- tunnels en milieu urbain

7/28/2019 - Tunnels en Milieu Urbain

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De Coster Brice Gathon Romain

Potamianos Karolos Houaiss Fadi

U.L.B. Facult des Sciences Appliques

Projet de recherche documentaire

Techniques de construction de tunnels en milieu urbain

Descriptif et attentes :

La densit des sites urbains impose, de plus en plus souvent, la mise en sous-terrain desinfrastructures lies aux dplacements : trains, mtro, voitures, pitons

Il est impratif de limiter limpact de la ralisation de ces ouvrages sur la ville : limitation delemprise des chantiers dans lespace et dans le temps, limitation des nuisances

A cette fin plusieurs procds dexcution sont utiliss. Leur choix est li au type douvrage

raliser, leur profondeur, lenvironnement bti, la nature du sol, aux impratifsenvironnementaux, lconomie du projet

Lobjectif est de rpertorier les procds et den donner les domaines dapplication enillustrant par des exemples.


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De Coster Brice - 2 - Gathon Romain


Introduction .............................................................................................................................. 4La problmatique du transport urbain.................................................................................. 5

1. La ncessit daller en souterrain ............................................................................................... 5

2. Historique de la problmatique de lurbanisme souterrain......................................................... 52.1 Des origines de lurbanisme souterrain........................................................................... 52.2 aux associations internationales ..................................................................................... 5

3. La solution du souterrain............................................................................................................ 63.1 Les raisons daller en souterrain ......................................................................................... 7

3.1.1 Des raisons doccupation du sol et dimplantation .......................................................... 73.1.2 Des raisons disolation .................................................................................................... 73.1.3 Des raisons de protection de lenvironnement ................................................................ 83.1.4 Des raisons topographiques............................................................................................. 93.1.5 Des raisons sociales......................................................................................................... 9

3.2 Evaluation des ouvrages souterrains ................................................................................. 103.2.1 Cots de construction .................................................................................................... 10

3.2.2 Economies foncires...................................................................................................... 113.2.3 Economies proportionnelles certaines dispositions caractristiques .......................... 113.2.4 Economie dnergie....................................................................................................... 113.2.5 Cot de maintenance ..................................................................................................... 113.2.6 Cots de remplacement ................................................................................................. 11

3.3 Analyse des risques du souterrain ..................................................................................... 113.4 Conclusion ........................................................................................................................ 12

4. Problmes lis la ralisation des travaux et aux chantiers ..................................................... 134.1 Aspect juridique ................................................................................................................ 13

4.1.1 Emplacement de louvrage souterrain ........................................................................... 134.1.2 Nuisances de chantiers constates par le riverain.......................................................... 13

4.2 Encombrement de la surface et du sous-sol ...................................................................... 14

4.2.1 Encombrer la surface..................................................................................................... 144.2.2 Altration du site ........................................................................................................... 144.2.3 Encombrer le sous-sol ................................................................................................... 144.2.4 Transit des matriaux .................................................................................................... 14

4.3 Critres de choix des techniques ....................................................................................... 154.4 Problmes lis lenvironnement, aux sols ...................................................................... 15

4.4.1 Problme des nappes aquifres...................................................................................... 154.4.2 Problme de mouvements des sols ................................................................................ 154.4.3 Pollution des sols........................................................................................................... 16

4.5 Conclusion : planifier le projet souterrain court et long terme ....................................... 16Techniques de construction de tunnels ................................................................................ 17

1.1 Critres de choix de la mthode ........................................................................................ 18

1.2 Importance de la nature des terrains rencontrs ................................................................ 192. Mthodes de construction ciel ouvert .................................................................................... 202.1 Tranche ouverte............................................................................................................... 202.2 Tranche couverte. ............................................................................................................ 212.3 Techniques dexcution ciel ouvert................................................................................ 22

2.3.1 Mthodes sans blindage................................................................................................. 222.3.2 Mthodes avec blindage ................................................................................................ 23

2.3.2.1 Fouilles blindes...................................................................................................... 23


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2.3.2.2 Parois moules dans le sol ....................................................................................... 242.3.2.3 Palplanches mtalliques........................................................................................... 262.3.2.4 Pieux scants ........................................................................................................... 27

3. Tunnels excuts en souterrain................................................................................................. 293.1

Mthodes traditionnelles................................................................................................... 29

3.2 Tubes foncs ..................................................................................................................... 303.3 Boucliers & Tunneliers ..................................................................................................... 32

4. Techniques particulires........................................................................................................... 345. Conclusion................................................................................................................................ 34

Exemples dapplication.......................................................................................................... 35Conclusion............................................................................................................................... 37Index des figures..................................................................................................................... 38Bibliographie .......................................................................................................................... 39Annexe..................................................................................................................................... 40

1. Boucliers particuliers................................................................................................................ 401.1 Mthode du bouclier front ouvert................................................................................... 40

1.2 Le bouclier bentonite...................................................................................................... 412. Techniques particulires........................................................................................................... 432.1 Injections........................................................................................................................... 432.2 Jet grouting........................................................................................................................ 432.3 Conglation du terrain....................................................................................................... 452.4 Techniques utilises en prsence d'eau ............................................................................. 46

2.4.1 Rabattement de la nappe................................................................................................ 462.4.2 Murs drainants............................................................................................................... 46

3. Quelques exemples dapplications ........................................................................................... 473.1 Chantier Briot-Madou ..................................................................................................... 473.2 Tunnels sous la rue de la loi .............................................................................................. 473.3 Chantier Arts-Marnix-Toison dOr ................................................................................... 47

3.4 Chantier Arenberg-Ecuyer ................................................................................................ 483.5 Chantier station Monnaie .................................................................................................. 483.6 Chantier rue de la Loi, passage sous le chemin de fer ...................................................... 483.7 Chantier Maelbeek, passage de la valle........................................................................... 483.8 Chantier station Monnaie : Galeries Anspach................................................................... 493.9 Chantier sous le Parc Royal .............................................................................................. 493.10 Chantier rue des Fripiers ................................................................................................... 493.11 Chantier boulevard Anspach............................................................................................. 49


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Introduction

Pour son organisation en socit, lhomme a toujours eu besoin de se dplacer, que ce soit sur delongues ou courtes distances (entre les villes ou dans la ville). Paralllement ce besoin de dplacement

est apparu le besoin de concentration, de convergence, cest ce qui a donn naissance aux villes. Au coursdu temps, ce phnomne est parfois devenu si important que lon en arrive parler de mgalopole (il esten effet courant de rencontrer des villes de plusieurs millions dhabitants).

Ces deux phnomnes conjugus ont conduit les villes la saturation des rseaux de transport, enparticulier en leur centre. Il a donc fallu augmenter significativement la capacit des diffrents rseaux detransport. Mais la concentration en btiments augmentant avec la population, dvelopper ces rseaux nestsouvent plus possible : il est alors ncessaire de penser amnager la ville autrement.

Des sicles durant, les autorits ont pu amnager les villes sans trop de rticences de la part descitoyens. Mais le 20e sicle changea la donne avec laffirmation des opinions publiques. Depuis, il estimpensable de transformer visiblement la ville sans laccord des riverains. Cest ainsi que petit petit, lesous-sol urbain a t de plus en plus sollicit car il sest avr que construire en surface ntait plus

envisageable non seulement pour des raisons de congestion mais aussi pour des raisons desthtique et descurit.

Bien que ces modifications au niveau de la gestion des chantiers en ville soient bnfiques pour lescitoyens, elles posent quand mme problme aux ingnieurs chargs de la construction des ouvrages : auxproblmes purement techniques viennent sajouter des problmes dordre esthtique et organisationnel.

Ce travail fait le point des diverses contraintes auxquelles doivent faire face les autorits et lesingnieurs lors de lamnagement du sous-sol. Il comporte une liste non exhaustive des techniques lesplus couramment utilises dans la construction suburbaine ainsi que quelques exemples dapplications(avec justification du choix des techniques) tirs de lexprience souterraine bruxelloise.

Mais avant de pouvoir vraiment sattaquer aux problmes techniques, qui sont les principalesproccupations des ingnieurs, il faut dabord se poser les bonnes questions quant lefficacit et lafaisabilit des projets de construction souterraine.

Aller en souterrain prsente pas mal davantages (la solution souterraine savre tre la meilleuresolution dun point de vue purement urbanistique) mais apporte aussi son lot dinconvnients (sans parlerdes techniques, qui engendrent un net surcot, il faut aussi tenir compte dautres aspects tels la scurit, lamaintenance, la qualit de vie). Prsenter les diverses implications lies aux constructions souterraines estdonc ncessaire pour mieux comprendre limpact du souterrain sur la ville (et juger sa raison dtre danscelle-ci). Cest ici aussi un autre but recherch par ce travail : tudier la problmatique du souterrain dunpoint de vue juridique, urbanistique, conomique, social, etc. sans oublier laspect environnemental.

