peut être négligé. 4) Marge de déviation Pour le terrain classé en «D II», un jeu d’environ 10cm est prévu au demi-cercle supérieur pour le tunnel de percement à la section de demi-cercle supérieur, et aux deux demi-cercles supérieur et inférieur pour le tunnel de percement à section pleine à abattage par banc auxiliaire puisque ce dernier cas ne comporte pas de décalage dans le percement. Par ailleurs, cette marge de déviation doit être ajustée selon les circonstances par les mesures réelles effectuées au cours de la construction. 5) Pour les terrains classés en «A» et «E», les combinaisons sont étudiées pour s’adapter aux conditions de chaque terrain respectivement. 6) Même s’il reste dans le champ d’application de la section normale, lorsque la section aplatie, telle que demi-cercle supérieur à trois centres, est adoptée près de la limite à la grande section, l’application de combinaison de boisage pour la grande section est considérée.

2-3

Béton projeté Revêtement

Coupe A - A Boulon de roche

Boulon de roche

Béton projeté

(a) Exemple de structure de boisage «C I» Treillis Boisage d’acier en arc

Béton projeté Revêtement Coupe A - A Boulon de roche Béton projeté

Boulon de roche Treillis

Boisage d’acier en arc

(b) Exemple de structure de boisage «CI-a» Fig.-2.1: Exemples de structure de radier en voûte pour la section normale

2-4

Tableau-2.2: Indications pour les combinaisons standard de boisage (grande section, largeur 12,5 à 14,0m)

(cm) (cm)

B

B

2,0

4,0

1,5

2,0

Sup.

-

-

-

10

40

-

0

CI

CI

1,5

4,0

1,2

1,5

Sup/Inf

-

-

-

15

40

(45)

0

CII

CII

1,2

4,0

1,2

1,2

Sup/Inf H-150

-

1,2

15

40

(45)

0

DI

DI

1,0

6,0

1,0

1,0

Sup/Inf H-150 H-150

1,0

20

40

50

0

DII

DII

Moins 6,0 de 1,0

1,0

25

40

50

10

Moins Moins Sup/Inf H-200 H-200 de 1,0 de 1,0

Procédé de percement

Marge de déformation

Radier

Voûte/Paroi

(cm) (cm)

Pleine section par banc ou Section demi-cercle sup. ou Galerie pilote piédroit ou Galerie pilote au centre

(m)

Revêtement Epaisseur de béton projeté

Intervalle

Type pour Demi-cercle Inf.

Demi-cercle

(m)

pour

Sur circonférence

(m)

Etendue de boulonnage

Longueur

(m)

Sur axe

Longueur d’une course

Modèle de boisage

Classement de terrain

Intervalle

Boisage en structure d’acier

Type Sup.

Boulons de roche

Notes : 1) Radier a. Pour les terrais constitués de sol argileux ou de roche cristalline décomposée comme marne du dépôt tertiaire, tuf, ophiolite, le radier en voûte d’une épaisseur de valeur indiquée entre parenthèses ( ) dans le Tableau; b. Aux pieds, l’épaisseur de radier en voûte doit être ajustée de manière à ce qu’elle soit égale à celle de la somme du béton projeté et du revêtement, tel que montré dans la Fig-2.2. c. Si la fermeture de section est imminente, le radier est fermé par le béton projeté dont l’épaisseur est déterminée par la référence aux épaisseurs de béton projeté sur les parties supérieure et inférieure. L’épaisseur de radier en voûte par le béton projeté est comprise dans l’épaisseur du radier, mais l’épaisseur du béton coulé in situ ne doit pas être inférieure à celle du béton de revêtement posé à la voûte et à la paroi latérale. d. Même si le terrain est classé en «D I», le radier de voûte peut être négligé lorsque le tunnel repose sur une roche ayant la force portante suffisante à long terme et qu’il ne subit pas la poussée latérale.

2-5

Fig.-2.2: Forme de boisage pour la grande section 2) Treillis : a. Pour le terrain classé en «C II», le treillis est posé près du sommet de voûte, et pour ceux classés en « D I » et « D II », il est posé sur les demi-cercles supérieur et inférieur en général. b. Pour les terrains classés autrement que ceux précités, le treillis peut être posé près du sommet de voûte selon les circonstances. En outre, en cas d’utilisation du béton renforcé de fibres d’acier, le treillis peut être négligé. 3) Marge de déviation : Pour le terrain classé en «D II», un jeu d’environ 10cm est prévu au demi-cercle supérieur pour le tunnel à la section de demi-cercle supérieur, et aux deux demi-cercles supérieur et inférieur pour le tunnel à section pleine puisque ce dernier cas ne comporte pas de décalage de temps dans le percement Par ailleurs, cette marge de déviation doit être ajustée selon les circonstances par les mesures réelles au cours de la construction. 4) Percement : a) En cas de méthode de percement à paroi divisée, la combinaison de boisage citée ci-dessus est appliquée pour la galerie principale, mais la combinaison de boisage pour la paroi est déterminée par les conditions du chantier. En outre, le percement à paroi divisé comportant son point faible à la jointure de boisage avec la galerie d’avancement, il nécessaire d’étudier sur les mesures à prendre pour ce point. Pour le cas d’utilisation d’explosif, le choc de charge explosive détruit la paroi en même temps que percement, ce qui entrave le jeu que la paroi doit originairement jouer. Il n’est pas donc préférable d’utiliser les charges explosives dans cette méthode de percement. b) En raison de difficulté d’exécuter l’enfilage au sommet de voûte dans la méthode de percement à paroi divisée, si le percement à galerie d’avancement (galerie de fond) est adopté, la combinaison de boisage citée ci-dessus est appliquée à la galerie principale, mais la combinaison de boisage pour la galerie d’avancement est déterminée par les conditions du chantier. c) La hauteur de la section totale doit être déterminée, après l’étude sur l’échelle et les dimensions de boisage, de manière à ce qu’elle soit celle qui n’entrave l’efficacité et la sécurité de construction. 5) Pour les terrains classés en «A» et «E», les combinaisons sont étudiées pour s’adapter aux conditions de chaque terrain respectivement.

2-6

Tableau-2.3: Indications pour les combinaisons standard de boisage (petite section, largeur 3,0 à 5,0m)

1,0

1,5

CII

CII

1,2

DI

DI

1,0

DII

DII

1,0

(cm)

Non

-

5

20

1,2 à Sup/Inf Non 1,5

-

5

20

-

2,0 à Moins 3,0 de 1,0

-

1,0

Sup/Inf H-100

1,0

10

20

1,0

Sup/Inf H-100

1,0

10 à 12

20

Procédé de percement

2,0

CI

(cm)

Pleine section

1,2

CI

Epaisseur de revêtement

2,0

2,0

Epaisseur de béton projeté

-

B

Intervalle

Non

B

(m)

pour

(m)

Type Sup.

Sur circonférence

(m)

Etendue de boulonnage

Longueur

(m)

Sur axe

Longueur d’une course

Modèle de boisage

Classement de terrain

Intervalle

Demi-cercle

Boisage en structure d’acier

Boulons de roche

Note : Il est nécessaire de considérer l’omission de revêtement en considération de situation d’utilisation et de conditions de terrain du tunnel concerné.

2-7

2.2 Etanchement et Drainage 2.2.1 Généralités d’étanchement et drainage 1. Le système adéquat d’étanchement doit être conçu de manière à empêcher l’eau d’infiltrer à l’intérieur du tunnel. 2. Le système adéquat de drainage doit être conçu de manière à évacuer rapidement l’eau infiltrée à l’intérieur du tunnel vers l’extérieur. 【Commentaire】 Le creusement de tunnel rencontre plus souvent les venues d’eau du terrain. Non seulement ces venues d’eau rendent la projection de béton et la mise en place de boulons de roche difficiles, mais encore elles conditionnent la qualité de béton et la réussite de construction elle-même de tunnel. Les venues d’eau empêchées par le revêtement exercent la pression supplémentaire à l’arrière du revêtement, ce qui produit un risque de fissuration dans le revêtement, éventuellement allant plus loin, un mauvais effet au tunnel lui-même. Notamment les venues d’eau passant par des fissures dans le revêtement entraînent la dégradation de la tenue du béton de revêtement, le développement de corrosion sur les équipements annexes, la formation de givrage (glaçons pendant) et de verglas sur la chaussée en hiver donnant au conducteur un aliment d’anxiété. Par conséquent, il est nécessaire d’empêcher l’eau de s’infiltrer à l’intérieur du tunnel. Mais, lorsque l’eau est arrêtée, le niveau de nappe d’eau souterraine remonte, et le tunnel subit la pression hydraulique s’ajoutant à la pression du sol. A l’exception des tunnels étanches à l’eau (non-drainage) construits dans la ville, l’eau doit être drainée, en règle générale, le plutôt possible sans qu’elle stagne dans la galerie. De ce qui précède, il est impératif d’effectuer l’étanchement/drainage approprié pour traiter les venues d’eau du terrain et pour empêcher l’eau d’infiltrer à l’intérieur du tunnel. Et, il faut considérer encore, pour la conception de système d’exhaure, les eaux entraînées par des wagons ou utilisées pour le nettoyage du tunnel et la lutte contre l’incendie, ou les eaux d’infiltration après la mise en service du tunnel. Dans la construction de tunnel à la région froide et de forte précipitation de neige, les mesures contre le gel comme la formation de glaçons pendant et le givrage sur la paroi, etc. consistent normalement en la prévention contre l’infiltration et en l’arrêt d’eaux. En cas de nécessité de prendre les mesures particulières à ce problème, la méthode de construction d’isolement thermique qui consiste en l’installation de matériaux isolants à la surface de revêtement qui empêchent l’échange thermique entre le terrain et le tunnel est employée dans certains cas. Selon les objectifs et les fonctions, les travaux d’étanchement et de drainage sont détaillés par : a. Etanchement : L’étanchement est prévu pour empêcher les eaux d’infiltrer dans la galerie par création d’une barrière étanche entre le revêtement et le béton projeté. b. Drainage derrière le revêtement : Le drainage derrière le revêtement a pour objet de collecter les eaux derrière le revêtement puis les amener à l’égout de radier. Le drainage traversant derrière le 2-8

revêtement signifie le drainage installé longitudinalement au pied de la barrière d’étanchéité. c. Drainage de radier : Le drainage de radier signifie l’égout central installé au-dessous du radier pour amener les eaux de radier et les venues d’eau derrière le revêtement, ainsi que l’égout installé longitudinalement. d. Drainage d’accotement : Le drainage installé au niveau d’accotement pour évacuer l’eau entraînée par les véhicules dans le tunnel, l’eau de nettoyage, la fuite d’eau, etc. e. Traitement des eaux d’infiltration Ce procédé a pour objet de traiter les eaux d’infiltration avant la projection du béton.

Etanchement (Bâche, etc.) Drainage des venues d’eau (trous de drainage, etc.) Drainage derrière revêtement

Drainage de radier (Tube de canalisation)

Drainage de bordure

Drainage longitudinal derrière revêtement (Type Filtre)

Drainage longitudinal transversal derrière revêtement Drainage transversal Drainage transversal Drainage transversal (Type Tube) Drainage central

Fig.-2.3: Dénomination des systèmes de drainage

2-9

Tableau-2.4: Effets du béton projeté Effet de béton projeté 1. Adhésion au terrain et effet de soutènement par la résistance au cisaillement : L’adhésion du béton projeté au terrai permet de : - distribuer la force externe s’exerçant sur le béton projeté au terrain ; - donner la résistance de cisaillement aux fissures et fractions de terrain ; - empêcher le détachement en maintenant le blocage de clé ; - former un grand-arc près de la paroi du tunnel. Efficace pour les roches dures ayant beaucoup de fissures. 2. Effet de pression interne et fermeture de la section : Par la formation d’un ensemble de soutènement continu, le béton projeté contraint la déformation ou le déplacement du terrain, donne la pression interne (force de soutènement) au terrain, et maintient le terrain soutenu à trois axes. L’effet de soutènement est plus grand lorsque la section est fermée tôt par la mise en place du radier. Efficace pour les terrains constitués des roches tendres ou sableuses. 3. Effet de distribution de la force : Le béton projeté se comporte comme un élément transmettant la poussée de terre au boisage métallique ou aux boulons de roche. 4. Effet de renforcement aux couches moins résistantes : Le béton projeté joint les couches moins résistantes en égalisant les inégalités de la face du terrain, ce qui permet de renforcer ces couches par la dispersion de la concentration de contrainte. 5. Effet de revêtement : Comme la surface du terrain est revêtue aussitôt après le creusement, le béton projeté est efficace pour la prévention de la désagrégation, des venues d’eau, de l’écoulement de particules, etc.

