Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les tunnels sont creusés soit de façon conventionnelle, avec des moyens mécaniques simples ou à l’aide de machines spécialement conçues à cet effet que l’on appelle des tunneliers. Ces machines sont des véritables usines mobiles qui creusent et mettent en place le revêtement définitif de l’ouvrage. La période récente a vu une évolution soutenue de cette technique. Le présent article explique le principe de fonctionnement des tunneliers, les avantages apportés par cette technologie ainsi que les différents types de tunneliers qui existent sur le marché.
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Tunnels can either be excavated using conventional means, with the help of rather simple mechanical equipment or with the help of specially designed machines which are called TBM (Tunnel Boring Machines). Those machines are truly like mobile factories which are capable of digging and placing the final lining of a project. The recent period has witnessed a rapid evolution of this technique. The present article details the working principles, the advantages brought by this technology as well as the different types of TBMs that can be found in the market.
Auteur(s)
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Benjamin LEROI : Directeur du service méthodes travaux souterrains - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
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David MAZEYRIE : Ingénieur principal méthodes travaux souterrains - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
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François RENAULT : Directeur technique tunnel - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
INTRODUCTION
Le secteur de la construction des tunnels couvre la réalisation de tunnels routiers ou ferroviaires. Il a également pour activité le creusement de galeries hydrauliques dans le cadre de projets hydro-électriques ou pour transporter des effluents. Même si des tunneliers, véritables usines mobiles souterraines, sont utilisés pour la réalisation de ces ouvrages, c’est le développement spectaculaire des métros à travers le monde qui a permis leur rapide évolution.
Avant l’utilisation des tunneliers, la mécanisation des opérations de creusement était limitée à l’usage de machines à attaque ponctuelle issues des pratiques de l’industrie minière ou à l’utilisation de machines de forage pour les projets ayant recours à des explosifs. Ces techniques sont limitées à la traversée les massifs rocheux. L’un des principaux avantages amenés par la technologie des tunneliers est qu’ils permettent de franchir des horizons géologiques jusque-là très compliqués et coûteux à traverser. En effet, la possibilité de confiner le front d’un tunnelier permet d’assurer, d’une part la stabilité de la face excavée même dans des horizons sableux ou argileux et sous la nappe, et d’autre part de maîtriser les tassements en surface. C’est pour cette raison que le développement de nouvelles lignes de métro en sites urbains, souvent situés dans des plaines fluviatiles, a été rendue économiquement possible et que l’industrie du tunnelier a vu son activité croître en même temps.
L’utilisation des tunneliers ne se réduit pas à la construction de métros. Des ouvrages de franchissement de grande envergure ont été réalisés grâce à ces machines. On retiendra le creusement du tunnel sous la Manche, les tunnels alpins du Saint Gothard, du Lötschberg et de la ligne ferroviaire Lyon-Turin.
Au-delà du fait que les coûts de réalisation des tunnels creusés au tunnelier sont inférieurs aux coûts de réalisation de tunnels en méthode traditionnelle dès que la longueur des ouvrages dépasse 2 ou 3 kilomètres, leur utilisation a permis de réduire le nombre d’accidents affectant le personnel du chantier.
Bien que la technologie des tunneliers ne soit pas récente, on continue à constater une évolution rapide et constante de ces machines. Les évolutions les plus récentes ont pour objectif d’élargir la gamme de terrains qui peuvent être creusés par un type de tunnelier, de détecter d’éventuels obstacles, ou bien encore d’augmenter les performances de creusement.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
tunnel | excavation
VERSIONS
- Version archivée 1 de mai 1992 par Pierre GESTA
DOI (Digital Object Identifier)
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Les différents types de tunneliers2. Les différents types de confinement
2.1 La nécessité du confinement
Le creusement d’un tunnel modifie l’état de contrainte initial qui règne dans le sol ou la roche le long du tracé de l’ouvrage. L’excavation d’un tunnel crée un front d’excavation qui avance à mesure du creusement du tunnel et une paroi d’excavation périmétrique.
Le front d’excavation et la paroi d’excavation sont des surfaces sur lesquelles le creusement du tunnel annule les contraintes normales si aucune disposition n’est prise. Ces conditions aux limites peuvent amener le sol ou la roche dans un état de rupture autour du tunnel et une action extérieure est alors requise pour ne pas atteindre cet état de rupture.
Dans le cas d’un tunnel creusé au moyen d’un tunnelier, le bouclier qui peut être assimilé à un cylindre du diamètre du tunnel excavé peut opposer a minima une réaction « passive » en s’opposant aux déplacements de la paroi d’excavation. Ce principe est celui des boucliers ouverts ou fermés, avec pose du revêtement définitif dans la jupe. Dans le cas des boucliers fermés, il peut être possible de créer une réaction active en injectant un fluide entre le bouclier et la paroi d’excavation. Ce procédé peut être requis pour contenir les déplacements de la paroi d’excavation et ainsi limiter les tassements en surface. Il peut également être requis pour lubrifier le contact.
L’exception est celle des boucliers à grippers qui ne possèdent pas de jupe et où le revêtement définitif du tunnel peut être réalisé à l’arrière du tunnelier. Le tunnelier est muni d’équipements permettant la mise en œuvre d’un soutènement temporaire immédiatement à l’arrière du bouclier.
Le front d’excavation peut également nécessiter un confinement pour ne pas atteindre un état de rupture du sol ou de la roche. La rupture du front d’excavation amène la déstabilisation d’un volume plus ou moins important de sol ou de roche vers le tunnel et crée ainsi un vide qui peut remonter à la surface et provoquer un fontis (figure 2).
Le confinement du front d’excavation qui est une réaction active a pour rôle de maintenir le sol ou la roche dans un état de stabilité maîtrisé. La présence de l’eau dans le sol ou la roche renforce alors le rôle du confinement car le front d’excavation peut être...
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Les différents types de confinement
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Machines pour la construction de tunnels – Sas de transfert – Prescriptions de sécurité - NF EN 12110 - –
-
Tunneliers – Prescriptions de sécurité - NF EN 16191 - –
ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association française des travaux et de l’espace souterrain
Association internationale des tunnels et de l’espace souterrain
France sans tranchée technologies
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