Ce travail ne se veut en aucun cas exhaustif quant au nombre et aux applications des techniques demme quil ne se veut pas complet quant la description dtaille de chaque technique. Des dtails quincessitent certaines connaissances pralables en gotechnique ainsi que certaines informations caractre rptitif ont t volontairement omis.


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La problmatique du transport urbain

1. La ncessit daller en souterrain

La ncessit du souterrain en ville est lie son dveloppement, notamment laugmentation de ladensit et des besoins de dplacement lintrieur de celle-ci. Autant de facteurs qui conduisent la ville la saturation de sa surface habitable.

La solution du sous-sol simpose donc naturellement pour offrir de lespace et contribuer lacroissance urbaine. Ces dernires annes, lvolution des techniques de construction a permis undveloppement sans prcdent de lutilisation du sous-sol.

2. Historique de la problmatique de lurbanisme souterrain

2.1 Des origines de lurbanisme souterrain

Cest la France qui fut pionnire en ce qui concerne la rflexion sur lurbanisme souterrain ds ledbut du sicle pass. Une premire rflexion apparut, il fallait dnoncer lencombrement anarchique dusol urbain, proposer denfuir la circulation urbaine, et rclamer la ncessit de penser la surface en mmetemps que le sous-sol.

Cette rflexion engendrera peu de temps aprs les prmices de lurbanisme souterrain au sein duGECUS1, seul mouvement de cette nature dans les annes 30. Ce mouvement se mondialisa rapidement.

Sa cration reposera sur plusieurs constats pour alimenter leur projet ; lun de ces constats est que lencombrement de la surface doit entraner limplantation de certaines fonctions en souterrain .

Au sein de ce groupe on trouve des architectes et des ingnieurs. Leurs motivations les conduiront faire des propositions concrtes damnagement et de gestion du sous-sol ainsi qu analyser lescontraintes techniques, juridique, conomique et humaine de leurs projets.

Ils dnoncent cette poque les maux urbains qui touchaient Paris (hygine, logement, circulation) quidoivent justifier l'utilisation du sous-sol dont les ressources sont inexploites.

Cette optique tait en totale opposition avec celle de ceux qui prconisaient la reconstruction pure etsimple de la ville. Alors que le GECUS avait comme objectif la conservation du patrimoine et l urbanismesouterrain le permettait.

2.2 aux associations internationales

A partir des annes 70, lurbanisme souterrain voit natre un intrt nouveau: il disparat en tant quedoctrine pour laisser place une autre approche. On assiste un clatement des proccupations. Lesannes 70 voient la cration de diffrents organismes fdrant les travaux souterrains dans chaque pays.

Ces associations dvelopprent un objet plus prcis : le tunnel et son excution.LAFTES2 voit le jour ainsi que lITA3. Elles sont puissantes et favorisent une meilleure diffusion des

techniques de pointe en matire de construction. Un engouement sest peu a peu manifest. Des projetsse dveloppent aussi au Canada, en Australie, aux Etats-Unis et au Japon.

1 Groupe dEtudes du Centre Urbain Souterrain


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Ces dernires dcennies, les concentrations urbaines et la croissance continue de la ville nont cess decrotre, les dplacements congestionnent les villes (dans les trs grandes villes le temps perdu dans lesembouteillages semblait doubler tous les six ans).

Les services techniques publics sont chargs de projets qui dfinissent une nouvelle architecture

spatiale de la ville, davantage tourne vers le souterrain. Le nouvel urbanisme souterrain intgre aussi ladimension environnementale dans ses projets (on libre la surface pour la rserver la nature, on enfouitles dchets).

3. La solution du souterrain

Depuis laube de lhumanit, lhomme sest content de planifier en deux dimensions. Cependant,cette planification se rvla petit petit inefficace. Mais lintelligence de lhomme lui a permis dagrandirson champ daction. En effet, le seul moyen pour augmenter lespace vital de lhomme sans prendre plusde place la surface de la terre (car ceci se rvle impossible avec les concentrations actuelles enbtiments) est de penser dans les trois dimensions. Bien que penser en trois dimensions soit quelque chose

dassez ais, mettre ces penses en pratique se rvle bien plus compliqu : les difficults techniques sontconsidrables. Mais ces difficults ont bien vite t surmontes par la science des hommes : enrassemblant les ides, en tenant compte de ses russites et ses checs, en utilisant sa force dimaginationet en amliorant ses techniques, lhomme est parvenu atteindre de bons rsultats et a pu construire lespremiers ouvrages souterrains.

Construire en souterrain na pas toujours t facile. Par contre faire usage de facilits souterraines estchose plus aise. Cest pour cela que ds le dbut de lhumanit, lhomme na fait quutiliser les facilitsque la nature avait mises sa disposition. Car lorigine des premiers ouvrages souterrains est bien lanature : les grottes et les cavernes sont le rsultat dactions naturelles. Mais certains impratifs ont amenlhomme sinstaller dans ces cavits naturelles, notamment pour viter les rigueurs du climat et lesagressions. Les habitations troglodytes jouent encore aujourdhui un rle marquant dans loccupation desous-sol.

Au dbut, lespace souterrain tait occup des fins de dfense. Pourtant, les principales volutions enmatire de souterrain ne se sont faites qu partir du XIXe et surtout dans le XXe sicle. Et cela suite audveloppement conomique, qui a engendr une croissance dans divers domaines dactivit humaine : lestransports (routes et chemin de fer), le stockage , etc.

Pour la bonne comprhension des raisons daller en souterrain, il est ncessaire de citerquelques caractristiques essentielles du sous-sol :

- Le sous-sol est un espace qui peut recevoir des infrastructures difficiles, impossibles ou indsirablesen surface.

- Le sous-sol offre une espace naturel protg mcaniquement, thermiquement et acoustiquement.

- Le sous-sol offre lavantage de protger lenvironnement extrieur des risques et nuisances lis certains types dactivits.- Le sous-sol est gnralement invisible, sauf aux points de liaison avec la surface.

2 Association Franaise des Travaux en Souterrain3 International Tunnelling Association


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3.1 Les raisons daller en souterrain

Ds laube de la civilisation, et plus fortement aujourdhui, nombreuses ont t les raisons qui ontpouss lhomme utiliser et amnager lespace souterrain. Parmi lesquelles :

- Des raisons doccupation du sol et dimplantation;- Des raisons disolation ;- Des raisons de protection de lenvironnement ;- Des raisons topographiques ;- Des raisons sociales.

3.1.1 Des raisons doccupation du sol et dimplantation

Lutilisation du souterrain dcoule dun manque despace la surface et permet de construire unemplacement o la construction en surface ne serait pas possible. Limplantation en souterrain estprfrable pour de nombreuses constructions car leur existence en surface est gnante pour les rseaux deservice public.

Il est aussi souvent ncessaire de sparer les activits de transport incompatibles ou dengendrer desliaisons commodes entre elles, par exemple, la circulation des pitons dans les gares de chemins de fer etdans les ouvrages dchange entre les bus et les trains. La sparation des niveaux de circulation estgnralement prfrable et la mise en souterrain des voies de circulation limite souvent les impacts sur lacollectivit.

Fig. 1 : Coupe dune intgration souterraine en milieu urbain

3.1.2 Des raisons disolation

Lisolation est lune des principales raisons qui pousse la construction en souterrain ; le sol offre unebonne isolation, les domaines disolations sont :


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- Le climat : le sous-sol fournit un environnement thermique stable et cohrent par rapport au climatquon trouve en surface, cela offre un avantage consquent du point de vue conomie et stockagednergie.

- Les catastrophes naturelles et les sismes : les ouvrages souterrains sont naturellement protgscontre les orages, les temptes, les tornades. Ils peuvent aussi rsister aux dgts crs par lesinondations, sous prcaution de prendre des mesures spciales pour protger les ouvrages contrelinvasion des eaux. De plus, ces ouvrages prsentant des avantages certains en matire dersistance aux sismes, ils sont moins sensibles quen surface.

- La protection : les ouvrages souterrainsfournissent des avantages en ce qui concerne la protectioncontre les explosions, en absorbant les chocs et lnergie dissipe. La seule condition est quelouvrage doit tre quiper dun systme de filtration de lair extrieur.