2-10

Schéma

Tableau-2.5: Effets des boulons de roche Effet de boulons de roche 1. Effet de «couture» (effet de suspension) : Les boulons de roche re-fixent «coudent» les blocs lâchés par sautage au terrain pour prévenir leur détachement. Pour le terrain fissuré, ce procédé est plus efficace avec le béton projeté. 2. Effet de poutrage : Le terrain constitué de plusieurs couches se comporte comme les poutres superposées en se séparant les unes des autres. Au plan de stratification. Lorsque ces couches sont serrées par les boulons de roche, la résistance au cisaillement au plan de stratification étant transmise, l’ensemble des couches serrées se comporte comme la poutre réunie. 3. Effet de pression interne : La pression interne correspondant à la force de traction de boulon de roche s’exerce sur la face du tunnel, ce qui permet de maintenir le terrain du tunnel soutenu par trois axes. Cet effet, ayant la même signification de la croissance de la force de contrainte lors de l’essai à la compression, permet d’empêcher la baisse de résistance ou capacité porteuse du terrain. 4. Effet de formation en arc : Le terrain du tunnel, dont la capacité porteuse est montée par l’effet de la pression interne engendrée par les boulons de roche, forme un grand arc par déformation vers la section. 5. Effet d’amélioration du terrain : Lors que les boulons de roche restent piqués dans le terrai, la résistance au cisaillement du terrain augmente, et la résistance résiduelle augmente même après la limite. Ceci mène à dire que le terrain est amélioré par l’effet des boulons de roche. 6. Effet de «couture» (effet de fixation) : Par le piquage préalable par les boulons de roche à partir de la surface du terrain d’un tunnel moins surchargé, la baisse de la résistance ou la capacité porteuse du terrain est empêchée. Ceci donne un effet d’empêchement de relâchement du terrain.

2-11

Schéma

Boulon de roche

Front de taille

(b) Modèle à symétrie axiale

Front de taille

Boulon de roche

(a) Modèle à deux dimensions (c) Modèle à trois dimensions Fig.-2.4: Modèles analytiques

2-12

DEPART

Poussée initiale du terrain Conception initiale

Données

Forme·bord du terrain Caractéristiques physiques/dynamiques et résistance

Calcul de la poussée initiale

Entrée

Densité, coefficient de Poisson

A répéter jusqu’à la fin de chaque phase de percement

Poussée latérale par mesure

Entrée de boulons de roche et revêtement Calcule de force de libération

Analyse de contrainte pour chaque phase de construction

Re-évaluation de caractéristiques Redistribution de contraintes et marge de relâchement

Plan de déplacement et déformation aux points nodaux

Sortie des résultats

Plan de contraintes d’éléments et principale Relâchement et coefficient de sécurité Contraintes de revêtement et boulons de roche

Traçage par le traceur automatique

ARRIVEE

Fig.-2.5: Schéma de calcul pour l’analyse des contraintes

2-13

3. Exécution

3.1 Procédure d’exécution des travaux de tunnels 3.1.1 Mesures Mesures à l’extérieur du tunnel Sens d’avancement Point de repère à l’entrée ou la sortie du tunnel

Point de repère à l’entrée ou la sortie du tunnel Tunnel

Point de repère

Point de repère

Mesures à l’intérieur du tunnel Mesure de l’axe, altimétrie Le repère de nivellement provisoire est fixé dans le tunnel sur la base des points de repère mis en place à l’extérieur du tunnel pour établir l’axe de conception dans le tunnel et mesurer la position en plan et le niveau du percement de tunnel ainsi que pour vérifier les positions du percement, des ouvrages de supports et des coffrages. (Dans la plupart des cas les appareils à laser sont utilisés pour les mesures quotidiennes telles que marquage de la ligne de percement).

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3.1.2 Mise en place de l’entrée/la sortie du tunnel Mise en place standard de l’entrée/la sortie du tunnel En premier lieu le terrain est creusé avec une pente de la surface de talus de 1 : 0,3 à 0,5 de manière à pouvoir avoir une surcharge de l’ordre de 2 à 3 m, et en second lieu la surface de talus est renforcée au moyen du béton projeté, de boulons de roche, etc., pour la stabiliser. Les travaux devront être exécutés en prêtant une attention particulière d’autant plus que l’entrée/la sortie du tunnel est située souvent dans des conditions topographiques et/ou géologiques instables.

Les supports d’acier en arc sont mis en place comme coffrage perdu sur la partie à ciel ouvert et après avoir installé les contreventements, le béton de protection est coulé. Ensuite les supports d’acier en arc reçoivent les clefs de voûte, les treillis, etc., avant d’être revêtus du béton de projection.

Les sacs de terre sont mis en pace pour stabiliser le coffrage perdu.

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Mise en place de l’entrée/la sortie du tunnel par la galerie pilote piédroit ▼ Dans le cas de terrain à poussée des terres asymétriques ou de mauvais sol portant, une galerie pilote piédroit est percée avant la mise en place de l’entrée/la sorte du tunnel. Une galerie pilote piédroit est percée à l’avance et le béton est coulé sur la paroi latérale de la galerie.

Béton de la paroi latérale

Les supports d’acier en arc sont mis en place comme coffrage perdu sur le béton de paroi latérale. Support d’acier en arc

Après l’achèvement de la mise en place de l’entrée/la sortie du tunnel, on procède à l’exécution du demi-cercle supérieur.

Demi-cercle supérieure Demi-cercle inférieure

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Une pente est réalisée pour monter sur le demicercle supérieur.

Mise en place de l’entrée/la sortie du tunnel par le mur de soutènement Lorsque l’entrée/la sortie du tunnel doit être mise en place sur une pente ou dans une zone vallonné, un mur de soutènement est posé comme mesure contre la poussée des terres asymétrique, l’éboulement, etc., et le remblai en solciment ou en autre matériau est exécuté avant de procéder à la mise en œuvre de l’entrée/la sortie du tunnel. Remblai en sol-ciment

Mur de soutènement

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3.1.3 Procédures de percement Percement 1) Percement à l’aide d’explosif Les trous sont percés au moyen d’un engin de forage dit « Jumbo » pour y insérer l’explosif. En général, les trous ont un diamètre d’environ 40 mm et une longueur de 1 à 2 m.

L’explosif est inséré manuellement à partir du cage du Jumbo. Le nombre de tours et la quantité d’explosif s’accroissent à mesure que le terrain devient plus dur.

Après l’insertion d’explosif, les fils de mise à feu sont raccordés avant de les faire sauter.

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2) Percement à l’aide d’engins mécaniques L’engin de percement à section libre creuse le terrain et en même temps des déblais sont évacués. L’engin de percement à section libre est utilisé en général dans les terrains où les venues d’eau sont faibles et la résistance à la compression sans étreinte latérale du rocher est inférieure à 500 kg/cm2.

La photo montre le percement au moyen de la tête d’attaque fixée au bout de l’engin de percement à section libre.

La desquamation et l’élimination d’irrégularités pour la mise en place de suports sont effectuéess au moyen d’un brise roche géant, etc., avant le marinage.

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Déblaiement Après le percement, les déblais sont amoncelés au moyen d’une pelle mécanique.

Chargement de déblais sur un camion benne dans le demi-cercle supérieur Les déblais amoncelés sont chargés sur le camion à benne au moyen d’une pelle mécanique à sable. Dans certains cas, des conteneurs sont utilisés pour évacuer les déblais en vue de raccourcir le délai d’exécution des travaux.

La photo montre le chargement de déblais dans le demi-cercle inférieur

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Béton projeté ▼ Le béton projeté est un matériau de support important du tunnel pour recouvrir le terrain en vue de le protéger juste après le percement et en même temps pour empêcher la déformation du terrain. La photo montre le chargement du béton frais transporté par une toupie à béton sur l’appareil de projection du béton.

Etat du béton projeté sur la surface de percement au moyen d’un robot de projection

Supports d’acier en arc ▼ Les supports d’acier en arc sont mis en place pour empêcher l’éboulement du terrain juste après le percement d’une part, et pour stabiliser le terrain en combinaison avec le béton projeté d’autre part. La photo montre la mise en place de supports d’acier en arc du demi-cercle supérieur au moyen d’un érecteur sur chariot. 3-8

Mise en place de supports d’acier en arc du demi-cercle supérieur au moyen du Jumbo de forage.

Treillis ▼Les treillis sont mis en place si besoin est pour renforcer le béton projeté et empêcher son éboulement. La photo montre la mise en place manuelle de treillis à partir de la cage du Jumbo.

Les treillis sont mis en place entre le béton projeté primaire et les supports d’acier en arc.

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Boulons de roche ▼ Les boulons de roche ont pour effets le palissage du terrain, la poussée interne et la formation du voûte d’une part, et permettent d’empêcher l’éboulement du terrain, et de fixer le béton projeté au terrain d’autre part. Les trous sont percés au moyen du Jumbo pour la mise en place de boulons de roche. Le diamètre de trous est de l’ordre de 40 mm. En général, le diamètre et la longueur de boulons de roche sont respectivement de 25 mm et de 3 à 4 m.

Le mortier mélangé in situ est injecté dans les trous de boulons de roche au moyen d’une pompe à mortier et un tuyau. Dan la plupart des cas, les boulons de roche sont ancrés dans le terrain au moyen du mortier.

Mise en place de boulons de roche dans les trous remplis du mortier.

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Après la prise du mortier, les plaques de base sont posées et serrées au moyen d’écrous.

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3.1.4 Etanchéité et drainages Il s’agit des ouvrages destinés à empêcher l’infiltration des eaux venant du terrain et à collecter et évacuer ces eaux rapidement à l’extérieur du tunnel. (1) Etanchéité ▼Les feuilles d’étanchéité sont mises en place entre le béton projeté et le béton de revêtement pour empêcher l’infiltration d’eau venant du terrain et restreindre la fissuration du béton de revêtement. Mise en place manuelle de feuilles d’étanchéité à partir d’un chariot de travaux (Fixation de feuilles sur la surface du béton projeté au moyen de rivets.)

Raccordement de feuilles d’étanchéité (jointure thermique)

Feuilles d’étanchéité posées avant de recevoir le béton de revêtement. Au fond, on voit le chariot de travail.

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Prévention de fissuration Dans les tronçons qui ne sont pas étanchéifiés, les feuilles de polyéthylène d’une épaisseur de 1 mm sont posées entre le béton projeté et le béton de revêtement en vue de restreindre la fissuration.

La photo montre les feuilles posées.

3-13

Drainage ▼ Il a pour objectif de collecter, dans le système de drainage derrière le revêtement, des eaux qui descendent derrière le système d’étanchéité, de les amener dans le système de drainage central à travers les systèmes de drainage transversaux et de les évacuer à l’extérieur du tunnel La photo montre les travaux d’exécution du système de drainage derrière le revêtement

La photo montre les travaux d’exécution du système de drainage transversal

Travaux d’exécution d’un système de drainage central

Point de venues d’eau Béton projeté

Système de drainage central

Béton de revêtement Feuille d’étanchéité Système de drainage transversal Système de drainage derrière le revêtement Cas où il y a le radier

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Radier Cas où il n’y a pas de radier

3.1.5 Revêtement

Revêtement Coffrage en voûte à pleine section pour le coulage de revêtement assemblé à l’entrée du tunnel. Le coffrage se déplace sur les rails dans le tunnel pour le coulage du béton de revêtement. En général, la longueur d’une portée est de l’ordre de 10 à 12 m.

Toupie à béton qui alimente en béton frais le camion-pompe à béton pour le coulage du béton de revêtement

La photo montre les travaux de compactage du béton de la paroi latérale au moyen d’un vibreur à travers une des fenêtres de travail du coffrage en voûte Pour le sommet, le coulage s’effectue par la projection dans le sens ascendant à travers une des fenêtres pratiquées au sommet.

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La photo montre le béton de revêtement coulé. En général, l’épaisseur de calcul du revêtement est de 30 cm pour les tronçons standards à 2 voies, de 35 cm pour l’entrée et la sortie du tunnel et de 40 cm pour les bandes d’arrêt d’urgence.

Trous réservés lors du coulage de béton Les différents types de trous sont réservés pour la mise en place des installations d’urgence.

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Radier ▼ Dans les cas où la nature de terrain est défavorable, telle que la poussée latérale des terres importante, la capacité portante insuffisante au niveau de pieds de revêtement, etc., le radier est mis en place pour fermer la section du tunnel. Le radier peut s’exécuter soit sur un coté de la section tout en laissant le passage pour le transport de matériel, soit sur les deux cotés. En cas d’exécution des travaux sur les deux cotés, dans certains cas on fait appel à des quais provisoires. La photo montre l’excavation de la partie radier au moyen d’un brise roche et une pelleteuse.

La photo montre le coulage du béton de radier. Dans le cas où la nature de terrain est défavorable notamment au niveau de l’entrée du tunnel, le radier est réalisé en béton armé.

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3.1.6 Portail de tunnel Le portail de tunnel est réalisé en tenant compte de la stabilité du terrain au niveau du portail et de son harmonisation avec le paysage d’alentours. La photo montre l’échafaudage assemblé pour les travaux de portail de tunnel (type mural)

La photo montre les travaux d’assemblage de fers à béton dans le coffrage achevé sur la surface totale du mur. C’est un type intégré d’une structure en béton en voûte au moyen du coffrage cintré et un portail type mural

Après l’enlèvement du coffrage et de l’échafaudage, l’arrière du portail est remblayé.

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3.2 Engins de percement de tunnel 3.2.1 Engins de percement

(1) Jumbo de forage C’est un engin de forage des trous destinés au chargement d’explosifs et aux boulons de roche pour le percement à l’aide d’explosif. Son translation se fait soit par pneus, soit par chenilles, sois par rails (portique). Il est équipé de 1 à 3 bras de forage (2 à 6 bras lorsqu’il s’agit du type portique). (La photo montre le Jumbo hydraulique à pneus équipé de 3 bras de forage.)

(La photo montre le Jumbo hydraulique du type portique à 5 bras.)

(2) Engin de forage à libre section utilisé pour le percement mécanique C’est un engin utilisé pour le terrain rocheux meuble à moyennement meuble.

