Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge · qu’après la pose d’un blindage...
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204 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°219 - Mai/Juin 2010
Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries ] M210
Résumé Après une présentation succincte des deux phases du prolongement au sud de Paris de la ligne 4 du métroparisien, le traitement des carrières réalisé en préalable à la phase 1 sera développé. En effet, le prolongement de la ligne 4 du métro parisien rencontre, dans sa première phase de 1470 mètresvers le sud, des carrières souterraines sur environ 50% de son tracé. Le traitement de ces carrières, réalisépar confortements à pied d’œuvre, a représenté plusieurs mois de travaux délicats dans des conditions trèscontraintes. Malgré ces comblements avec clavage soigné, des tassements de 15 à 25 mm en surface ontété observés. Ils s’expliquent par la « sur-exploitation » que nos anciens ont faite de ces carrières aujourd’huinon visitables. Une fois ces confortements de grande envergure terminés, les travaux du prolongement dela ligne 4 ont pu débuter courant 2008.
Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à MontrougeConfortement in situ de carrières souterraines
M
Principaux intervenants
• Maître d’ouvrage : RATP• Maître d’œuvre : XELIS
Lot 1 (Tunnel interstation Porte d¹Orléans Mairie de Montrouge)• Entreprise : Groupement BEC (mandataire)
+ Urbaine de Travaux + Solétanche BachyTunnels + Sotraisol
• Etudes d’exécution : internes au Groupement
Lot 2 (Station Mairie de Montrouge - Tunnel cul-de-sac et site de maintenance) • Entreprise : Groupement Razel
(mandataire) + Bilfinger & Berger• Etudes d’exécution : Groupement ANTEA
+ BG Ingénieurs conseils - Arcadis
1 - Présentation du projet-de prolongement de la ligne 4-du métro parisien au sud-de PARIS-
Construite au début du XX ème siècle, la ligne 4
du métro, qui relie la porte de Clignancourt au nord
à la porte d’Orléans au sud, demeurait une des
dernières lignes à être strictement parisienne.
Le contrat de plan Etat-Région 2003-2006 devait
permettre à cette ligne centenaire de franchir le
boulevard périphérique au sud et d’atteindre la ville
de Montrouge, dans une première phase de 1470 ml
en cours de réalisation depuis février 2008, puis
Bagneux dans une seconde phase.
L’ensemble du prolongement est souterrain (réali-
sation à ciel ouvert ou en souterrain suivant les
zones) et en grande partie sous l’espace public.
1.1 - Présentation des ouvragesde la phase 1Cette première phase de 1 470 m, qui représente
un investissement total de 169 M€, reliera à partir
de fin 2012 la porte d’Orléans à la nouvelle station
« Mairie de Montrouge », grâce à un tunnel à 2 voies
de 680 m de longueur pour une ouverture de 7,40
à 7,80 m.
Du point de vue géologique, les ouvrages en
souterrain sont situés hors nappe, dans un environ-
nement mixte généralement constitué de Marnes
et Caillasses en voûte et de Calcaires Grossiers en
radier. Cet horizon de Calcaires Grossiers a été par
le passé exploité pour la construction, grâce à des
carrières souterraines minant le sous-sol.
CHANTIERS M
Christophe BLOUETXelis
Carrière avant confortement.
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sa 1/2 section inférieure dans les calcaires gros-
siers fracturés. Ce tunnel est réalisé grâce à la
méthode de prédécoupage mécanique. Cette
méthode brevetée a été mise au point par Perforex
lors du creusement du RER dans les années 70.
Elle consiste à réaliser, à l’aide d’une haveuse en
“lame de tronçonneuse”, des saignées sur le pourtour
de la galerie à terrasser. Ces saignées, emplies de
béton au fur et à mesure, constituent des prévoûtes
de 4 m de longueur dont le recouvrement varie en
fonction des conditions environnantes
Deux zones de l’interstation sont particulièrement
délicates à exécuter :
• Le tunnel courant sous le Périphérique :
pour ce tronçon d’environ 80 mètres, la couver-
ture des terrains entre la chaussée du Périphé-
rique et l’extrados de la voûte varie de 5,5 m à
7 m et est, par conséquent, extrêmement réduite.