- Le confinement : le confinement agit en sens inverse de la protection. Il est trs important pourprotger la surface vis--vis des nuisances et dangers cres par certaines installations, comme lestockage de matires dangereuses et leur exploitation (dchets nuclaires, chimiques, etc.).

- La scurit : le principal avantage des ouvrages souterrains demeure dans le nombre limit de leursaccs et la facilit de les scuriser.

Fig. 2 : Installation douvrages nuclaires

3.1.3 Des raisons de protection de lenvironnement

Le sol offre une srie davantages dans le domaine de la protection de lenvironnement. Ces avantagessont essentiels lorsquil convient de concevoir des installations faible impact sur lenvironnement.

- Laspect visuel et esthtique : un ouvrage enterr cre un impact visuel moins important, voire nul,

quun ouvrage quivalent ralis la surface. Ceci peut aider, le fait de cacher des installationstechniques dans des zones sensibles, de plus pour la protection des paysages naturels et desralisations architecturales,cest galement un avantage non ngligeable. Les volonts progressivestendant enterrer les rseaux de services publics rsultent, principalement, dune rflexion sur labeaut et lamlioration de la protection contre les lments naturels.

- Lcologie : les ouvrages souterrains permettent de protger la vgtation naturelle. Les dommagessont moins importants sur le cycle cologique, aux niveaux local et mondial.


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Fig. 3 : La varit des installations souterraines

Fig. 4 : Tunnel dautoroute formant une traverse verte

3.1.4 Des raisons topographiques

Dans les zones montagneuses, le recours aux tunnels rend ralisables diverses variantes de transport,les routes, les voies ferres, et il prsente une solution intressante pour le franchissement des fleuvesdont la mauvaise qualit de terrains (alluvions gorges deau) comporte de nombreuses difficults(solution le tunnel immerg). Dune faon gnrale, lutilisation de lespace souterrain prsente plusieursavantages dans le domaine damnagement dinstallation ou dinfrastructures. Ces avantages rsultentprincipalement de la libert (sous rserve des contraintes gologiques et conomiques, par exemple leprojet du mtro de Bordeaux a t abandonn au profit dun tramway en site propre, pour des raisons decots lis une gologie difficile, pour des raisons durbanisme lies une gographie urbaine asseztale) dengendrer un ouvrage en trois dimensions avec des barrires existant en surface.

3.1.5 Des raisons sociales

Lespace souterrain a un rle principal jouer sur le plan social et ce, en offrant de bonnes conditionsde vie. Il sagit ici de la diminution de la pollution et du bruit, de lutilisation active de lespace, dudveloppement conomique, de la protection du cadre de vie, de la sant publique et de la scurit. Dansces diffrents domaines, il prsente des nombreux avantages :

- Les tunnels ont un rle vital pour amener et vacuer leau en site urbain.


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- Les tunnels permettent l'installation dun systme de transport qui respecte lenvironnement, rapideet discret.

- Les tunnels routiers urbains dbarrassent la surfaces des vhicules ce qui implique une rduction dubruit d la circulation, dautre part lair devient lgrement moins pollu et enfin loccupation desurface peu tre utilise dautres fins.

- Les parcs de stationnement et les centres commerciaux souterrains en centre ville librent delespace en surface pour des activits de loisirs et des terrains de jeu.

- Les galeries techniques usages multiples sont moins sensibles aux conditions extrieures etcausent moins de perturbation quen surface lors de la rparation ou de la maintenance desquipements qui y sont installs.

Fig. 5 : Tunnel routier urbain

3.2 Evaluation des ouvrages souterrains

Les questions conomiques occupent une place trs importante dans le processus dvaluation de lapossibilit daller en souterrain. En gnral, le cot de construction en sous-sol est suprieur celui ensurface (une comparaison surface-sol dun point de vue budgtaire na aucun sens). Dun autre ct, lesavantages conomiques dune infrastructure souterraine doivent tre calculs long terme. De plus, ilconvient de prendre en compte les divers avantages au niveau environnemental dans lvaluation de toutprojet souterrain.

Pour lvaluation dun projet de construction souterraine, il faut prendre en compte les cots deconstruction et la dure de vie de louvrage . Cest sur base de ces deux points que lon pourrarellement valuer le prix de revient de louvrage.

3.2.1 Cots de construction

Malgr les importants progrs au niveau des mthodes de constructions, le cot de ralisation dunprojet souterrain est gnralement plus lev que celui dun ouvrage similaire fourni en surface. Cela


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mme si les avantages pour lenvironnement de la solution souterraine peuvent faire bnficier le projetdaides financires (souvent de la par de lEtat). Cependant, il est noter que les cots de construction ensouterrain diminuent proportionnellement plus que ceux en surface. Mais les rglements plus svres etles cots de prservation de lenvironnement changent la majorit des effets conomiques des progrsenregistrs en construction. Nanmoins, ces progrs techniques ont permis de crer de hauts degrs descurits au niveau des souterrains.

3.2.2 Economies foncires

Lconomie quon peut raliser en tablissant un ouvrage souterrain est la mme que si on construisaitsur plusieurs niveaux en surface: on peut construire plusieurs tages pour un mme prix dtablissement(achat du terrain, droits de passage, etc.). Le prix dtablissement au mtre carr diminue alors de maniresignificative.

3.2.3 Economies proportionnelles certaines dispositions caractristiques

Les caractristiques physiques des ouvrages souterrains fournissent des avantages conomiques parrapport des ouvrages de surface, par exemple lisolation thermique diminue la charge dun systme deconditionnement dair, ce qui permet d'tablir un systme moins important et donc moins coteux.

Les cots peuvent tre moins importants en souterrain quen surface, lusage, et ce sur plusieurspoints :

- les vibrations- une temprature constante- le nettoyage

3.2.4 Economie dnergie

Les avantages thermiques des constructions souterraines aboutissent sur le fait de dpenser moinsdnergie pour le rchauffement ou le refroidissement de louvrage. Tandis que les cots daration etdclairage peuvent alors augmenter, mais les avantages thermiques quilibrent ceux-ci sous les climats

raisonnables, voir svres.3.2.5 Cot de maintenance

Lisolation physique des ouvrages souterrains par rapport au facteur denvironnement en surfaceresponsable de la dgradation des lments des constructions rduit les cots de maintenance pour lesouvrages en sous-sol.

3.2.6 Cots de remplacement

Lesprance de vie dun ouvrage souterrain est largement plus leve que celui dune construction ensurface. En effet, les ouvrages souterrains sont isols de tout contact grce la couche terre qui les sparede la surface ; ce qui les prserve. Par exemple, on relve danciens tunnels qui sont en service depuis

plus de 100 ans.

3.3 Analyse des risques du souterrain

L'accroissement des besoins pesant sur les constructions en sous-sol a conduit donner plusdimportance la prise en compte des risques. Des tudes de faisabilit, des rglements ainsi des contratsdoivent dsigner les catgories suivant les risques :


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- Risques financiers, par exemple, surcots ou taux de retour sur investissement infrieurs auxprvisions.

- Risques contractuels, par exemple, les travaux supplmentaires non budgtiss, ou des retards dansles travaux.

- Conditions de terrain, par exemple, caractristiques gologiques imprvues, mauvaise valuation decomportement de terrain ou prsence deau de manire plus importante que prvue.

- Risques de mauvaise construction, par exemple, fuites dans les joints, dfaillance de tunnelier.- Risques environnementaux, par exemple, la dgradation de la qualit des eaux souterraines, les

dgts suite aux travaux ou nuisance sonore.- Risques en exploitation, par exemple, les tunnels o circulent des moyens de transports.

Fig. 6 : Coupe dun ouvrage souterrain

Dans ce cadre pour une meilleure utilisation de lespace souterrain , lAITES constitue des groupesde travail pour tablir des rapports en rassemblant des informations sur les techniques, lamnagement,lconomie et galement aborder un point de vue social.

3.4 Conclusion

Lintrt qui est port lutilisation de lespace souterrain urbain est grandissant car il peut tre la

solution bien des problmes actuels. Les amnagements possibles de cet espace peuvent rpondre desnotions de valorisation des centres anciens figs dans leur historique et dans leur bti inadapt la vieurbaine actuelle. Cette utilisation rationnelle du sous-sol devrait tre aussi applique aux villes nouvellesafin de rpondre, de manire anticipe, aux logiques constructives qui font dfaut nos villes anciennes ;mise en galeries des rseaux concessionnaires, dessertes par des voies rapides, parkings, locauxtechniques Ces propositions semblent dautant plus ralistes que les moyens et les techniques decreusement des sols permettent de construire des cots qui nont fait que diminuer au cours des


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dernires annes. De plus, les conditions de matrises technologiques sans commune mesure avec ce quise pratiquait dans un pass relativement rcent.

