GT4R3F1

Choix des techniques d’excavation mécanisée

GT4R3F1

www.aftes.asso.fr

ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELSET DE L’ESPACE SOUTERRAIN

Organisation nationale adhérente à l’AITES

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AFTES RECOMMANDATIONS RELATIVES AUX

CHOIX DES TECHNIQUES D’EXCAVATION MECANISEE

7TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 157 - JANVIER/FEVRIER 2000

Texte présenté par P. LONGCHAMP, animateur du Groupe de Travail n° 4 - Directeur Technique Ouvrages Souterrains - BOUYGUES T.P.

Assisté par A. SCHWENZFEIER, CETU

et les responsables des sous-groupesJ.M. DEMORIEUX, SETEC - F. MAUROY, SYSTRA - J.M. ROGEZ, RATP - J.F. ROUBINET, GTM

Ont participé à l’élaboration du document :A. AMELOT, SPIE BATIGNOLLES - D. ANDRE, SNCF - A. BALAN, SNCF - H. BEJUI✝ , AFTES -

F. BERTRAND, CHANTIERS MODERNES - F. BORDACHAR, QUILLERY - P. BOUTIGNY, CAMPENON BERNARD SGE - L. CHANTRON, CETU - D. CUELLAR, SNCF - J.M. FREDET, SIMECSOL - J.L. GIAFFERI, EDF-GDF -

J. GUILLAUME, PICO GROUPE RAZEL - P. JOVER, S.M.A.T. - Ch. MOLINES, FOUGEROLLES BALLOT - P. RENAULT, PICO GROUPE RAZEL - Y. RESCAMPS, DESQUENNE ET GIRAL

Sont remerciés pour leur participation à la relecture du document :M. MAREC, MISOA - M.C. MICHEL, OPPBTP - P. BARTHES, AFTES

L’A.F.T.E.S. recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte.

Version 1 - 2000 - approuvée par le Comité Technique du 23/11/99

INTRODUCTION

La précédente recommandation,publiée en 1986 concernant le choixdes techniques d’excavation mécani-

sée traitait pour l’essentiel des tunneliers àroche dure.Le marché français a changé grandementde physionomie. L’aménagement hydro-électrique, pionnier puis grand utilisateurde l’excavation mécanisée, arrivant à sonterme, a décliné, pour faire place en termede tunnel à des ouvrages généralementurbains de toutes natures : émissaires,métros, ferroviaires et routiers.L’essentiel de nos grands centres urbainsétant construits en plaine et souvent le longd’un cours d’eau, la technique d’excavationa basculé de la roche dure vers les terrainsmeubles ou tendres avec ou sans présenced’une nappe aquifère.

Pour répondre à ces besoins, la France asuivi les courants de l’Est (Allemagne etJapon).La géologie de ce pays étant extrêmementvariée, les techniques étrangères ont étéadaptées à ces conditions nouvelles à unevitesse prodigieuse par les maîtresd’œuvre, entreprises, bureaux d’Ingénierieet fournisseurs.Aujourd’hui, cette nouvelle culture tech-nique française sait s’exporter partout dansle monde (Allemagne, Egypte, Angleterre,Austral ie, Chine, I ta l ie, Espagne,Venezuela, Danemark, Singapour …).C’est sur la base de cette expérience queces recommandations ont été rédigées parun groupe de 25 professionnels issus desinstances citées ci-avant.Très vite, ce groupe a compris que, devantles nombres de paramètres et critères de

choix, il n’était pas possible de bâtir uneméthode de choix de type analytique maisplutôt un document consistant à :1) clarifier les différentes techniques en lesclassifiant et les décrivant par familles etcatégories2) analyser l’influence des paramètres dechoix (géologique, de projet, d’environne-ment …)3) mettre en exergue les spécificités propresà chaque technique, d’indiquer sondomaine d’emploi courant ainsi que lestechniques d’accompagnement possibles.Ainsi, le lecteur comprendra que cette nou-velle recommandation n’est pas un livre derecettes toutes faites mais plutôt un guidepour un choix raisonné et basé sur la com-binaison d’un nombre important de fac-teurs techniques.

Perforatrice Beaumont construite en 1882 pour la première tentative de percement du tunnel sous la Manche (Société de Construction des Batignolles)

8 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 157 - JANVIER/FEVRIER 2000

Groupe de Travail n° 4 - Recommandations sur les choix des techniques d’excavation mécanisée

1 - OBJET DE LA RECOMMANDATION

2 - LES TECHNIQUES D’EXCAVATION MECANISEE

2.1 Définition et limites

2.2 Les fonctions de base2.2.1 Abattage2.2.2 Soutènement et maîtrise de la charge hydrosta-

tique2.2.3 Marinage

2.3 Avantages et risques principaux des tech-niques d’excavation mécanisée

3 - CLASSIFICATION DES TECHNIQUES D’EXCA-VATION MECANISEE

4 - DEFINITION DES DIFFERENTES TECHNIQUESD’EXCAVATION MECANISEE CLASSIFIEES DANSLE CHAPITRE 3

4.1 Machines n’assurant pas de soutènement4.1.1 Généralités4.1.2 Machine à attaque ponctuelle4.1.3 Tunnelier à appui radial4.1.4 Aléseur

4.2 Machines assurant un soutènement latéral4.2.1 Généralités4.2.2 Bouclier mécanisé ouvert à appui radial4.2.3 Bouclier mécanisé ouvert à appui longitudinal4.2.4 Bouclier mécanisé ouvert à appui mixte

4.3 Machines assurant simultanément un soutè-nement latéral et un soutènement frontal

4.3.1 Généralités4.3.2 Bouclier mécanisé à soutènement mécanique4.3.3 Bouclier mécanisé à confinement d’air comprimé4.3.4 Bouclier mécanisé à confinement de boue4.3.5 Bouclier mécanisé à confinement de terre4.3.6 Bouclier mécanisé à confinement mixte

5 - EVALUATION DES PARAMETRES DE CHOIXDES TECHNIQUES D’EXCAVATION MECANISEE

5.1 Généralités

5.2 Evaluation de l’influence des paramètres élé-mentaires de choix vis à vis des fonctions de basedes techniques d’excavation mécanisée

5.3 Evaluation de l’influence des paramètres élé-mentaires de choix pour les solutions de tech-niques d’excavation mécanisée

6 - SPECIFICITES RELATIVES AUX TECHNIQUESD’EXCAVATION

6.1 Spécificités des machines n’assurant pas desoutènement

6.1.1 Spécificités des machines à attaque ponctuelle6.1.2 Spécificités des tunneliers à appui radial6.1.3 Spécificités des aléseurs

6.2 Spécificités des machines assurant un soutè-nement latéral

6.2.1 Spécificités des boucliers mécanisés ouverts à appui radial

6.2.2 Spécificités des boucliers mécanisés ouverts àappui longitudinal

S O M M A I R ES O M M A I R E

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6.2.3 Spécificités des boucliers mécanisés ouverts àappuis mixtes

6.3 Spécificités des machines assurant un soutè-nement frontal et latéral

6.3.1 Spécificités des boucliers mécanisés à soutène-ment mécanique

6.3.2 Spécificités des boucliers mécanisés à confinementd’air comprimé

6.3.3 Spécificités des boucliers mécanisés à confinementde boue

6.3.4 Spécificités des boucliers mécanisés à confinementde pression de terre

7 - DOMAINE D’EMPLOI DES TECHNIQUES D’EX-CAVATION MECANISEE

7.1 Machines n’assurant pas de soutènement7.1.1 Machines à attaque ponctuelle7.1.2 Tunneliers à appui radial7.1.3 Aléseurs

7.2 Machines assurant un soutènement latéral7.2.1 Boucliers mécanisés ouverts à appui radial7.2.2 Boucliers mécanisés ouverts à appui longitudinal7.2.3 Boucliers mécanisés ouverts à appuis mixtes

7.3 Machines assurant un soutènement frontal etlatéral

7.3.1 Boucliers mécanisés à soutènement mécanique7.3.2 Boucliers mécanisés à confinement d’air comprimé7.3.3 Boucliers mécanisés à confinement de boue7.3.4 Boucliers mécanisés à confinement de pression de

terre

8 - LES TECHNIQUES D’ACCOMPAGNEMENT DESTUNNELIERS

8.1 Reconnaissance préalable depuis la surface8.1.1 Etude d’impact8.1.2 Conditions de terrain8.1.3 Moyens mis en œuvre

8.2 Reconnaissance à l’avancement

8.3 Traitement de terrain

8.4 Guidage

8.5 Additifs

8.6 Enregistrement de paramètres de fonction-nement des machines

8.7 Revêtement et injections de bourrage8.7.1 Généralités8.7.2 Revêtement8.7.3 Injections de bourrage

9 - HYGIENE ET SECURITE

9.1 Conception des machines de creusement

9.2 Mise en œuvre des machines de creusement

ANNEXE 1

ANNEXE 2

ANNEXE 3

ANNEXE 4

AFTES



1 - OBJET DE LA RECOM-MANDATIONCette recommandation succède et rem-place la précédente version publiée en1986. Celle-ci traitait pour l’essentiel destunneliers pour roche dure dit «tunnelier àappui radial».

La présente version a élargi son champd’application à l’ensemble des machines(ou presque) abattant le terrain de façonmécanique.

Son objet est de servir de guide techniquepour le choix difficile et souvent irréversibled’une machine, en adéquation avec lesconditions géologiques et hydrogéolo-giques, l’environnement et la nature d’unprojet.

Une classification par famille, catégorie ettype est tout d’abord proposée. Toutes lestechniques ayant la caractéristique com-mune d’excaver mécaniquement le terrain,le premier critère de classification s’esttrouvé naturellement être la capacité ounon de la machine à soutenir l’excavation

Puis le lecteur trouvera la liste des para-mètres qu’il convient d’analyser pour faireun choix, leur degré d’influence sur lestechniques d’excavation mécanisée et unesérie de commentaires de base les concer-nant.

Le décisionnaire combinera ces para-mètres pour établir un choix optimal.

Ensuite, le groupe de travail a mis enexergue les principales spécificités rela-tives aux différentes familles et catégoriesde techniques et a donné les domainesd’emploi de base de celles-ci.

Enfin, les techniques d’accompagnement,souvent communes à plusieurs techniqueset par ailleurs indispensables au fonction-nement de la machine, ont été citées etdécrites. A ce propos, il faut noter le pro-grès remarquable que les enregistrementset restitutions de paramètres ont permis defaire dans l’analyse technique des pro-blèmes rencontrés.

L’hygiène et la sécurité étant un souci per-manent en travaux souterrains, un chapitres’y rapporte.

2 - LES TECHNIQUES D'EXCAVATION MECANISEE

2.1 - DEFINITION ET LIMITES

Sont considérées comme techniques d’ex-cavation mécanisée (en opposition aux

méthodes dites conventionnelles), toutestechniques de creusement de tunnel dontl’abattage est réalisé mécaniquement àl’aide de dents, pics ou molettes. On trou-vera donc dans ce document, toutes lescatégories (ou presque) de machines allantde la plus simple (machine à attaque ponc-tuelle par godet excavateur) à la plus com-pliquée (bouclier mécanisé à confinement).

N’ont pas été introduites dans ce docu-ment, les techniques d’excavation mécani-sée des puits qui en sont parfois dérivées.

Pour l’établissement des contrats demachine, le contractant pourra se référer àla recommandation du GT 17 : «Pratiquescontractuelles dans les travaux souterrains ;contrat de fourniture d’un tunnelier» (TOSn° 150 novembre/décembre 1998).

2.2 - LES FONCTIONS DEBASE

2.2.1 - Abattage

C’est la fonction première de ces tech-niques.

Les deux techniques d’abattage sont :

• Abattage par attaque ponctuelle

• Abattage par attaque globale (ou pleineface)

Pour la première, l’équipement d’abattagecouvre la totalité de la section du tunnel parbalayages successifs du front.

Dans la deuxième, une tête d’abattage,généralement rotative, excave globale-ment la totalité de la section du tunnel.

2.2.2 - Soutènement et maîtrise dela charge hydrostatique

Le soutènement succède à l’abattage dansla hiérarchie de la classification.

On entend ici par soutènement, celui quiest directement assuré par la machine.

On distingue les techniques qui assurentuniquement un soutènement des paroislatérales de l’excavation (soutènementlatéral) des techniques qui assurent encomplément un soutènement du frontd’excavation (soutènement latéral et fron-tal).

On notera deux types de soutènement :passif et actif :

Le premier dit «à mode ouvert» subit ladécompression du terrain en s’opposant àcelle-ci de façon passive.

Le deuxième dit «à pression de confine-ment» exerce un maintien actif de l’exca-vation.

Le soutènement définitif entre parfoisdirectement dans le processus de fonc-tionnement de la machine (cas des vous-soirs par exemple). Etant étudié dans lecadre d’autres recommandations AFTES,celui-ci n’a pas été traité dans la présente.

L’évolution récente des techniques d’exca-vation mécanisée permet maintenant deréaliser des tunnels dans des terrainsinstables, perméables et aquifères sanstraitement préalable.

Il convient dans ce cas de maîtriser lacharge hydrostatique et les venues d’eaupotentielles de façon continue. Seules lestechniques à pression de confinement peu-vent répondre à cette contrainte.

2.2.3 - Marinage

Le marinage en tunnel à proprement parlén’est pas traité dans les présentes recom-mandations. Toutefois, il convient de men-tionner que celui-ci peut être affecté forte-ment par la technique d’excavationretenue.

Les contraintes d’exploitation du marinageou traitement des déblais pourront avoirparfois une influence sur le choix de latechnique.

Les techniques de base du marinage sont :

• Le transport par dumper camion ou assi-milé

• Le transport par train

• Le marinage hydraulique

• Le pompage (moins fréquent)

• Le convoyeur à bande.