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(3) Engin de percement à libre section utilisé pour le percement mécanique C’est un engin utilisé pour les terrains en terre et terrains rocheux meubles. Dans la plupart des cas il est utilisé pour la desquamation et comme engin auxiliaire pour le percement du demi-cercle inférieur, du radier et du demi-cercle supérieur (double tête).

(4) Brise roche hydraulique géant Il est utilisé pour l’excavation de terrains fissurés, la desquamation et le percement du demi-cercle inférieur et le radier.

(5) Tunnelier C’est un engin permettant de percer les tunnels en pleine section dans les terrains meubles à terrains rocheux durs. Il est équipé d’une tête de forage à disque qui creuse sous l’effet de poussée contre le front de taille. Au Japon, il est souvent appliqué pour les tunnels de petite section. Parmi ces engins, il en existe du type « ouvert », du type « bouclier » et « semibouclier ». (La photo montre le tunnelier du type bouclier.) 3-20

3.2.2 Engin de projection du béton La plupart des engins de projection du béton utilisent comme force motrice de projection l’air comprimé. Le béton est malaxé soit par voie sèche soit par voie humide. Ces dernières années, les engins de projection du béton du type centrifuge sont développés en vue de restreindre la poussière.

(1) Engin de projection du béton : type robot intégré

(2) Type engin de projection et robot de projection séparés

(3) Camion malaxeur de béton qui transporte le béton entre la centrale à béton installée à l’extérieur du tunnel et le point de projection au front de taille à l’intérieur du tunnel

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3.2.3 Engins de marinage Engin de chargement de déblais ▼ Comme engin de chargement de déblais, il en existe deux types, l’un le type pelle et l’autre le type convoyeur. Dans le cas de percement mécanique, les déblais sont chargés par le convoyeur installé sur l’engin de forage. Ici nous allons voir les engins utilisés pour le percement à l’aide d’explosif. (1) Engin de chargement type pelle (Chargeuse sur pneus) Les engins de chargement type pelle peuvent être sur pneus ou sur chenilles. Comme méthode de chargement, il existe du type en avant, du type réversible et du type à basculement latéral. Pour les tunnels à deux voies, on utilise souvent les chargeuses sur pneus (classe de 2 à 4 m3). Engin de projection du béton : type robot intégré

(2) Engin de chargement type pelle (chargeuse-pelleteuse) Dans la plupart des cas, cet engin est utilisé comme engin auxiliaire pour le chargement de déblais engendrés par suite du percement du demi-cercle inférieur, du radier et du demi-cercle supérieur. Dans le tunnel, les chargeuses-pelleteuses de petite portée sont utilisées.

(3) Engin de chargement type convoyeur L’engin de ce type le plus couramment utilisé est la chargeuse Schaeff. Les déblais sont amoncelés sur le convoyeur au moyen d’un godet ou un dispositif de collecte, et ensuite chargés directement sur les véhicules de transport tels que camion à benne. Ils sont pour la plupart électriques sans gaz d’échappement.

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Engins de transport de déblais (sur pneus) ▼ Pour le transport de déblais de tunnels routiers de plus de deux voies, en général les engins sur pneus sont utilisés. (4) Camion benne 11 tonnes C’est un camion benne du même type que celui couramment utilisé pour les tronçons à ciel ouvert, mais maintenant il est équipé d’un dispositif de purification du gaz d’échappement pour préserver l’environnement de l’intérieur de tunnel sain.

(5) Camion benne poids lourd Avec la tendance à l’agrandissement de la taille d’engins de travaux publics de ces dernières années, la taille de camions bennes devient aussi plus en plus grande (20 à 30 tonnes). Les engins développés exclusivement pour l’intérieur de tunnels sont utilisés.

(6) Engin du type conteneur Il s’agit d’un type d’engin utilisé notamment pour les percements de tunnels en pleine section et ceux de grande section ces derniers temps. Des déblais émanant d’un sautage sont chargés temporairement dans de conteneurs (5 à 20 conteneurs) posés près du front de fouille et transportés à l’extérieur du tunnel progressivement. Cette méthode permet de prévenir la dégradation de l’environnement à l’intérieur du tunnel d’autant plus que les travaux de transport ne sont pas effectués de la manière concentrée et que le nombre de véhicules de transport peut être diminué. La capacité de conteneurs est de 8 à 20 m3. 3-23

Engin de transport de déblais (type à rails) ▼ En général, pour le transport de déblais de tunnels de petite section, des wagons (type à rails) sont utilisés. Le remorquage s’effectue par la locomotive à batterie. (1) Wagon navette (shuttle rain) L’adoption de ce type de wagon navette devient fréquente ces dernières années, car il permet le déplacement de déblais dans le wagon au moyen d’un convoyeur à radar d’une part, et plusieurs wagons peuvent être attelés en fonction du volume de déblais d’autre part, ce qui permet d’éviter le changement de wagon au moment de chargement de déblais.

(2) Camion navette Le camion navette a la même fonction que celle du wagon navette, mais l’attelage de plusieurs camions n’est pas possible.

3-24

3.2.4 Coffrage de revêtement Coffrage en pleine section (cintré) pour le coulage du béton de revêtement

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3.2.5 Installations temporaires On entend par installations temporaires celles nécessaires à l’exécution des travaux de construction de tunnels et elles comprennent entre autres, comme installations à l’extérieur du tunnel, la centrale à béton pour le béton de projection, la station de traitement des eaux, les magasins de stockage de poudres, les installations de réception et de distribution d’électricité, les installations de prise d’air, les installations de ventilation et les installations d’alimentation en eau. Les installations à l’intérieur du tunnel sont constituées entre autres de celles de ventilation et d’évacuation des eaux.

(1) Vue d’ensemble du chantier à l’extérieur du tunnel

(2) Centrale à béton Un équipement de malaxage du béton de projection comportant entre autres les silos à granulats, les trémies et un malaxeur.

(3) Poste de réception et de transformation du courant électrique

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(4) Station de traitement des eaux C’est une station de traitement des eaux engendrées par le percement de tunnel, le béton de projection, etc. Les eaux sont traitées mécaniquement en utilisant des produits chimiques jusqu’à obtenir les valeurs admises avant de les décharger dans les cours d’eau, etc. Poste de réception et de transformation du courant électrique

(5) Presse à filtre C’est un équipement destiné à diminuer par la presse la teneur en eau dans la boue décantée dans la station de traitement des eaux pour la transporter et utiliser par exemple comme matériau de remblai de la voie.

(6) Magasin de stockage d’explosifs Magasin destiné à stocker les poudres ou explosifs. Il existe des magasins pour les explosifs de la catégorie I, pour ceux de la catégorie II, pour ceux de la catégorie III, etc.

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(7) Magasin de stockage de produits pyrotechniques Magasin pour stocker les produits pyrotechniques (détonateurs, fusibles de sécurité, etc.)

(8) Postes de traitement et de pyrotechnie Le poste de traitement est un local où l’on gère les poudres/explosifs et prépare les sautages (excepté la fabrication de la charge primaire) situé dans le lieu même de consommation de poudres. Le poste de pyrotechnie est un local où l’on effectue les travaux de montage de détonateurs sur les charges (fabrication de charges primaires) dans le lieu de consommation de poudres.

(9) Installations de prise d’air Il s’agit des installations constituées d’un compresseur nécessaire à la mise en œuvre du béton de projection et d’un conduit de prise d’air.

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(10) Installations de ventilation Installations destinées à éliminer ou diluer par la ventilation les gaz toxiques émanant des organes de combustion interne, les gaz et fumées de sautage et la poussière engendrée lors de la projection du béton, et d’alimenter en air frais les personnes qui sont dans le tunnel notamment les opérateurs. Les installations sont constituées notamment d’un contrafan et d’un conduit de ventilation.

(11) Installations d’alimentation en eau Installations d’alimentation en eau nécessaire au percement et autres. Elles sont constituées entre autres d’une tuyauterie de pompage et d’un réservoir d’eau.

(12) Installations d’évacuation des eaux Installations destinées à évacuer à l’extérieur du tunnel des eaux venues du fait du percement de tunnel et des eaux usées dans le tunnel. Elles sont constituées entre autres de caniveaux sans appui, pompes d’évacuation des eaux et conduites d’évacuation.

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3.3 Percement par dynamitage Lors que le percement par dynamitage est adopté, il est nécessaire de concevoir un plan de dynamitage qui tient compte de la nature de roche, la forme de section, les procédés d’excavation ainsi que la percussion sur les environs et d’effectuer le percement de manière à obtenir une surface plane d’excavation en minimisant l’affaiblissement du terrain. 【Commentaire】 Sur le plan économique et d’efficacité, le percement par dynamitage a des avantages dans les terrains constitués des roches dures à tendres par rapport à d’autres types de percement, mais ce procédé consistant en l’utilisation des explosifs comporte éventuellement un risque de désastre. De ce fait, son exécution exige toutes les précautions et les mesures pour s’assurer de la sécurité. (1)

Plan de dynamitage Le plan de dynamitage doit être conçu de manière à s’adapter aux facteurs déterminant la construction du tunnel tels que le dimensionnement du tunnel, la nature du terrain, la forme de section, le procédé de percement, la méthode de déblais, l’environnement, etc. afin que le percement soit réalisé en toute sécurité avec l’efficacité économique. En plus de la théorie sur la destruction par explosion, la connaissance parfaite non seulement sur les matériels à utiliser tels que les perceuses, les explosifs, les détonateurs et amorceurs électriques, les appareils de mesures électriques (résistance, courant de court-circuit, etc.), mais encore sur les lois et réglementations régissant la gestion des explosifs est indispensable. Le procédé doit être conçu et déterminé de façon à ce que des forages soient réalisés rapidement et efficacement avec moins d’explosifs et de surcreusage en laissant des déblais de taille adéquate pour chargement et déblaiement. En outre, l’opération de charge explosive et abattage par explosifs doit être effectuée avec prudence par le personnel qualifié conformément aux lois et réglementations y afférents. En cas de construction au voisinage des zones habitées, il est nécessaire, dans la plupart des cas, de contrôler le niveau de bruit et de vibration, et de prendre des mesures contre le bruit et la vibration.

(2)

Explosifs Il va sans dire que l’explosif destiné au percement du tunnel doit être assez puissant, mais encore celui qui satisfait aux conditions telles que la résistance à l’eau, la sécurit danger, la fumée ne contenant pas de gaz nuisibles, etc. Les explosifs typiques utilisés dans la construction de tunnel sont : - ENOKI No.2 - Hygroscopique (en émersion, en bouillie) - AN-FO 3-30

Parmi ceux précités, l’explosif hygroscopique est plus généralement employé pour des raisons telles qu’étant enveloppé d’un film de résine synthétique donnant une bonne résistance à l’eau qui assure la sécurité dans le traitement, dégageant moins de gaz CO dans la fumée. Cependant, il a des inconvénients en ce qui concerne la vitesse de détonation qui est inférieure à celle de dynamite et la sensibilité d’amorçage qui baisse par la basse température et la pression extérieure. Le Tableau-3.1 montre ci-après les caractéristiques des explosifs typiques. Pour le détonateur qui amorce l’explosif, le type électrique est généralement utilisé grâce à la précision, la sécurité et l’efficacité de détonation dont il dispose. Le détonateur électrique à retard (de 10 à 20 tirs décalés) est utilisé dans la plupart des cas. Le détonateur est d’ailleurs très sensible au choc, à la chaleur et à l’électricité statique, ce qui exige une attention particulière à prêter dans son traitement. Afin de minimiser le volume de surcreusage, on essaie d’utiliser un détonateur électrique qui dispose d’un réglage de temporisation de moins d’erreur.

Propriétés

Tableau-3.1: Caractéristiques des explosifs typiques Explosif Explosif Dynamite ENOKI-2 Hygroscopique (en émersion)

Poids spécifique (g/cc) Vélocité d’explosion (m/s) par JIS Valeur de pendule balistique (mm) Détonation par influence (fois) par JIS Rapport volume/poids du gaz (L/kg) Sensibilité à la chute (classe) Sensibilité d’amorçage de détonateur Etanchéité à l’eau Fumée de tir Apparence Emplacement d’utilisation (3)

AN-FO

1,30 à 1,45

1,13 à 1,27

0,80 à 0,92

5.500 à 6.500

5.000 à 6.000

2.500 à 3.500

80 à 85

70 à 84

-

4à6

2à5

-

810 à 880

755 à 940

900 à 950

5

8

Plus de 8

Amorcé

Amorcé

Non-amorcé

bonne excellente Gluant

bonne excellente Gluant Intérieur/extérieur de mine

Pas étanche (attention) Granulaire Intérieur/extérieur de mine

Galerie de mine

Forage des trous de mine Le nombre et la forme de forages des trous de mine sont déterminés en fonction de la dureté de roche, les conditions de fentes, le déblaiement ainsi que le type et la quantité d’explosif et l’empiétage. La Fig.-3.1 montre quelques exemples de disposition des trous de mine en diagonale. La profondeur de trou de mine est déterminée en fonction de longueur d’une 3-31

course d’avancement. Pour le terrain stable, il est fréquent que la profondeur atteigne plus de 2,0 à 3,0 m (forage à long trou). Dans la plupart des cas, la foreuse est en même temps la perceuse de trou de boulon de roche, et le chariot de foreuse dit «JUMBO» munie de drifters hydrauliques est employé plus fréquemment.

