Rencontres techniques IREX Paris - 21 mars 2002 Le Projet
National de recherches MICROTUNNELS par Michel MERMET et Alain
GUILLOUX
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Le microtunnelage Technique de pose de canalisations sans
tranche en site urbain Diamtre 250 1200 mm Profondeur 3 15 m Projet
assainissement eau potable EDF - GDF rseaux tlcom
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Le forage horizontal dirig
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L organisation du P.N. Environ 25 adhrents : matres douvrages
entreprises laboratoires bureaux dtudes industriels (fournisseurs
de tuyaux, produits, etc ) Budget : 2,4 M.HT (16 MF) sur 7 ans
(1994-2001) financs par 20 % : DRAST (Ministre de lEquipement) 15 %
: adhsions 65 % : autofinancement
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Les objectifs du Projet National Le point de dpart (dbut des
annes 1990) : Intrt vident des travaux sans tranche en
environnement urbain mais faible dveloppement en France Les
objectifs : Amliorer les performances des matriels Adapter leur
utilisation aux spcificits gologiques franaises Affiner la qualit
des projets et la conduite des chantiers
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Le programme de recherche Concernant les Microtunnelages et les
Forages Horizontaux Dirigs Reconnaissances de terrain (gophysique)
Comportement des tuyaux Problmes lis la nature des terrains et
apport des additifs Suivis de chantiers (interactions
sol-structure)
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Le programme de recherche Rorient pour la seconde phase :
Tuyaux : tudes sur le frottement linterface avec les terrains
Suivis de chantiers : suivi mi-lourd renforc Impacts sur
lenvironnement et distances de scurit (forages essentiellement)
Caractrisation, optimisation et gestion des fluides de forages
(aspects environnementaux) Aspects socio-conomiques et contractuels
Autres applications des travaux sans tranche
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Le programme de recherche Mise en oeuvre Plus de 50 tudes
ralises par les divers organismes adhrents, chacune ayant fait
lobjet dun (ou plusieurs) rapport(s) dits par la FSTT et diffuss
aux adhrents Synthse finale : Rdaction de manuels de
recommandations
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Quelques rsultats sur le microtunnelage Comportement des tuyaux
: Effet des dviations sur la flexion Essais de flexion en atelier
Etudes en laboratoire sur le comportement dinterface sol-tuyaux
Mthodes de dimensionnement
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Quelques rsultats Reconnaissances de terrain : blocs et
obstacles : Mthodes gophysiques (lectrostatique et goradar
notamment) dveloppes et testes sur chantier Site-test construit au
LCPC prciser les limites des mthodes et vrifier leur
complmentarit
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Quelques rsultats Problmes lis la nature des terrains et apport
des additifs : Collage des argiles, abrasivit des terrains, broyage
des blocs (tudes bibliographiques) Laboratoire de mousse :
amlioration du marinage, avec campagnes dessais sur sables
(stabiliser le terrain) et limons (faciliter lextrusion)
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Quelques rsultats sur le microtunnelage Suivi experimental des
chantiers analyse des interactions sol-machine-tuyaux : Paramtres
de chantiers : lubrification, arrts de chantiers, quipement des
ttes Paramtres de terrain : nature des sols (par examen des puits
et du marinage) Paramtres de conduite : excavation, marinage,
vrinage, guidage, choix du pilote, raction de la machine
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16 chantiers suivis 3 types de machines : marinage hydraulique
marinage par vis marinage lair Profondeurs : 3 15 m Diamtre : 500
800 mm Terrains : argiles silteuses marnes sableuses sables et
graviers sables fins Quelques incidents observs lors des suivis
Blocage : terrains htrognes ou obstacles enterrs Dviations :
fissurations des tuyaux et dfauts dalignement Pousses excessives
(frottement sol-tuyaux) : limite la longueur des tronons (100 to
150 m) -> contrainte pour la conception Dsordres en surface :
tassements et soulvements (rares)
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Vitesse davancement en fonction du type de terrain (1) Marnes +
sables/graviers Graviers +sables silteux Changement de leau de
marinage
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Vitesse davancement en fonction du type de terrain (2)
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Principaux facteurs affectant la prcision du fonage Facteurs
mcaniques : stabilit du laser positionnement du bti de fonage
Facteurs de terrain : type et htrognits alternance de couches
molles et raides sols gros lments Experience du pilote
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Facteurs affectant le frottement sols-tuyaux Lubrification
Arrts de fonage Dviations Surcoupe Granulomtrie des terrains
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Objectifs Introduction - Observations in situ - Campagne d
essais en laboratoire - Conclusions Amliorer la conception des