2.3 - AVANTAGES ETRISQUES PRINCIPAUX DESTECHNIQUES D’EXCAVATIONMECANISEE

Les avantages sont multiples, on noteraprincipalement :

• L’amélioration des conditions d’hygièneet de sécurité pour les travailleurs,

• L’industrialisation de l’activité avec uneréduction significative des délais d’exécu-tion et des coûts,

• La possibilité de franchir de façon écono-mique et sûre des milieux géologiques ethydrogéologiques complexes,

• La qualité du produit fini, (massif encais-sant moins altéré, préfabrication en usinedu revêtement…).

Les risques, ne sont toutefois pas nuls, carle choix d’une technique est souvent irré-

AFTES



versible car le changement de techniqueest souvent impossible ou au prix d’un bou-leversement profond du projet et/ou deson économie.

Une analyse minutieuse des conditions duprojet doit réduire très significativement cerisque ; la présente recommandationconstitue une aide précieuse à ce titre ; l’ex-périence et le niveau technique des opéra-teurs constituent aussi un important facteurd’atténuation.

3 - CLASSIFICATION DESTECHNIQUES D'EXCAVATIONMECANISEE Une classification officielle est apparuecomme indispensable pour uniformiser levocabulaire des appellations des tech-niques d'excavation mécanisée les pluscourantes.

Le tableau ci-après répond à cet objectif,les définitions correspondantes à cesappellations sont données au chapitre 4.

Ce tableau donne une classification parfamille (par ex : machine à attaque ponc-

tuelle) à partir d'un premier classementétabli à partir du type de soutènement réa-lisé ou non par les techniques d'excavationmécanisée (sans, latéral, latéral et frontal).

Enfin, en vue de détailler plus précisémentla description des techniques, les famillessont décomposées en catégorie et type.

4 - DEFINITION DES DIFFERENTES TECHNIQUESD'EXCAVATION MECANISEECLASSIFIEES DANS LE CHAPITRE 3

4.1 - MACHINES N’ASSURANT PAS DE SOUTENEMENT

4.1.1 - généralités

Machines pour lesquelles la nature des ter-rains n’exige pas un soutènement immé-diat et continu de l’excavation.

4.1.2 - Machine à attaque ponctuelle

Les machines à attaque ponctuelle sontdes machines équipées d’un bras excava-teur à l’extrémité duquel est monté un outil(ou tête) d’abattage. Elles excavent le frontde taille par balayages successifs du brasexcavateur. Ainsi les géométries de frontpeuvent être variées, et/ou variables. l’ef-fort de pénétration des outils dans le frontest repris par le seul poids de la machine.

Trois types d’outil d’abattage équipent lesmachines de cette famille :

• Godet excavateur, ripeur ou brise-roche

• Tête de havage à axe longitudinal

• Tête de havage à axe transversal

Fiches techniques AFTES : N° 8 - 14

(Schéma et photo 4.1.2).

4.1.3 - Tunnelier à appui radial

Un tunnelier à appui radial est une machineéquipée d’une tête d’abattage qui excaveglobalement le front de taille en une seulefois (pleine section).

CLASSIFICATION DES TECHNIQUES D’EXCAVATION MECANISEE

AFTES



➀ Tête transversale

Bras d’abattage➁Convoyeur➂

Tablier de ramassage

Châssis automoteur sur chenilles➃➄

Photo 4.1.2 - Machine à attaque ponctuelleSchéma 4.1.2

➀➁

➃ ➄

Photo 4.1.4 - Aléseur - Tunnel de Sauges (Suisse)

L’effort de poussée sur la tête d’abattageest mobilisé par des patins de vérins s’ap-puyant radialement et directement sur leparement naturel de l’excavation.

L’avancement de la machine est séquentielselon les deux phases suivantes :

• Excavation (la structure d’appui est fixe)

• Reprise d’appui.

Les déblais sont ramassés et éva-cués par la machine elle-même.

Ce type de machine ne parti-cipe pas au soutènement del’excavation.

Fiches techniques AFTES : N° 1à 7, 10 à 13, 15 à 24, 26 à 30, 67


4.1.4 - Aléseur

L’aléseur est une machine qui a les mêmesfonctions qu’un tunnelier à appui radial. Ilréalise une section définitive à partir d’unavant trou axial (galerie pilote) dans lequelil trouve ses appuis radiaux.

➀ Avant trou

Ancrage aléseur (traction)➁

➁

Plateau aléseur➂Sabot d’appui

Convoyeur déblais➃➃➄

➄

Photo 4.1.3 - Tunnelier à appui radialLesotho Highland Water Project (Lesotho)

▼

▼

▼

▼


➂

➀ ➁➂ ➃

➄

➀ Tête d’abattage

Convoyeur➁Vérins de poussée➂Grippeurs (à appui radial)

Sabot d’appui➃➄

➀➂

AFTES



4.2 - MACHINES ASSURANTUN SOUTENEMENT LATERAL

4.2.1 - Généralités

Ces machines appartiennent à la familledes boucliers mécanisés ouverts.

Ce sont des tunneliers qui assurent simul-tanément les fonctions d’abattage et desoutènement latéral de l’excavation. Lefront d’attaque du tunnel n’est pas soutenu

On distingue les types de boucliers sui-vants :

Bouclier simple composé d’une virolemonolithique

Bouclier composé de deux viroles ou plus,reliées entre elles par des mécanismes d’ar-ticulation

Les diverses configurations de tunneliers àsoutènement latéral sont précisées ci-après.

4.2.2 - Bouclier mécanisé ouvert àappui radial

Un bouclier mécanisé à appui radial est untunnelier tel que défini en § 4.1.3 maismonté à l’intérieur d’une virole cylindriqueintégrant les appuis radiaux.

Dans ce cas, le bouclier assure un soutène-ment latéral et passif de l’excavation.

Fiches techniques AFTES : N°25(Schéma et photo 4.2.2).

Photo 4.2.2 - Bouclier mécanisé ouvert à appui radialTunnel Principal du CERN (France-Suisse)

➀ Tête d’abattage

Convoyeur d’extraction des déblais

➁ ➅ Convoyeur de reprise des déblais

Motorisation➆Erecteur➇

Télescope➂Vérin de poussée

Grippers (à appui radial)

➃

➄

4.2.3 - Bouclier mécanisé ouvert àappui longitudinal

Un bouclier mécanisé ouvert à appui longi-tudinal est une machine équipée soit d’unetête d’abattage qui excave globalement le

front de taille (pleine section) soit d’unbras excavateur similaire à ceux desmachines à attaque ponctuelle. La pro-gression de la machine est assurée par desvérins de poussée prenant appui longitu-dinalement sur un soutènement mis en

œuvre à l’arrière de la machine à l’aide d’unérecteur.

Fiches techniques AFTES : N° 31 - 32 - 41 -66


▼

▼

� Tête d’abattage

Bouclier�

� Convoyeur extracteur des déblais

Convoyeur de reprise des déblais�Bras de relavage des déblais�

�� Motoréducteur d’entraînement de la roue

Articulation jupe arrière (option)Anneau de poussée

trémie de réception des déblaisArticulation du bouclier (option)�Vérin de poussée

Erecteur�

Photo 4.2.3Bouclier mécanisé ouvert à appui longitudinal

Métro d’Athènes (Grèce)

▼

▼

AFTES



4.2.4 - Bouclier mécanisé ouvert àappui mixte

Un bouclier à appui mixte est une machineéquipée d’une tête d’abattage, qui excaveglobalement le front de taille (pleine sec-tion).

Cette machine est équipée à la fois d’ap-puis radiaux et d’appuis longitudinaux uti-lisés en fonction des terrains rencontrés. Lemode d’appui d’avancement longitudinalrequiert la mise en œuvre à l’avancement,d’un soutènement de voussoirs.

Le bouclier est équipé de trois viroles ouplus reliées entre elles par des mécanismesd’articulation et d’un bloc intermédiairetélescopique pour assurer le relais d’appuientre le système d’appui en cours d’utilisa-tion et la tête de forage.Fiches techniques AFTES : N° 65 – 68 – 71(Schéma et photo 4.2.4). ▼

▼

� Tête d’abattage� Corps avant (bouclier)� Corps télescopique (bouclier)� Corps «grippers» (bouclier) Jupe arrière (bouclier)� Vérins de poussée principaux

� Vérins d’appui longitudinaux� Grippers� Articulation jupe (option)� Erecteur Convoyeur d’extraction des déblais Convoyeur de reprise des déblais

Photo 4.2.4 - Bouclier mécanisé ouvert à appui mixteAménagement hydraulique de Salazie (Ile de la Réunion)

4.3 - MACHINES ASSURANTSIMULTANEMENT UN SOU-TENEMENT LATERAL ET UNSOUTENEMENT FRONTAL


Ces machines appartiennent à la familledes boucliers mécanisés fermés.

Ce sont des tunneliers qui assurent simul-tanément les fonctions d’abattage, de sou-tènement latéral et frontal de l’excavation.

Ils sont, à l’exception des boucliers à sou-tènement mécanique, pourvus à l’avant

d’une chambre dite «d’abattage» isolée del’arrière du tunnel par une cloison étancheet dans laquelle est maintenue une pres-sion de confinement destinée à souteniractivement l’excavation et/ou équilibrer lacharge hydrostatique développée par lanappe phréatique .

Le creusement est réalisé par un organed’abattage travaillant dans celle-ci.

La progression est assurée par des vérinsde poussée prenant appui longitudinale-ment sur le revêtement en voussoirs montéà l’abri d’une jupe arrière à l’aide d’un érec-teur.

4.3.2 - Bouclier mécanisé à soutè-nement mécanique

Le bouclier mécanisé à soutènementmécanique est un tunnelier équipé d’unetête d’abattage à attaque globale et dontle soutènement frontal est réalisé par miseen pression des terres abattues contenuesdevant la tête d’abattage.

Les déblais sont extraits par des orifices dis-posés sur la tête et équipés de volets àouverture ajustable en temps réel.

Fiches techniques AFTES : N° 38 – 39 – 40– 51 – 58 – 64(Schéma et photo 4.3.2).

� Tête d’abattage� Bouclier� Articulation du bouclier (option)� Vérins de poussée Erecteur� Convoyeur extracteur

� Convoyeur de reprise� Trémie de réception des déblais (avec trappe)� Motoréducteur d’entraînement de la roue� Volets d’obturation de tête d’abattage Joint périphérique entre tête et bouclier Articulation jupe (option)

▼

▼

Photo 4.3.2 Bouclier mécanisé à soutènement mécanique - Ligne 2, RER Paris

AFTES



4.3.3 - Bouclier mécanisé à confi-nement d’air comprimé

Le bouclier mécanisé à air comprimé est untunnelier équipé soit d’une tête d’abattageà attaque globale soit de bras excavateurssimilaires à ceux des machines à attaque

ponctuelle. Le confinement est réalisé parmise en pression de l’air contenu dans lachambre d’abattage.

L’extraction des déblais est assurée par undispositif de décharge, continu ou discon-tinu, permettant d’amener les matériaux

extraits de la pression de confinement à lapression atmosphérique régnant dans letunnel.

Fiches techniques AFTES : N° 37 – 42 – 43– 53 – 54 – 70

(Schéma et photo 4.3.3)

� Bras excavateur� Bouclier� Chambre d’abattage� Cloison étanche Vérin de poussée� Articulation (option)

� Joint d’étanchéité (dit de «queue»)� Sas d’accès à la chambre d’abattage� Erecteur� Vis d’extraction (ou convoyeur + sas) Convoyeur de reprise des déblais Photo 4.3.3 - Bouclier mécanisé à confinement d’air comprimé

Emissaire, Moscou (CEI)

4.3.4 - Bouclier mécanisé à confi-nement de boue

Le bouclier mécanisé à pression de boueest un tunnelier équipé d’une tête d’abat-tage à attaque globale. Le confinement estréalisé par mise en pression d’un fluide deforage dans la chambre d’abattage. La cir-culation du fluide dans celle-ci permetd’extraire les déblais et de maintenir une

pression constante parrégulation directe ou indi-recte des débits.

Fiches techniques AFTES :N° 33 – 34 – 35 – 36 – 44 –50 – 52 – 56 – 57 - 60 – 62 –63 – 69 – 76 - Le Caire –Sydney


▼

▼

� Tête d’abattage� Bouclier� Bulle d’air (option)� Cloison étanche Sas d’accès à la chambre

d’abattage

� Articulation jupe arrière (option)

� Vérin de poussée� Erecteur� Joint d’étanchéité

(dit de «queue»)

� Chambre d’abattage Agitateur (option) Conduite d’alimentation

de boue bentonitique� Conduite de refoulement

de boue bentonitique Bouclier mécanisé à confinement de boue - Ligne 2, Métro du Caire (Egypte)Photo 4.3.4

� � � � � �

� � �

▼

▼

AFTES



4.3.5 - Bouclier mécanisé à confi-nement de terre

Le bouclier mécanisé à confinement deterre est un tunnelier équipé d’une têted’abattage à attaque globale. Le confine-ment est réalisé par mise en pression dansla chambre de coupe des matériaux exca-

vés. Ceux-ci sont extraits par l’intermé-diaire d’un dispositif de décharge, continuou discontinu permettant de ramener lesmatériaux extraits de la pression de confi-nement à la pression atmosphérique.

Ces boucliers peuvent fonctionner enmode ouvert et, sous confinement d’air

comprimé s’ils sont munis d’un équipe-ment spécifique,

Fiches AFTES : N° 45 – 46 - 47 – 48 – 49– 55 – 59 – 61 – 72 – 73 – 74* - 77 à 85

* Machines fonctionnant également en confine-ment d’air comprimé


� Tête d’abattage� Bouclier� Chambre d’abattage� Cloison étanche Vérin de poussée

� Articulation jupe arrière (option)� Joint d’étanchéité (dit de «queue»)� Sas d’accès à la chambre d’abattage� Erecteur

� Vis d’extraction Convoyeur de reprise des déblais

▼

▼

Photo 4.3.5 - Bouclier mécanisé à confinement de terreTunnel de Caluire, Lyon (France)

4.3.6 - Bouclier mécanisé à confi-nement mixte

Les boucliers mécanisés à confinementmixte sont des machines équipées d’unetête d’abattage à attaque globale qui peu-vent fonctionner soit en mode ouvert oufermé, soit selon plusieurs modes de confi-nement.