Intervalle SB = 600mm Longueur de ligne SB = 750mm SB=Trou de charge pour sautage adouci

Fig.-3.1: Exemple de disposition des trous de mine en diagonale (4)

Sautage Le sautage se fait d’abord au centre du front de taille pour y créer le bouchon afin d’y former une zone libre. Pour réaliser le bouchon par sautage moins d’explosif, on dispose de plusieurs types de disposition de trous tels que montre le Tableau-3.2 et la Fig.3.2 Les dispositions de trous sont distinguées en gros par deux types à savoir; la disposition diagonale où les trous sont arrangés en diagonale par rapport au front de taille, et la disposition parallèle où les trous sont arrangés en parallèle par rapport à l’axe du tunnel. La disposition diagonale est généralement adoptée, tandis que celle en parallèle est utilisée plus souvent pour le sautage par long trou. Puis, le sautage se fait sur la partie restant à sauter en mettant en œuvre le bouchon crée. Ce sautage se réalise progressivement en décalant les tirs de sautage, et enfin il se termine par l’attache à la périphérie. Pour attaquer cette partie périphérique, la technologie de sautage adouci est fréquemment employée pour minimiser l’impact sur le terrain. Cette technologie consiste en les trous de mine disposés à petit intervalle et plus long qu’ordinaire, dans lesquels on charge l’explosif moins puissant, ce qui donne des avantages dans la minimisation du surcreusage. Lorsqu’il est nécessaire de s’approcher au front de taille, il faut vérifier si des 3-32

charges non éclatées ne restent, puis dégager soigneusement le front des blocs détachés. Tableau-3.2: Types de bouchons Bouchon diagonal

Bouchon en V Bouchon éventail Bouchon pyramidal

Bouchon parallèle

Bouchon canadien Bouchon cylindrique Bouchon de cratère

(a) Bouchon en V (b) Bouchon canadien Fig.-3.2: Exemple de disposition de trous de bouchon Agrégats fins Agrégats gros Ciment

Malaxeur des matériaux

Tuyau flexible Tamis

Buse

Projecteur

Agent de prise Eau

Compresseur

Air comprimé

Pompe d’eau

Fig.-3.3: Schéma de procédé à sec

3-33

Face à projeter

Agrégats fins Agrégats gros Ciment

Malaxeur de béton frais

Tuyau flexible Projecteur

Buse

Face à projeter

Eau Agent de prise rapide Air comprimé

Compresseur

Fig.-3.4: Schéma de procédé à humide Agrégats fins Agrégats gros Ciment Eau

Malaxeur de béton frais

Tuyau flexible Projecteur

Buse centrifuge

Face à projeter

Agent de prise rapide

Fig.-3.5: Schéma de procédé à centrifuge Tableau-3.3: Comparaison des procédés à voie sèche et à voie humide Qualité de béton

Limitation de travaux

Voie sèche La qualité de béton dépend de l’habilité du personnel du fait que l’eau et les matériaux secs (agrégats et ciment) sont malaxés à la buse. Comme il suffit d’alimenter les matériaux secs, il n’y a pas de limitation de travaux.

Distance à envoyer sous Le béton peut être envoyé pression sous pression pour la distance relativement longue. Poussières Beaucoup de poussières Eclaboussure Relativement beaucoup Nettoyage et entretien Entretien facile

3-34

Voie humide Le contrôle de qualité de béton est facile, du fait que le dosage de chaque matériau est préalablement précisé et bien malaxé. L’alimentation des matériaux est limitée. Il faut bien faire attention à la granulométrie et à la forme d’agrégats. Ce procédé n’est pas adéquat pour la longue distance d’envoi sous pression. Moins de poussières Moins d’éclaboussure Le nettoyage de la buse bouchée est difficile.

4. Mesures

4.1 Mesures Par mesures on entend l’ensemble des observations et mesures pour connaître les comportements de terrains d’alentours provoqués par les travaux de creusement de tunnel et les effets des éléments constitutifs de soutènements ainsi que les influences qu’ils exercent sur les ouvrages adjacents, pour vérifier la stabilité du tunnel en vue d’assurer la sécurité des travaux d’une part, et d’évaluer la pertinence des types de supports mis en œuvre et d’assurer la rentabilité économique d’autre part.

Mesures A ▼ Mesures effectuées pour la gestion quotidienne des travaux (1) Mesures de convergences Ces mesures sont effectuées pour évaluer la stabilité des terrains adjacents, la pertinence des ouvrages de soutènement et la période de coulage de revêtement sur la base de la quantité de convergences, de la vitesse de convergence, etc. La photo montre la mesure de convergence de la ligne horizontale du demi-cercle supérieur au moyen d’un convergencemètre. (2) Mesure d’affaissement du sommet La quantité absolue d’affaissement du sommet de tunnel est mesurée pour connaître l’état de déformation de la section en vue de saisir la stabilité du tunnel. La photo montre la mesure au moyen d’un niveau.

(3) Mesure au moyen d’un télémètre à laser Dans certains cas, on utilise un télémètre à laser pour mesurer la convergence et l’affaissement de sommet.

4-1

Mesures B

M1-M5 : Mesure de la tension axiale de boulons de roche E1 - E5: Mesure de convergence dans le sol T1 – T3: Mesure de contrainte du revêtement G1 – G5: Mesure de contrainte de supports d’acier en arc

▼ En outre des mesures A, les mesures B qui consistent entre autres en les essais de paramètres de terrain, les mesures de convergence dans le sol à l’intérieur du tunnel, la mesure de la tension axiale de boulons de roche, la mesure de contrainte du béton projeté et la mesure de contraintes supports d’acier en arc, etc., selon les conditions géotechniques et géologiques du terrain. (1) Dispositions des points de mesure

(2) Appareil de mesure de la tension axiale de boulons roche Cette mesure est effectuée pour saisir la répartition de la tension axiale sur la base de la déformation produite dans les boulons de roche pour déterminer la pertinence de la longueur et de la limite d’élasticité de boulons de roche.

(3) Boulon de roche mis en place pour la mesure de la tension axiale de boulon de roche

4-2

(4) Appareil de mesure de la convergence dans le sol Cette mesure est effectuée pour saisir les convergences aux alentours du tunnel pour connaître le comportement du terrain notamment l’affaissement de préconsolidation, le desserrement, etc., en vue d’évaluer la pertinence de la longueur, de la conception et de la modalité d’exécution de boulons de roche.

(5) La photo montre la mise en place de l’appareil de mesure de la convergence dans le sol

4-3

(6) La photo montre la mesure par un appareil électrique (tension axiale de boulons de roche et convergence dans le sol)

(7) La photo montre la mesure par un appareil mécanique (convergence dans le sol)

4-4

4.2 Mesure de déplacement de la section intérieure La mesure de déplacement de la section intérieure a pour objet de déterminer le moment de coulage de béton du revêtement secondaire, en vérifiant la sécurité dans la construction et la conformité du boisage et en saisissant le comportement du terrain avoisiné et le mode de déformation du boisage, avec l’observation sur le front de taille et la condition des tronçons réalisés, ainsi que les relevés sur le tassement de la voûte (tête et pied). L’objectif concret de la mesure de la section intérieure est de refléter les résultats sur la conception et la construction. Les critères sont montrés dans le Tableau-4.1 ci-après. La stabilité du tunnel consiste en la sécurité du terrain et la conformité du boisage. Tableau-4.1: Objet de mesures du déplacement de la section intérieure Au fur et à mesure du percement, les terrains avoisinant le tunnel commencent le déplacement par la re-distribution des contraintes et finissent par se stabiliser lorsque les contraintes redistribuées arrivent à se retrouver dans l’équilibre. La stabilité du tunnel est jugée par le processus jusqu’à la stabilisation, l’équilibre synthétique entre le tassement du sommet de la section et le déplacement de la section intérieure et l’ampleur du déplacement. Stabilité des terrains avoisinés

Si on perle du rapport avec les terrains voisins, le déplacement relevé par mesures est influencé considérablement par l’avancement du front de taille et les caractéristiques du terrain. Par l’analyse du déplacement obtenu et sa vitesse, et avec les résultats d’investigation géologique préliminaire, on peut saisir le comportement du terrain, ce qui permet de confirmer la stabilité des terrains avoisinants, et de prendre des mesures adéquates, en cas de nécessité.

Conformité des éléments de boisage

Avec l’état de déformation de chaque modèle de boisage du tunnel concerné et les valeurs relevées sur les éléments de boisage, les mesures sur le déplacement de la section intérieure servent à fournir les données pour juger la conformité des éléments de boisage.

4-5

Polygonale oblique gauche

Polygonale oblique gauche Polygonale horizontale supérieure Polygonale horizontale inférieure

Fig.-4.1: Polygonales de déplacement de la section intérieure 4.3 Mesure de déplacement dans le terrain de la galerie (1)

Objet La mesure de déplacement du terrain dans la galerie a pour objet d’éclaircir le comportement du terrain tel que relâchement, etc. Par conséquent, elle vise de donner les matériaux qui permettent d’établir la supposition sur le mécanisme de relâchement du terrain pour qu’on puisse juger la conformité du boisage mis en ouvre et la déformation du terrain en cours de percement en mesurant le déplacement radial de l’axe au fur et à mesure du percement. En général, à partir de la répartition par profondeur de déplacement du terrain, on suppose l’état de relâchement du terrain selon lequel on juge la justesse de longueur des boulons et étudie la conformité du boisage primaire. La mesure de tassement superficiel/souterrain qui s’effectue à partir de la surface du terrain est décrite dans le paragraphe 4.5.

(2)

Procédure de mesure 1) Méthode de mesure La mesure s’effectue par un capteur de déplacement mis dans un trou de forage, et les pattes d’ancrage qui servent des prises de mesure doivent avoir un mécanisme permettant l’ancrage solide dans le terrain. Le déplacement du terrain est mesuré par le capteur mécanique à plusieurs points dans un trou, et le déplacement relatif entre la coque de la galerie et les pattes d’ancrage est lu par un comparateur, ou par un capteur électrique. Dans cette mesure, le point le plus important est d’ancrer solidement les prises de mesure (pattes) dans le terrain aux profondeurs désirées. La fixation par mortier et celle mécanique sont typiques. La fixation mécanique est plus coûteuse que celle par mortier, mais son mécanisme assure une bonne fixation dans le terrain, et il permet de procéder aux mesures en peu de temps. La Fig.-4.2 montre un capteur de déplacement à fixation mécanique ayant des pattes d’ancrage (le capteur à 06 prises de mesures est plus souvent utilisé). Par contre, la fixation par mortier est comparativement simple au type de fixation mécanique. Pouce ce type, il est nécessaire de remplir 4-6

complètement le trou du mortier sans aucune lacune. Lorsque ce type de capteur est mis dans un terrain des venues d’eau, ou qu’il est monté vers le haut, il faut prendre des précautions pour que le mortier ne s’écoule pas du trou. Et, pour le terrain meuble, le capteur et le mortier durci font un bloc, ce qui empêche de saisir le déplacement exact. Il est donc recommandé que le mortier à couler soit dosé en tenant en compte la résistance du terrain. Ancrage de pressurisation

Ancrage de pressurisation Flexible de pressurisation

Ancrage de fixation

Fil d’acier

Fil d’acier

Béton projeté Mortier de scellement Bouchon Bride de fixation Gaine

Fig.4.3 : Structure exemplaire d’un capteur de déplacement Dans la plupart des cas, la mesure s’effectue manuellement. Pour les deux types, les signaux pouvant être convertis électriquement, On peut utiliser le type télé-mesure (automatique) pour minimiser la main-d’œuvre par mesure automatique, ou on peut utiliser ce type seulement pour la partie supérieure du front de taille pour des raisons de sécurité, c’est selon les conditions du site de construction qu’on en décide. 2) Disposition des capteurs Plus souvent, 3 à 5 points de prise de mesure par une section sont prévus selon les conditions du site. Pour un tunnel à construire dans un terrain gonflant ou susceptible de donner la pression asymétrique, on mesure souvent sur 05 points (au sommet, en haut-gauche, en haut-droit, sur la ligne de naissance (SL)) comme le montre la Fig.4.4 ci-dessous. Lorsqu’il s’agit d’un terrain constitué des roches dures ou tendres, on peut sonder le déplacement du terrain par les 3 points en supprimant 2 se situant en haut gauche te droit Par ailleurs, en cas de terrain gonflant, les mesures au niveau du radier sont à considérer.

4-7

Le nombre des prises de mesure dépend de la classe de terrain et de la longueur de boulon, mais, il est préférable qu’un trou de forage dispose de 4 à 6 points de prises de mesures.

Fig.-4.4: Exemple de disposition de capteurs de déplacement Le point de prise de mesure le plus profond est déterminé par la longueur de boulon majorée de 2 à 3 mètres pour la roche tendre, et par la longueur deux celle du boulon pour le terrain où on peut supposer un déplacement important. Et le plus important est d’assurer l’ancrage solide au fond du trou. Comme les mesures de déplacement du terrain permettent de juger si la partie la plus profonde est déplacée par référence aux résultats de déplacement de section intérieure et de tassement au sommet à la même section, il est nécessaire d’effectuer les mesures du tassement au sommet et du déplacement de la section intérieure en même temps. 3) Nombre de prises de mesure sur une ligne Le nombre de prises de mesure du déplacement dans la galerie est déterminé par le Tableau-4.2 comme standard en considération de la longueur de boulon de roche. Tableau-4.2: Nombre de prises de mesure sur une ligne Longueur L=6m L=8m L=10m

Nombre 5 6 6

4-8

4.3 Mesure de force axiale du boulon de roche (1)

Objet La mesure de force axiale du boulon de roche s’effectue afin de saisir d’abord l’effet de soutènement du boulon de roche à partir de la force axiale travaillant au boulon et sa répartition, puis juger la conformité de la longueur de boulon, l’intervalle de mise en place ainsi que la tenue de boulon.