Pour venir renforcer de tels principes, il semble utile que les dcideurs, voire le lgislateur, considrentncessaire le recours lusage du sous-sol et dterminent une politique prventive et raisonne de cet

usage. Le lgislateur doit dans le cadre de cette vision prospective de dveloppement dfinir cettepolitique qui regroupe suivant une logique unique damnagement en surface et en souterrain.

4. Problmes lis la ralisation des travaux et aux chantiers

Un tunnel de mtro ou toute autre infrastructure souterraine ralise en site urbain est gnrateur derisques et de problmes. En dehors de laspect financier il existe des problmes dordre technique et desnuisances, qui sont les particularits du milieu urbain d'autant plus sensible que l'on se trouve sous un btidense.

Parmi les diffrents aspects des nuisances dues aux chantiers et aux travaux on a principalement :

Les nuisances sonores et vibratoires ;

Dgradation du site ; Encombrement physique du site (blocage ventuel de la circulation, des surfaces pitonnes,

etc.) ;

Problmes lis lenvironnement ;

Problmes lis aux mouvements des sols et leur rpercussion sur les btiments en surface.

4.1 Aspect juridique

4.1.1 Emplacement de louvrage souterrain

Les rseaux de transport souterrain doivent tre, prioritairement, tablis au-dessous du domaine public(par exemple le long d'un grand axe, d'une avenue, des voies publiques) ; alors les seuls problmes qui seposent sont lis aux dommages et aux nuisances susceptibles d'affecter les proprits prives voisines.

Mais des impratifs techniques ou la nature des travaux peuvent conduire dborder du domainepublic, et les projeteurs doivent donc obtenir des propritaires leur consentement pour cet empitementsur leur trfonds ou prendre des mesures d'expropriation.

L'indemnisation des dommages et des nuisances se rgle habituellement selon le rsultat desexpertises. Parfois, lorsque l'on sait l'avance que les nuisances seront importantes, il peut tre intressantd'acqurir les btiments pouvant tre affects par les travaux. Le problme se pose galement lorsque lestravaux interfrent avec des ralisations dj existantes (un tunnel de mtro au voisinage d'un parkingsouterrain).

4.1.2 Nuisances de chantiers constates par le riverain

Lune des plus importantes nuisances constates par le riverain est la nuisance sonore.

Les nuisances sont plus ou moins supportables selon leur intensit, leur dure et le lieu concern. Ilexiste bien videmment des normes et des rgles respecter mais mme dans le respect de larglementation des engins et matriels, les chantiers peuvent gnrer des nuisances sonores (ou autres)drangeantes.


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Les moyens de prvention de ces nuisances sonores relvent principalement de l'initiative dubourgmestre.

Sur base juridique, celui-ci peut limiter les nuisances gnres par les chantiers sur le territoire de lacommune en dfinissant notamment les horaires possibles ainsi que les priodes autorises pour les

travaux. Certains travaux considrs comme gnants peuvent tre soumis un contrle, travers uneautorisation de travaux.

Les deux choses principales qui peuvent justifier une plainte de la part du riverain et qui engendreraune rpression sont les suivantes :

une dure excessive de travaux ;

le non-respect des recommandations formules par les experts.

4.2 Encombrement de la surface et du sous-sol

4.2.1 Encombrer la surface

Il existe un impact non ngligeable sur les autres circulations (trams, voie publique) et rseaux lors dela construction douvrages souterrains. Il faut le prendre en compte, les travaux ne doivent pas gner ou lemoins possible les activits prsentes en surface.

Ex : lors de la construction de certains tracs, il est parfois ncessaire de travailler au milieu de lachausse (parfois sur des accs importants). Il faut donc grer le problme et trouver un compromis entrela dure totale des travaux et un arrt partiel ou total de la circulation cet endroit (par exemple enconsidrant que lon peut effectuer le chantier en deux fois en ne gnant quune partie de la chausse lafois).

4.2.2 Altration du site

Dans la mme problmatique, une autre chose prendre en compte est le problme de laspect du site

urbain qui doit tre drang et dfigur le moins possible par les travaux. Cela pose souvent problmelorsque les travaux ont lieu un endroit important ou trs frquent. On peut alors se demander si lestravaux sont vraiment justifis cet endroit et remettre en cause le projet.

4.2.3 Encombrer le sous-sol

Il y a aussi un problme dencombrement du sous-sol juste sous la surface (fondation, canalisations,rseaux, etc.) prendre en compte. Ainsi on peut viter les problmes en creusant sous la voirie ce quivite lventuel renouvellement (destruction, suivi dune reconstruction) de celle-ci ce qui sajouterait aucot de louvrage et augmenterait les nuisances lies au chantier.

4.2.4 Transit des matriaux

Un autre problme concerne lapprovisionnement en matriaux et lvacuation des dblais. Il fautdonc un accs au chantier pour assurer ce transit ; ce qui occasionne un drangement supplmentaire de lasurface ; bien que dans certains cas le transit puisse tre effectu partiellement en sous-sol moyennant uncot plus lev.


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4.3 Critres de choix des techniques

Se pose le problme du compromis entre le drangement minimal et les autres impratifs. On doitchoisir une technique qui offre le meilleur compromis entre lencombrement d au chantier et la facilit

dapplication sur les lieux, pour un ouvrage particulier sur un site donn. Il ne faut pas ngliger le cot dela ralisation qui est un facteur de poids dans le choix de la technique.

En ville on privilgie bien videmment les techniques de creusement en sous-sol par rapport celles ciel ouvert pour gner la surface le moins possible. Une mthode partiellement ciel ouvert, bien quellesoit souvent la plus avantageuse au niveau du cot et plus simple raliser, pose de nombreux problmeslors des travaux :

- insertion dans des voies de circulation troites et souvent encombres (circulation difficilementmaintenue) ;

- difficult du maintien des arbres et espaces verts ;- nuisances sonores et esthtiques pendant les travaux.

Ces mthodes se heurtent ainsi souvent l'opposition des riverains.

De plus, il est souvent prfrable de creuser plus profond en sous-sol pour viter le dplacement desinfrastructures existantes, telles que les canalisations, les rseaux lectriques et tlphoniques, etc.

Dans l'histoire rcente des travaux souterrains en zone urbaine, l'intervention des riverains contraintles techniciens appliquer de nouvelles techniques : ils ont rduit l'encombrement des chantiers eninventant des machines de trs petite taille, en imaginant de nouveaux modes de creusement, en trouvantdes solutions d'insonorisation (les caissons).

4.4 Problmes lis lenvironnement, aux sols

Seul les impacts hydrogologiques et gologiques peuvent tre dfavorables un projetdinfrastructures souterraines. En effet les autres aspects justifient justement plus la construction ensouterrain que les infrastructures de surface (aspects esthtiques, pollution, etc.).

On a souvent un sol meuble, des nappes faibles profondeurs ce qui posent notamment des problmesde rsistance et de stabilit mcanique (et ncessitent parfois des techniques spcifiques de traitement dessols).

On distingue trois problmes principaux :

4.4.1 Problme des nappes aquifres

Le sous-sol urbain tant souvent constitu de terrains meubles et aquifres, cette situation gologiqueimplique des difficults lies la prsence de l'eau. Les techniques actuelles de construction posentessentiellement des problmes environnementaux : c'est souvent l'impact des ouvrages sur l'coulementdes nappes qui semble avoir le plus grand effet et non les nappes sur louvrage.

4.4.2 Problme de mouvements des sols

Les travaux souterrains peuvent tre la cause de dsordres sur les immeubles voisins. Ces ventuelsdsordres, lorsqu'ils sont constats, proviennent du mouvement des sols. Ceux-ci peuvent aussi biensaffaisser suite une dcompression du sous-sol, que se soulever aprs un traitement du terrain. Leurimportance peut varier de quelques millimtres jusqu plusieurs centimtres. Ils proviennent non pas


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dun manque de savoir-faire mais plutt dune insuffisance qualitative et quantitative de la reconnaissancedes sols.

Pour faire face ces problmes de mouvements des sols, on peut avoir recours certaines techniquesdamlioration des terrains comme la conglation des sols par exemple. La connaissance approfondie de

la gologie doit tre un passage oblig. Cette connaissance est la base de la matrise des risquestechniques.

4.4.3 Pollution des sols

Les entreprises posent de nombreuses questions concernant l'obligation d'assainir les sols.