Le passage d’un mode de fonctionnementà un autre nécessite une intervention méca-nique pour modifier la configuration de lamachine.

Les systèmes d’extraction des déblais sontspécifiques à chacun des modes de travail.

Trois catégories principales de machinessont utilisées :

• Les machines capables de fonctionner enmode ouvert avec une extraction desdéblais assurée par un convoyeur à bandeet de réaliser un confinement de terre àl’aide d’un convoyeur à vis.

• Les machines capables de fonctionner enmode ouvert avec une extraction desdéblais à l’aide d’un convoyeur à bande etde réaliser un confinement de boue à l’aide

d’un système de marinage hydraulique(après isolement du convoyeur à bande).

• Les machines capables de réaliser unconfinement de terre et un confinement deboue.

Ces boucliers sont en général limités auxmachines de grand diamètre en raison del’espace nécessaire aux équipements spé-cifiques à chacun des modes de confine-ment.

Fiches techniques AFTES (à paraître) : A86Ouest (Socatop), Métro de Madrid lots 2 et4 , KCR 320 (Hong Kong).

Photo 4.3.6b - Bouclier mécanisé à confinement mixteMétro de Madrid (Espagne)

Photo 4.3.6aBouclier mécanisé à confinement mixte Tunnel de l’Ouest Parisien, A86

AFTES



5 - EVALUATION DES PARAMETRES DE CHOIX DESTECHNIQUES D'EXCAVATIONMECANISEE

5.1 - GENERALITES

Il est apparu utile d'évaluer le degré d'in-fluence des paramètres élémentaires detoute nature dans une étude relative auchoix entre des techniques d'excavationmécanisée.

Les objectifs de cette évaluation sont de :

• Hiérarchiser l'importance des paramètresélémentaires de choix, avec indication desfonctions de base concernées.

• Permettre aux concepteurs de projetenvisageant une solution d'excavationmécanisée de contrôler que les élémentsde choix sont réunis.• Permettre aux entrepreneurs, avant réali-sation d’un projet dont l’excavation estenvisagée avec une solution mécanisée, decontrôler qu’il est en possession de tous leséléments utiles pour valider la techniqueretenue.Cette évaluation est présentée sous laforme de deux tableaux 1 et 2. Le tableau 1 (§ 5.2.) donne, pour chacun desparamètres élémentaires de choix, undegré d’influence pour chacune des fonc-tions de base des techniques d'excavationmécanisée (toutes techniques confon-dues).

Le tableau 2 (§ 5.3) donne, pour chacun desparamètres élémentaires de choix, undegré d’influence pour chacune des solu-tions de technique d’excavation mécani-sée.

Les tableaux d'évaluation sont assortis decommentaires complémentaires figuranten annexe.

La liste des paramètres est celle établie parle groupe de travail n° 7 pour l'établisse-ment des recommandations AFTES «Choixdes paramètres et essais géotechniquesutiles à la conception, au dimensionne-ment et à l'exécution des ouvrages creusésen souterrain», auxquelles on pourra sereporter. Cette liste a été complétée pardes aspects autres que géotechniques.

Fonction de base SOUTENEMENT MAITRISE DE LAABATTAGE

MARINAGEParamètres

Frontal LatéralCHARGE EXTRACTION

Elémentaires HYDROSTATIQUE TRANSPORTMISE EN DEPOT

A B C D E

1. CONTRAINTES NATURELLES 2 2 SO 1 0

2. PARAMETRES PHYSIQUES 2.1 Identification 2 1 2 2 12.2 Appréciation (globale de la qualité) 2 2 0 1 02.3 Discontinuités 2 2 2 1 02.4 Altérabilité 1 1 SO 1 12.5 Chimie des eaux 1 0 SO 0 1

3. PARAMETRES MECANIQUES3.1 Résistance Sol 2 2 SO 1 0

Roche 1 1 SO 2 03.2 Déformabilité 2 2 SO 0 03.3 Potentiel de liquéfaction 0 0 0 0 0

4. PARAMETRES HYDROGEOLOGIQUES 2 2 2 1 0

5. AUTRES PARAMETRES5.1 Abrasivité – Dureté 0 0 0 2 15.2 Aptitude au collage 0 0 0 2 25.3 Frottement terrain/machine 0 1 0 0 05.4 Présence de gaz 0 0 0 0 0

6. CARACTERISTIQUES DU PROJET6.1 Dimensions géométrie section 2 2 2 1 26.2 Profil en long 0 0 0 0 26.3 Tracé en plan 0 0 0 0 16.4 Environnement

6.4.1 Sensibilité aux tassements 2 2 2 0 06.4.2 Sensibilité aux nuisances et contrainte de travaux 0 0 0 0 2

6.5 Anomalies dans le terrain6.5.1 Hétérogénéité de terrain dans la section 1 1 0 2 06.5.2 Obstacle naturel artificiel 0 0 0 1 06.5.3 Cavités 2 2 2 0 0

2 : Déterminant 1 : Influent 0 :Non influent SO : Sans objet

Voir commentaires de ce tableau en ANNEXE 1

5.2 - EVALUATION DE L’INFLUENCE DES PARAMETRES ELEMENTAIRES DE CHOIX VIS A VISDES FONCTIONS DE BASE DES TECHNIQUES D’EXCAVATION MECANISEE

Tableau 1

AFTES

17


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AFTES



6 - SPECIFICITES RELATIVESAUX TECHNIQUES D’EXCAVATION

6.1 - MACHINES N’ASSURANTPAS DE SOUTENEMENT

6.1.1 - Spécificités des machines àattaque ponctuelle

a) Généralités :

Ces machines sont adaptées générale-ment aux sols à forte cohésion et aux rochestendres. Elles sont constituées d’un brasexcavateur monté sur un châssis automo-teur. Elles sont sans relation directe avec lasection de l’ouvrage à excaver ; les sectionsréalisées peuvent être variées et variables.A tout moment, l’accès direct au front detaille est possible. Ces machines trouventleur appui directement en radier qui doitsatisfaire aux conditions de portance.

b) Abattage :

Ces machines sont équipées d’un brasmobile généralement support d’unehaveuse (ou fraise de havage) qui assurel’abattage du front par balayages succes-sifs. La poussée maximale sur la fraise estdirectement limitée par la masse de lamachine. L’outil d’abattage fonctionne soittransversalement (perpendiculairement aubras), soit axialement (dans le prolonge-ment du bras). Les déblais à front sont leplus souvent ramassés par un tablier lié à lamachine et convoyés vers l’arrière. Cemode d’abattage génère de la poussièrequ’il est impératif de traiter (aspiration,aspersion, dépoussiérage….).

Dans certains cas, la fraise d’abattage peutêtre remplacée par un godet, ripeur ou unbrise- roche.

c) Soutènement et maîtrise de la chargehydrostatique

Le soutènement ne fait pas partie de lamachine. Il est nécessaire de lui associerune méthode de soutènement spécifiqueà la géométrie de la galerie et aux terrainsrencontrés (cintres, boulons, béton pro-jeté,…..).

Ce type de machine ne permet pas de maî-triser la charge hydrostatique. Des solu-tions d’accompagnement (traitement deterrain, rabattement,…) peuvent êtrenécessaires.

d) Marinage

Le marinage peut être traité avec ou indé-pendamment de ce type de machine. Ilpeut intervenir directement à front.

6.1.2 - Spécificités des tunneliers àappui radial

a) Généralités

Les réactions de poussée sur le plateauporte-outils sont reprises par l’intermé-diaire de patins radiaux ou grippeurs sur 1ou 2 lignes qui s’appuient directement surle parement de l’excavation. A l’arrière dela machine, un train suiveur porte les équi-pements nécessaires au fonctionnementde celle-ci et à la logistique associée. Unmatériel de reconnaissance à l’avancementéquipe généralement ce type de machine.L’accès au front est possible lors des arrêtsde fonctionnement et après recul du pla-teau.

Le mode d’avancement est séquentiel(foration, reprise des appuis)

b) Abattage

Ces machines à attaque globale sont carac-térisées généralement par une tête d’abat-tage rotative pleine face permettant deréaliser la totalité de la section en continu.Elle est équipée d’outils (molettes, cou-teaux,…). L’évacuation des déblais estassurée généralement par une série deracleurs et de godets de relevage ; le marinest déversé sur un convoyeur qui le trans-porte vers l’arrière de la machine. Uneaspersion d’eau à front est généralementmise en place : elle limite l’échauffementdes outils et évite la dispersion des pous-sières.


Le soutènement est indépendant de lamachine (cintres, boulons, béton pro-jeté,…), mais peut être mis en œuvre parl’intermédiaire d’équipements auxiliairessolidaires du bâti et/ou du train suiveur. Lesoutènement depuis le bâti doit tenircompte du déplacement et du pas desappuis. La tête d’abattage n’a générale-ment pas pour rôle le soutènement du frontde taille. Parfois, une casquette ou unevirole permet d’assurer la protection despersonnels vis à vis de chute de blocs.

La charge hydrostatique ne peut être maî-trisée par ce type de machine. Des solu-tions d’accompagnement s’imposent dansle cas de charge ou de débit important(rabattement, drainage, traitements de ter-rain…).

d) Marinage

Le marinage s’effectue généralement parberlines ou convoyeur à bande. Il est liédirectement au cycle d’avancement dutunnelier.

6.1.3 - Spécificités des aléseurs

a) Généralités :

Le fonctionnement de ce type de machineest semblable à celui des tunneliers à appuiradial. Par contre, la tête de coupe est trac-tée par grippage d’un corps de tractionsitué en avant de la machine, dans unegalerie pilote. L’entraînement de la têtes’effectue par une série de moteurs hydrau-liques ou électriques. L’alésage de la gale-rie peut être réalisé par une succession deplateaux de diamètres croissants ou parréalésages successifs.

b) Abattage

Voir chapitre 6.1 ; 2 § b «tunnelier à appuiradial».


Le soutènement mis en œuvre dans l’avanttrou doit impérativement être destructiblelors du passage de l’aléseur, (boulons fibre)ou démontable (cintres). Le soutènementdéfinitif est indépendant de la machine,mais peut être mis en place à partir du trainsuiveur.

Voir chapitre «tunnelier à appui radial pourla maîtrise de la charge hydrostatique».

d) Marinage

Voir chapitre 6.1.2.§ d «tunnelier à appuiradial».

6.2 - SPECIFICITES DESMACHINES ASSURANT UNSOUTENEMENT LATERAL

6.2.1 - Spécificité des boucliersmécanisés ouverts à appui radial

a) Généralités

Le bouclier mécanisé ouvert à appui radialest un tunnelier à appui radial munie d’unevirole cylindrique.

Les réactions de poussée appliquées sur latête d’abattage sont reprises par l’intermé-diaire de patins radiaux (ou grippeurs) quis’appuient directement sur le parement del’excavation soit à travers la virole, soit à l’ar-rière immédiat de celle-ci. A l’arrière de lamachine, un train suiveur porte les équipe-ments nécessaires au fonctionnement dela machine et à la logistique associée.

Le bouclier ne prend pas appui sur le sou-tènement.

b) Abattage

Voir chapitre «tunnelier à appui radial».


AFTES



Le bouclier assure un soutènement latéralpassif. Il permet d’assurer aussi la protec-tion des personnels vis à vis de la chute desblocs. Le soutènement éventuel est ensuiteassuré soit par des anneaux voussoirs (misen place à l’aide d’un érecteur monté sur lamachine), soit par un soutènement indé-pendant du bouclier.

Ce type de machine ne permet pas de maî-triser la charge hydrostatique. Des solu-tions d’accompagnement (traitement deterrain, rabattement,…) peuvent êtrenécessaires pour franchir des zones aqui-fères ou instables.

d) Marinage

Voir chapitre «unnelier à appui radial».

6.2.2 - Spécificités des boucliersmécanisés ouverts à appui longitu-dinal

a) Généralités

Un bouclier mécanisé à appui longitudinalest une machine équipée soit d’une têted’abattage qui excave globalement le frontde taille soit d’un bras excavateur similaireà ceux des machines à attaque ponctuelle.La progression de la machine est assuréepar des vérins de poussée prenant appuilongitudinalement sur un revêtement misen œuvre à l’arrière de la machine.

b) Abattage

Généralement, le mode d’avancement estséquentiel :

1) foration réalisée avec poussée par lesvérins longitudinaux prenant appui sur lerevêtement.

2) rétraction des vérins de poussée et posedu revêtement.


Le bouclier assure un soutènement latéralet passif. Il permet d’assurer aussi la pro-tection de personnels vis à vis de chute deblocs.

Le front de taille doit être autostable. Laprésence d’une tête d’attaque pleine facene peut contribuer à un soutènement dufront que dans des situations exception-nelles (par exemple : limitation des ébou-lements à l’arrêt).

Le soutènement est assuré par un revête-ment provisoire ou définitif mis en place àl’aide d’un érecteur monté sur la machine.C’est sur ce revêtement que prennentappui les vérins ; ils permettent ainsi la pro-gression de la machine.

Ce type de machine ne permet pas de maî-triser la charge hydrostatique. Des solu-

tions d’accompagnement (traitement deterrain, rabattement…..) peuvent êtrenécessaires pour franchir des zones aqui-fères ou instables.

d) Marinage

Il s’effectue généralement par berlines outapis, il est directement lié au cycle d’avan-cement du bouclier.

6.2.3 - Spécificités des boucliersmécanisés ouverts à appuis mixtes

Le bouclier mécanisé ouvert à appui mixtecombine la présence d’appuis radiaux surle terrain et de vérins longitudinaux d’ap-pui sur le revêtement. Un corps intermé-diaire télescopique permet de combiner leforage et la pose des voussoirs.