Une difficulté supplémentaire résulte de la proxi-
mité immédiate d’un réseau d’assainissement
(ovoïdes de 2 m) du périphérique, dont le radier
tangente la clé de voûte du tunnel.
• Le tunnel courant sous les immeubles de
Montrouge : sur 150 ml environ, le tunnel se
situe approximativement à 7-8 m sous le niveau
supposé des fondations superficielles des
bâtiments. Situé hors des zones de carrières
reconnues, la rencontre avec d’anciens puits
abandonnés ne peut être exclue. Par ailleurs, le
comportement des immeubles anciens en
maçonnerie vis-à-vis des tassements différentiels
inévitables lors du creusement dans ce type de
projet reste difficile à prévoir.
- La station souterraine de Mairie de Montrouge
avec ses trois accès, située au cœur de Montrouge,
sous l’avenue de la République. La station est prin-
cipalement constituée d’un volume souterrain de
90 m de longueur par 13,50 m d’ouverture, soit un
diamètre terrassé d’environ 16 m. Sa situation en
partie sous les façades des immeubles, notamment
au droit des couloirs latéraux, avec une faible
couverture de 10 m, rend sa réalisation d’autant
plus délicate. Le contexte géologique, avec la
présence des carrières sur environ 30 % de la zone
et la présence d’un égout de 3 m2 de section situé
à 4 m au dessus de l’extrados de la voûte de la
station, ajoutent à la difficulté de réalisation.
- Le tunnel courant d’arrière station de 650ml
environ, dont la 1/2 section supérieure est située
dans les marnes et caillasses et la 1/2 section infé-
rieure dans les calcaires grossiers.
La problématique de ces ouvrages, qui sont à
construire dans le site urbain dense de la région
parisienne, est aggravée par la présence d’une
circulation très intense liée à la présence de deux
axes d’échanges routiers majeurs:
• Axe Est-Ouest : boulevard Périphérique, et
boulevards des Maréchaux,
• Axe Nord -Sud : Avenue du Général Leclerc et
Nationale 20 avec un fort trafic entre le sud de
Paris et les banlieues de Malakoff, Montrouge, et
Clamart (92).
Les ouvrages à construire en phase 1 sont les
suivants, du nord vers le sud :
- Les ouvrages de raccordement Appell et
Leclerc, à exécuter entièrement à ciel ouvert. Situés
dans les horizons des Sables de Beauchamp et des
Marnes et Caillasses, leur réalisation n’est possible
qu’après la pose d’un blindage de protection dans
la boucle de retournement de la ligne 4 afin d’en
maintenir l’exploitation.
- Les tunnels de Porte d’Orléans : il s’agit de
deux ouvrages de 7,80 m et 5,00 m de largeur,
implantés dans les Marnes et Caillasses. Leur exé-
cution se fait pour partie à ciel ouvert (côté nord),
sur respectivement 86 ml et 79 ml, et pour partie
en souterrain (côté sud), sur 40 ml et 64 ml. Les par-
ties à ciel ouvert nécessitent de traverser les Sables
de Beauchamp, avant de pénétrer dans les Marnes
et Caillasses. Dans leur partie exécutée en souter-
rain, les tunnels approchent la sous-face des Sables
de Beauchamp tandis que le tunnel à 2 voies en
souterrain vient au contact du radier d’un couloir
de la station Porte d’Orléans.
- L’ouvrage de raccordement et de ventilation
Koufra de 60 ml de longueur, de 10 à 14 m d’ou-
verture, avec le radier situé dans les carrières. Cet
ouvrage est, par suite de contraintes liées à l’envi-
ronnement, à construire en souterrain sous très fai-
ble couverture (inférieure à un diamètre) et
entièrement en zone de carrières. La mise en place,
préalablement au terrassement, d’un soutènement
provisoire spécifique dit « voûte parapluie », en
rigidifiant l’extrados terrassé tout en reportant lon-
gitudinalement les charges verticales, permet de
garantir des conditions d’exécution satisfaisantes
tout en minimisant les risques de fontis.