Fig.-4.5: Disposition de polygonales pour la mesure de force axiale des boulons de roche (2)

Procédé de mesure 1) Lignes de mesure et position de points de prise La mesure de la force axiale de boulon doit s’effectuer sur 5 lignes de mesure par section qui sont indiquées sur la Fig.-4.5 ci-dessus comme positions standard. On utilise le boulon de mesure de la même longueur et la même matière du boulon de roche, en le plaçant à la même position avec la même fixation comme faisant une partie du boulon de roche. Le nombre de points de prise de mesure varie selon la longueur du boulon de roche, mais pour connaître en détail la répartition de la force axiale, il est préférable d’y avoir 4 à 6 points de prise. 2) Fréquence La fréquence de mesure de la force axiale du boulon de roche doit être la même que celle de la mesure de tassement de la voûte et de déplacement de la section qui s’effectue aux mêmes positions, et la mesure se termine en même temps que celle de tassement et de déplacement.

4-9

4.4 Mesure de contrainte du béton projeté (1)

Objet La mesure de contrainte du béton projeté a pour objet de saisir la contrainte travaillant sur le béton projeté, la pression de terrain s’exerçant sur le derrière de la paroi, ainsi que la répartition de ces contraintes et forces. Etant mis en place en contact direct avec le terrain, le béton projeté est un boisage de soutènement sensible au comportement du terrain. De ce fait, pour le percement où le béton projeté joue le rôle principal pour son soutènement, la mesure de contrainte du béton projeté est très importante pour juger la stabilité de l’ensemble du tunnel. Cependant, la mesure n’est pas très significative lorsque la contrainte du béton projeté n’est pas grande; par exemple, pour le terrain constitué de roche de dureté moyenne dont le module d’élasticité est plus grand que celui du béton projeté, si le béton projeté est mis en place pour obtenir la face lisse et régulière de percement afin d’empêcher la concentration de contrainte, ou qu’il est appliqué comme des mesures de protection contre la désagrégation et/ou détérioration du terrain et l’écaillage de roche. Par contre, lorsque la pression du soi ainsi que le déplacement du terrain sont considérables contre lesquels on attend du béton projeté la fonction d’anneaux de soutènement, il est très important de mesurer la contrainte travaillant sur le béton projeté. La mesure de contrainte du béton projeté a des inconvénients suivants : - La rigidité du béton projeté varie selon le matériau; - La mise en place de l’instrument demande une opération prudente afin de ne pas créer aucune lacune dans le trou; - Le choix doit être porté sur un instrument qui ne donne pas de contrainte concentrée; - La mesure de la pression du sol derrière du béton projeté est particulièrement difficile, etc. La mise en œuvre de cette mesure doit prendre en compte les points ci-dessus.

(2)

Procédé de mesure 1) Position Comme standard, la mesure de contrainte du béton projeté doit avoir 5 points de prise par une section, et la position doit être la même que celle pour le tensiomètre de boulon de roche. 2) Fréquence La fréquence de contrainte du béton projeté doit être la même que celle de la mesure de tassement de la voûte et de déplacement de la section qui s’effectue aux mêmes positions, et la mesure se termine en même temps que celle de tassement et de déplacement. 3) Méthode En général, les instruments de mesure de poussée du sol et de contrainte sont enterrés lors d’exécution du béton projeté.

4-10

Pour cette méthode, l’instrument de mesure de poussée du sol est mis en place en contact direct avec la surface du terrain régularisée par le mortier avant l’exécution du béton projeté, tandis que l’instrument de mesure de contrainte est ancré telle manière à pouvoir mesurer la contrainte tangentielle. Lors de projection du béton, on doit réaliser avec prudence la mise en place de l’instrument de façon à éviter de créer un espace vide et à ne pas altérer la direction de l’instrument. Lorsque l’instrument est enterré dans le béton projeté, il risque d’engendrer la concentration de contrainte. Pour éviter ce risque, il est préférable de choisir, dans la mesure du possible, l’instrument ayant la forme n’excitant pas de concentration de contrainte et résistant à l’influence par le changement dans la rigidité dû aux matériaux du béton projeté. 4.5 Mesure de contrainte de boisage en structure d’acier en arc (1)

Objet La mesure a pour objet d’obtenir les données qui permettent de juger la contrainte engendrée au boisage en structure d’acier en arc et la conformité du boisage mis en ouvre dans le dimensionnement, la forme et l’intervalle.

(2)

Procédé de mesure En général, la mesure de contrainte pour le boisage en structure d’acier en arc s’effectue par la mesure de déformation à la surface du matériau. Les matériaux utilisés pour le boisage comme les membres structuraux sont les tuyaux et les profilés d’acier en H, en U, etc. Etant donné que, parmi ces matériaux, celui de profilé en H est plus fréquemment employé dans la conception standard, on écrit ici la méthode de mesure pour le profilé en H. Comme, autre que le tensiomètre, les cellules de mesure piézoélectrique étaient mises au pied et au sommet du boisage pour mesurer directement la force axiale dans le procédé de palplanche. Mais dans la construction de tunnel de montage de nos jours, cette méthode n’est plus capable de mesurer la charge exacte à cause de l’effet de l’adhérence du boisage au béton projeté et de la différence dans la rigidité entre les cellules et le béton projeté. La méthode de mesure par cellules piézoélectriques n’est plus générale. 1) Dispositif et méthode de mesure La force transversale s’exerçant sur le boisage est calculée par la quantité de déformation mesurée par le tensiomètre collé sur le boisage. Le tensiomètre est installé, comme le montre la Fig.-4.6 ci-après, aux deux faces devant et derrière du boisage. Pour mesurer la force axiale (N) et le moment de flexion (M), les tensiomètres (εa) et (εb) sont mis en parallèle à l’axe et en haut et en bas du boisage respectivement.

4-11

Tensiomètre

Fig.-4.6: Exemple de disposition de tensiomètres Pour mesurer la force de cisaillement (Q), les tensiomètres (εc) et (εd) sont montés à l’angle de ±45° par rapport à l’axe neutre. Par la méthode de «4-jauges» pour la compensation de l’effet de température, on obtient la déformation moyenne des deux côtés du boisage. Les tensiomètres sont revêtus d’étanchéité et de protection, et l’emplacement où ils sont montés est couvert de protection. La mise en place des tensiomètres ci-dessus est préparée à l’extérieur de la galerie dans un endroit moins humide, préalablement au transport de la structure du boisage à l’intérieur de la galerie. Au moment de fin de la mise en place des tensiomètres, et lors de montage de la structure de boisage, les valeurs sont relevées au préalable par l’indicateur. A partir de la valeur initiale qui est relevée lors de la fin du montage de boisage, on enregistre l’évolution chronologique par les mesures successives. Notamment, avant et après la projection du béton ou le percement à la section inférieure, il est recommandé d’augmenter la fréquence de prise de mesures. 2) Détermination de points de prise et de lignes de mesure La Fig.-4.7 montre l’exemple pour la disposition de points de prises de mesure. Il vaut mieux avoir beaucoup de points de prise de mesure sur une section, mais le nombre de 6 à 8 points est généralement considéré. S’ils sont à la même position pour la mesure de contrainte du béton projeté, on peut mettre en œuvre les résultats pour évaluer la répartition des charges. Et on peut les utiliser également pour l’examen des résultats de mesure de contrainte de boisage en structure d’acier en arc et pour vérifier la sécurité du tunnel. De ce fait, il est préférable d’effectuer les mesures de tassement au pied du boisage et au sommet de la voûte et de déplacement de la section intérieure parallèlement à ces mesures. Lors de détermination des positions des tensiomètres, il faut éviter les parties d’usinage d’âmes pour la jointure des membres structuraux. Et, s’ils sont placés trop près du sommet ou du fond, la contrainte est perturbée. Pour éviter ce phénomène, il est nécessaire d’écarter la position de tensiomètre du bord de 2 à 3 fois la largeur du boisage. 4-12

Points de mesure de contrainte du boisage

Fig.-4.7: Exemple de disposition de points de mesure de contrainte du boisage en structure d’acier en arc Tableau-4.3: Variation de déplacement du terrain Variation d’apparition de déplacement Distribution de déplacement

Profondeur Apparition de discontinuité

Distribution de déplacement Profondeur Montée brusque de déplacement

Distribution de déplacement Profondeur

Moins que le déplacement de la section intérieure

Cause et phénomène

Mesures à prendre

Apparition de la zone de discontinuité ↓ Position où se situe le relâchement maximum.

y à considérer l’ajout des boulons de roche

Apparition de la zone de relâchement près du tunnel ↓ Possibilité de charge postérieure

y à revoir la longueur de boulon (diminution) y à revoir le nombre de boulon (augmentation) y à revoir le dimensionnement du boisage y à considérer l’amélioration du sol

Longueur insuffisante du tensiomètre ↓ yà revoir la longueur de Se trouvant dans la zone boulon (augmentation) de relâchement, la borne yà grandir le boisage n’est plus le point de mesure immobile (terrain gonflant, meuble, etc.)

4-13

Tableau-4.4: Variation de répartition de force axiale Variation d’apparition de force axiale

La force axiale maximale se trouve près du centre de boulon.

Distribution de force axiale

Profondeur

Boulon de roche

Position supposée de la zone de relâchement

La force axiale maximale se trouve près de la pointe de boulon. Distribution de force axiale

Profondeur Boulon de roche Position supposée de la zone de relâchement

La force axiale maximale se trouve près de la paroi du tunnel. Distribution de force axiale

Profondeur

Boulon de roche

Position supposée de la zone de relâchement

Cause et phénomène

Mesures à prendre

On peut considérer que la profondeur où la force axiale devient maximale est la zone de relâchement. Dans le cas du schéma ci-contre, la force axiale maximale se trouve près du centre de boulon, et la longueur de boulon s’étend sur la zone de relâchement, ce qui permet de juger que la longueur est adéquate.

-

Dans le cas du schéma ci-contre, la force axiale maximale se trouve près de la pointe de boulon, ce qui permet de juger que la zone de relâchement s’étend jusqu’à la pointe de boulon.

Il faut revoir la longueur de boulon de manière à couvrir la zone de relâchement.

Dans le cas du schéma ci-contre, la force axiale maximale se trouve près de la paroi du tunnel, ce qui permet de juger que la zone de relâchement est relativement courte à la longueur de boulon.

Il y a lieu de revoir la longueur de boulon à la baisse au point vue économique.

4-14

5. Procédés auxiliaires

5.1 Renforcement du front par le béton projeté a)

Généralité Juste après le creusement, on projette du béton sur le front d’une épaisseur de 3 à 10cm pour améliorer la stabilité de portance du front, et essentiellement, c’est une mesure de protection contre l’écaillage du front qui déclenche l’effondrement du front de taille. Le procédé du béton projeté est plus souvent employé avec l’attaque circulaire en laissant le noyau central. Lorsque le creusement est à l’arrêt, on projette le béton sur toute la face du front de taille pour empêcher la dégradation de celui-ci.

Béton projeté Noyau

Béton projeté

Béton projeté

Fig.-5.1: Schéma conceptuel du béton projeté au front de taille b)

Caractéristiques - Possible d’effectuer l’opération en même temps que la projection primaire après le creusement, facile à réaliser, permettant d’améliorer la stabilité du front de taille par son effet de la protection contre l’effondrement primaire et de la prise du front, et permettant de saisir les symptômes d’un effondrement du front de taille.

c)

Terrains applicables - Efficace pour les terrains susceptibles de mettre en cause l’écaillage du front de taille, largement applicable, mais moins efficace pour les terrains qui mettent en cause le gonflement.

(2)

Renforcement du front par le boulonnage a)

Généralités Le procédé consiste en la mise en place des boulons de roche sur une partie ou toute la surface du front pour stabiliser ce dernier par l’effet de la prise. Il est plus efficace avec la projection du béton, et les boulons à injection sont également utilisés. Dans le percement mécanique, les boulons plastiques renforcés à la fibre de verre (FRP) sont plus souvent utilisés en raison de la facilité de découpage.

5-1

Boulon de fibre de verre

Boulon de fibre de verre

Fig.-5.2: Schéma de boulon du front de taille b) Caractéristiques - En général, on peut utiliser la même machine de boulons de roche pour planter les boulons de front, ce qui permet d’intégrer le procédé dans un cycle de construction. - Dans le but de renforcer le front le plus profondément que possible, on plante plus souvent les boulons à longue portée. Le renforcement par les longs boulons à câble est essayé, mais ce procédé comporte encore des problèmes en ce qui concerne la faisabilité vis-à-vis de la détérioration de trous, la précision de forage de trous, etc. c) Terrains applicables - Efficace pour les terrains moins consolidés et ceux susceptibles de mettre en cause le gonflement du front. - Plus efficace avec le renforcement par le béton projeté au front. (3)

Renforcement des pieds Les mesures de renforcement des pieds sont prises pour assurer la stabilité de la section du tunnel qui est susceptible d’être dégradée par le relâchement du terrain suite au tassement du boisage dû au manque de portance du sol supportant les pieds du boisage. Echelle de mesures

Désignation générale de mesures à prendre

Simple

1. Mise en place des plaques de base sous les pieds, surcharge du béton projeté aux pieds (projection complémentaire du béton)

↓

2. Mise en place des nervures à l’aile

↓

3. Clôture de la section par le radier provisoire

↓

4. Injection de renforcement aux pieds

Grande envergure (1)

5. Boulonnage de renforcement aux pieds

Mise en place des nervures à l’aile a)

Généralités Par l’élargissement de la surface de contact de soutènement aux pieds, ce 5-2

procédé vise à soulager la pression de soutènement pour récompenser le manque de la portance du sol, au moyen d’augmentation d’épaisseur du béton projeté, et encore au moyen d’intégration des nervures à l’aile mises aux pieds du boisage en structure d’acier en arc.