Le creusement est effectué par exemple dela manière suivante :

Le corps arrière du bouclier est en appui surle terrain par des grippeurs, le corps avantexcave le terrain, propulsé par les vérinsprincipaux situés entre les deux corps dubouclier (pose de l’anneau pendant cettephase). Ensuite, vient la phase de reprisedes appuis : les vérins longitudinaux (auxi-liaires) en appui sur les voussoirs poussentle corps arrière vers le corps avant.

6.3 - SPECIFICITES DESMACHINES ASSURANT UNSOUTENEMENT FRONTAL ETLATERAL

6.3.1 - Spécificités des boucliersmécanisés à soutènement méca-nique

a) Généralités

Le principe de fonctionnement des tunne-liers à soutènement mécanique consiste àassurer la stabilité de l’excavation en rete-nant en avant de la tête les matériaux exca-vés par la fermeture partielle de voletsmontés sur celle-ci .

b) Abattage

L’abattage des terrains s’effectue par l’in-termédiaire d’une tête d’abattage àattaque «pleine face».


L’ajustement en temps réel des ouverturesde la tête d’abattage permet de réaliserune rétention du matériau abattu contre lefront.

Le soutènement frontal est assuré par lematériau retenu en avant de la tête d’abat-tage.

Le soutènement latéral est assuré de façonpassive par la jupe du bouclier.

Le revêtement est :

• Soit posé à l’intérieur de la jupe arrière dutunnelier, l’étanchéité est assurée à ceniveau par un joint de queue et un mortierde bourrage injecté,

• Soit posé à l’extérieur de la jupe arrière(voussoirs expansés, voussoirs avec

injection de gravette puis injection propre-ment dite).

Ces machines ne permettent pas en géné-ral le maintien de charge hydrostatique.Des solutions d’accompagnement (traite-ment de terrain, rabattement…) peuventêtre nécessaires pour franchir des zonesaquifères ou instables.

d) Marinage

Le marinage s’effectue généralement parberlines ou tapis.

6.3.2 - Spécificités des boucliersmécanisés à confinement d’aircomprimé

a) Généralités

Avec ce type de tunnelier, seule la mise enpression d’air de la chambre d’abattagepermet d’assurer la maîtrise de la chargehydrostatique au front.

La pression de confinement d’air com-primé est quasi uniforme sur la hauteur dela section excavée. En revanche, le dia-gramme des poussées dues à l’eau et auterrain sur le front, est de forme trapézoï-dale, Il en résulte des écarts dans l’équilibredes pressions sur la hauteur de l’excavation.La solution retenue en général consiste àéquilibrer la charge d’eau avec la pressionde confinement au point le plus bas de l’ex-cavation. Plus le diamètre est grand, plus ledifférentiel de pression résultant est impor-tant ; c’est la raison pour laquelle le confi-nement d’air comprimé en tunnel de granddiamètre doit être étudié avec une atten-tion toute particulière.

Ces tunneliers sont en général utilisés avecdes charges hydrostatiques modérées (soitinférieures à 0.1 Mpa).

b) Abattage

L’abattage des terrains s’effectue par unetête d’abattage munie d’outils, le calibragedes matériaux étant assuré par les ouver-tures de celle-ci .

L’extraction des matériaux peut être réali-sée par une vis (faible charge hydrosta-tique) ou par un convoyeur blindé équipéd’un sas.

AFTES



c) Soutènement et maintien de la chargehydrostatique

Les soutènements frontal et latéral des ter-rains sont assurés mécaniquement et res-pectivement par la tête d’abattage et parla jupe du tunnelier.

Le maintien de la charge hydrostatique estassuré par l’air comprimé.

d) Marinage

Les matériaux sont évacués en général, soitpar convoyeur, soit par matériels roulants(trains ou camions…).

6.3.3 - Spécificités des boucliersmécanisés à confinement de boue

a) Généralités

Le principe de fonctionnement des tunne-liers à boue consiste à assurer la stabilité del’excavation au moyen d’une boue mise enpression dans la chambre d’abattage et àextraire les déblais par circulation de cetteboue dans la chambre.

Le revêtement est posé à l’intérieur de lajupe arrière du tunnelier, l’étanchéité étantassurée à ce niveau par un joint appelé«joint de queue».

Un mortier de bourrage est injecté, àl’avancement, derrière le revêtement.

b) Abattage

L’abattage des terrains s’effectue par l’in-termédiaire d’une tête d’abattage munied’outils. L’ouverture de la tête, complétéeéventuellement par un concasseur placé enamont de la première pompe d’aspiration,permet de calibrer les matériaux avant leurextraction par pompage.


Les deux soutènements, frontal et latéraldes terrains sont de même nature, ils sontassurés par la pression de boue généréepar le circuit de marinage hydraulique.

En terrain perméable (K ≥ 5 x 10-5 m/s) Lamise en pression de la chambre est autori-sée par la formation d’un cake d’étanchéitégénéré par une boue ayant des propriétésthixotropiques (bentonite, polymère …) dedensité généralement comprise entre 1.05et 1.15.

La présence du cake rend aussi possible lesinterventions dans la tête sous air com-primé à partir d’un sas pour interventionshyperbares.

Le passage en mode ouvert est possiblemais nécessite des transformations lourdes.

De même que pour le soutènement, lemaintien de la charge hydrostatique s’ef-fectue par la formation d’un cake qui contri-

bue à la formation d’un gradient hydrau-lique entre, d’une part la pression hydro-statique dans le terrain, et d’autre part, lapression de boue régnant dans la chambred’abattage.

La maîtrise de la charge hydrostatique est,avec celles de la stabilité de l’excavation etdes tassements, un élément dimension-nant de la pression de confinement ; larégulation de celle-ci est assurée soit parla régulation directe du débit des pompesd’amenée et d’extraction du fluide de mari-nage, soit par une «bulle d’air» dont leniveau et la pression sont pilotés au moyend’un compresseur et de clapets dedécharge. L’utilisation d’une «bulle d’air»dans la chambre de coupe assure la mesureet la régulation de la pression de confine-ment avec de très faibles fluctuations.

d) Marinage

L’évacuation des déblais s’effectue parpompage dans les tuyaux reliant le tunne-lier aux installations de séparation et detraitement des déblais.

Le traitement des déblais est réalisé le plussouvent à l’extérieur du tunnel, dans unecentrale de séparation permettant de recy-cler la boue ; il existe des risques liés à lanature des terrains à traiter (colmatage desinstallations, problèmes d’évacuation desboues résiduelles).

Le débit de pompage ainsi que la capacitéde traitement de la centrale de séparationdéterminent les performances d’avance-ment de la machine.

6.3.4 - Spécificités des boucliersmécanisés à confinement de pres-sion de terre

a) Généralités

Le principe de fonctionnement des tunne-liers à pression de terre consiste à assurerla stabilité de l’excavation par mise en pres-sion des matériaux excavés contenus dansla chambre d’abattage en vue d’équilibrerles pressions sollicitantes. Les déblais foi-sonnés sont rendus plastiques, si néces-saire, à l’aide d’additifs injectés à partird’orifices situés sur la tête d’abattage, lacloison étanche et la vis d’extraction desdéblais. Ces additifs contribuent en rédui-sant les frottements, à réduire le couplenécessaire au brassage des matériaux et àlibérer un couple plus important pourl’abattage des terrains. Ils contribuent aussià favoriser le maintien d’une pression deconfinement constante au front de taille.

L’extraction est assurée par un convoyeur àvis associé, ou pas, à d’autres dispositifs dedécharge.

Le revêtement est posé à l’intérieur de lajupe arrière du tunnelier, l’étanchéité étantassurée par un joint de queue. Un mortierde bourrage est injecté, à l’avancement,derrière le revêtement.

b) Abattage

L’abattage des terrains s’effectue par l’in-termédiaire d’une roue d’abattage munied’outils.

Le calibrage des matériaux est assuré parles ouvertures de la roue qui sont détermi-nées par la capacité dimensionnelle duconvoyeur à vis.

La puissance installée sur la tête d’abattageest importante en raison du brassage desmatériaux abattus dans la chambre.Cependant des additifs de foration per-mettent en les plastifiant de limiter lecouple résistant.


Le soutènement frontal des terrains esthomogène. Il est assuré par les matériauxexcavés et des additifs dont la densité estgénéralement comprise entre 1 et 2. Lesoutènement latéral peut être amélioré pardes injections de produits à travers la jupedu bouclier.

Pour pouvoir intervenir dans la chambred’abattage, il peut être nécessaire de réa-liser un cake d’étanchéité par substitutioncontrôlée (c’est à dire sans perte de confi-nement), des matériaux remplissant lachambre d’abattage par de la boue bento-nitique.

Le maintien de la charge hydrostatique estassuré par la formation de bouchon de solconfiné dans la chambre et la vis d’extrac-tion ; le gradient de pression entre le frontet la sortie des déblais est équilibré parpertes de charge dans le dispositif d’extra-ction et de décharge.

La mesure et le contrôle de la pression dansla chambre nécessitent des précautionsdans la définition et le choix de l’emplace-ment des capteurs.

d) Marinage

Au-delà de la vis d’extraction des déblais,les matériaux sont évacués en général soitpar convoyeurs, soit par matériels roulants(trains – camions).

Les déblais sont généralement «pelle-tables» sans traitement complémentaireavant mise en décharge ; toutefois, desétudes de biodégradabilité des additifspeuvent être nécessaires en cas d’environ-nement sensible (décharge).

L’architecture de ce type de tunnelier per-met un passage rapide du mode fermé enmode ouvert.

AFTES



7 - DOMAINE D’EMPLOI DESTECHNIQUES D’EXCAVATIONMECANISEE

7.1 - MACHINES N’ASSU-RANT PAS DE SOUTENE-MENT

7.1.1 - Machines à attaque ponc-tuelle

Ces machines sont adaptées générale-ment aux sols à forte cohésion et aux rochestendres. La limite d’emploi correspond auxterrains présentant une résistance à la com-pression maximale de 30 à 40 Mpa soit declasse R3 à R5 de la classification jointe enAnnexe 3 (selon le degré de fracturation oufoliation). La puissance mobilisable de cesmachines est directement liée à leur poidspropre.

En présence de terrain aquifère, l’utilisa-tion de ces machines nécessite l’emploipréalable de technique de traitement deterrain permettant de s’affranchir desgrandes venues d’eau.

L’attaque de faciès argileux en présenced’eau peut entraîner un phénomène decollage ou de colmatage des outils-d’abat-tage ; dans ce contexte, une étude de défi-nition très précise des outils s’impose.L’emploi de bras excavateur peut êtrerecommandé.

Ces techniques sont particulièrement bienadaptées lors de la réalisation d’ouvragesde sections variables sur de faibles linéairesou lorsque la section doit être excavée ensection divisée.

Le soutènement accompagnant cetteméthode d’excavation est indépendant dela machine employée. Celui-ci sera spéci-fique aux conditions de sites (terrains ren-contrés, environnement,…) et à la géomé-trie de l’excavation.

7.1.2 - Tunneliers à appui radial

Ces machines sont particulièrement adap-tées pour assurer l’excavation de sectioncontinue dans les terrains rocheux declasse de résistance R1 à R4. (voir classifi-cation des roches en annexe 3).

Pour les classes de faibles résistances (R3b-R4), les surfaces d’appui des grippeurs surle terrain seront généralement augmen-tées afin d’éviter tout poinçonnement. Encas de risque d’altération du radier en pré-sence d’eau, l’emploi de radier en bétonmis en place à l’avancement, facilitera la cir-

culation du train suiveur. Pour stabiliser àcourt terme les parements excavés, des dis-positifs de mise en œuvre rapide de soutè-nement indépendants de la machine maisnéanmoins compatible avec elle, serontnécessaires.

Pour les classes de résistances élevées (R1-R2a), l’ensemble des paramètres de forabi-lité doit être pris en considération pour ledimensionnement de la machine :

Dans les massifs durs et abrasifs en parti-culier, il est recommandé de prendre toutesdispositions pour assurer les changementsde molettes en toute sécurité.

Un système d’aspersion d’eau à front per-met le refroidissement des outils et la neu-tralisation des poussières. Il est complétépar des écrans anti-poussières et une ven-tilation par aspiration et une filtration.

Des dispositifs de reconnaissance à l’avan-cement par forages destructifs avec enre-gistrement des paramètres sontgénéralement installés sur ces machines,les reconnaissances sont faites lors despériodes d’arrêt.

Du fait de leur conception, ces machines nepermettent pas de soutenir à l’avancementles terrains sans cohésion, ni de maîtriser lacharge hydrostatique. C’est pourquoi, desmesures d’accompagnement telles que ledrainage et/ou le confortement préalabledu terrain s’imposent, lorsqu’un tunnelier àappui latéral doit traverser un accidentgéologique. Le tunnelier doit alors êtreéquipé pour reconnaître ce type d’acci-dent et il doit permettre de traiter lorsquenécessaire le terrain à l’avant de la têted’abattage.

7.1.3 - Aléseurs

Cette technique est bien adaptée pour laréalisation de galeries horizontales ou incli-nées, de sections très importantes (au delàde 8 m de diamètre), dans les terrainsrocheux (R1 à R3, parfois R4 et R5).

Sa mise en œuvre à partir d’une galeriepilote présente par rapport à un tunnelier,les avantages suivants :

• Reconnaissance préalable des terrainslors de la réalisation de la galerie pilote.

• Possibilité de consolidation anticipée dezone de terrains de mauvaises tenues.

• Drainage du massif à excaver.

• Utilisation de la galerie pilote pour l’ex-haure et la ventilation.

• Mise en place d’un soutènement provi-soire, indépendant de la machine, adaptéà la dimension de la section.

7.2 - MACHINES ASSURANT UNSOUTENEMENT LATERAL

7.2.1 - Boucliers mécanisés ouvertsà appui radial

Le bouclier mécanisé ouvert à appui radialest particulièrement bien adapté au creu-sement au rocher dont la classe de résis-tance est située entre R1 et R3.

La présence d’un bouclier permet de réali-ser un soutènement des terrains excavéset/ou d’assurer une protection contre leschutes de blocs.