- Le tunnel courant d’interstation, de 7,40 m
à 7,80 m d’ouverture et d’environ 450 ml de
longueur. Sa 1/2 section supérieure est pour
l’essentiel située dans les Marnes et Caillasses et
- Les ouvrages annexes : l’ouvrage d’épuisement
Romain Rolland, la Baie d’Aération Motorisée (BAM)
au nord de la station, le poste de redressement par-
tiellement enterré, l’ouvrage de ventilation Verdier,
le site de maintenance en cul-de-sac avec son
accès pompier et personnel ainsi que ses deux
issues de secours. Chacun de ces ouvrages est
constitué d’un puits et d’un rameau de dimensions
variables en fonction de la destination de l’ouvrage.
1.2 - Présentation des ouvragesde la phase 2La seconde phase comprend la création de deux
stations : Verdun Sud et Bagneux, et d’un centre de
dépannage et de nettoyage des trains en arrière
station.
Ainsi, cette seconde phase du prolongement de la
Ligne 4, d’une longueur totale de 2 km environ,
comporte pour l’essentiel :
• un tunnel courant à deux voies,
• un tunnel d’arrière gare permettant le stockage,
la maintenance et le nettoyage des trains,
• deux stations comportant des quais de 95 m
de longueur : station Verdun Sud à Montrouge
(92) et station Bagneux (92),
• des ouvrages en ligne : ouvrage de ventilation,
poste de redressement, baie d'aération motorisée
(BAM), ouvrage d’accès pompiers, accès et
issues de secours pour le personnel d’exploitation
et de maintenance.
En tracé, le prolongement phase 2 démarre sous
l'avenue de Verdun à Montrouge, puis se poursuit
dans Bagneux. Après avoir traversé l’avenue Marx
Dormoy, il emprunte l'avenue de Stalingrad, le
passage Chateaubriand et toute l'avenue Henri
Barbusse.
2 - Traitement des carrières-de la phase 1-
Hormis les premiers 160 m de tunnel et les deux
ouvrages de raccordement à la boucle de retour-
nement de Porte d’Orléans, qui sont des ouvrages
cadres réalisés à ciel ouvert ou sous platelage,
l’intégralité du prolongement, tunnel et station, se
fait en souterrain par des méthodes convention-
nelles, grâce à cinq puits d’attaque répartis sur
l’ensemble du tracé.
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[ Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge - Confortement in situ de carrières souterraines
Profil en long géotechnique du projet au droit du boulevard périphérique.
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ajoutant ainsi des incertitudes quant à leur locali-
sation exacte et surtout leur état. Sur environ la
moitié du tracé, l’ouvrage à construire se situe soit
directement au niveau de la carrière, soit à proximité
immédiate, à quelques mètres au-dessus du ciel*.
Afin que les travaux d’excavation des ouvrages
définitifs se déroulent dans les meilleures conditions
possibles, un traitement préalable était nécessaire.
Par ailleurs, les contraintes apportées par la voûte
Les ouvrages en souterrains sont situés dans les
Marnes et Caillasses en voûte et les Calcaires
Grossiers en radier.
Parmi ces horizons bien connus du bassin pari-
sien, les Calcaires Grossiers ont la particularité
d’avoir été exploités jusqu’au XIX ème siècle pour
l’extraction de matériaux de construction. Les
carrières situées sur le tracé du prolongement
présentent la particularité de ne pas être visitables,
de décharge au niveau des piédroits du futur tunnel
imposaient, pour la sécurité des excavations, mais
également pour la pérennité des ouvrages, de
réaliser un confortement parfaitement maîtrisé de
la zone environnante.