Si on prend lexemple de Bruxelles, aucun texte spcifique visant la protection du sol nexiste(contrairement certaines rgions) ; la Rgion de Bruxelles-Capitale fait alors notamment appel lalgislation relative au permis d 'environnement. Son titulaire est tenu de :

veiller viter une pollution du sol, den rduire ou supprimer les dangers, nuisances ouinconvnients si elle survient;

d'en signaler immdiatement la survenance l'IBGE4

; lors de l'expiration du permis, dassainir les sols pollus lorsque la pollution prsente un danger,

une nuisance ou un inconvnient.

4.5 Conclusion : planifier le projet souterrain court et long terme

Concevoir un projet souterrain est un acte multiples dimensions simultanes. Que ce soit pour desraisons de nuisances ou dencombrement de la surface, les travaux ne reoivent que rarement laccord dupublic. Il faut donc essayer de concilier l'intrt gnral et celui des riverains sans perdre de vuelimpratif du dveloppement long terme de la ville. Autrement dit, comment grer la double dimensionde l'intrt local et de l'amnagement gnral de la ville ?

4 Institut bruxellois pour la Gestion de l'Environnement


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Techniques de construction de tunnels

Quelques notions de base sont ncessaires avant de parler proprement dit des techniques deconstructions des tunnels.

Un tunnel est une galerie souterraine de grande section, donnant passage une voie decommunication.

Un site urbain est un ensemble form par une ville et ses banlieues, ou communes isolescomptant plus de 1000 habitants par km2.

Toute construction dpend du lieu o elle va tre ralise. Pour les tunnels, il faut donc prendre encompte diverses donnes, comme le type de sol, la stabilit de celui-ci, la profondeur laquelle onsouhaite arriver, etc. Cest ainsi que les techniques de construction doivent tenir compte de lhydrologie etla gologie du sol. Pour dterminer les caractristiques du sol, on fait appel plusieurs types de sondesqui apportent chacune des informations particulires.

Etant donn la densit des buildings et autres construction en surface, il est parfois ncessaire et

impratif de consolider le sol concern pour la ralisation dun tunnel. Les consolidations ne sont parfoisque temporaires, et ne sont donc ralises que pendant la dure des travaux. Dans ce cas, on utilise surtoutla conglation du sol. Cependant, certains endroits ncessitent un renforcement dfinitif, on prfreraalors les injections.

De plus, en ville, on ne peut pas construire o lon veut, car des autorisations sont ncessaire (permisde btir, etc.) et le sous-sol urbain est souvent dj fort occup. De plus, un tunnel plac plus profondcotera beaucoup plus cher. Et comme cit plus haut, il faut aussi prendre en compte le type de sol ; cestdonc un rel casse-tte, rempli de paramtres diffrents qui se prsente quiconque entreprend laralisation dun tel ouvrage.

Cest ainsi que les plans de constructions (qui justifieront aussi le choix des techniques) doivent tenircompte

- du trac des voiries ;

- de la largeur entre les faades (et surtout entre les fondations) ;

- de la stabilit du sol et des immeubles riverains ;

- des ouvrages souterrains existants.

De manire gnrale, les ouvrages doivent tre conus en tenant compte de ces divers impratifs et lesprocds dexcutions doivent tre adapts le mieux possible aux caractristiques de sol (tant en surfacequen profondeur). Souvent (et ce fut encore plus le cas Bruxelles), il nest pas possible denvisager unemme mthode pour la construction du rseau entier (rares sont les terrains urbains avec des structureshydrologique et gologique constantes).

Cependant, il faut veiller la cohrence du rseau (du point de vue de la taille des tunnels mmesrails, mmes voitures) et au bon fonctionnement des services attendre.

Globalement il est possible de distinguer 2 familles de techniques :- A ciel ouvert- En sous-sol


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De plus, en ville, la construction douvrages souterrains est rendue difficile, entre autres exemples, parla position leve de la nappe phratique, la prsence de constructions mitoyennes ou la ncessitdexcuter des fouilles de grande profondeur*, linstabilit des terres, etc. Pour ces types douvrages, ilfaut faire appel des techniques spciales. (Il est noter que cette difficult apparat pour la constructionde toute paroi, fondations comprises.)

En ville, la principale difficult surmonter est la prsence deau. La parade la plus simple et la plusconomique est de rabattre la nappe aquifre. Mais ce rabattement est souvent impossible. Cest le casnotamment lorsquon a faire un sol particulirement tanche qui rend le rabattage par puits filtrantsphysiquement impossible, ou, lorsque la permabilit des terrains est trs htrogne de sorte que certainsdentre eux, dnoys, sont susceptibles de se tasser, provoquant ainsi des dsordres dans les structuresexistantes ou encore lorsque limportante hauteur de rabattement ncessaire ncessiterait une longuedure de pompage, coteuse en nergie.

Un autre facteur est la stabilit des terres. Bien que ce facteur influence toute construction souterraine,il est plus dlicat en ville ds lors quil faut tout prix viter les boulements.

Au cours des dernires dcades, on a assist une grande multiplication des constructions souterraines

dans les grandes agglomrations, souvent pour des raisons de transport et de stockage.Ce sont surtout les rseaux de transport en commun en site propre qui se dveloppent. Actuellement, la

plupart des grandes villes en Europe et dans le monde possdent un rseau souterrain.

1.1 Critres de choix de la mthode

Les problmes poss au concepteur et au ralisateur des tunnels en milieu urbain sont particulirementnombreux et dlicats pour les ouvrages du type mtro et ce, en raison de leurs dimensions transversalesimportantes et de multiples contraintes.

Si les tracs en plan rpondant aux contraintes d'exploitation en matire de gabarit, de pentesmaximales admissibles, de rayons de courbure minimale peuvent correspondre un axe important de

voirie urbaine, et si le profil en long permet de suivre de prs le niveau du terrain naturel, le choix de laconstruction en tranche s'impose.

Par contre si, en raison de la topographie ou de l'existence d'ouvrages souterrains (tunnels, goutscollecteurs, etc.), le profil en long du tunnel ne peut suivre la pente du terrain et que le volume des dblaiset des remblais dpasse notablement celui de l'ouvrage, la construction ciel ouvert n'est pas conomique.

De mme, l'existence de rues sinueuses et d'une couche suffisamment importante, situe faibleprofondeur, dun terrain dur et homogne peuvent impliquer la construction par avancement.

Dans certains cas, la longueur relativement importante dun tronon de tunnel de section constantepeut autoriser la mise en oeuvre d'un procd d'excution en souterrain ncessitant de grandsinvestissements initiaux (bouclier, machines forer, etc.).

Qu'il s'agisse de l'une ou l'autre mthode d'excution, en tranche, en souterrain, le choix du procdest influenc par :

* Les nouvelles conditions hydrauliques cres par ltablissement de louvrage imposent desprofondeurs plus grandes afin de satisfaire les limites dfinies par la nature et le degr dhumidit dessols.


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- l'existence dans le voisinage douvrages de construction souterraine en superstructure (enfonction de leur nature, de leurs importants et des marges de scurit qui les caractrisent,particulirement de leur fondation).

- les proprits des sols encaissant, au-dessus, en dessous de part et d'autre des ouvrages :compacit, et rsistance, permabilit, compressibilit et hydrologie. cet gard, il faut considrerque mme si les conditions de terrains sont peu favorables, les techniques modernes derecompression, de consolidation et d'tanchement des terrains permettent de construire un tunnel l'avancement, sans crer de dsordres notables dans les constructions existantes.

- la prsence des canalisations enterres de toute nature (gaz, lectricit, tlphone) ; les dviationstrop nombreuses de canalisations grvent l'conomie d'une solution par rapport l'autre.

- le trafic de surface en cours des travaux (pitons, vhicules automobiles, tramways) et lancessit de maintenir les accs aux immeubles riverains (industries, commerces, rsidences), lagne tant d'autant plus grande que la voirie est plus troite ; ces contraintes obligent souvent avoir recours la mthode de l'excution en tranche couverte, ou la ralisation l'abri d'unplatelage provisoire permettant le maintien de la circulation.

- les projets de constructions nouvelles qui peuvent avoir une incidence sur la conception et lesconditions d'excution des souterrains.

Il ne sera gnralement pas possible d'adopter une mthode unique applicable l'ensemble des tunnels.Il est cependant indispensable que le choix des divers procd adopter permette d'aboutir un ensembled'ouvrages cohrents du point de vue aspect, gabarit du matriel roulant, services attendre, et de lesmener bonne fin et au moindre cot.

