Étude de la faisabilité techniqueet des coûts sur le cycle de vied’un tunnel entre les villesde Lévis et de Québec

13 septembre 2016

Bruno MASSICOTTEProfesseur titulaire Polytechnique Montréal

1

Mandat

Équipe et méthodologie

Informations techniques

Coûts

Échéancier

2

Contenu

Mandat confié par le MTMDET :

Déterminer la faisabilité technique d’un tunnel sous le fleuve entre Québec et Lévis

Estimer les coûts à l’étape de préfaisabilité

3

Mandat – Questions

Bruno Massicotte, ing. Ph.D. – ingénieur civilProfesseur titulaire Polytechnique MontréalSpécialiste en structuresDirection du mandat, géométrie, tracé, sécurité, coûts, etc.

André Rancourt, ing. Ph.D. – ingénieur géologueHydroSys inc.Spécialiste en tunnels et fondationsGéologie du site, tunnelier et tunnel, coûts

Denis Leboeuf, ing. Ph.D. – ingénieur géologueProfesseur titulaire Université LavalSpécialiste en géotechnique sismiqueRisques sismiques

MTMDETDirection des projets routiers stratégiquesAménagements routiers au sud et au nord

4

Équipe et méthodologie

Site et tracé

Choix du tunnel

Méthode d’excavation

Particularités géologiques et géotechniques

5

Informations techniques

6

Échelle500 m

A-440

A-40

A-20

N

7.8 km

Informations techniques – Site et tracé

7

Gabarit

Voie 13.7

Voie 23.73.0 0.7

11.1

5.5

Informations techniques – Choix du tunnel

8

Géométrie

Informations techniques – Choix du tunnel

9

Géométrie : interconnexions usagers aux 500 m

Informations techniques – Choix du tunnel

10

Géométrie : interconnexion technique à mi-parcours

DirectionQuébec

DirectionLévis

[m]

6.0

Informations techniques – Choix du tunnel

11

Profil longitudinal : 7.8 km

Informations techniques – Choix du tunnel

150

0-100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 88008000

0-100

Distance (m) Distance (m)

150

(Échelles verticale et horizontalle identiques)

5000 6000 7000 88008000

150

100

50

0

-50

-100Distance (m)

150

100

50

0

-50

-1000 1000 2000 3000 4000 Distance (m)(Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1)

Rive Sud

Profil de la chaussée projeté

4.50%

Terrain naturel

RTE

132

Installation du tunnelier(300 mètres)

Auto

rout

e 20

Puits deventilation

Rive Sud

Tunnel ForéStructure de raccordement

au tunnel

Ave.

Rue

l12

2e R

ueVo

ie F

erré

eBo

ul. S

aint

e-An

ne

-6.04%

-4.50%

Auto

rout

e 44

0

Puits deventilation Digue

permanente

Digueimperméabletemporaire

Puits deventilation

Grande maréehaute 4.10

Grande marée basse -1.80

Profil de la chaussée projeté

-0.75%

Rive Nord

Structure de raccordementau tunnel

Roc Roc Roc Roc

Roc

Roc

Dépôts meubles

Dépôts meubles

Rive Nord

12

Portion nord : tunnel

Informations techniques – Choix du tunnel

150

100

50

0

-50

-1000 1000 2000 3000 4000

Distance (m)(Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1)

Ave.

Rue

l12

2e R

ueVo

ie F

erré

eBo

ul. S

aint

e-An

ne

-6.04%

-4.50%

Auto

rout

e 44

0

Puits deventilation

Diguepermanente

Digueimperméabletemporaire

Puits deventilation

Grande maréehaute 4.10

Grande marée basse -1.80

Profil de la chaussée projeté

-0.75%

Rive NordStructure de raccordement

au tunnel Tunnel Foré

Roc Roc

Roc

Dépôts meubles

Dépôts meubles

13

Portion nord : échangeur

Informations techniques – Choix du tunnel

14

Portion sud : tunnel

5000 6000 7000 88008000

150

100

50

0

-50

-100

Distance (m)

Profil de la chaussée projeté

4.50%

Terrain naturel

Rou

te 1

32

Installation dutunnelier

(300 mètres)

Auto

rout

e 20

Puits deventilation

Rive Sud

Tunnel ForéStructure de raccordement

au tunnel

Roc Roc

Roc

Tranchéeouverte

Équipementstechniques

Excavation entranchée ouverte

Informations techniques – Choix du tunnel

15

Portion sud : échangeur

Informations techniques – Choix du tunnel

16

Tunnelier

Informations techniques – Excavation

17

Tunnelier

Informations techniques – Excavation

18

Tunnelier

Jointcirconférentiel

Jointradial

Anneau

Voussoir

Informations techniques – Excavation

19

Faille de Logan : inactive depuis plus de 250M années

Informations techniques – Géologique

20

Activité sismique : intensité prévisible de M6.9 à M7.6

Informations techniques – Géologique

21

Dépôts meubles : potentiel de liquéfaction

Informations techniques – Géotechnique

150

100

50

0

-50

-1000 1000 2000 3000 4000

Distance (m)(Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1)

Ave.