A un traitement par injection depuis la surface, dont
les emprises doivent s’adapter aux ouvrages
existants (immeubles et réseaux) mais surtout dont
la maîtrise n’est pas toujours garantie dans des
carrières non accessibles, les concepteurs ont
préféré conforter les carrières en accédant physi-
quement dans les zones à traiter.
La méthode consiste à créer des puits ou des gale-
ries de petite section pour atteindre les zones à
conforter, puis à creuser à la main dans les remblais
de carrière en place des galeries de hauteur
souvent inférieure à 2 mètres et à remplacer
progressivement ces remblais de faibles caracté-
ristiques par un mortier de ciment de 8 à 10 MPa
coulé en place par plots successifs. Le clavage du
ciel de la carrière est obtenu par remplissage en
béton projeté ou par injection de coulis de ciment.
Le soutènement durant les travaux est assuré tout
d’abord par le maintien du plus grand nombre
possible de piliers à bras* et par la mise en place
de rondins de bois entre la sole* et le ciel de la
carrière. Les travaux de terrassement par plots
réduits, remplis de mortier au fur et à mesure,
permettent de n’avoir en permanence qu’une faible
surface ouverte et de travailler dans des conditions
de sécurité acceptables.
Extrait de la carte de l’Inspection Générale des Carrières (IGC) avec le projet en superposition.
Mode d’exploitation des carrières de Calcaires Grossiers.
Tunnel de 14 m d’ouverture.
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[ Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge - Confortement in situ de carrières souterraines
rigoureusement traiter les zones les plus sollici-
tées par la voûte de décharge ou le radier du futur
tunnel. Cette méthode permet ainsi de réduire
considérablement les risques de désordres à long
terme dans la zone d’influence du projet, désordres
pouvant conduire à des tassements en surface
voire des fontis.
• Maîtrise des quantités : les plots de mortier,
coffrés grossièrement, permettent un suivi précis
de la géométrie des confortements, ce qui présente
le double avantage de garantir l’intégralité du
confortement projeté, mais aussi d’éviter l’écou-
lement gravitaire du coulis vers des parties non
concernées par le projet, augmentant d’autant
les quantités mises en œuvre.
Néanmoins, bien qu’effectuée par plots réduits, la
purge des remblais et leur remplacement par du
La méthode consistant à purger les remblais de
faibles caractéristiques et à les remplacer par des
plots de mortier présentait plusieurs avantages :
• Reconnaissances : l’accès physique aux car-
rières par des puits ou galeries de petites sections
permet une reconnaissance in situ de premier
ordre de la qualité des remblais, du ciel et des
soutènements existants (hagues*, piliers à bras).
Cet accès permet également d’effectuer un levé
topographique précis, indispensable dans les cas
de carrières non accessibles dont la géométrie
indiquée sur les cartes de l’Inspection Générale
des Carrières (IGC) est parfois imprécise.
• Qualité du traitement : s’il est plus ouvrageux
et plus long qu’un traitement par injection, le
confortement in situ permet, grâce au contrôle
de résistance du mortier et du clavage en ciel, de
mortier a provoqué des tassements en surface sen-
siblement supérieurs à ceux anticipés pour ce type
de travaux. On a ainsi observé, sous 15 à 20 mètres
de couverture, des tassements cumulés atteignant
ponctuellement des valeurs supérieures à 15 mm,
avec des vitesses maximales dépassant 5 mm en
une semaine. Ces valeurs extrêmes ont heureuse-
ment été relevées au niveau du square du Serment
de Koufra ne présentant aucune structure sensible
en surface. On sait que de telles valeurs sont plutôt
observées lors d’excavations de section importante.
Ces mouvements supérieurs aux prévisions ont
pu être expliqués par les observations faites au
cours de l’avancée dans les remblais. Il est apparu
en effet que ces carrières avaient été exploitées
pour l’essentiel sans laisser de piliers intacts ; au
fur et à mesure de l’avancement du front de taille,
qui restait soutenu par des « piliers à bras », les
carriers laissaient le ciel de la carrière s’affaisser
sur les remblais mis en place à quelques mètres
en arrière ; cet affaissement provoquait la rupture
par flexion de la dalle de ciel (exactement comme
une exploitation minière par « longue taille », dont
le toit est « foudroyé » derrière le soutènement
marchant). Cet affaissement avait pour consé-
quence la rupture de la plupart des piliers à bras
destinés à soutenir le ciel, la mise en appui de la
dalle de ciel sur les remblais en place, et bien sûr
des tassements en surface.