La présence d’une jupe peut aider à s’af-franchir de certaines difficultés géolo-giques en évitant le recours à la mise enplace d’un soutènement juste à l’arrière dela tête d’abattage.

L’emploi de cette technique peut êtrelimité par la capacité du terrain à reprendrel’effort des appuis radiaux.

Voir également considérations généralesexprimées en 7.1.2 qui sont valables dansce cas.

7.2.2 - Boucliers mécanisés ouvertsà appui longitudinal

Le bouclier mécanisé ouvert à appui longi-tudinal nécessite la présence d’un revête-ment ou d’un soutènement sur tout lelinéaire de l’ouvrage à construire, ce revê-tement servant d’appui pour la progressionde la machine.

Son domaine d’emploi est celui des rochestendres (classe de résistance R4 et R5) etterrains nécessitant un soutènement dontle front est naturellement stable.

Voir également considérations généralesexprimées en 7.1.2 qui sont valables dansce cas.

Ce type de bouclier permet de franchir cer-taines hétérogénéités du terrain. Parailleurs il permet une certaine industrialisa-tion du soutènement du chantier A contra-rio, la présence du revêtement et de la jupedu bouclier peut poser problème pour lefranchissement d’obstacles tels les acci-dents géologiques, en gênant l’accès aufront pour traitement ou confortement duterrain.

7.2.3 - Boucliers mécanisés ouvertsà appuis mixtes

Le bouclier mécanisé ouvert à appui mixtecombine les avantages et inconvénientsliés à la présence d’appuis radiaux et devérins longitudinaux d’appui sur le revête-ment : il est nécessaire de disposer d’un

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revêtement ou d’un terrain permettant lareprise d’appui.

Cette plus grande complexité techniqueest aussi choisie, lorsqu’un revêtement estnécessaire, pour réaliser simultanément leforage et la pose du revêtement .

7.3 - MACHINES ASSURANTUN SOUTENEMENT FRONTALET LATERAL

7.3.1 - Boucliers mécanisés à sou-tènement mécanique

Le bouclier à soutènement mécanique dif-fère du bouclier mécanisé ouvert à appuilongitudinal par l’équipement sur la têted’abattage :

• De volets à ouverture réglable.

• D’un joint périphérique d’étanchéité avecle bouclier.

Le soutènement du front est obtenu par lemaintien des matériaux abattus en avantde la tête d’abattage. en faisant varier ledegré d’ouverture des volets. En ce sens, ilne s’agit pas d’un véritable confinementmais plutôt d’un soutènement passif dufront.

Son domaine d’emploi spécifique est donccelui des roches tendres et des terrainsconsolidés hors nappe (ou sous faiblecharge d’eau).

7.3.2 - Boucliers mécanisés à confi-nement d’air comprimé

Les tunneliers à air comprimé sont particu-lièrement adaptés aux terrains de faibleperméabilité et ne présentant pas de dis-continuités importantes (pertes d’air bru-tales).

Les terrains traversés doivent nécessaire-ment comporter une couche imperméableen couverture.

Ils sont plutôt utilisés pour le creusementde galeries de petites sections.

Ils ne sont pas recommandés en présencede terrains hétérogènes répartis dans lahauteur de la section (terrains instables encalotte pouvant conduire au soutirage) Ilssont à exclure impérativement en présencede terrains organiques où le risque d’in-cendie est présent..

Dans le cas de galerie de petit diamètre, ilpeut être envisagé de placer sous air com-primé la totalité du tunnel.

7.3.3 - Boucliers mécanisés à confi-nement de boue

Ces tunneliers sont bien adaptés aux solspulvérulents (sables, graviers,…) et aux ter-rains hétérogènes, mais conviennent aussiaux autres terrains, même avec passagerocheux.

Des risques de colmatage et des pro-blèmes de séparation des déblais desboues peuvent survenir en cas de présenced’argile dans les terrains excavés.

Ces tunneliers sont adaptés aux terrainsprésentant une perméabilité élevée, (jus-qu’à 10-2 m/s). Cependant, en présenced’un aquifère puissant, il est nécessaired’utiliser une boue spéciale pour former uncake d’étanchéité.

(Leur utilisation est usuellement limitée àdes charges hydrostatiques de quelquesdixièmes de Mpa.)

D’une manière générale, une bonne maî-trise de la qualité de la boue et de la régu-larité de la pression de confinement permetde limiter très fortement les tassements desurface.

La rencontre de terrains pollués (ou d’eautrès agressive) peut poser des problèmeset nécessiter d’adapter la composition dela boue.

La présence de méthane dans les terrainsne présente pas de difficulté avec ce typede tunnelier.

La rencontre le long du tracé de terrainscontrastés et hétérogènes, peut présenterdes difficultés d’extraction et de traitementdes déblais.

7.3.4 - Boucliers mécanisés à confi-nement de pression de terre

Ces tunneliers sont particulièrement adap-tés aux sols susceptibles de présenteraprès malaxage, une consistance favo-rable à la transmission des pressions dansla chambre d’abattage et à la création d’unbouchon dans la vis d’extraction desdéblais (terrains argileux, silts, sables finsargileux, craie tendre, marnes, schistesargileux).

Ils s’accommodent de sols dont la perméa-bilité est assez élevée entre (10–3 et 10-4 m/s).Ils sont aussi bien adaptés aux terrains pré-sentant des discontinuités ponctuellesnécessitant un confinement local.

En présence de terrains durs et abrasifs,des adjuvants ou des dispositions particu-lières comme la protection de la têted’abattage et de la vis au moyen deplaques rapportées ou rechargements enmétal dur, peuvent être indispensables.

A noter, qu’en terrain perméable, les visitespour maintenance dans la chambre d’abat-

tage sont rendues très délicates en raisonde la nécessité de réaliser, au préalable etsans perte de confinement, un cake d’étan-chéité sur le front d’abattage.

8 - LES TECHNIQUES D'ACCOMPAGNEMENT DES TUNNELIERS

8.1 - RECONNAISSANCEPREALABLE DEPUIS LA SURFACE.

8.1.1 - Etude d’impact

Dès l’avant projet, une étude d’impact doitêtre envisagée afin de bien apprécier lescaractéristiques dimensionnelles envisa-geables pour l’ouvrage projeté, en particu-lier sa section et la couverture possible.

Par ailleurs, la sensibilité aux tassements,en zone urbaine surtout, doit faire l’objetd’une attention toute particulière. Ce pointconstitue un critère déterminant dans lechoix de la méthodologie d’excavation etde soutènement et dans le choix du tracéet de la section de l’ouvrage.

L’étude d’impact doit être complète ettenir compte de la densité de l’existant etde la diversité de son comportement.

Pour les existants en souterrains, une ana-lyse spécifique permettra d’estimer la com-patibilité ou l’adaptation nécessaire(méthodes d’accompagnement ou traite-ments particuliers) des méthodes d’exca-vation et de soutènement envisagées.

8.1.2 - Conditions de terrain

L’objectif des reconnaissances prélimi-naires n’est pas seulement de permettre laconception et le dimensionnement desouvrages provisoires et définitifs mais ausside vérifier la faisabilité du projet en termesd’exécution, c’est-à-dire d’abattage, demarinage et de stabilité à court et longterme.

Le dimensionnement des ouvrages passepar la définition de la géométrie, descoupes géologiques, des caractéristiquesphysiques et mécaniques des terrains ren-contrés par l’ouvrage et du contexte hydro-géologique du projet dans son ensemble.

La faisabilité du projet est déterminée parles réactions potentielles du massif, dans ledétail des formations traversées et dans laglobalité du massif, eu égard aux sollicita-tions induites par les travaux, et donc aumode d’excavation - confinement choisi.

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La synthèse des résultats des reconnais-sances traitera donc, selon le contexte etles exigences propres au projet, de chacundes objets d’étude qui sont détaillés dansle texte de recommandation pour le choixdes paramètres et essais géotechniques,quel que soit le contexte géologique (cf. :T.O.S N° 28 ; 1978 ; réédité 05/93 – révisionen cours et T.O.S N° 123 ; 1994).

Dans le cas où le choix du mode d’excava-tion - soutènement n’est fait qu’au stade del’offre, et suivant le mode de confinementchoisi par l’entreprise, des reconnaissancescomplémentaires seront menées afin devalider les options prises en la matière.

8.1.3 - Moyens mis en œuvre

Selon l’ampleur du projet et sa complexité,les reconnaissances préalables, tradition-nellement fondées sur des investigationspar sondages et essais, pourront recourir àune observation «en grand» du comporte-ment du massif, grâce à des puits et gale-ries d’essais.

Cette période d’essai sera utilement miseà profit pour tester les méthodes d’exca-vation et de soutènement, ainsi que les trai-tements associés.

Enfin, si des reconnaissances à l’avance-ment sont prévues, un étalonnage de la(des) méthode (s) de forage et d’investiga-tion doit être envisagé dès ce stade.

Dans des conditions exceptionnelles decouverture et de difficulté d’accès depuisla surface, des investigations par foragesdirigés (techniques minières et/ou pétro-lières), visant à reconnaître le massif dansl’axe de l’ouvrage, sur de grandes lon-gueurs (échelle kilométrique), peuvent sejustifier, particulièrement si elles sont asso-ciées à une investigation géophysique et àdes essais in situ appropriés.

8.2 - RECONNAISSANCE AL'AVANCEMENT

La notion de reconnaissance à l’avance-ment doit être confrontée à celle de risque.En effet, ce type de reconnaissance estlourde et coûteuse car elle pénalise l’avan-cement du fait de l’arrêt du tunnelier (dansl’état de l’art actuel). Sa mise en œuvre doitvenir en réponse à un besoin explicite etimpératif de lever des incertitudes quant àla traversée de zones à risques, vis à vis dela sécurité du chantier, de la préservationde l’existant ou encore de la pérennité del’ouvrage.

Quelle que soit la méthodologie choisie,elle doit donner aux spécialistes qui l’ex-ploitent, en temps réel, la capacité d’anti-

ciper une situation d’aléa, en usant de tech-niques correctives.

Pour atteindre cet objectif, la premièrecondition que doit remplir la fonction dereconnaissance à l’avancement est l’ob-tention d’une information suffisammentclaire et objective en avant du front (entre1 et 5 diamètres) et disponible dans un délaien rapport avec les cadences d’avance-ment du chantier.

La seconde condition est qu’elle doit êtrequalitativement adaptée aux besoins spé-cifiques du chantier (recherche de videsfrancs, de zones décomprimées, de failles,etc..). Ces critères, établis conjointemententre le concepteur - maître d’œuvre etl’entreprise, doivent être explicités claire-ment dans le cahier des charges transmisaux éventuels exécutants de cette investi-gation.

Au cours des travaux, l’analyse des résultatsest généralement à la charge du presta-taire, mais l’interprétation des données,corrélée avec celle des paramètres d’avan-cement du tunnelier (monitoring) doit res-ter, en principe, le fait de l’entreprise quipilote l’engin d’excavation.

8.3 - TRAITEMENT DE TER-RAIN

Des traitements préalables de terrains sontparfois nécessaires, notamment pour lefranchissement de :

• Points singuliers tels que des traverséesd’ouvrage ou entrées en terre.

• Discontinuités et zones faillées connues àl’avance.

• Zones aquifères en terrain perméable.

Ces traitements permettront parfois, dansle cas où de tels franchissements sont limi-tés, le choix d’une technique moins sophis-tiquée et donc moins onéreuse.

Ces traitements étant longs à exécuter ettrès coûteux à réaliser depuis le tunnel(notamment lorsque le tracé est situé sousle niveau de la nappe phréatique), ils sonten général exécutés depuis la surface (pourles tunnels de faible couverture).

Toutefois, la tendance actuelle est d’équi-per les machines avec les dispositions debase minimum (telles que traversées decloison étanche et/ou de la virole) pour seréserver la possibilité de mettre en œuvredes traitements de terrain depuis celles-cien cas de rencontre inattendue de terrainsaquifères non compatibles avec la tech-nique adoptée. Cela peut être aussi le caslorsque les conditions locales interdisentun traitement depuis la surface.

Enfin, dans le cas du bouclier à confine-ment, les conditions géologiques et hydro-géologiques nécessitent souvent des trai-tements spécifiques pour permettre lesentrées en terre et en ouvrage d’arrivée desmachines. Ce dernier point n’est pas ànégliger tant en phase d’étude prélimi-naire (emprise de surface, reconnaissancesde sol et de réseaux, programme) qu’enphase d’exécution. Il s’agit là en effet, del’une des phases les plus délicates destunnels.

Une attention est à porter sur la compati-bilité des traitements avec le process dubouclier (effet de moussage, réaction surboue et additifs etc…..)

Les traitements de terrain les plus couram-ment employés sont :

• Massif d’injection d’imprégnation debentonite-ciment et / ou de gel.

• Enceinte étanche.

• Substitution totale du sol par un massif enbentonite-ciment.

• Massif de jet grouting.

8.4 - GUIDAGE

Le guidage d’un tunnelier pleine face dansl’espace souterrain est une fonction indis-pensable. La performance du dispositifassurant celui-ci doit être en adéquationavec le type de machine et de revêtement,ainsi qu’avec la destination de l’ouvrage.

Le développement des boucliers avecpose simultanée de voussoirs préfabri-qués, a conduit à concevoir des systèmesde guidage et de navigation très sophisti-qués. En effet, dans ce dernier cas, il n’estplus possible de retoucher l’ouvrage en casde construction hors tolérance ; il convientdonc d’apporter au pilote (voir à l’auto-mate de pilotage), des informations entemps réel sur la position du front d’exca-vation et la tendance de creusement parrapport à la trajectoire théorique. Parailleurs, il ne faut pas perdre de vue, dansla tolérance de construction, que le revête-ment ne sera pas nécessairement centrédans l’excavation et qu’il peut avoir égale-ment une déformation propre (désaffleure-ment, ovalisation, etc…). On admet géné-ralement comme tolérance une enveloppeformant un cercle de rayon de l’ordre de10 cm supérieur au théorique.