1.2 Importance de la nature des terrains rencontrs

La plus grande difficult de l'tablissement des projets tient l'ignorance de l'tat gologique,gotechnique et gologique des souterrains o ceux-ci doivent tre construits. Pour tablir des projets quiprsentent le moins d'alas possibles, il tait essentiel de lever cette indtermination.

Une certaine progressivit de l'tude gologique accompagnant la mise au point du projet estncessaire. Cette tude correspond trois tapes principales.

Dans ltape prliminaire de dfinition du trac, les renseignements existants (cartes gologiques,fondations et conditions de construction d'ouvrages dans les sites concerns, etc.) permettent unepremire approche du problme.

La seconde tape, qui correspond l'tablissement de l'avant-projet, ncessite de fixer lesprocds gnraux d'excution et les structures, ainsi que l'implantation prcise de l'ouvrage. Ledossier d'tudes gologiques qui l'accompagne doit comporter tous les renseignementsncessaires.

La troisime tape qui est celle de la prparation des marchs d'entreprises demande uneconnaissance dtaille du terrain. Il faut prciser certaines conditions d'excution qu'il n'est pas

essentiel de connatre au stade prcdent, telles que l'importance des installations de rabattementde la nappe et l'adaptation exacte des moyens mettre en oeuvre. Cette connaissance dtaillepeut ncessiter, outre des sondages complmentaires, des chantiers d'essai (puits, galeries, etc.)qui doivent tre disposs pour tre utiles ultrieurement la construction proprement dite.

L'tude gologique doit donc accompagner l'avancement du projet et non la prcder. Elle fait partieintgrante du projet et demande une collaboration entre chefs de projet et spcialistes, ces derniers tant


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mme d'interprter toutes les observations possibles pour les obtenir au meilleur compte avec le minimumd'erreur, en appliquant les mthodes de la gologique classique un problme local.

2. Mthodes de construction ciel ouvert

Que ce soit en ville ou ailleurs, les travaux de construction ont lieu aprs les divers sondages et autresoprations ncessaires la dcision de construire louvrage. Pass cette tape, on prpare les environsimmdiats accueillir le chantier : dviations de la circulation, protection des btiments riverains, etc. letout devant tre accompli de la manire la plus efficace possible pour ne pas perturber inutilement la vieen surface.

Lorsque lon construit ciel ouvert, deux possibilits se prsentent : on peut soit envisager deconstruire louvrage laide de la mthode des tranches (tout louvrage est lair libre jusquldification de la superstructure, la dalle de toiture est alors en un seul tenant), soit en utilisant celle entranche couverte (on ralise la dalle de toiture lair libre, souvent en plusieurs tenants). La tranchecouverte est souvent la seule possible, surtout dans les villes forte densit dimmeubles ou trafic

important (souvent impossible dtourner). Surtout que la mthode ciel ouvert durant toute la dure destravaux noffre plus davantages depuis que lon est capable de construire la dalle de toiture en plusieurstenants.

2.1 Tranche ouverte

Les tranches sont ralises soit avec talus dont la pente dpend du terrain, soit avec soutnement parparois verticales.

Les mauvais terrains, schistes et argiles (en particulier argiles consistantes fissures et argilescontenant des couches de sable aquifre), ncessitent de prendre des dispositions particulires adaptes chaque site. Si les pentes de talus sont trop faibles, il faut s'accommoder de l'emprise disponible. Il estpossible daugmenter ces pentes par des techniques particulires : revtement en plaques de bton

supportes par une poutre en bton arm en partie infrieure, stabilisation par liants hydrauliques ouabandon de loption des talus.

Il est alors possible de remplacer les talus par des parois verticales en prvoyant un soutnement, cequi autorise des surcharges. Les principaux types de mur de soutnement sont bien connus : murs poidspour les petites hauteurs (jusqu' 3 m environ) et, surtout, murs profils et murs contreforts intrieurs,acceptant des retenues plus importantes.

Lorsque lon applique cette mthode, lentiret de louvrage est ralise (en prfabriqu ou non) puisla tranche est recouverte. Cette mthode prsente donc deux inconvnients majeurs :

pr-fabriquer louvrage se rvle irraliste tant donn les gabarits des tunnels excuter ;

appliquer cette mthode implique un encombrement trs important en surface, ce qui na pas sa

place dans une ville moderne.

Bien que tout fait ralisable, elle soit la moins coteuse et la plus simple mettre en place, cettetechnique na tout simplement pas sa place dans une ville moderne. Mais elle reste cependant possiblepour construire moindre cot des tunnels souterrains. Dailleurs il est courant de lutiliser hors zoneurbaine, l o la gologie le permet.


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2.2 Tranche couverte.

Lorsque l'ouvrage est construire dans une artre grand trafic et qu'il importe donc de rduiresignificativement les entraves la circulation, il est prfrable dutiliser la mthode dexcution en

tranche couverte. Celle-ci est fortement inspire de la mthode de construction en tranche ouverte maisavec un encombrement en surface rduit dans le temps.

Aprs avoir dvi les gouts, les cbles et les canalisations des services publics situs dans les limitesde louvrage, on construit successivement les pidroits par l'un ou l'autre des procds (cf. 2.3), commeon le ferait en tranche ouverte.

La dalle de toiture est ensuite coffre mme le sol et en plusieurs parties pour rserver, toutmoment, une ou plusieurs bandes de chausse pour la circulation de surface. Une fois la dalle termine,on rtablit dfinitivement la voirie et on effectue les terrassements l'abri de la dalle, le radier tantbtonn en dernier.

Fig. 7 : La mthode bruxelloise

Cette mthode dispense d'employer des platelages provisoires coteux pour couler la circulationpendant les travaux.


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Lorsque les souterrains occupent une grande superficie, notamment les stations de mtro, les dallesaux divers niveaux doivent prendre appui sur un rseau de colonnes intrieures, et ce en plus des murspriphriques. Dans ce cas, il y a intrt mettre en place ces colonnes intrieures en mme temps que lesmurs, cest--dire pralablement au terrassement. Ces colonnes peuvent tre construites l'abri d'unefouille blinde, tre constitues de pieux en bton mouls dans le sol, ou encore de pieux fors.

Si la section des pieux est juge trop encombrante dans le volume destin devenir utile dansl'ouvrage termin, on a recours la technique dite des colonnes foncs . Elle consiste creuser un puits partir de la surface jusqu' un meilleur sol. Dans ce puits ainsi ralis, on introduit les profilsmtalliques de la colonne apparente dans le volume utile. Cette colonne est charge de transmettre lacharge au faux puits (partie infrieure du puits). On maintient la colonne suspendue pendant lebtonnage du faux puits jusqu en englober la base de celle-ci.

Les divers plateaux sont ensuite raliss, du haut vers le bas, par terrassements successifs, en prenantappui sur les colonnes fonces, ce qui vite l'emploi d'tanons temporaires coteux ou de tirantsd'ancrages pour quilibrer la pousse des terres et de l'eau sur les murs priphriques.

Cette manire de procder a t couramment utilise en Belgique ( Bruxelles surtout) et porte le nom

de mthode bruxelloise .

2.3 Techniques dexcution ciel ouvert.

On la vu, les mthodes ciel ouvert reposent sur les mmes principes : la construction de pidroits.Cest sur cette construction que reposent les ouvrages raliss ciel ouvert (cest le cas de nombreuxtunnels a Bruxelles).

Une ligne souterraine doit tre le plus prs du sol. Compte tenu de la prsence dinstallationssouterraines prexistantes, notamment du rseau d'gouts, et de l'organisation des stations (transportsferrs), la surface de roulement se situe entre 6 et 12 m en dessous du niveau du sol.

Les procds d'excution varient suivant quatre critres :

- la place disponible en surface ;- la nature du terrain ;- le niveau de la nappe aquifre par rapport au chantier ;- la proximit de construction fondations prcaires.

Avant l'excution proprement dite, il faut dvier les canalisations de toute nature situes l'emplacement de la future ligne. Les premires phases des travaux ncessitent une emprise au solimportante dont il est souhaitable (et gnralement possible) de rduire la dure.

2.3.1 Mthodes sans blindage

Le cas le plus facile se prsente lorsque l'ouvrage peut tre excut dans une fouille talute, l'angle dutalus est dtermin en fonction de la nature du terrain qui doit imprativement tre hors de la nappe

phratique (on peut ventuellement la rabattre). Cette mthode est rarement utilisable en zone urbainepuisqu'elle conduit, d'une part, une emprise au sol importante sauf dans un terrain trs cohrent ourocheux, o il est possible de faire une fouille parois verticales, et, d'autre part, l'abaissement de lanappe sous les immeubles riverains, do danger de tassement.