En un point donné, on peut penser que le tassement
se stabilisait pour l’essentiel lorsque le front de taille
s’était éloigné de 10 à 20 m. Mais comme les rem-
blais étaient constitués de déchets d’exploitation
Terrassement des remblais à la main. Soutènement de rondins entre plots bétonnés.
Bétonnage d’un plot de confortement.
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hétérogènes, mal compactés et en contact discon-
tinu avec le ciel, ils constituaient un appui compres-
sible qui a probablement continué à tasser pendant
plusieurs décennies. L’impact en surface n’était
sans doute guère ressenti pour la simple raison qu’à
l’époque de l’exploitation, Montrouge n’était qu’un
village au milieu de la campagne.
Aujourd’hui, il est intéressant de noter que la dalle
formant le ciel de ces carrières est souvent affectée
d’une forte pente (jusqu’à 12 %) à l’approche d’une
masse de Calcaire Grossier non exploitée ; cette
masse constitue en effet une zone d’appui non
compressible, par opposition aux remblais ; de son
côté, la dalle de ciel présente souvent une fractu-
ration parallèlement au front de taille, conséquence
des efforts de flexion qu’elle a subis.
On comprend ainsi qu’en perturbant un équilibre
fragile, le terrassement des remblais, même par
plots réduits, a immédiatement engendré une réac-
tion du ciel et des terrains sus-jacents, expliquant
par là-même les tassements observés en surface.
Les confortements sont aujourd’hui terminés, et les
travaux de creusement ont pu débuter au-dessus
de carrières « fiabilisées » par ces travaux prépa-
ratoires de grande envergure.t
MÉCANISME DE DÉGRADATION DU TOIT D’UNE CARRIÈRE
1 - Ouverture de la carrière
2 - Flexure du banc de roche et affaissement du toit de la carrière
3 - Ciel tombé
MMM-Glossaire-
• Ciel de carrière : dalle de calcaire compétente et non exploitée, destinée
à soutenir les terrains sus-jacents à la carrière.
• Pilier à bras : poteau constitué de moellons de calcaire, monté par les
carriers pour soutenir le ciel.
• Sole : radier de la carrière.
• Hague : remblai maintenu par un mur de pierres sèches imbriquées les
unes dans les autres.
Ciel fléchi contre la masse.
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SummaryAfter a short presentation of the two extension phases of the Paris underground Line 4 South of Paris, thisdocument details the works applied to quarries prior to phase 1.Indeed, in its first phase over 1470 metres to the South, the extension of line 4 of the Paris undergroundcrosses subterranean quarries over about 50% of its path. Treating these quarries, by reinforcement on site,resulted in several months of delicate works in highly constrained conditions. In spite of precise keying filling, 15 to 25 mm subsidence was observed on the surface. This is due to the “overexploitation” of thesequarries by our forefathers, non longer visitable today. Once these major reinforcements complete, the line4 extension works were launched in 2008.
Extension of line 4 of theParis underground in MontrougeOn site reinforcement of subterranean quarries
M
Main interveners
• Project Owner: RATP• Project Manager: XELIS
Package 1(interstation tunnel Porte d’Orléans - Mairie de Montrouge)• Contractor: JV BEC (main contractor) +
Urbaine de Travaux + Solétanche BachyTunnels + Sotraisol
• Execution surveys: internal to the JV
Package 2(Mairie de Montrouge station - Dead-end tunnel and maintenance site)• Contractor: JV Razel (main contractor) +
Bilfinger & Berger• Execution surveys: JV ANTEA +
BG Engineers - Arcadis
1 - Presentation of phase 1-of the South extension of-the Paris underground line 4-
Built in the early XXth century, the underground
line 4, connecting Porte de Clignancourt in the North
to Porte d’Orléans in the South of Paris, was one of
the last lines to be strictly limited to Paris. The
State-Region 2003-2006 development plan allows
this centennial line to cross the internal ring road
(i.e. Périphérique) in the south to reach the town of
Montrouge, in a first phase of 1470 ml in construc-
tion since February 2008, then Bagneux in a second
phase.