Quelque soit le degré de sophistication dusystème de guidage, il est nécessaire danstous les cas :

❑ De s’assurer du transfert d’une polygo-nale fiable en tunnel et de «refermer» celle-

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ci dès que possible (passage d’un puits,d’une station,…).

❑ De procéder à des contrôles topogra-phiques réguliers et précis de la position dutunnelier et du tunnel.

❑ De connaître dès que possible la vitesseet l’amplitude de réaction du bouclier auxsollicitations de modifications de trajec-toire.

8.5 - ADDITIFS

a) Généralités

Les techniques d’excavation mécaniséefont appel à des produits de natures phy-sique et chimique très différentes qu’il esttoutefois possible de regrouper sous unmême concept, celui des «boues et fluidesconditionneurs». Avant toute utilisationd’additifs chimiques, on s’assurera qu’ils neprésentent aucun danger pour l’environ-nement (ils seront mélangés intimement aumarinage et peuvent présenter des pro-blèmes lors de la mise en décharge), oupour les hommes (notamment lors desinterventions dans la chambre d’abattageen hyperbarie avec une températureambiante qui peut être élevée).

b) L’eau

Présente en quantité variable dans le sol,l’eau en détermine sa consistance commele démontrent les différents essais géo-techniques de caractérisation ou de béton(limites d’Atterberg pour les sols argileux etslump test ou cône d’Abrams pour les solsgranulaires). Elle peut être utilisée seule,avec de l’argile (bentonite), avec des poly-mères hydrosolubles ou avec des tensioac-tifs afin de constituer un fluide condition-neur (boue ou mousse)

c) L’air

L’air en tant que tel ne peut pas être consi-déré comme un additif de foration aumême titre que l’eau ou que d’autres pro-duits, son action conditionnante reste eneffet très limitée. Utilisé dans les boucliersà pression d’air comprimé lorsque la per-méabilité du sol le permet, l’air a une actionde soutènement. Fluide compressible,l’air, permet d’amortir les fluctuations depression de confinement avec les tech-niques des boucliers à pression de boueavec «bulle d’air» et à pression de terre avecajout de mousse. Constituant de lamousse, l’air permet aussi de fluidifier etréduire la densité du marin et servir derégulateur de pression de confinementdans le procédé de confinement dit " àpression de terre "..

d) La bentoniteParmi les nombreuses variétés d’argile, labentonite est très certainement la boue deforage la plus connue. Elle se caractérisepar un pouvoir de gonflement extrême-ment élevé apporté par son constituantargileux spécifique, la montmorillonite, quilui confère des qualités colloïdales etd’étanchéité très intéressantes.

Dans la technique des boucliers à confine-ment de boue, la boue bentonitique, depar ses propriétés rhéologiques (thixotro-pie), permet d’établir une pression deconfinement en milieu perméable en étan-chant les parois de l’excavation par filtra-tion sous pression de la boue dans le sol(formation d’un cake d’étanchéité mixted’imprégnation et membrane) et de trans-porter les déblais par pompage.

La boue bentonitique peut aussi être utili-sée avec un tunnelier à pression de terre,pour améliorer la consistance des maté-riaux granulaires excavés : homogénéisa-tion, plastification, lubrification, ....

En milieu perméable, le même principe deformation de cake est utilisé dans la tech-nique de pression de terre avant les inter-ventions dans la chambre d’abattage enconditions hyperbares.

e) Les polymèresParmi la multitude de produits existants,seuls les composés hydrosolubles ou dis-persables dans l’eau présentent un intérêtpour l’adjuvantation d’un tunnelier. Il s’agitpour la plupart de produits bien connusdans l’industrie du forage et dont les pro-priétés rhéologiques ont du être amélio-rées afin de mieux répondre aux spécifici-tés du tunnelier.

Ces modifications ont porté essentielle-ment sur les points suivants : augmentationdu pouvoir viscosifiant de façon à mieuxhomogénéiser les matériaux granulairesgrossiers d’une part et le renforcement ducaractère lubrifiant afin de limiter les phé-nomènes de collage ou de colmatage de latête d’abattage et des dispositifs de mari-nage, lors de la foration dans certains ter-rains d’autre part.

On distingue :• Les polymères naturels (amidon, Guar,gomme Xantha,….).• Les polymères naturels modifiés ou semisynthétiques (C.M.C pour carboxyméthyl-cellulose,….).• Les polymères synthétiques (polyacryla-mides, polyacrylates,..).

f) Les mousses (tensio-actifs)Les mousses sont des systèmes dipha-siques (une phase gazeuse et une phase

liquide contenant l’agent moussant) carac-térisées physiquement par leur taux d’ex-pansion (volume occupé par l’air consti-tuant la mousse par rapport au volume deliquide).

Les mousses, faciles à mettre en oeuvre,s’apparentent à des boues aérées qui com-binent les avantages d’un gaz (compressi-bilité, densité quasiment nulle, ...) et d’uneboue (fluidification, lubrification, remplis-sage des vides intergranulaires, ...). Ellessont utilisées dans le cadre des boucliers àconfinement de terre en tant qu’adjuvantfacilitant le confinement et aussi parfoisl’abattage et le marinage.

8.6 - ENREGISTREMENT DEPARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES

L’acquisition et la restitution des para-mètres de fonctionnement des tunneliersest sans doute le plus grand progrès tech-nique réalisé durant cette dernière décen-nie pour cette technologie.

Ceux-ci permettent en effet, d’analyser defaçon objective les états de fonctionne-ment et de dysfonctionnement de lamachine et de ses équipements connexes.

Ces états sont, en effet, rapides et éphé-mères et donnaient lieu sans moyen d’ac-quisition à des interprétations diverses etsouvent fausses.

Il en ressort une analyse technique «vraie»indispensable à la bonne conduite deschantiers réalisés en sites difficiles ou sen-sibles.

Les acquisitions de paramètres sont aussi labase du contrôle informatisé du fonction-nement de la machine et de l’automatisa-tion des fonctions (pilotage, marinage,régulation de pression de confinement…..)

L’enregistrement de paramètres permetaussi une connaissance précise des étatsde fonctionnement et de leur durée. (cf.recommandation analyse du temps etcoefficients d’utilisation des tunneliersTOS N° 148 Juillet 98).

Ils constituent aussi le retour d’expérienceet permettent d’optimiser l’utilisation destunneliers.

8.7 - REVETEMENT ET INJECTIONS DE BOURRAGE


Dans le cas des boucliers à appuis longitu-dinaux, le revêtement et les injections de

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bourrage sont indissociables du fonction-nement de la machine.

Ils doivent, en effet, assurer sans transitionet de façon parfaitement contrôlée, l’équi-libre de la charge hydrostatique, le soutè-nement latéral de l’excavation et lecontrôle des tassements de surface.

Leurs interfaces avec la machine, nécessi-tent de développer leur conception defaçon parallèle et inter dépendante à cellede la machine.

8.7.2 - Revêtement

Le revêtement associé au bouclier méca-nisé est généralement réalisé à l’aide devoussoirs en béton armé, parfois en fonte(pour les petits diamètres) et, plus excep-tionnellement en béton extrudé derrièreun coffrage marchant.

La première catégorie est de très loin laplus utilisée, les deux autres étant en voiede disparition pour des raisons écono-miques ou techniques.

Ces voussoirs sont mis en œuvre à l’aided’un érecteur à préhension mécanique ouà ventouse intégré à la machine.

Le lecteur est invité à se reporter auxrecommandations suivantes :

• Recommandations sur les revêtementspréfabriqués des tunnels circulaires au tun-nelier TOS N° 86.

• Recommandation sur les joints d’étan-chéité entre voussoirs TOS N° 116 deMars/Avril 1993.

• Recommandations «pour la conceptionet le dimensionnement des revêtements envoussoirs préfabriqués en béton armé ins-tallés à l’arrière d’un tunnelier» établies parle groupe de travail N°18 et parues dans larevue TOS N° 147 de Mai/Juin 1998.

8.7.3 - Injections de bourrage

Ce chapitre ne concerne que les tech-niques de bouclier mécanisé avec mise enœuvre de voussoirs.

L’expérience a montré l’extrême impor-tance du contrôle du remplissage et despressions de ces injections d’une part pourla maîtrise et la limitation des tassementsde surface et, d’autre part, pour le blocagede l’anneau de voussoir, soumis à courtterme à son poids propre, à la poussée dela machine et à la poussée d’Archimède.

Il convient que celles-ci soient mises enœuvre de façon contrôlée et parfaitementcontinue simultanément à l’avancement

de la machine, avant même qu’un vide nese soit constitué à l’arrière de la jupe.

A l’origine, les produits d’injection de bour-rage étaient constitués soit de gravette,soit de coulis ou mortier de ciment à rai-dissement ou prise rapide et mis en œuvrede façon discontinue, par des orifices situésau travers des voussoirs.

La gestion du produit d’injection et de sondurcissement entre la fabrication et l’injec-tion étant très complexe, la tendance àl’abandon des compositions à base deciment n’a cessé de se confirmer au profitde produits à prise différée (réaction pouz-zolanique) et faible résistance à la com-pression. Ce produit est injecté de façondirecte et continue par des tubuluressituées dans l’épaisseur de la jupe arrièredu bouclier débouchant dans l’espaceannulaire directement à l’arrière de celle-ci

9 - HYGIENE ET SECURITELa mécanisation de l’excavation a très lar-gement amélioré les conditions d’hygièneet de sécurité des mineurs. Elle a toutefoisfait naître ou amplifié certains risques spé-cifiques qu’il convient de ne pas négliger.Les principaux sont :

• Les risques d’incendie d’origine élec-trique ou d’inflammation des huileshydrauliques.

• Les risques d’électrocution.

• Les risques pendant ou à la suite d’ inter-ventions hyperbares et leurs consé-quences.

• Les risques inhérents aux manutentionsde pièces lourdes (voussoirs).

• Les risques d’origine mécanique.

• Les risques de circulation et de chute.

9.1 - CONCEPTION DESMACHINES DE CREUSEMENT

Les tunneliers sont des équipements detravail et doivent être conformes aux règlesédictées par la directive machine de laCommission Européenne de Normali-sation CEN.

Elles s’adressent aux concepteurs en vued’obtenir une présomption de conformitéà cette directive. Elles sont destinées éga-lement aux utilisateurs.

Ces normes donnent les prescriptions etmesures de sécurité minimales correspon-dant aux risques propres des différentes

machines de creusement de tunnels. Elless’appliquent en premier lieu aux machinesfabriquées après la date d’approbation dela norme européenne.

❑ A ce jour est homologuée :

• NF EN 815 «Sécurité des tunneliers sansbouclier et des machines foreuses pourpuits sans tige de traction» (Décembre1996).

❑ Sont en cours d’approbation :

• Pr EN 12111 «Machines à attaque ponc-tuelle, mineurs continus, brise-rocheshydrauliques».

• Pr EN 12336 «Boucliers, machines de fon-çage horizontal, matériel de mise en placede revêtement».

• Pr EN 12110 «Tunneliers, sas de transfert».

9.2 - MISE EN ŒUVRE DESMACHINES DE CREUSEMENT

L’exécution de travaux souterrains aumoyen de machines de creusemententraîne des risques spécifiques liés essen-tiellement à la pollution atmosphérique(poussières, gaz toxique, bruit, tempéra-ture), aux gaz et produits inflammablescontenus dans le sol, aux installations élec-triques (basse tension et haute tension),aux équipements hydrauliques (organe depuissance ou de commande) ou travaux enhyperbarie (intervention dans les chambresd’abattage des boucliers sous air com-primé de grand diamètre, mise sous pres-sion d’air de tronçon de tunnels de petitdiamètre).

On consultera à cet effet les textes etrecommandations élaborées par les orga-nismes traitant de la sécurité sur les chan-tiers de travaux publics (OPPBTP, CRAM,INRS).

Toutes ces prescriptions sont intégrées endébut des travaux dans le P.G.C. (Plangénéral de coordination) et le P.P.S.P.S.(Plan de prévention et de sécurité et de pro-tection de la santé).

ANNEXES 1, 2, 3 ET 41 - Commentaires associés au tableau n° 1du chapitre 5.

2 - Commentaires associés au tableau n° 2du chapitre 5.

3 - Tableau de classification des terrains.

4 - Fiches signalétiques des chantiersmécanisés.

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ANNEXE 1

COMMENTAIRES ASSOCIÉSAU TABLEAU N° 1 DU CHAPITRE 5.

1 - Contraintes naturelles

Soutènement (colonnes A et B)

Leur connaissance permet :• le choix initial dans les familles de tech-niques (des machines à attaque ponctuelleaux boucliers à confinement).

• la gestion de la libération des contraintes(de la simple déformation - convergence -à la rupture).

2 - Paramètres physiques

2.1 - Identification

❑ Soutènement frontal (colonne A)

Leur connaissance permet :

• d'évaluer le mode de soutènement et des'orienter vers la famille technique.

• d'évaluer le soutènement frontal néces-saire.

❑ Soutènement latéral (colonne B)

Leur connaissance permet d'évaluer lanécessité d'un soutènement latéral au droitde la machine.

❑ Maîtrise de la charge hydrostatique(colonne C).

A partir de ces paramètres, de la connais-sance de la granulométrie et de la bloco-métrie, il est possible d’évaluer la perméa-bilité du milieu et donc d'envisager lamanière de maîtriser la charge hydrosta-tique.

❑ Abattage (colonne D)

Parmi les paramètres concernés, la granu-lométrie et la blocométrie sont détermi-nantes pour apprécier le type d'abattage(conception de la tête, outils,..).

2.2 - Appréciation globale de laqualité

❑ Soutènement (colonnes A et B)

Sa connaissance donne une informationcomplémentaire à l'identification qui nes'intéresse qu'à l'échantillon. Cette don-née définit des informations plus globalesà l'échelle de l'horizon de terrain concerné.

2.3 - Discontinuités


Ces données concernent les roches et solscohérents. Leur connaissance permet dechoisir dans les familles de techniques (desmachines à attaque ponctuelle aux bou-cliers à confinement).