Rue

l12

2e R

ueVo

ie F

erré

eBo

ul. S

aint

e-An

ne

-6.04%

-4.50%

Auto

rout

e 44

0

Puits deventilation

Diguepermanente

Digueimperméabletemporaire

Puits deventilation

Grande maréehaute 4.10

Grande marée basse -1.80

Profil de la chaussée projeté

-0.75%

Rive NordStructure de raccordement

au tunnel Tunnel Foré

Roc Roc

Roc

Dépôts meubles

Dépôts meubles

Mouvementset tassements

Liquéfaction

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Définition (Youd, T.L., et al. - 2001)Transformation d’un matériau granulaire lâche et saturé, de l’état solide à l’état liquide due à l’augmentation rapide des pressions d’eau interstitielles et à la réduction de la contrainte effective entre les grains.

Ce phénomène engendre la perte momentanée de la capacité portante du sol, des déformations importantes et des tassements différentiels dans les fondations.

Informations techniques – Liquéfaction

Sol saturé d’eauavant le séisme

Sol saturé d’eaudurant le séisme

Mandat confié par le MTMDET :

Déterminer la faisabilité technique d’un tunnel sous le fleuve entre Québec et LévisFaisable

Estimer les coûts à l’étape de préfaisabilitéConstruction – 4.0G$Exploitation sur 100 ans – 2.3G$

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Mandat – Réponses

24

Coûts – Construction

COÛTS REGROUPÉS

Item CoûtÉtudes préliminaires et conception finale 152 M$Gestion de projet et contrôle de la qualité 322 M$Tunnel foré 2142 M$Structures de raccordement 395 M$Structures, mécaniques, systèmes surveillance, etc. 599 M$Échangeurs 312 M$Coûts administratifs et divers 64 M$

3988 M$Total (2x7.8km) 256 M$ / km

Tunnel foré (2x7.0km) 153 M$ / km

25

Coûts – Comparaison

26

Coûts – Opération

OPÉRATION Coût annuel

Frais d'exploitation, alimentation électrique, etc. 5.0 M$Entretien courant, tunnel et échangeurs 4.0 M$Équipes d'intervention incendie (nord et sud) 0.0 M$Centre de contrôle et patrouilles 1.0 M$Gestion du transport des matières dangereuses 0.0 M$

10.0 M$

27

ENTRETIEN / RÉPARATIONS Coût annuel

Remplacement de l'enrobé bitumineux chaussée externe 0.34 M$Remplacement de l'enrobé bitumineux ‐ Tunnel en tranchée 0.06 M$Remplacement de l'enrobé bitumineux ‐ Tunnel foré 1.22 M$Remplacement de la membrane ‐ Chaussée externe 0.16 M$Remplacement de la membrane ‐  Tunnel en tranchée 0.03 M$Remplacement de la membrane ‐  Tunnel foré 0.56 M$Réparation majeure du béton aux approches 0.29 M$Réparation majeure du béton en tunnel 0.20 M$Réparation de l'anneau 1.25 M$Réparation de la protection thermique 0.48 M$Métallerie 0.30 M$Ventilation du tunnel  5.00 M$Alimentation électrique, éclairage, etc. 1.50 M$Systèmes de télésurveillange (caméra, barrières, etc.) 1.88 M$Équipements d'intervention d'urgence (nord et sud) 0.05 M$

13.3 M$

Coûts – Entretien et maintenance

28

Coûts – Cycle de vie de 100 ans / $ 2016

Phases de préparation des grands projets d’infrastructures et précision des coûts

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Échéancier – Phases grands projets

30

Finalisation de l’étude des solutions : 1 an

Conception / Avant-projet : 3 ans

Plans, devis et appel d’offres : 3 ans

Fabrication et assemblage du tunnelier : 2 ans

Construction : 4 ans

Total : ±13 ans (± 2030)

Échéancier plausible

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MERCI POUR VOTRE ATTENTION