The entire extension is subterranean (construction
in the open air or underground according to the
zones) and mostly under public space.
1.1 - Presentation of structuresThis first phase over 1 470 m, a total investment
of 169 M€, will connect from late 2012 Porte
d’Orléans to the new “Mairie de Montrouge” station,
through a 2-lane 680m long tunnel with an opening
of 7.40 to 7.80 m.
In terms of geology, the underground structures are
above the ground table, in a mixed environment
usually made of Marl at the top and coarse limestone
at raft level. This coarse limestone horizon was used
in the past for construction, through underground
quarries mining the subsoil.
Christophe BLOUETXelis
Quarry before reinforcement.
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WORKSITES M
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WORKSITESExtension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries ]
of the gallery to excavate. These cuts, filled with
concrete gradually, make up 4m long pre-arches
with a covering varying according to neighbouring
conditions.
Two interstation zones are particularly delicate to
produce:
- The tunnel running under the Périphérique:
for this section over about 80 meters, land cove-
rage between the Périphérique pavement and
the back of the arch ranges from 5.5 m to 7m,
which is extremely thin. An additional difficulty
results from the immediate proximity of a
sewage network (2m ovoids) of the Périphé-
rique, with a raft foundation tangent with the
tunnel keystone.
- The tunnel running under the buildings in
Montrouge: over about 150 ml, the tunnel is
located about 7-8 m below the presumed level
of the superficial foundations of the buildings.
Located outside known quarry zones, older
abandoned wells may be encountered. Also, the
behaviour of older masonry buildings under dif-
ferential settlements unavoidable when digging
this type of project remains difficult to plan.
• The Mairie de Montrouge underground
station with its three access points, located at
the heart of Montrouge, under avenue de la
République. The station is mainly made of an
underground volume 90 m long by 13.50 m ope-
ning, i.e. an excavated diameter of about 16 m. Its
location, partially under the façades of buildings,
particularly straight to the lateral corridors, with a
thin coverage of 10 m, makes its construction
even more delicate. The geological context, inclu-
ding quarries over about 30 % of the zone and a
3 m2 cross-section sewer located 4 m above the
back of the station arch, add to the difficulty of the
work.
• The current station back tunnel over about
650ml, with the upper 1/2 cross-section located
in marls and the lower 1/2 cross-section in coarse
limestone.
• Auxiliary structures: the Romain Rolland
dewatering structure, the Motorized Venting Bay
(BAM) north of the station, the partially buried
rectifier station, the Verdier ventilation structure,
the dead-end maintenance site, with fire-fighter
and staff access, as well as its two emergency
exits. Each structure is made of a shaft and a
branch with dimensions varying according to the
structure’s purpose.
The problem with these structures, to be construc-
ted in the dense urban area of the Paris region, is
aggravated by the presence of highly intense traffic
due to the presence of two major road intersections:
• East-West axis: boulevard Périphérique and
boulevard des Maréchaux,
• North-South axis: Avenue du Général Leclerc
and Nationale 20, with intense traffic between
south of Paris and suburbs in Malakoff,
Montrouge, and Clamart (92).
The structures to be built in phase 1 are the fol-
lowing, from north to south:
• The Appell and Leclerc linking structures,
to be fully constructed in the open air. Located in the
horizons Beauchamp sands and Marls, their execu-
tion is possible only after laying protection armouring
in the loop track of line 4 to maintain its operation.