projets de microtunnelage Frottement linterface sol/structure
Pression au front de taille Mouvements induits au massif de sol
travers Prvision de ces trois paramtres Connatre les forces mises
en jeu Apprhender les dgts occasionns
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Problmatique Le fonage PcPc F TuyauMicrotunnelier *Frottement
linterface sol-structure, F *Pression au front de taille, P c
*Mouvements induits dans le massif de sol Introduction -
Observations in situ - Campagne d essais en laboratoire -
Conclusions
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Problmatique : Frottement & Mouvement Influence de la
surexcavation diminution du frottement dcompression du sol F Vide
annulaire TuyauMicrotunnelier Introduction - Observations in situ -
Campagne d essais en laboratoire - Conclusions
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Instabilit potentielle du front de taille due une pression
insuffisante Introduction - Observations in situ - Campagne d
essais en laboratoire - Conclusions Problmatique : Pression en tte
TuyauMicrotunnelier Affaissement Refoulement potentiel au front de
taille d une pression en excs Refoulement TuyauMicrotunnelier
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Interprtation en Frottement Exemple : le chantier de Limoges -
tronon 2 Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions f = 1.8 kPa f = 5.3 kPa Augmentation de
la hauteur de couverture PcPc F
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Incidence de la lubrification Dbut lubrification volution de la
pousse de fonage en fonction de la longueur fore
-Chatenay-Malabry-
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Incidence des interruptions de fonage volution de la pousse de
fonage en fonction de la longueur fore Dbut lubrification
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Quantification du frottement supplmentaire induit au redmarrage
Augmentations de la pousse de fonage suite aux interruptions de
fonage - Champigny 4 -
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Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions Mthodes de calcul de Pc pour bouclier
marinage hydraulique Valeurs limites TuyauBouclier Refoulement
Affaissement quilibre limite : pressions classiques de bute et de
pousse Analyse limite : recherche du domaine de charges
potentiellement supportables pour une structure Valeurs
limites
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Interprtation en Pression en tte Exemple : le chantier de Barr
Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions p cmax Microtunnelier Eaux uses 3m 0
4.3mRuisseau profondeur
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La campagne dessais en laboratoire tude du frottement tude des
mouvements induits par le fonage dans le massif de sol Influence
de: la profondeur quivalente la surcoupe linjection de lubrifiant
la nature du lubrifiant Base pour la modlisation numrique
Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions Objectifs
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Chambre de Calibration vue d en haut Droulement dun essai
Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions Tuyaux Mise en place du sable dHostun RF,
des tuyaux et des capteurs Capteur de force PAPA uAuA uBuB et des
tuyaux ShSh x Capteurs de dplacement du massif de sol
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Introduction - Observations in situ - Campagne d essais en
laboratoire - Conclusions Chambre de Calibration vue en coupe
Injection de lubrifiant PAPA Programme des essais Sans / Avec
Surcoupe Sans / Avec Lubrifiant Lubrifiant : boue bentonitique boue
polymre
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Mouvements horizontaux du sol Introduction - Observations in
situ - Campagne d essais en laboratoire - Conclusions Sans
surcoupeAvec surcoupe ShSh R x ShSh Essai 3 - tuyau G (q s
=50kPa)
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Influence de la lubrification sur les mouvements (cas des
essais avec surcoupe) Introduction - Observations in situ -
Campagne d essais en laboratoire - Conclusions sans injection avec
injection boue polymre avec injection boue bentonitique ct bord de
cuve ct intrieur ShSh R x ShSh
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Modlisation numrique des essais avec surcoupe Calcul
bidimensionnel transversale Sol lastique parfaitement plastique
Interface sol-tuyau rigide-plastique Rsultats : volution des
contraintes normales mouvements du sol Introduction - Observations
in situ - Campagne d essais en laboratoire - Conclusions
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Synthse sur les essais Mise en vidence de l influence de la
surcoupe Rduction du frottement de 50% dans notre cas Apparition de
mouvements horizontaux Influence de la lubrification sans surcoupe
: augmentation du frottement avec surcoupe : peu dinfluence sur le
frottement, rle important de rduction des mouvements Introduction -
Observations in situ - Campagne d essais en laboratoire -
Conclusions
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Quelques rsultats sur forages dirigs Interaction sols-tuyaux :
Suivis de chantiers Essais de tirage en laboratoire (effet de la