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2.3.2 Mthodes avec blindage

Le blindage est indispensable quand le tunnel est construit dans un terrain peu cohrent ou en prsenced'eau. Il procure en surface une rduction d'emprise sensible. Les parois latrales du pertuis doivent treconues de manire jouer le rle de mur de soutnement et plonger profondment dans le sol. Lalongueur de la fiche est fonction du sol (portance, caractristiques de frottement, ncessit de descendredans la couche impermable en vue d'asscher la fouille, s'opposer aux affouillements).

Le blindage est ralis par :- des murs en bton construits en fouilles blinds ;- des parois moules dans le sol ;- des rideaux de palplanches mtalliques, rcuprables ou non ;- des pieux scants en bton ;- des parois en lments prfabriqus.

2.3.2.1 Fouilles blindes

a. Description du procd

Dans l'alignement des parois latrales du tunnel, des fouilles blindes, dune largeur gale l'paisseurdes murs, sont creuses par tronons de 5 6 m, tout en maintenant entre deux fouilles un massif de terrede mme importance pour rduire la dcompression du terrain. Le blindage est excut en gtes 8/23 etrondins.

Lorsque la profondeur est atteinte (possibilit datteindre 20 m), on largit la base de la fouille enforme de patte d'lphant et par tronons alterns de 1m de longueur. Le btonnage sopre par hauteurde 4 m avec une dure d'interruption correspondant au dbut de prise. Le blindage du ct extrieur estenlev au fur et mesure tandis que le blindage intrieur et rcupr lors de l'enlvement du stross.

Aprs achvement, les tronons constituant les murs latraux sont solidariss par une poutrelongitudinale en tte.

Fig. 8 : La mthode des fouilles blindes


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Dans le cas de lapplication en tranche couverte, la dalle de toiture, btonne mme le sol, vients'appuyer sur cette poutre. Lorsque la dalle de toiture a acquis une rsistance suffisante, on procde l'enlvement du stross moyennant tanonnement des murs, grce aux outils des diffrents niveaux, onbtonne petit petit du haut vers le bas.

b. Avantages du procd

Le matriel utilis (treuils et engins de chargement des terres) tant dun encombrement rduit, leprocd en fouilles blindes est peu nfaste la circulation ;

Les murs sont implants avec grande prcision et prsentent un aspect acceptable une fois finis ;

Lexcution sadapte facilement des situations difficiles, comme lors de la construction sous ouimmdiatement ct des voies de tramway ;

Les bruits de trpidations sont pour ainsi dire inexistants.

c. Inconvnients

Lvacuation des dblais pose problmes ; La descente des matriaux et lvacuation des dblais soprant laide de treuils, la technique

exige de multiples prcautions pour assumer la scurit du personnel de fond.

Lavancement est assez lent car le terrassement sopre tout fait manuellement mais lapossibilit de multiplication des points dattaque attnue cet effet.

Le domaine d'application est limit aux terrains suffisamment cohrents, de bonne qualit et o lefond de fouille se situe au-dessus du niveau de la nappe.

2.3.2.2 Parois moules dans le sol


La construction consiste raliser une fouille aux dimensions du mur au moyen d'une machined'excavation spciale. Pour empcher la fermeture de cette tranche sous l'effet du terrain contigu etralentir la dcompression du sol, on le remplit au fur et mesure de son creusement par une bouednomme bentonite5.

Au niveau des parois, la bentonite se glifie sous la forme d'un cake impermable de quelquesmillimtres d'paisseur, qui empche l'eau de s'infiltrer dans le terrain et l'eau de la nappe phratique depntrer dans la tranche.

Les phases et ralisation du mur se schmatisent comme suit (cf. mthode bruxelloise 2.2) :- construction du muret de guidage s'appuyant sur le bon sol et limination des obstacles (massifs,

cbles, canalisations...) ;- creusement de la tranche par panneau de 4 6 m de longueur.- pose de la cage d'armature ;- btonnage l'aide d'un tube plongeur descendu jusqu'au fond de la tranche ;- dcapage du bton mlang de la bentonite la partie suprieure du mur ;

5 Il sagit dune suspension thixotropique (liquide tant quelle est maintenue en mouvement, rigide aurepos).


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- btonnage de poutres de liaisonnement ;- construction de la dalle de toiture ;- en utilisation pour tranches couvertes, vacuation du stross et poursuite de l'excution labri de la

dalle.

Fig. 9 : La mthode des parois moules dans le sol

La liaison entre panneaux successifs est obtenue par creusement de rainures dans l'lmentfrachement btonn par joint tub, grce auxquels on donne au bord du panneau excut une empreintesemi-circulaire, au creux de laquelle viennent s'aligner les excavations du panneau suivant.

b. Avantages

La mthode s'accommode de toutes les situations dfavorables dues l'hydrologie du sol et samauvaise qualit, notamment dans les valles ;

Elle sadapte particulirement aux artres troites et sinueuses du centre ville, o il est souventinvitable de construire trs prs des faades dimmeubles anciens fondations peu profondes ;

La mthode est particulirement intressante lorsqu'il s'agit dobtenir une fouille gnrale sche.On construit alors une enceinte ferme dont les murs plongent dans le fond impermable. Al'intrieur de lenceinte, la fouille peut-tre assche sans que l'puisement de leau ne perturbe lanappe aquifre hors de l'enceinte.


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c. Inconvnients

Lencombrement du chantier gne fortement les circulations et laccs aux proprits riveraines.Pour en attnuer les inconvnients, il est ncessaire soit de noprer que d'un seul ct la fois,

soit d'viter l'emploi dexcavatrices guides par tiges rigides.En terrain de compacit normale et homogne, une machine lgre, compose dune sorte dechvre actionnant un grappin spcial agissant par son propre poids, permet l'obtention despanneaux de verticalit parfaite. Par contre, sil y a prsence de couches dures, tel que bancsgrseux, inclins ou discontinus, il y a risque de dviation de l'excavation et perte de rendement.Il est alors ncessaire de briser ces couches par trpanage ;

Lextraction des terres enrobes de liquide et leur chargement sur camions provoquent desclaboussures sur les passants, les voiries et les faades. Il est possible dy remdier partiellementpar l'quipement du matriel fixe au moyen de panneaux de protection, l'utilisation de camions benne tanche ou la dsignation d'une quipe de nettoyage ;

Le systme d'embrayage du treuil est la source de bruits stridents ;

Les groupes lectrognes de grande puissance, qu'il convient d'attnuer par des auvents phoniqueset une assise anti-vibrations, sont aussi une source de bruits ;

Llimination de la bentonite pollue pose problme. Le liquide ne peut tre rutilis indfinimentcar il perd progressivement ses qualits collodales (par modification de son pH et parce qu'il secharge en particules sableuses). L'limination via lgout ne peut tre envisage cause desdcantations qui s'y produisent et les entreprises de vidange ne possdent pas un matrielspcialement adapt ;

Le risque d'effondrement en cas de perte de bentonite par les canalisations non repres est trsprsent.

2.3.2.3 Palplanches mtalliques


La construction de l'ouvrage a lieu entre deux rideaux de palplanches battues au moyen dun marteaupilon.

On creuse ensuite une tranche longeant les palplanches du ct intrieur de manire souder desconsoles mtalliques, sur lesquelles viendront prendre appui des poutres dfinitives de la dalle sous voirie.

S'il existe des voies de tramway, ces poutres peuvent servir d'appui des longrines supportant les railset traverses ; un platelage pos de la mme faon permet de maintenir le trafic routier.

Les poutres dfinitives poses sur les consoles sont cales contre les palplanches et serventprovisoirement, pendant l'excution de la fouille, comme tanons. Il est donc possible d'excuter les

terrassements entre palplanches et de descendre jusqu'au niveau du radier sous la protection dune ou deplusieurs nappe dtanons intermdiaires suivant la profondeur atteindre.

Le btonnage se fait ensuite du bas vers le haut, les tanons tant successivement remplacs par leshourdis des diffrents niveaux de l'ouvrage.


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b. Avantages

Ce procd permet une excution prcise des parois verticales dlimitant l'ouvrage, dopaisseur moindre de ses parois ;

Les murs finis sont d'un bel aspect ; Le rendement est assez bon, s'il n'y a pas trop d'obstacles dont le sol.

c. Inconvnients

Les bruits et les trpidations au cours du battage ;

Les difficults de dplacer la sonnette en site dnivel ;

La ncessit d'enlever les obstacles ariens pour lever les palplanches ;

Les problmes des transports et d'approvisionnement de palplanches de grande longueur en pleineagglomration ;

Le cot des palplanches qu'il est gnralement impossible de rcuprer et qu'on ne peut prendreen considration dans le calcul de la stabilit.