• Porte d’Orléans tunnels: They are two struc-
tures, 7.80 m and 5.00 m wide, implanted in the
Marls. Their construction is performed partially in
the open air (north side), over 86 ml and 79 ml
respectively, and partially underground (south
side), over 40 ml and 64 ml. The open air sections
cross the Beauchamp sands before entering the
Marls. As for the underground construction
section, the tunnels approach the subface of the
Beauchamp sands, whereas the tunnel with 2
underground lanes is in contact with the raft foun-
dation of the Porte d’Orléans station.
• The Koufra connection and ventilation struc-
ture over 60 ml long, from 10 to 14 m opening
has its raft foundation located in the quarries. This
structure, due to environmental constraints, is to
be built underground under very low coverage
(less than a diameter) and fully in the quarry zone.
Before starting the earthworks, the implemen -
tation of a specific temporary support called
“umbrella arch”, by rigidifying the back excavated
while carrying over vertical loads longitudinally,
guarantees satisfactory conditions of performance
while minimizing risks of subsidence.
• The current interstation tunnel, from 7.40 m
to 7.80 m opening and about 450 ml length. Its
upper 1/2 cross-section is mostly located in the
Marls and its lower 1/2 cross-section in fractured
coarse limestone. This tunnel is built using the
mechanical pre-cutting method. This patented
method was developed by Perforex when digging
the RER in the 70s. It consists in producing, with
a “chainsaw blade” type cutter, cuts on the outline
1.2 - Presentation of phase 2structuresThe second phase includes the creation of two sta-
tions: Verdun Sud and Bagneux, and a train repair
and cleaning centre in the back station.
This second phase of the Line 4 extension, with a
total length of about 2 km, includes the following
main work:
• a current two-lane tunnel,
• a back station tunnel for train storage, mainte-
nance and cleaning,
• two stations with 95 m long platforms: Verdun
Sud in Montrouge (92) and Bagneux (92),
• structures on line: ventilation structure, rectifying
station, motorized venting bay (BAM), fire-fighter
access, access and emergency exit for operating
and maintenance staff.
In terms of route, extension phase 2 starts under
avenue de Verdun in Montrouge, then continues in
Bagneux. After crossing avenue Marx Dormoy, it fol-
lows avenue de Stalingrad, passage Chateaubriand
and the entire avenue Henri Barbusse.
2 - Treatment of phase 1-quarries-
Except for the first 160 m tunnel and two structures
linked with the Porte d’Orléans loop track, which
are frame structures built in the open air or under
decking, the entire extension, tunnel and station, is
implemented underground using conventional
methods, thanks to five attack shafts distributed
over the entire route.
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[ Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries
Geotechnical long profile of the project beside the boulevard Périphérique.
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°219 - Mai/Juin 2010
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the excavation work of the final structures in the
best possible conditions, prior treatment was
required. Also, the constraints imposed by the
discharge vault on the level of the side walls of the
future tunnel imposed, to secure the excavations,
but also to ensure durability of the structures, to
implement a perfectly controlled reinforcement of
the surrounding zone.
Instead of a treatment by injection from the surface,
with footprints to be adapted to existing structures
(buildings and networks), but mostly with control
not always guaranteed in non accessible quarries,
the engineers preferred reinforcing the quarries by
The underground structures are located in the Marls
on the arch and coarse limestone for the raft foun-
dation.
Among these well-known horizons of the Paris
basin, coarse limestone has the particularity of
having been used until the XIXth century to extract
construction materials. The quarries located on the
route of the extension are not visitable, hence
adding uncertainty as to their precise location, and
more particularly their condition. Over about half of
the route, the structure to construct is located
directly on the level of the quarry, either in close
proximity, a few meters above the roof*. To perform
physical access to the zones to be processed. The
method consists in creating small cross-section
shafts or galleries to reach the zones to reinforce,
then dig manually fillings in the quarry instead of
galleries often below 2 metres high, and replace
gradually these low specification fillings with 8 to
10 MPa cement mortar cast on site by successive
blocks. Keying the quarry roof is obtained by filling
with shotcrete or cement grout injection. Supporting
during the works is ensured first by maintaining the
largest possible number of columns* and installing
wooden billets between the sole* and the quarry.