Béton projeté primaire

Plaque d’assise SL provisoire du demi-cercle sup.

Fig.5.3: Schéma conceptuel des nervures à l’aile b)

Caractéristiques - Ce procédé étant généralisé dans son application pour le renforcement des pieds, permettant les travaux à la partie inférieure de la section sans les entraver, ce qui offre un avantage à l’efficacité de l’exécution. - Il est doit être prévu dès la phase de projet, puisque le boisage muni des nervures à l’aile doit être préalablement préparé.

c)

Terrains applicables - Il est adopté généralement pour les terrains moins consolidés et moins résistants en tant que le moyen de renforcement. - Pour prévoir le cas de relâchement du terrain autour des pieds où s’effectue le surcreusement du terrain, son dimensionnement (largeur de nervures à l’aile, etc.) doit être bien étudié.

(2)

Fermeture de la section par le radier provisoire a)

Généralités Ce procédé vise à stabiliser la section de percement y compris le front de taille par la fermeture du radier provisoire après la projection du béton au demi-cercle supérieur de la section, en cas de changement alarmant comme le tassement et le déplacement dus à la dilatation et à la pression asymétrique du terrain, et la déformation des membres structuraux du boisage.

5-3

Boulon de roche complémentaire

Palissage

Béton projeté Revêtement Boulon de roche

Boisage muni de nervure à l’aile au demi-cercle supérieur

Béton projeté au pied Radier provisoire supérieur

Fig.5.4: Schéma conceptuel du radier provisoire b)

Caractéristiques - La mise en place du radier provisoire s’effectue de même que le béton projeté de soutènement, sans réparation particulière. - L’effet de fermeture de la section est considérable, et ce procédé permet de récupérer tôt la force de portance du sol, et permet ainsi de prendre des mesures de circonstances à partir des résultats de mesure ou de l’état du front de taille. - Par contre, pour tirer les avantages certains de la fermeture de la section, on doit procéder aux travaux assez compliqués tels que le cintrage du demi-cercle supérieur de la section, la démolition lors d’intervention sur la partie inférieure, etc., ce causant la baisse d’efficacité de construction.

c)

Terrains applicables - Terrains susceptibles d’accroître le changement anormal (tassement du sommet, gonflement du terrain) et la déformation des membres structuraux du boisage, malgré les mesures prises pour le sommet de la section et le front de taille, à cause de la zone hydro-thermiquement altérée, la zone de fracture de failles, le gonflement, la pression asymétrique, le manque de force de portance, etc.

(3)

Renforcement des pieds par l’injection a)

Généralités Ce procédé vise à créer, en cas de terrain qui manque de résistance, une zone renforcée par l’injection de matière à la base d’uréthane au terrain sous les pieds afin d’empêcher le tassement des pieds par atténuation de la concentration de contrainte sur la base du boisage du demi-cercle supérieur ou l’effondrement du terrain côté mur de soutènement lors d’excavation au demi-cercle inférieur.

5-4

Fig.-5.5: Schéma conceptuel de renforcement des pieds par l’injection b)

Caractéristiques - Par le remplissage et la consolidation des vides dans le terrain, l’effet d’amélioration et renforcement partiel est espéré. - Pouvant être intégré dans le cycle d’exécution, et possible d’effectuer ce procédé par la machine standard, ce qui ne nécessite pas de changement important dans le planning. - Efficace comme renforcement de caractère d’urgence. - Pénétration et injection sont conditionnées par la nature du terrain, donc parfois difficiles.

c)

Terrains applicables - Applicable au terrain sableux ou ayant la couche portante peu profonde.

(4)

Renforcement des pieds par le boulonnage a)

Généralités Ce procédé consiste en la plantation des boulons de roche ou des tuyaux à petit diamètre vers le bas dans le terrain aux pieds du boisage afin d’empêcher le tassement des pieds par atténuation de la concentration de contrainte sur la base du boisage du demi-cercle supérieur ou l’effondrement du terrain côté mur de soutènement lors d’excavation au demi-cercle inférieur. Notamment pour le terrain moins résistant, l’injection de lait de ciment de prise rapide ou d’uréthane est parfois effectuée en même temps que la plantation de boulons et/ou tuyaux pour renforcer le terrain aux pieds du boisage.

5-5

Revêtement Marge de déformation Béton projeté Boulon de roche injecté

Pieu latéralde renforcement du pied

Boulon de roche injecté

Pieu (boulon) de renforcement du pied

Fig.-5.6: Schéma conceptuel de renforcement des pieds par le boulonnage b)

Caractéristiques - Possible de planter des boulons par la machine standard. - Généralement, réalisé structurellement en combinaison avec les nervures à l’aile.

c)

Terrains applicables - Applicable au terrain non-consolidé ou moins résistant, jugé pour lequel est insuffisant le renforcement seulement par les nervures à l’aile.

1)

Palplanchage par les tubes longs d’acier 1)

Procédé AGF (All Ground Fastning)

a)

Généralités Au moyen de foret de dudgeonnage, on plante les tubes en double paroi de diamètre 100mm environ, puis injecte le produit chimique pour renforcer et améliorer le terrain. Ce procédé a les deux fonctions de palplanchage tubulaire et palplanchage avancé. La particularité de ce procédé est l’utilisation du chariot hydraulique de forage dit «JUMBO» comme machine à perforer. Spécification standard : - Angle de plantation de tube

: 6° à 10°

- Intervalle

: 30 à 60cm

- Longueur d’un trou

: 12,5m

- Produit chimique à injecter

: Résine de silicone

5-6

Palissage à long tube

Injection chimiqu Béton projeté

Palissage à long tube

Boulon de roche

Boisage métallique

Recouvrement 3 5m

Dudgeonnage 45cm Angle de forage 4° + pente du tunnel

Revêtement Béton projeté

Béton projeté

1 course de creusement

Coupe Coupe transversale Fig.-5.7: Schéma conceptuel du procédé AGF 1) b)

Caractéristiques - L’utilisation du chariot dit «JUMBO» comme machine à perforer ne demande pas de travaux de changement de machines. - Suivant la nature du terrain, on peut choisir le produit chimique comme coulis de ciment autre que résine de silicone qui est standard, ainsi que la méthode d’injection/remplissage. - Ce procédé est moins coûteux que d’autres procédés de palplanchage par les tubes longs.

c)

Terrains applicables - Applicable aux terrains de roche fracturée, de gravier, sableux, argileux, etc. - Ce procédé est plus souvent prévu au préalable pour le tronçon moins recouvert comme l’entrée du tunnel, le terrain glissé, le ravin, etc. 1. Béton projeté au front (t=10cm)

4. Récupération de forets et lots

2. Montage de plate-forme et machine

5. Injection au terrain

3. Plantation de tubes d’acier

6. Démontage de plate-forme

Fig.-5.8: Ordre d’exécution de procédé AGF2) 5.2 Remblayage b)

Généralité Ce procédé est adopté pour les mesures contre l’effondrement du talus à l’entrée du tunnel, et employé plus souvent avec le mur de soutènement. 5-7

Le sol-ciment, le mortier-mousse, etc. sont utilisés comme matériaux de remblai, et son choix est subordonné à la capacité de soutènement nécessaire, à la facilité d’exécution, à l’aspect esthétique, etc. c)

Caractéristiques - Si l’emplacement est disponible, c’est un des procédés les plus rapides dans la réalisation pour les mesures à prendre pour le talus. - Comme les mesures contre l’effondrement du talus près de l’entrée du tunnel, ce procédé est beaucoup adopté.

d)

Terrains applicables - Applicable à presque tous les terrains - Drainage à prévoir séparément, lorsque le terrain connaît les venues d’eau.

5.3 Déblayage a)

Généralités Ce procédé a pour objet de découper et enlever la masse de terre glissante, et c’est plus souvent le procédé le moins coûteux lorsque la disponibilité d’emplacement ne met pas cause. Cependant, la stabilisation de la partie supérieure du talus après le déblayage et l’entretien et l’aspect esthétique du talus après la réalisation doivent être tenus en compte.

b)

Caractéristiques - C’est un procédé simple et sûr. - L’emplacement et l’aspect esthétique sont souvent mis en cause, ce qui empêche souvent d’adopter ce procédé. - Une étude doit être attentivement faite pour ne pas causer d’effondrement de la partie supérieure du talus.

c)

Terrains applicables - Possible d’appliquer ce procédé presque tous les terrains.

Remblai de contrepoids

Mur de soutènement

Béton de propreté

Fig.-5.9: Exemple du mur de soutènement et remblai de contrepoids 2)

5-8

5.4 Pieux de soutènement a)

Généralités Lorsque la force à soutenir est relativement importante, et que l’emplacement pour effectuer le remblayage ou le déblayage n’est pas disponible, ce procédé est souvent adopté, et la méthode est choisie parmi le palplanchage tubulaire ou le palplanchage à profondeur, selon la force à soutenir, la profondeur, les conditions d’exécution.

b)

Caractéristiques - Ce procédé est adopté souvent comme mesures contre le glissement du terrain. - Il dispose de plusieurs méthodes de petits à grands pieux.

c)

Terrains applicables - Applicable à tous les terrains en principe.

Remblai de contrepoids

1) 2) 3) 4) Pieux de 5) soutènement 6) 7) 8)

Pieux enfoncés in-situ

Ordre de procédés Pieux de soutènement Remblai Percement de la galerie pilote et coulage de béton Percement du demi-cercle supérieur Béton projeté, Boulons de roche, Boisage Percement du centre du demi-cercle inférieur Radier Revêtement en béton

Fig.-5.10: Exemple du procédé de pieux de soutènement 5.5 Procédé de palplanches verticales a)

Généralités Lorsque la force à soutenir est relativement mineure, ce procédé est souvent adopté pour protéger le terrain contre l’effondrement du talus par les boulons enfoncés perpendiculairement à partir de la surface du sol, et c’est la résistance au cisaillement du boulon qui retient le talus du terrain. Il est aussi effectué avant la construction du tunnel et on peut attendre son effet comme mesures de stabilisation du front de taille. On doit assurer préalablement un emplacement pour réaliser ce procédé.

b)

Caractéristiques - Ce procédé est souvent adopté comme mesures contre le glissement léger du terrain. - Le procédé est relativement simple et rapide à exécuter.

c)

Terrains applicables - Large applicabilité aux conditions du terrain par la méthode adéquate de forage.

5-9

Palplanche verticale

Palplanche verticale

Direction de percement

Palplanche verticale

Fig.-5.11: Exemple de procédé de palplanche verticale

5-10

Points de glissement

5.6 Procédés auxiliaires

a. Renforcement du front de taille par béton projeté Lorsque le front de taille n’est pas stable et qu’il présente d’éboulement, etc., le béton est projeté sur la surface du front de taille pour le stabiliser. Le béton est projeté soit sur une partie soit sur la totalité de la surface de front en fonction des conditions de cette dernière. En général, l’épaisseur du béton projeté est de 2 à 5 cm.

b. Renforcement du front de taille par boulonnage Au cas où des masses de roches pourraient ébouler du fait de la nature du terrain comportant des fissures tel que revers, les boulons sont mis en place dans le front de taille pour le stabiliser. Les boulons sont en acier ou en matériau à base de fibre de verre. Dans la plupart des cas, les boulons sont longs de 3 à 4 m du type ancrage en surface totale.

c. Percement circulaire (percement à l’avance de la partie circonférentielle du front de taille) Au cas où la stabilité du front de taille est particulièrement défavorable, on procède d’abord au percement de la partie circonférentielle du front de taille sous forme d’anneau en laissant la partie noyau pour stabiliser le front de taille. Dans la plupart des cas, cette de méthode de percement circulaire est appliquée en combinaison avec d’autres procédés auxiliaires. 5-11

d. Palissage (forepoling) Au cas où le front de taille risquerait d’ébouler (en particulier au niveau du sommet) juste après le percement, des boulons de roche et/ou tubes d’acier sont mis en place dans la partie circonférentielle du tunnel (hors la section) avant de procéder au percement. La méthode de mise en place varie en fonction des conditions de terrain, à savoir, le type à fonçage ou à ancrage ou à non-ancrage. En général, celui d’une longueur inférieure à 5 m est appelé polissage (forepoling), tandis que celui d’une longueur supérieure à 5 m est appelé pilissage (forepiling). En en ce qui concerne la mise en œuvre, étant donné que ce procédé peut s’exécuter dans le cadre d’une série de cycles, son effet sur le planning d’exécution des travaux est faible.

e. Injection de produits chimiques à C’est un procédé d’amélioration du terrain appliqué lorsqu’il n’est pas possible de faire appel à d’autres procédés auxiliaires en raison de la stabilité du front de taille particulièrement défavorable. Comme produits chimiques à injecter, on peut citer ceux à base du ciment, ceux à base du silicate de sodium, ceux à base d’uréthane, etc. L’injection de produits chimiques est appliquée souvent en combinaison avec le palissage. En en ce qui concerne la mise en œuvre, étant donné que ce procédé ne peut pas s’exécuter dans le cadre d’une série de cycles, son effet sur le planning d’exécution des travaux est important. f. Supports avec nervures à aile Les supports dont la surface de contact avec le sol est plus grande que celle de supports ordinaires sont utilisés pour empêcher l’affaissement dû à l’insuffisance de la portance de sol du terrain et la poussée du terrain dans le sens horizontal.