❑ Maîtrise de la charge hydrostatique(colonne C)

Leur connaissance permet d'apprécier laperméabilité de fracture et la charge d'eauà prendre en compte pour le projet. Ellepermet le choix du type de technique.

❑ Abattage (colonne D)

La connaissance des discontinuités (nature,importance et fréquence), en relation avecla blocométrie, est influente voire déter-minante selon les cas) sur le mode d'abat-tage à retenir.

3 - Paramètres mécaniques

3.1 - Résistance


Leur connaissance permet le choix initialparmi les familles de techniques (desmachines à attaque ponctuelle aux bou-cliers à confinement).

❑ Abattage (roche)(colonne D)

Leur connaissance est particulièrementimportante pour définir l'architecture de lamachine et permet d'établir les caractéris-tiques techniques de la machine (couple,puissance,..) et le choix des outils.

3.2 - Déformabilité


Sa connaissance permet l’évaluation et laprise en compte de la libération descontraintes (de la simple déformation ouconvergence jusqu’à la rupture).

3.3 - Potentiel de liquéfac-tion

❑ Soutènement et marinage (colonnes A,B et E)

La connaissance de ce paramètre devientinfluent dans les zones sismiques d'unepart et d'autre part dans le cas de mise enoeuvre de technique engendrant un risquede mise en vibration des terrains (explosionartificielle,..) .

4 - Paramètres hydrogéolo-qiques

❑ Soutènement, maîtrise de la chargehydrostatique et abattage (Colonnes A, B,C et D)

La connaissance de ces paramètres (per-méabilité et charge hydrostatique) estdéterminante pour apprécier la maîtrise dela stabilité de l’excavation tant au front quelatéralement et donc dans le choix de laméthode parmi l’ensemble des techniquesexistantes. Dans le cas d’ouvrage à réalisersous couverture importante, l’acquisitionde ces paramètres n’étant pas facilité. Leurestimation devra être menée avec plusgrand soin et analysée avec une certaineprudence.

5 - Autres paramètres

❑ Abattage et marinage (Colonnes D et E)

Les paramètres d’abrasivité et de duretésont déterminants ou influents pour appré-cier les modes d’abattage et de marinageà mettre en œuvre. Ces paramètres sont àétudier en parallèle avec les paramètresmécaniques (résistance en particulier).

6 - Caractéristiques du pro-jet

Sans commentaires

AFTES



Commentaires associés autableau n° 2 du chapitre 5

1 - Contraintes naturelles

Le champ des contraintes revêt une impor-tance particulière dans le cas des tunnelsprofonds ou dans le cas particulier de forteanisotropie. Si la vitesse de libération descontraintes est élevée, elle peut être à l’ori-gine dans le cas des tunneliers, boucliers etaléseurs :

• de blocages de la machine (blocage de latête ou latéral),

• d’éclatements de roches à front ou laté-raux.

Dans le cas des boucliers mécanisés àconfinement de boue ou de pression deterre, il est rare que l’état de contraintesnaturelles soit déterminant dans le choixdes machines en raison de leur utilisationgénéralement faite à des profondeursfaibles.

2 - Paramètres physiques

2.1 - Identification

La nature des terrains joue un rôle déter-minant dans le choix et la conception d’unbouclier .

De ce fait, les paramètres caractérisantl’identification d’un massif doivent êtreexaminés avec soin pour choisir la tech-nique de creusement-soutènement.

Parmi les paramètres d’identification, il fautretenir essentiellement la plasticité et laminéralogie, (pour la dureté, le colmatageet l’abrasivité) qui sont particulièrementdéterminantes pour la définition desorganes des boucliers.

L’analyse chimique du sol peut être déter-minante dans le cas des boucliers à confi-nement en raison de son influence sur lesajouts associés à ces techniques.

2.2 - Appréciation globale de laqualité

L’appréciation globale de la qualité estissue de la combinaison de paramètres,faciles à mesurer en laboratoire ou in situ(diagraphies en sondages, indice de conti-nuité) et d’approches visuelles.

Les zones d’altérat ion et cel les decontrastes de dureté peuvent engendrerdes difficultés particulières aux différentes

techniques ; par exemples : instabilité dufront, insuffisance d’appui radial, difficultéde confinement.

Le paramètre altération des roches estinfluent mais en général non déterminantpour les boucliers à confinement de boueet à pression de terre. Dans tous les cas, ceparamètre est influent pour la conceptionde la tête d’abattage.

2.3 - Discontinuités

Pour les roches, la connaissance des don-nées relatives aux discontinuités est déter-minante en terme d’orientation et de den-sité de réseau. Il en va de même dans lechoix de la technique d’abattage et de sou-tènement ainsi que dans l’évaluation descadences d’avancement.

Dans le cas des tunneliers et des boucliersouverts ou à soutènement mécanique, onsera attentif au risque de blocage de lamachine rendu possible par la densité d’unréseau de discontinuités conduisant àcourt terme à une stabilité aléatoire dumassif. La présence de matériaux de rem-plissage non consolidé peut accroître cetteinstabilité.

La présence de discontinuités majeurespourra orienter fortement le choix de latechnique.

En phase de fonctionnement, les boucliersà confinement de boue et d’air comprimésont en général plus sensibles à la présencede discontinuités dans les terrains que lestunneliers à pression de terre Dans le casde discontinuités importantes (forte den-sité de fracturation), ce paramètre peutconduire à éliminer le bouclier à confine-ment par air comprimé.

Il y a lieu d’une façon générale d’associeraux discontinuités la perméabilité globaledu massif avant d’arrêter le choix du typede confinement.

2.4 - Altérabilité

Les caractéristiques d’altérabilité concer-nent les terrains sensibles à l’eau, et sont àrenseigner au niveau de l’identification.

On portera une attention particulière à ceparamètre pour les machines travaillantdans les matériaux sensibles à l’eau, tellescertaines molasses, marnes, certainsschistes, argiles actives, argiles indurées…

Ce paramètre est influent pour les bou-cliers à confinement. En effet, il peutconduire à modifier la conception de lamachine et le choix des ajouts.

2.5 - Chimie des eaux

Les problèmes d’agressivité ou d’état depollution des eaux correspondent à des castrès spécifiques, à traiter, quelque soit leprincipe de réalisation des ouvrages.

Dans le cas des boucliers à confinement, ceparamètre peut être déterminant par soninfluence sur la qualité de la boue de mari-nage ou des ajouts.

3 - Paramètres mécaniques

3.1 - Résistance

Dans le cas des roches, les critères essen-tiels sont la résistance à la compression età la traction car elles conditionnent l’abat-tage.

Dans le cas des sols, les critères essentielssont la cohésion et l’angle de frottementqui conditionnent la tenue du front et del’excavation elle-même.

Les résistances très élevées de certainesroches excluent l’utilisation des machines àattaque ponctuelle (sauf forte fracturation).Les aléseurs et tunneliers à appui radial pré-sentent une grande sensibilité aux terrainsde faible résistance et nécessitent dans cecadre des adaptations au niveau desappuis radiaux . Pour les tunneliers, la résis-tance du terrain conditionne l’architecture,la puissance installée sur la tête d’abattageet le choix des outils.

Les paramètres mécaniques ont uneinfluence sur la conception de la tête decoupe et la définition des outils d’abattage.

En cas de risque de défaut de portance ,des traitements spécifiques peuvent êtrenécessaires pour permettre la progressionde la machine.

3.2 - Déformabilité

La déformabilité du massif peut être à l’ori-gine de blocage du tunnelier, notammenten cas de convergences résultant de fortescontraintes (voir paragraphe 1 contraintesnaturelles).

Dans le cas des aléseurs, des tunneliers etboucliers ouverts ou à soutènement méca-nique, ce critère est influent dans l’appré-ciation des risques de blocage de la têtede forage ou du bouclier.

Dans le cas de matériaux trop déformables,le dimensionnement des appuis radiauxdes tunneliers de ce type sera à considérer

ANNEXE 2

AFTES



avec soin. La déformabilité du terrainencaissant influence également le guidagede la machine. En cas de pose de revête-ment en dehors de la jupe, il faut être atten-tif aux déformations différées.

En cas de gonflement des terrains en pré-sence d’eau, les difficultés concernant laprogression de la machine qui peuvent enrésulter, sont d’importance comparabledans le cas du tunnelier à boue et du tun-nelier à pression de terre : ceci dans lamesure où le gonflement provient d’unediffusion et absorption de l’eau internedans les terrains décomprimés autour desparois de l’excavation. Le bouclier à l’aircomprimé est moins sensible à ce phéno-mène.

3.3 - Potentiel de liquéfaction

Sans objet sauf si un risque de séisme existeou si on est en présence d’un matériau sen-sible (sable saturé,….).

4 - Paramètres hydrogéolo-giques

La connaissance de ces paramètres a pourbut de s’assurer de la stabilité à court termedu massif. La présence de charges d’eauet/ou de débit important avec entraîne-ment des matériaux, interdit l’utilisationdes machines à attaques ponctuelles, destunneliers ouverts ou à soutènement méca-nique à moins de mettre en œuvre desméthodes d’accompagnement telles quetraitement de terrain rabattement denappe etc…

La charge hydraulique est déterminanteégalement dans le cas de franchissementd’accidents remplis ou non de terrainsmeubles, exemple : passage de mylonite.

La perméabilité des terrains et la chargehydrostatique sont déterminantes pour lesboucliers mécanisés à confinement d’aircomprimé, de boue et de terre.

Pour les boucliers à confinement d’air com-primé, ce paramètre peut conduire à reje-ter le choix de ce type de machine.

Pour les boucliers à confinement de terre,ce facteur est particulièrement détermi-nant dans le cas où des variations brutalesde perméabilité sont à craindre.

Pour les boucliers à confinement de boue,l’importance de ce paramètre est atténuéepar le fait que l’on utilise un fluide de mari-nage.

5 - Autres paramètres

5.1 - Abrasivité - Dureté

Des caractéristiques d’abrasivité et dedureté trop élevées rendent impossiblesou non économique l’utilisation desmachines à attaque ponctuelle.

L’abrasivité et la dureté peuvent être déter-minantes quant à l’usure des outils, de lastructure de la tête de coupe et des sys-tèmes d’extraction (vis d’extraction, tuyauxde marinage hydraulique…). Néanmoins,des adjuvants de forage et/ou d’extractionet/ou des dispositifs de protection ou derenforcement de organes sensibles peu-vent être retenus pour s’opposer à l’usure

Dans le cas des boucliers à confinement deterre, les interventions de maintenance surla tête de coupe sont cependant plus diffi-ciles (utilisation de la boue en vue de créerun film étanche avant mise sous pressiond’air).

5.2 - Collage - Colmatage

La connaissance de cette caractéristiquedu matériau à excaver permet dans le casdes machines à attaque ponctuelle, desaléseurs ou des boucliers ouverts d’adap-ter les outils ou d’envisager l’utilisationd’adjuvant.

Ce paramètre ne peut à lui seul exclure untype de bouclier ; il n’est donc pas déter-minant pour les boucliers à front pressurisé.Toutefois, la tendance au collage des ter-rains doit être examinée dans la mise aupoint des ajouts (mousse, adjuvants…)ainsi que dans la conception des organesde malaxage et de délayage des déblaiscollants (agitateurs, jetting…).

Le transport des déblais par trains et (ou)par convoyeurs à bande est particulière-ment sensible à ce paramètre.

5.3 - Frottement terrain/machine

Dans le cas des boucliers, le problème dufrottement du terrain sur la jupe peut deve-nir sensible dans les terrains à forte conver-gence.

Dans le cas où des risques de serrage dubouclier sont à craindre, (convergences,gonflement, dilatance,…), ce paramètreest particulièrement influent sur la concep-tion du bouclier et de la jupe.

La lubrification apportée par le fluide ben-tonitique rend les boucliers à pression deboue moins sensibles au frottement ter-rain/machine.

5.4 - Présence de gaz

Elle peut conditionner l’équipement de lamachine.

6 - Caractéristiques du projet

6.1 - Dimensions et sections

L’utilisation de machines à attaque ponc-tuelle permet la réalisation de toute formede section et de toute dimension.

L’utilisation des aléseurs et des boucliersouverts ou à soutènement mécanique selimite à la réalisation de sections de géo-métrie constante. Les dimensions de la sec-tion (boucliers ouverts) seront liées à la sta-bilité du front.

La section excavée est déterminante pourles boucliers à confinement de terrelorsque leur diamètre est élevé (impor-tance de la puissance installée sur la tête decoupe).

La longueur du projet peut être influentepour un bouclier à confinement de boue(puissance importante de pompage).

6.2 - Profil en long

Les limites d’utilisation des machines enprofil sont en général celles de la logistiquequi leur est associée. Des adaptations spé-cifiques permettent, pour les aléseurs et lestunneliers à appui latéral la réalisation d’ou-vrages inclinés qui nécessitent des équipe-ments spécifiques et sortent du cadre de laprésente recommandation.

Dans le cas des machines à attaque ponc-tuelle, de boucliers ouverts ou à soutène-ment mécanique, les venues d’eau peu-vent poser un problème en cas d’attaquedescendante.

6.3 - Tracé en plan

❑ L’utilisation des machines à attaqueponctuelle n’impose pas de contraintesparticulières.

❑ L’utilisation des aléseurs des tunneliers àappui latéral et des boucliers est limitée àcertains rayons de courbure (malgré la miseen place d’articulation sur les machines).

❑ les tracés au niveau des entrées et sortiesd’ouvrages rencontrés par le tunnel réaliséau bouclier, comporteront un alignementdroit sur au moins deux fois sa longueur(impossibilité de diriger la machine prison-nière de son berceau de ripage).

AFTES



6.4 - Environnement

6.4.1 - Sensibilité aux tassementsLes machines à attaque ponctuelle, les alé-seurs, les tunneliers à appui radial et lesboucliers ouverts ne développant pasgénéralement de soutènement associé,immédiat, peuvent engendrer des tasse-ments qui dépendent du contexte du pro-jet. Leur importance est particulièrementdéterminante en zone urbaine ou en zonesensible (passage sous voies de communi-cation : voie ferrée, canalisation…).