lubrification, de la tte de tirage, de la nature et compacit des
terrains) Influence sur lenvironnement : prcisions et distances de
scurit, risques de soulvement
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Principe >100 m Rle de la boue Stabilisation du tunnel jusqu
la pose de la conduite Mise en suspension des dblais (nombreuses
phases darrt/dmarrage) vacuation des dblais (coulement laminaire en
conduite annulaire) ESIP Les fluides de forage
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Comprendre les mcanismes structuraux Caractrisation du
comportement mcanique des suspensions Analyses minralogiques des
poudres Dvelopper des modles de comportement Amlioration des
procdures exprimentales Dveloppement de modles mathmatiques simples
et ralistes Relier les proprits mcaniques aux situations de
chantier Nature des sols, pollutions, modes de prparation,
imprgnation des sols Simuler des coulements Travaux exprimentaux
sur boucle pilote, simulations numriques, dimensionnement d
installation - marinage Traitement et recyclage des boues Nos
objectifs ESIP Les fluides de forage
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ESIP Les fluides de forage Travaux sur Les proprits et la
rhologie de divers fluides de forage Les problmes lis la mise en
dcharge des dblais
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Boucle exprimentale coulements en conduites 2 m 3 m D=12 mm
D=19 mm D=32 mm Sens de lcoulement 4,10 m 1,70 m Fixe : Dbit Mesure
: - Pression - Vitesse - Temprature Conduites circulaires et
annulaires Paramtres coulement des boues de forage
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Loi Pression-Dbit coulements en conduites Le modle
dHerschel-Bulkley permet la simulation dcoulements laminaires
industriels Conduites Circulaires Conduites Annulaires Suspension
Wyoming 40 g/l
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Boue bentonitique Sols excaver Boue pollue physiquement et
chimiquement Recyclage ou Traitement avant rejet Sparation : phase
solide - pulpe Phase solide grossire Pulpe Eau clarifie Phase
solide fine + Interaction Sol Boue
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installation sur site vacuation et traitement hors site
Conditions de site (gologie, localisation) Volume de boue traiter
(gomtrie de louvrage) Nature de la boue Critres de choix dune
filire de traitement
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Effet du traitement
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Autres applications des travaux sans tranche Microtunnels
multiples en pr-soutnements de grandes excavations : Station du
mtro dAthnes (tassements) Forages dirigs en reconnaissance
gologique de grands tunnels : Chantier exprimental pour traverse
sous la Marne Champigny par microtunnelage
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Cots sociaux Etude bibliographique des mthodes dvaluation des
cots indirects et sociaux Facteurs de nuisances : gne, accidents,
conomiques Proposition dune mthode de comparaison des cots des
techniques avec et sans tranche
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Cots sociaux Caractristiques des travaux et de leur
environnement Evaluation de la sensibilit de la gne pour les
diffrents critres (peu sensible, sensible, trs sensible)
Coefficient multiplicateur du cot direct : 1,5 si peu sensible 3 si
sensible 6 si trs sensible Comparaison des cots en tranche et sans
tranche
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Conclusions Meilleure connaissance des facteurs qui
conditionnent un projet sans tranche Rdaction de recommandations
sur le microtunnelage et les forages dirigs (publication en 2002) :
lintention des Matres douvrage, Matres duvre, Bureaux dEtudes et
Entreprises
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Recommandations Volume A : MICROTUNNELIERS CONTENU 1.
Prsentation 2. Rappel des techniques et principes de fonctionnement
3. Synthse des paramtres affectant le droulement d'un chantier 3.1.
Paramtres conditionnant la ralisation d'un microtunnel Les cadences
d'avancement Les carts de trajectoire Les efforts de frottement Les
efforts en tte 3.2. Incidents pouvant survenir lors d'un chantier
de microtunnelage Blocage Dsordres sur les tuyaux Dsordres en
surface Roulis excessif 4. Recommandations pour les
reconnaissances
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5. Recommandations pour le choix des machines et quipements 6.
Recommandations pour la conception du projet, le dimensionnement
des tuyaux et du systme de fonage 6.1. Conception des puits :
diamtres, formes, mthodes de ralisation 6.2. Efforts de pousse
maximale frottements, longueurs 6.3. Fluides de forage (boues,
mousses) 6.4. Dimensionnement des tuyaux vis vis des charges
axiales (en cours de fonage ; dviations acceptables) 6.5.
Dimensionnement des tuyaux vis vis des charges transversales
(charges en service) 6.6. Traitement des boues 7. Recommandations
pour la conduite du chantier 8. Aspects socio-conomiques et
contractuels 8.1. Comparaison entre cots "en tranche" et cot "sans
tranche" 8.2. Mode de passation des marchs 8.3. Assurance-qualit
8.4. Prise en compte de l'environnement