5-12

g. Vidange C’est un procédé appliqué préalablement au percement lorsque la mise en œuvre ou la qualité du béton projeté ou des boulons de roche peut être compromise du fait de venues d’eau dans un terrain où le front de taille ne peut pas être stable en raison de venues d’eau ou de la nappe captive en grande quantité. Le procédé consiste en les trous de vidange et la galerie de vidange. Ces ouvrages sont réalisés en utilisant la surface de front de taille, l’arrière de front de taille, la galerie pilote, etc.

h. Tubes de protection Ce procédé est adopté lorsqu’il est nécessaire d’empêcher l’éboulement du sommet, le tassement en surface, etc., au niveau de l’entrée et de la sortie du tunnel. Le procédé consiste à effectuer à l’avance les forages dans la partie circonférentielle de la section de percement de tunnel (hors la section), y insérer les tubes d’acier et injecter le mortier dans ces tubes. L’intervalle des points d’application et les dimensions de tubes devront être déterminés de manière adéquate en fonction des conditions du terrain. f. Pilissage par injection à haute pression C’est un des procédés de pilissage de grande longueur qui consiste à améliorer le terrain en avant du front de taille sous forme cylindrique par injection à haute pression du coulis de ciment. En général, la longueur est de l’ordre de 10 m.

5-13

j. Palissage par injection C’est un des procédés de pilissage de grande longueur représenté par la méthode dite AGF (renforcement en pleine section – all Ground fastening). Il consiste à renforcer une zone sous forme de parapluie au moyen de tubes et de produits chimiques dans le terrain à la circonférence extérieure de la section de percement de tunnel en avant du front de taille. La longueur standard du palissage est de 10 à 20 m.

5-14

6. Prospection

Tableau-6.1 : Classification d’investigations Classification

Période

Objectifs

Etendue

Investigation pour la Depuis l’étude de détermination du tracé comparaison des tracés jusqu’à la détermination du tracé

Obtenir les informations permettant de pouvoir déterminer un tracé adéquat qui satisfait aux conditions géologiques, topographiques et environnementales, ainsi que les données de base permettant de planifier l’étape qui suit.

Investigation et prospection générales sur la topographie, la géologie, l’environnement et d’autres.

La vaste étendue couvrant les tracés à comparer.

Investigation pour l’étude et le plan d’exécution

Depuis la détermination du tracé jusqu’au début de construction

Obtenir les données de base permettant d’établir la conception, le plan d’exécution, l’estimation, etc.

Investigation et prospection précises sur la topographie, la géologie, l’environnement et d’autres qui tiennent compte des mesures concrètes pour les environs, et sur les installations annexes, etc.

L’étendue couvrant le tunnel et les endroits susceptibles d’être affectés, ainsi que leurs environs.

Investigation pendant la construction

Pendant la construction

Obtenir les données permettant de prévenir et confirmer des problèmes survenant au cours de construction, d’établir les changements de conception, la gestion de construction et le dédommagement, ainsi que celles qui serviront ultérieurement.

Investigation et prospection sur la topographie, la géologie, l’environnement et d’autres. L’investigation géologique s’effectuera principalement dans le tunnel, et l’investigation sur l’environnement s’effectuera principalement pour juger les conséquences et l’effet des mesures prises.

Dans le tunnel et le champ susceptible d’être affectés par la construction du tunnel.

6-1

Tableau-6.2 : Investigations préliminaires Essais/examens

Essais à effectuer sur les échantillons du terrain

Prospection (onde élastique) Sondage

Essais dans le trou de forage

Essais in-situ

Général

Documentation Géologie

Résultes requis Résultats du passé, Exécutions réalisées Structure géologique et topographique des alentours, Stabilité du terrain exposé, échantillons du terrain Consolidation du terrain, distribution des failles supposées Nature de roches, consolidation, confirmation de fractures, désagrégation, failles, prélèvement du terrain

Dur ◎

Terrain Tendre Gonflant Meuble ◎ ◎ ◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

Essai de pénétration Supposition des valeurs N, C, φ, etc. standard Essai de pression de l'eau interstitielle Existence d’eau artésienne (pression artésienne) Perméabilité Coefficient de perméabilité (K), de stockage (S) Essai de charge dans le trou de Module de déformation (E), module de forage réaction du sol (k)

Essai de chargement Module de déformation (E), force portante sur la plaque du sol Essai de cisaillement Adhésivité (C), coefficient de frottement direct interne Essai d’arrachement Essai de tirage de boulon de roche de boulon de roche Essai de poids Poids spécifique (γ), spécifique Essai de teneur en Teneur en eau (w, %) eau naturelle Essai de Résistance à la compression uni-axiale compression (qu), module d’élasticité statique (E), uni-axiale coefficient de Poisson statique (v) Essai de Adhésivité (C), coefficient de frottement compression interne tri-axiale Essai de Coefficient de consolidation consolidation Essai à la traction Résistance à la traction Essai de vélocité de Vélocité P (Vp), vélocité S (Vs), module propagation d’élasticité dynamique (Ed), coefficient de ultrasonique Poisson dynamique (vd) Granulométrie Granulométrie de particules constituantes Essai de poids Poids spécifique de particules spécifique de particules Essai de consistance Limite de liquidité, limite de plasticité, indice de plasticité

6-2

◎

◎

◎

◎

◎

○

◎

◎

◎

◎

◎

△

△

○

○

◎

◎

◎

◎

○

◎

◎

◎

◎

◎

○

○

◎ ○

○

○

○

○

○

○ ○

○

○

○

○

○

Essai de Degré de désintégration par immersion désintégration par d’eau ○ ◎ immersion d’eau Essai de gonflement Taux de gonflement par absorption d’eau △ ○ par absorption d’eau Essai de capacité Teneur en montmorillonite △ d'échange cationique Essai de bleu de Teneur en montmorillonite ◎ méthylène Analyse Sortes de substance minérale ◎ radiographique Essai de Constante de décrépitation △ décrépitation Essai de Adhésivité (C), coefficient de frottement compression interne, résistance résiduelle (C’,φ’) △ tri-axiale à multi-étage Notes 1) ◎ : Essais/examens à effectuer dans la plupart des cas ○ : Essais/examens préférables à effectuer △ : Essais/examens à effectuer dans les cas spéciaux 2) Pour savoir la teneur en montmorillonite, on effectue l’essai de capacité d'échange cationique. Cependant, du fait que la méthode demande la haute technique et le délai, cet essai est classé en «△», et à sa place, l’essai de bleu de méthylène qui s’effectue facilement est classé en «◎». 3) Pour le sable, la granulométrie est importante. 4) S’il y a le risque de rencontrer le méthane ou le gaz volcanique, il est nécessaire d‘effectuer une investigation sur les gaz toxiques. 5) S’il y a le risque de manque d’oxygène, il est nécessaire d‘effectuer une investigation sur le manque d’oxygène.

6.1 Prospection séismique La prospection séismique a pour objet de faire l’investigation géologique par l’onde élastique dont la vélocité et la route de transmission diffèrent selon l’élasticité du terrain. Ayant rapport avec les propriétés technologiques du terrain, la vélocité de transmission de l’onde élastique du terrain permet de supposer la structure et la formation géologiques telles que la dureté, l’état de fissures, le degré de désagrégation, les failles/fractures, etc. Or, la prospection séismique est une méthode d’investigation très importante. La prospection séismique dispose de différentes méthodes telles que la réfraction d’onde, la réflexion d’onde et l’onde directe, et parmi celles précitées, la prospection par la réfraction d’onde est plus souvent adoptée pour l’investigation géologique du tunnel. (a)

Méthodes de prospection 1)

Par la réfraction d’onde i)

Disposition de polygonales Les polygonales sont disposées avec une ou deux polygonales principales et quelques auxiliaires. Les polygonales principales sont fixées droitement sur le tracé du tunnel. Lorsque le tracé est courbé, on le divise en tronçons de manière convenable. Les polygonales auxiliaires sont prévues près de l’entrée du tunnel, aux endroits de profil accidenté (ravins, monticules, etc.), et aux endroits susceptibles de mettre en cause les problèmes géologiques tels que failles, 6-3

fractures, etc., ou elles sont disposées en parallèle ou à l’angle droit avec les polygonales principales, lors qu’on cherche la direction ou la continuité des failles et filons. Si l’existence des failles est supposée, les polygonales disposées à l’angle droit avec la direction de failles permet d’identifier la position de failles. La longueur des polygonales dépend de la longueur du tunnel, de l’épaisseur de surcharge, du profil géologique et de la profondeur jusqu’au fond rocheux, mais une longueur au moins cinq fois la profondeur à prospecter. Si l’endroit à prospecter est profond (200 à 500m en général), la précision de résultats de prospection baisse. En plus, aux alentours de l’entrée, on fixe la polygonale de longueur d’au moins 30m à l’extérieur de l’entrée pour mettre en lumière l’état géologique. ii)

Intervalle des points de source de secouement/réception Le point de source de secouement diffère selon la longueur de polygonale, le profil, la géologie du terrain. En général, on met le point principal de secouement sur les deux côtés de la polygonale principale et ceux auxiliaires à l’intervalle de 50 à 200m. Aux endroits susceptibles de mettre en cause les problèmes géologiques tels que failles, fractures, etc., cet intervalle est réduit davantage. Lorsqu’on met le point de secouement à distance sur l’axe prolongé de la polygonale, la précision de la prospection s’améliore aux deux cotés de la polygonale. L’intervalle standard est de 5 à 10m.

iii)

Vélocité de l’onde élastique des roches principales Quant aux mesures de l’onde élastique sur le fond rocheux frais de moindre fissure, la même sorte de roche donne de différentes valeurs en ce qui concerne la vélocité de l’onde élastique. En plus, lorsque l’influence par désagrégation ou fissure y intervient, l’évaluation ou le jugement deviennent plus difficiles. Pour mieux saisir l’état du fond rocheux avec maximum de précision, il est nécessaire de comparer les valeurs de vélocité entre le fond rocheux et les pièces de roche. En plus, le jugement doit être synthétiquement porté en se basant sur la comparaison des résultats obtenus par d’autres méthodes d’investigation telles que l’investigation géologique de la surface du terrain, le sondage, etc.

6.2 Autres prospections physiques (a)

Prospection électrique Dans certains cas, la prospection électrique est efficace pour révéler la distribution de différentes roches, zone altérée, zone glissée, couche aquifère, etc. qui est identifiée par la mise en œuvre de la particularité physique de la résistance électrique et la polarisation spontanée qui sont différentes selon les roches et les couches géologiques. Parmi les méthodes de polarisation spontanée, résistivité, IP (polarisation provoquée), polarisation de courant, celles de résistivité et polarisation provoquée sont employées pour la prospection de tunnel, lorsque la prospection par l’onde élastique est limitée par son utilisation d’explosif, ces méthodes ont des avantages. La profondeur de prospection dépend étroitement de la longueur de polygonale et la distance 6-4

entre les électrodes; avec la distance maximale des électrodes 400 à 600m, elle est environ 200 à 300m. La disposition de polygonales doit éviter les ouvrages causant les parasites tels que câbles de transport de puissance, chemins de fer, structures métalliques, etc. Cette méthode est efficace pour les roches comme granite dont la résistivité baisse largement selon la fracture, la désagrégation, l’altération, mais elle est moins efficace pour les roches sédimentaires du néogène comme roche argileuse et tuf ayant la basse résistivité. Dans ce dernier cas, il est difficile d’identifier les failles et la nappe phréatique seulement par la distribution de résistivité, ce qui demande une attention particulière lors de son application. En outre, la détermination du classement du terrain devant rester relative dans la distribution de résistivité, il est essentiel de combiner cette méthode avec la prospection par l’onde élastique ou d’autres méthodes de prospection pour porter le jugement quantitatif sur le terrain et d’établir les indices propres à chaque site de construction. Surface de sol

Source d’excitation

Groupe récepteurs

Commutateur

Amp.