Earthworks in small blocks, filled gradually
with mortar, allows having only a very small open
surface at a time, and working in acceptable safety
conditions.
Abstract from the map of the Inspection Générale des Carrières (IGC) with the project overlaid.
Tunnel with 14 m opening
Mode of use of Coarse limestone quarries.
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or raft foundation of the future tunnel. This
method allows reducing considerably the risks of
long term disorders in the zone of influence of the
project, likely to lead to surface compaction, even
subsidence.
• Control over quantities: roughly formed mortar
blocks allow precise control of the geometry of
reinforcements, offering the double benefit of
guaranteeing the entire reinforcement planned,
while also avoiding gravity flowing of the grout to
parts not concerned by the project, increasing the
quantities used.
Nevertheless, although constructed with smaller
blocks, emptying fillings and replacing them with
mortar caused surface settlements slightly larger
than expected for this type of work. We observed,
under 15 to 20 meters coverage, additional
The method consisting in emptying low specification
fillings and replacing them with mortar blocks offe-
red several benefits:
• Surveys: physical access to the quarries by
small cross-section wells or galleries allows top
quality on site surveying of fillings, the roof and
existing supports (hagues*, columns). This also
allows precise topographic recording, indispen-
sable for quarries not accessible with a geometry
indicated in the maps of the Inspection Générale
des Carrières (IGC) which is sometimes impre-
cise.
• Processing quality: although labour intensive
and longer than injection techniques, thanks to
resistance check of mortar and keying in roof, on
site reinforcement ensures rigorous processing
of the highly solicited zones by the discharge arch
settlements reaching punctually values above
15 mm, with maximum rates exceeding 5 mm over
a week. Fortunately, these extreme values were
recorded in the Serment de Koufra square with no
sensitive structure on the surface. We know that
such values are observed more often when
excavations have a large cross-section. These
movements exceeding plans were explained by
observations made while processing fillings. It
seems these quarries were used mainly without
leaving columns intact ; throughout progress of the
working face, which remained supported by
columns, quarries left the quarry roof lower onto the
fillings laid a few meters back ; this collapse broke
the roof slab by flexion (exactly as in “long cut”
mining, with a roof “crushed” behind running
support). This collapse broke most columns
designed to support the roof, laying the roof slab
onto existing fillings, and of course surface
subsidences.
At a given point, the collapse probably stabilized
when the working face was 10 to 20 m away. But
as filling was made of mixed operating waste, poorly
compacted and in discontinuous contact with the
roof, it made up a compressible bearing point which
probably continued collapsing for several decades.
The impact on the surface was probably hardly felt,
mainly because at the time of operation, Montrouge
was merely a countryside village.
Today, it is interesting to note that the slab forming
the roof of these quarries often has a sharp slope
(up to 12 %) at the approach of a non used coarse
limestone mass. Indeed, this mass is a non
Hand filling earthworks. Supporting billets between concrete blocks.
Concreting a supporting block.
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compressible bearing zone, as opposed to fillings ;
on its side, the roof slab often including fracturing
parallel with the working face, due to the flexion
loads it has incurred.
We understand that by disturbing a fragile balance,
the filling earthworks, even by small blocks,
generated an immediate reaction of the roof and
overlaying grounds, explaining subsidences observed
on the surface. Reinforcements have now been com-
pleted, and the digging work could start above quarries
“secured” by this major preparatory work. t
QUARRY ROOF DEGRADATION MECHANISM1 - Opening of the quarry
2 - Rock bed flexure and collapse of the quarry roof
3 - Fallen roof
Ciel fléchi contre la masse.
MMM-Glossary-
• Quarry roof: competent and unused limestone slab
supporting ground overlaying the quarry.
• Columns: posts made of limestone rubble, constructed by
the quarry workers to support the roof.
• Sole: raft foundation of the quarry.
• Hague: filling held by a wall in dry stones imbricated
together.
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