Dans le cas des tunneliers, ce paramètre estdéterminant en général et peut conduire àexclure un type de machine.

Les boucliers ouverts ou à soutènementmécanique ne sont pas adaptés au cas deterrains très déformables. En cas de posede revêtement en dehors de la jupe, il fautêtre attentif aux risques de déformationsdifférées du terrain encaissant.

En ce qui concerne les boucliers mécanisésà confinement, la maîtrise des tassementsest étroitement liée à celle de la pressionde confinement.

Dans le cas des boucliers à air comprimé,les risques de tassements se situent dans laperte d’air (brutale ou diffuse).

Pour les boucliers à boue, les risques rési-dent dans la qualité du cake et la régulationde la pression. A ce titre, le système derégulation de pression de confinement «àbulle d’air» est particulièrement perfor-mant.

Pour les boucliers à confinement de terre,les risques proviennent d’une régulationmoins fine de la pression de confinement.Par ailleurs, le vide annulaire situé entre leterrain et le bouclier n’est pas correctementconfiné sauf dispositif particulier d’injec-tion de fluide à travers la jupe.

6.4.2 - Sensibilité aux nuisances etcontrainte de travauxLe bouclier à confinement de boue néces-site, en surface, une emprise importantepour le traitement des boues. De ce fait, ceparamètre peut être influent voire détermi-nant aux zones fortement urbanisées.

Les ajouts introduits dans la chambred’abatage des boucliers peuvent conduireà des sujétions de mise en décharge desdéblais (bentonite, polymère, tensioactif…).

6.5 - Anomalies dans le terrain

6.5.1 - Hétérogénéité terrain/accidentLes sections mixtes sol - roche posentgénéralement aux techniques sans confi-nement des problèmes de stabilité dufront, d’appui et de risque de soutiragedans la (les) partie(s) la (les) plus tendre(s).

Ce facteur est aussi déterminant pour lebouclier à confinement d’air compriménotamment dans le cas de terrainsinstables se trouvant dans la section exca-vée.

6.5.2 - Obstacle naturel et artificielPour les techniques «ouvertes», la détec-tion des accidents géologiques est essen-

tielle. Pour les techniques à confinement,on sera attentif à la présence d’obstaclesnaturels ou artificiels. La présence de cesobstacles peut être influente en fonctiondes difficultés rencontrées pour franchirl’obstacle et de la nécessité d’intervenirdans la chambre.

Les interventions hyperbares nécessaires àla détection et au traitement de tels obs-tacles nécessitent des opérations de sub-stitution des produits contenus dans lachambre d’abattage (selon le mode deconfinement) par de l’air comprimé.

Ces interventions sont :

❑ Dans le principe, plus rapides et plussimples dans le cas d’un tunnelier à air com-primé

❑ Aisées dans le cas d’un bouclier à confi-nement de pression de boue

❑ Plus longues et plus difficiles dans le casd’un bouclier à confinement de pression deterre (vidange de la terre avec substitutionpar de la boue en vue de former un filmd’étanchéité ; puis vidange de la boue avecsubstitution par de l’air comprimé).

6.5.3 - CavitésLa présence de cavités peut entraîner selonleurs tailles, des dérives très importantesde la trajectoire particulièrement en profilvertical. Elles peuvent être aussi la sourcede perturbations sur la pression de confi-nement, particulièrement dans les cas desboucliers à pression d’air comprimé ou deboue.

ANNEXE 3Classification des terrains

Catégorie Désignation Exemples RC (Mpa)R1 Roche de résistance très élevée Quartzites et basaltes de résistance élevée > 200

R2a Granits très résistants, porphyres, grès et calcaires Roche de résistance élevée de très haute résistance 200 à 120

R2b Granits, grès et calcaires de très bonne tenue ou légèrement

dolités, marbres, dolomies, conglomérats compacts 120 à 60R3a Roche de résistance moyenne Grès ordinaires, schistes siliceux ou grès schisteux, gneiss 60 à 40

R3b Schistes argileux, grès et calcaires de résistance moyenne,

marnes compactes, conglomérats peu consistants 40 à 20R4 Roche de faible résistance Schistes ou calcaires tendres ou très fracturés, gypses,

grès très fracturés ou marneux, poudingues, craie 20 à 6

R5 aRoche de très faible résistance

Marnes sableuses ou argileuses,

et sols cohérents consolidéssables marneux, gypses ou craies altérées 6 à 0,5

R5b Alluvions graveleuses, sables argileux normalement consolidés < 0,5

R6aSols plastiques ou peu consolidés

Marnes altérées, argiles franches, sables argileux, limons fins

R6b Tourbes silts et vases peu consolidés, sables fins sans cohésion

(Cf. Recommandations du GT 7 de l’AFTES - Supplément au n° 117 de TOS Mai/Juin 1993)

AFTES



ANNEXE 4Fiches signalétiques des chantiers mécanisés (au 31/12/99).

* TypeLongueur Ø ForationN° fiche Chantier ouvrages N° TOS Dateforée (m) (m)

Géologie(AITES)

1 Echaillon D 68 1972-1973 4362 5,80 Gneiss, flysch calcaire2 La Coche D 77 1972-1973 5287 3,00 Calcaire, grès, brèches3 CERN SPS H 64 1973-1974 6551 4,80 Molasse4 RER Châtelet-Gare de Lyon C 64 1973-1975 5100 7,00 Calcaire5 Belledonne D 64 1974-1978 9998 5,88 Schistes, granite sédimentaire6 Bramefarine D 67 1975-1977 3700 8,10 Calcaire, schiste7 Métro de Lyon - Cremaillère C 64 1976 220 3,08 Gneiss, granite8 Galerie du Bourget C 67 1976-1978 4845 6 m2 Calcaire, molasse9 Monaco - Galerie technique H 64 1977 913 3,30 Calcaire, marne10 Grand Maison - Eau Dolle D 64 1978 839 3,60 Gneiss, schistes, dolomies11 Western Oslofiord G 77 1978-1984 10500 3,00 Ardoise calcaire, roche éruptive12 Brevon D 66 1979-1981 4150 3,00 Calcaire, malm, dolomies13 Grand Maison (conduites forcées et puits de service) D 75 1979-1982 5466 3,60 Gneiss, schistes14 Aqueduc de Marignan F 66 1979-1980 480 5,52 m2 Calcaire15 Super Bissorte D 73 1 980-1981 2975 3,60 Schiste, grès16 Pouget D 66 1980-1981 3999 5,05 Gneiss17 Grand Maison - Vaujany D 75 1981-1983 5400 7,70 Liptinite, gneiss, amphibolite18 Vieux Pré D 68 1981-1982 1257 2,90 Grès, conglomérat19 Haute Romanche D 73 1981-1982 2860 3,60 Calcaire, schiste, grès cristallin20 Cilaos F 80 1982-1984 5701 3,00 Balsate, tufs21 Monaco - tunnel n° 6 A 66 1982 183 5,05 Calcaire, dolomies22 Ferrières D 79 1982-1985 4313 5,90 Schiste, gneiss23 Durolle D 79 1983-1984 2139 3,40 Granite, quartz, microgranite24 Montfermy D 80 1983-1985 5040 3,55 Gneiss anatésite, granite25 CERN LEP (machines 1 et 2) H 82 1985-1986 14680 4,50 Molasse26 CERNLEP (machine 3) H 82 1985-1987 4706 4,50 Molasse27 Funiculaire de Vail d’Isère B 97 1986 1689 4,20 Calcaires, dolomies, cargneules28 Calavon et Luberon F 97 1987-1988 2787 3,40 Calcaires29 Takamaka II D 101 1985-1987 4803 3,20 Basaltes, tufs, agglomérats30 Oued Lakhdar D 101 1986-1987 6394 4,56 et 4,80 Calcaires, grès, marnes31 Centrale Nucléaire de Paluel E 105 1980-1982 2427 5,00 Craie32 Centrale Nucléaire de Penly E 105 1986-1988 2510 5,15 Argile33 Lyon sous fluviale - métro D C 106 1984-1987 2 x 1230 6,50 Alluvions modernes et arènes34 Métro de Lille ligne 1 bis - Lot 8 C 106 1986-1987 1000 7,65 Craie blanche et silex35 Métro de Lille ligne 1 bis - Lot 3 C 106 1986-1988 3259 7,70 Silts et sables argileux36 Tunnel de Villejust B 106 1986-1988 4805+4798 9,25 Sables de Fontainebleau37 Bordeaux Cauderan-Naujac G 106 1986 1988 1936 5,02 Sables, marnes et calcaires38 Métro de Caracas : lot PS 01 C 107 1986-1987 2 x 1564 5,70 Alluvions sablo-limoneuses, graves et argiles39 Métro de Caracas : lot CP 03 C 107 1987 2 x 2131 5,70 Micaschistes altérés et sables limoneux40 Métro de Caracas : lot 04 C 107 1987-1988 2 x 714 5,70 Micaschistes41 Métro de Singapour : lot 106 C 107 1985-1986 2600 5,89 Grés, marnes et argiles42 Bordeaux : collecteur des boulevards Ø3800 G 113 1989-1990 1461 4,36 Calcaires karstiques et alluvions43 Bordeaux :Avenue de la Libération Ø2200 G 113 1988-1989 918 2,95 Calcaires karstiques et alluvions44 St Maur-Créteil tronçon 2 G 113 1988-1990 1530 3,35 Alluvions anciennes et blocs45 Crosne-Villeneuve St Georges G 113 1988-1990 911 2,58 Marnes altérées et calcaires indurés46 Manche TI B 114 1988-1990 15618 5,77 Craie bleue47 Manche T2-T3 B 114 1988-1991 20009+18860 8,78 Craie bleue48 Manche T4 B 114 1988-1989 3162 5,61 Craie grise et craie blanche49 Manche T5-T6 B 114 1988-1990 2 x 3265 8,64 Craie grise et craie blanche

50 Sèvres - Achères : Lot 3 G 121 1989 -1991 3550 4,05 calcaires grossiers, sables, fausses glaises, argileplastique, marnes du Montien, craie

51 Sèvres - Achères : Lots 4 et 5 G 121 1988 - 1990 3312 4,80 plastique, marnes et calcaires du Montien, craie52 Créteil - Vitry G 124 1990 -1991 2065 3,35 alluvions et remblais53 Orly Vail : Lot 2 C 124 1989 - 1990 1160 7,64 marnes avec bancs de gypse

AFTES



* TypeLongueur Ø ForationN° fiche Chantier ouvrages N° TOS Dateforée (m) (m)

Géologie(AITES)

54 Bordeaux Cauderan-Naujac Rue de la Liberté G 126 1991 150 3,84 Calcaires karstiques55 Bordeaux Amont Taudin G 126 1991 500 2,88 Alluvions et calcaires karstiques

Argiles noires, sables de56 Métro bus de Rouen C 126 1993 800 8,33I'Albien moyen et argiles du Gault

57 Métro Toulouse : Lot 3 C 131 1989-1991 3150 7,65 Molasses argilo-sableuses et bancs de grés58 Métro Toulouse : Lots 4 et 5 C 131 1990 - 1991 1587 +1487 5,60 Molasses59 Métro de Lille : Ligne 2 - Lot 1 C 132 1992 -1994 5043 7,65 Argile des Flandres60 Métro de Lille : Ligne 2 Section b C 132 1992 - 1993 1473 7,65 Craie, argiles et tuffeau

61 St Maur : collecteur VL3c G 133 1992 -1994 1350 3,50 Argiles plastiques très hétérogènes,sables, calcaires grossiers et fausses glaises

62 Métro de Lyon Ligne D - Vaise - Gorge de Loup C 133 1993 -1995 2 x 875 6,27 Sables, graviers et limons argileux63 METEOR Ligne 14 C 142 1993-1995 4500 8,61 Sables,calcaires, marnes et caillasses64 RER Ligne D Chatelet / Gare de Lyon C 142 1993 - 1994 2 x 1600 7,08 Calcaire grossier65 Cleuson Dixence Lot D Puits incliné D 142 1994-1996 2300 4,77 Calcaire, quartzites, schistes, grès66 Cleuson Dixence Puits Incliné D 142 1994-1996 400 4,40 Calcaire, schistes, grès67 Cleuson Dixence Lot B Galerie d'amenée D 145 1994-1996 7400 5,6 Schistes et gneiss68 Cleuson Dixence Lot C Galerie d’amenée D 145 1994-1996 7400 5,8 Schistes, micachistes, gneiss et quartzites69 EOLE B 146 1993 - I996 2 x 1700 7,40 Sables, marnes et caillasses, grés et calcaires70 Emissaire du plateau Sud Est (EPSE) G 146 1994-1997 3925 4,42 Sables molassique, moraine, alluvions71 CADIX : Galerie Guadiaro Majaceite F 148 1995 -1997 12200 4,88 Calcaire,Argile consolidée72 Métro de Lille Ligne 2 lot 2 C 148 1995 - 1997 3962 7,68 Argile des Flandres73 BPNL Tunnel de Caluire Tube nord A 150 1994 - 1996 3252 11,02 Gneiss, molasses, sables et conglomérat74 BPNL Tunnel de Caluire Tube sud A 150 1997 - 1998 3250 11,02 Gneiss, molasses, sables et conglomérat75 Tunnels Ferroviaires du Storebaelt B 150 1990-1995 14824 8,78 Argiles et marnes76 Tramway de Strasbourg C 150 1992 - 1993 1198 8,30 Sables et graviers

(suite tableau)

Classification AITES selon le type d’ouvrageA : tunnels routiers - B : tunnels ferroviaires - C : métros - D : galeries hydroélectriquesE : galeries pour centrales thermiques et nucléaires - F : galeries hydrauliques - G : émissaires et collecteursH : galeries techniques - I : puits descenderies - J : stockages souterrains - K : mines

AFTES Notes :

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