Ordinateur

Réflexion

Limites de couche

Affichage

Fig.6.1: Schéma conceptuel de prospection par réflexion

Fig.6.2: Exemple de disposition d’électrodes Emetteur

Générateur

Contrôleur/ Récepteur

Ordinateur

Commutateur

Commutateur

Fig.6.3: Schéma conceptuel de mesure de résistivité

6-5

Support à trépied

Palan Rotule de levage

Treuil Tête pivotante

Flexible de refoulement

Porte-canne

Pompe

Bassin à boue

Réservoir d’huile

Pompe d’huile

Moteur

Boîte à vitesse

Rotule d’eau

Flexible d’aspiration Soupape de pied Tube perforateur

Tube de puits Canne de sonde Segment de tube Accouplement Tube carottier Carotte Couronne métallique

Fig.6.4: Plan d’ensemble d’unité de forage Repère de tir

Séismographe

Appareil de mesure

Amorceur

Filtre Batterie

Batterie

Sautage Câble de diagraphie de vélocité multiple Onde élastique

Sonde de diagraphie normale

Plomb Plomb

Fig.-6.5: Schéma de prospection par l’onde élastique

6-6

Fig.-6.6: Schéma de prospection électrique

7. Technologie de KAJIMA

Les technologies de pointe permettent les travaux de percement adaptés aux conditions géotechniques et topographiques

Tunnels montagnards dans les conditions spéciales

Dans la construction de tunnels, il importe d’exécuter les travaux en harmonie avec la nature. Au Japon, où les conditions géotechniques et topographiques sont particulièrement complexes, il est nécessaire de résoudre les difficultés de travaux notamment la grande surcharge, la faible surcharge, la chaleur géothermique et les venues d’eau. Kajima a réussi à faire face de façon adéquate aux différentes conditions géotechniques et topographiques tout en mettant en œuvre les technologies de pointe basées sur la sécurité. Voici quelques exemples :

7-1

Terrain naturel gonflant

Adoption de supports rigides

Tunnel Iwate-ichinohe – Tohoku-Shinkansen

Taille : longueur totale 25.810 m (tronçon d’Ichinohe : 3.540 m), Section de percement : 82 m2

Chaleur géothermique et gaz volcaniques

Les travaux d’extension du tronçon Morioka – Aomori de l’un des trains à grande vitesse japonais Tohoku-Shinkansen sont en cours, dont le tunnel d’Iwate d’une longueur totale d’environ 25,8 km est le plus long tunnel sous terre du monde. Sur le tronçon d’Ichinohe on a rencontré le terrain qui se gonfle de 900 mm au maximum à l’intérieur du tunnel. Pour la mise en oeuvre rationnelle des travaux dans un terrain gonflant, Kajima a développé le «NATM General Jambo », et a exécuté les travaux de soutènement au moyen du béton projeté de haute résistance sous le contrôle rigoureux de mesures. Pour le second revêtement 3 types de béton ont été adoptés, à savoir, le béton non armé, le béton armé et le SFRC en fonction de la grandeur de convergences.

S’attaquer à la chaleur géothermique et aux gaz volcaniques dans les zones volcaniques

Tunnel d’Abo de l’Autoroute Chubu Jyuukan

Taille : longueur totale 4.350 m (tronçon de Nakanoyu : 2.245 m, tunnel principal, tunnel d’investigation, ouvrage de ventilation sous terre et autre), Section de percement : 99 m2

Un tunnel long d’environ 4,3 km est construit dans une zone à chaleur géothermique sur la prolongation d’un volcan actif « Yakedake » où le sol est mauvais et la topographie escarpée. Il s’agissait des travaux difficiles confrontés par des gaz volcaniques toxiques et des eaux de haute température. Du fait que la température maximale de rocher dépassait 75°C, un système de ventilation de grande capacité est adopté pour refroidir les engins utilisés pour le déblaiement. En outre, sur la surface de parois, un matériau calorifuge est projeté pour éviter des fissures dans le béton de revêtement.

7-2

Franchissement d’un cours d’eau

Tunnel qui traverse le cours d’eau juste au-dessous du pont

Tunnel de Hassamugawa du métro Tozai

Taille : longueur totale 170 m, Section de percement : 130 m2

Vunues d’eau massive

Le tunnel de Hassamugawa a traversé sous la rivière Kotoni-Hassamugawa, l’une des rivières violentes de la ville de Sapporo, dans le cadre de travaux de prolongation de la ligne du métro Tozai. Ce tunnel est réalisé par le procédé de tube de protection appelé “pipe loop”. En effet, le sol étant constitué de la couche de grave contenant des graves géants, la couche considérée comme celle la plus difficile pour la mise en œuvre dudit procédé, les travaux sont exécutés en prêtant une attention particulière à la précision de la linéarité. Par ailleurs, l’adoption de la méthode de stabilisation du front de taille par les boulons à câbles a permis le percement en pleine section de 130 m2.

Maîtrise de venues inattendues d’eau massive

Tunnel de Kakuto

Taille : longueur totale 6.255 m (tunnel principal du tronçon sud : 2.974 m, tunnelpilote 2.983 m et autre), Section de percement : 74 m2

Le tunnel de Kakuto d’une longueur totale d’environ 6,2 km fait partie de l’autoroute de kyusyu. Dans la zone du tunnel, du fait des caractéristiques géotechniques du sol, l’eau souterraine est abondante, si bien que les travaux étaient difficiles comme si l’on creusait sous un grand bassin d’eau. En raison de venues inattendues d’eau massive (débit maximal 87t/minute) pendant le percement, il était nécessaire d’exécuter les drainages à travers les forages effectués à cet effet pour évacuer des eaux et de faire l’injection des produits chimiques.

7-3

Tunnel sous-marin

Percement dans le sol sous-marin de caractéristiques géotechniques complexes par le procédé à l’aide d’explosif.

Tunnels de prise d’eau et de déchargement d’eau de la centrale nucléaire de Shiga Les canaux de prise et de déchargement d’eau de la centrale nucléaire de Shiga sont réalisés sous forme de tunnel sous-marin. C’est un des cas rares car ils ont été percés à l’aide d’explosif en effectuant l’arrêt d’eau par injection du coulis étant donné une faible surcharge sous marin (minimum 25 m) et une grande perméabilité du terrain.

Taille : longueur totale du tunnel de prise d’eau : 426 m Section de percement : 33 m2 longueur totale du tunnel de déchargement d’eau : 753 m Section de percement : 26 m2

Grande surcharge

Surcharge maximale 900m , Maîtrise d’importante poussée des terres

Tunnel de Kanpuzan C’est un tunnel routier d’une longueur totale de 5,4 km qui traverse l’ile de Shikoku du sud au nord à la frontière des départements de Kochi et département d’Ehime. Le tunnel passant sous la zone montagnarde avec entre autres le mont Kanpuzan d’une altitude de 1.763 m, les travaux se déroulaient dans les conditions difficiles sous les poussées des terres importantes et une surcharge maximale de 900 m. En effet, le tunnel a été percé en supportant les couches rocheuses au moyen du béton projeté de haute résistance.

Taille : longueur totale 5.432 m (tronçon côté Ehime 3.439 m, Section de percement : 70 m2

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Les technologies de pointe permettent le percement dans les terrains en terre dans lesquels les travaux étaient difficiles auparavant

Nouvelle méthode autrichienne (NATM) dans les zones métropolitaines

La méthode NATM était adoptée auparavant pour le percement de tunnels dans les terrains rocheux en zones montagnards. Néanmoins, dans le contexte où les différents procédés auxiliaires sont développés d’une part et les technologies d’analyse et de mise en œuvre informatisées permettant d’anticiper avec une grande précision les influences sur les terrains avoisinants sont mises au point d’autre part, le nombre de tunnels construits avec la méthode NATM dans les terrains non consolidés ou terrains avec une faible surcharge s’accroit ces dernières années. En outre, en raison de son excellente économicité par rapport à d’autres procédés de percement de tunnels, cette méthode appelée « NATM urbaine » est utilisée pour de nombreux tunnels en milieu urbain. Kajima s’attaque à la NATM urbaine tout en mettant en œuvre les technologies de pointe et mène à bonne fin de nombreuses constructions par cette méthode.

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Tunnel routier à section géante de 2 niveaux, le premier au Japon, dans un terrain graveleux. Tunnel d’Ome

Taille : longueur totale 389 m, Section de percement : 220 à 260 m2

Le tunnel routier d’Ome de la route expresse interurbaine de la région de la capitale reliant l’échangeur d’Ome et le côté Hachioji d’une longueur totale de 2.095 m et à 4 voies est le premier tunnel à 2 niveau au Japon. Le tronçon au milieu de ce tunnel sur une longueur de 1.092 m à 2 niveau est construit par la méthode NATM, dont Kajima a construit un tronçon de 389 m. En effet, ce tronçon qui se situe juste au-dessous d’une route en service et passe dans les agglomérations dans le terrain graveleux avec une surcharge de 7 m et une section maximale de percement de 260 m2 est exécuté dans les conditions extrêmement difficiles sans pareilles au monde. Etant donné que le tunnel d’Ome a une section géante d’une forme ovale, il est mis en œuvre par la méthode d’abattage en gradins avec le revêtement du demi-cercle supérieur à l’avance, qui consiste à percer en premier lieu la galerie du demi-cercle supérieur avant de procéder au percement du demi-cercle inférieur. Par ailleurs, Kajima a surmonté avec succès les difficultés des travaux en ayant recours aux technologies globales intégrant non seulement les procédés de génie civil en milieu montagnard tels que ceux de palissage par injection dans les longs tubes d’acier, d’injection horizontale du coulis, de renforcement de piédroits (foot-pile), de piles de supports provisoires, etc., mais aussi les technologies de conception et de mise en œuvre de génie civil en milieu urbain.

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Tunnel NATM au-dessous des voies de chemin de fer en servie

Métro de Tanmachi

Taille : longueur totale 210 m (Partie exécutée en NATM urbaine : 180 m), Section de percement : 155 m2

Les travaux de déplacement vertical des voies de la ligne Tokyo-Toyoko consistent à percer un tronçon d’environ 2 km entre la station de Higashi-Hakuraku et la station de Yokohama juste au-dessous des voies existantes pour la raccorder directement à la ligne du métro « Minato-Mirai 21 », dont le tunnel se situe au niveau de la station de Tanmachi sur une longueur de 210 m. Un puits de travail est construit juste audessous des supports temporaires des voies existantes, et le tunnel est mis en œuvre par la méthode NATM en trois travées, une de 40 m au côté Shibuya et une de 140 m au côté Yokohama. Ce tunnel géant de 3 travées qui se situe juste au-dessous des voies de chemin de fer en service avec une surcharge d’environ 15 m est exécuté dans les conditions extrêmement difficiles sans pareilles au monde. Étant donné qu’il existait de nombreux ouvrages importants aussi bien dans le sol que sur la surface, il était indispensable de prêter une attention pour éviter les effets dus à l’affaissement sur les ouvrages adjacents, et d’exécuter les travaux par conséquent en utilisant les procédés auxiliaires et en mettant en place un système de contrôle et de gestion pertinent à travers les technologies de mesures.

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NATM dans un terrain graveleux avec une petite surcharge en zone urbaine Tunnel de Shin-Kobe

Taille : longueur totale 550 m (Partie exécutée en NATM urbaine : 270 m), Section de percement : 90 à 110 m2

Les travaux de construction du tunnel de ShinKobe à péage (Phase II) consistent à prolonger les entrée et sortie du tunnel de Shin-Kobe existant vers le sud en vue de décongestionner le trafic et de renforcer ainsi la fonction de circulation. Kajima a exécuté la voie qui va vers le sud de 550 m. Ce tronçon est constitué de la partie en tranchée couverte (280 m) et de la partie NATM (270 m). La partie NATM est exécutée en utilisant les différents procédés auxiliaires afin de limiter au minimum l’affaissement de la surface de sol d’autant plus qu’elle a une faible surcharge de 4 à 10 m du fait qu’elle est située juste au-dessous d’un grand axe routier et qu’aux alentours il existe de différents ouvrages comme temples de bouddhisme.

Tunnel urbain au-dessous des agglomérations par la méthode d’amélioration à l’avance des piédroits à grande section Tunnel de Baiko

Taille : longueur totale 468 m Section de percement : 104 à 106 m2

C’est un tunnel routier d’une longueur totale de 607 m construit juste au-dessous de la ville de Mito avec une grande section de plus 100 m2. Le tronçon en méthode NATM (468 m) est exécuté dans les conditions difficiles dues notamment à une faible surcharge comportant une couche graveleuse et aquifère dans sa partie supérieure et aux nombreux ouvrages souterraines et bâtiments de moyenne et grande hauteur juste au-dessus du tunnel. Il est exécuté en adoptant le procédé d’amélioration à l’avance des piédroits à grande section, le procédé de palissage par injection dans les longs tubes d’acier, etc., pour restreindre les influences sur les ouvrages adjacents lors du percement de tunnel. Comme mesures contre l’infiltration d’eau à travers le front de taille, le procédé de barrière d’arrêt d’eau et le procédé de forages de vidange pour maîtriser les difficultés techniques sont adoptés.

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Percement du tunnel par la combinaison du procédé de tubes de protection et du procédé d’injection de produits chimiques Tunnel de Satsuma-Tagami Concernant le tunnel de Satsuma-Tagami, la surcharge du tronçon en remblai est faible (20 à 45 m), le terrain est hétérogène et certains endroits comportent la nappe phréatique. Le dépôt volcanique sableux de couleur blanche appelé en langue locale « Shirasu » est très fragiles et susceptible de liquéfaction en état saturé, d’où le shirasu en remblai (shirasu remanié) perd l’effet de consolidation. Dans de tel terrain, si l’on applique le procédé de palissage normal, le shirasu risque de s’écouler ou d’ébouler lors de la mise en œuvre du palissage, ce qui pourrait porter atteinte aux ouvrages se trouvant sur la surface de sol. Dans le cadre de présents travaux, un nouveau procédé de palissage qui combine les tubes de protection (procédé d’installation de tubes par poussée, avec récupération d’appareils) et l’injection de produits chimiques est développé et appliqué au percement de trois tronçons du tunnel pour une longueur totale de 356 m.

Taille : longueur totale 3.304 m (dont le tronçon en NATM urbain : 356 m) Section de percement : 91 m2

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