2.3.2.4 Pieux scants


Le procd consiste construire une srie de pieux en bton mouls dans le sol. Les pieux serecoupent de manire prsenter une paisseur de 50 60 cm au droit de la squence, pour former uneparoi continue et tanche.

On procde d'abord au forage et au btonnage des pieux de la srie impaire ; ceux-ci sont constitus debton durcissement retard et ne sont pas arms. Avant le durcissement complet, on fore les pieux de lasrie paire en dcoupant le bton en place ; ces pieux sont arms sur le pourtour et les armatures sont plusdenses au droit de la squence.

Le forage se fait par fonage de colonnes mtalliques provisoires du diamtre des pieux (de 80 150cm) en utilisant le mouvement louvoyant angulaire. Les terres sont enleves au fur et mesure del'enfoncement au moyen d'un grappin spcial.

Lorsqu'on travaille sous la nappe phratique, le tube est rempli deau ou de boue bentonitique pourquilibrer la sous-pression. Le btonnage s'effectue par tubes plongeurs comme pour les parois moulessimultanment le tube provisoire de forage est remont par un mouvement de va et vient qui a pour effetde compacter le bton et de le faire pntrer dans les infractuosits du sol environnant.


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Fig. 10 : Lagencement des pieux scants

b. Avantages

Le procd s'adapte aux conditions de sol les plus dfavorables mais avec une scurit accrue parrapport aux murs embous. En cas de perte de bentonite par des canalisations non repre, il n'y aaucun risque d'effondrement.

La capacit portante des murs est amliore grce une surface de contact au sol suprieure, volume gal de bton.

c. Inconvnients

La profondeur des pieux est limite par la rsistance l'enfoncement et au retrait du tube de

guidage. Dans les terrains trs durs, le tube a tendance gauchir ce qui provoque la rupture des raccords

entre viroles. La reprise des travaux exige le remplissage de la fouille au sable stabilis etl'arrachage du tube avari.

Difficults dassurer ltanchit en cas de non-squence de deux pieux.


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3. Tunnels excuts en souterrain

La mthode de construction par tranches couvertes est une transition entre le ciel ouvert et letout souterrain . Cest en effet laide dun judicieux artifice que lon arrive adapter une mthode

ciel ouvert pour travailler en sous-sol.Car la construction directement en sous-sol est la seule rellement souhaitable en ville, pour des

aspects organisationnels surtout. Lhomme a d donc dvelopper des techniques pour construiredirectement en sous-sol.

Cependant, quoi que lon fasse, il faudra de toute faon commencer en surface, cest pour cela que lestravaux de constructions excutes en souterrains commencent toujours par la cration de galeries daccspar les mthodes sus-cites. Dans le cas dun tronon du rseau excut entirement en souterrain, oncommence par ldification de la station avant de sattaquer au tunnel. Il arrive aussi que lon utilise desgaleries existantes.

Une fois dans le sous-sol, il est alors possible davancer horizontalement dans le sol. Mais par rapportaux techniques en tranches, le soutnement occupe une place centrale ds lors que lon creuse sous une

masse de terrain considrable, masse qui ne peut en aucun cas bouger. Ainsi, les risques deffondrementsen surface sont beaucoup plus importants lors de la construction en souterrain.

Bien entendu, la construction en souterrain est beaucoup plus coteuse que celle ciel ouvert, cela enraison dun niveau technique requis pour lexcution des ouvrages autrement plus lev.

3.1 Mthodes traditionnelles

part les terrains rocheux de bonne tenue, tous les terrains exigent un soutnement plus ou moinsrsistant et plus ou moins labor.

En site urbain, les diffrentes mthodes traditionnelles de terrassement souterrain relvent toutes dumme processus de section divise , qui consiste effectuer progressivement et par parties successives

l'ouverture de l'excavation. partir de plusieurs galeries longitudinales, on procde des attaques transversales pour vider toute la

partie suprieure correspondant la vote de l'ouvrage. L'excution des pidroits est ensuite entreprise,soit partir de galeries longitudinales, soit par reprise en sous-uvre suivant la nature de terrain. Onconnat ainsi la mthode anglaise (attaque pleine section) applicable en terrain rocheux sain ; la mthodede galerie de faite, ou mthode belge ; la mthode des deux galeries (de base et de faite) ou mthodeautrichienne ; et la mthode des trois galeries, s'appliquant aux ouvrages de grande section en mauvaisterrain

Pendant longtemps, le soutnement et le blindage taient raliss en bois ; ces mthodes prsententune valeur indiscutable et une entire scurit d'excution, mais elles ncessitent un nombre d'quipesconsidrable de mineurs boiseurs qui n'existent plus actuellement. En outre, elle s'accommode mal des

cadences d'excution rapide. Aussi, le petit nombre de spcialistes quoffre encore le march de la main-d'uvre doit tre affect obligatoirement aux ouvrages difficiles, de section non standard, o seules lesmthodes artisanales sont applicables.

On peut aussi compter sur l'augmentation du rendement des moyens d'extraction et d'vacuation desdblais ainsi que ceux d'acheminement, gros dbit, du bton l'aide de pompes.

Enfin, les mthodes de traitement des terrains permettent de transformer un terrain cohrent en unterrain pulvrulent.


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Le dveloppement de chantier l'avancement, avec attaque du front de taille sur la superficiemaximale de la calotte de l'ouvrage, et systmatiquement recherche. De nombreuses machines dites attaque ponctuelle remplacent avantageusement les marteaux-piqueurs, lorsque le terrain a une cohsionsuffisante.

Pour viter la dcompression des terrains suprieurs, on enrobe les fers de soutnement dans lerevtement, ou bien on constitue le revtement lui -mme dlments en bton arm prfabriqus. Une foisle terrassement achev, il convient d'excuter sans attendre le revtement de la vote. La maonnerie estcouramment excute en bton tass mcaniquement. On sefforce, pour limiter au maximum ladcompression, de diminuer la distance entre le front de taille et la mise en place du revtement.

Une mention spciale peut tre faite la nouvelle mthode autrichienne de construction de tunnels, quireoit actuellement de multiples applications. Les phases successives de ralisation sont :

- excavation par abattage du terrain, aprs abaissement de la nappe aquifre par puits dpuisementou par drainage ;

- application, au fur et mesure du creusement du tunnel, d'une coque en bton projet, arm d'untreillis mtallique. L'importance des tassements peut tre rduite fortement en rduisant l'intervallede temps compris entre l'ouverture des votes et l'achvement, dans la rgion du radier, durevtement bton projet.

Ensuite, en fonction des caractristiques du terrain :- montage et calage de cintres en acier, plus ou moins rapprochs ;- boulonnage du terrain au moyen de barres dancrage.

Il convient de dterminer et de vrifier si cette mthode est approprie aux conditions du sol, enperant un tronon dessai, ventuellement prcd d'une galerie d'essai de dimension rduite. Pendant etaprs le creusement, des mesures doivent tre effectues pour contrler la dformation de la galerie, lestensions dans la coque en bton projet, les tassements du terrain et le comportement des btiments.

Des applications de ces mthodes ont t ralises par la construction de pour la construction detunnels pour mtro en zone urbaine et avec par recouvrement de terrains de l'ordre de 11 m au-dessus

l'ouvrage. Aprs achvement du percement, on a pu constater que, malgr les tassements de deux 5 cmsurvenus, aucun dgt important va subsister aux constructions dans la zone du trac du tunnel.

3.2 Tubes foncs


Il s'agit de construire, en sous-sol, le coffrage de la toiture du tunnel mtro au moyen de tubeslongitudinaux, enfoncs horizontalement dans le sol ( environ 2 m de profondeur).

Dans un premier stade, on creuse une chambre de travail de dimension suffisante pour y descendre lematriel et y installer les quipements ncessaires. A partir de cette chambre, on enfonce horizontalementdans le sol au moyen de vrins hydrauliques des tubes cylindriques destins rester dans le sol pour

constituer l'enveloppe principale de la toiture du tunnel. L'alignement est contrl en permanence par unrayon laser.

Les deux tubes latraux ont un diamtre plus grand (de lordre de 1,8 m) tandis que les tubes centrauxont un diamtre infrieur (autour des 1,4 m). Chaque tube, en asbeste ciment, a une paisseur denviron 8cm. L'entre distance entre les tubes varie de 0 5 cm. Les tubes sont foncs lment par lment (gnralement 2,50 m 3 m).


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Lorsque les conditions des terrains rencontrs sont bonnes, la vitesse d'avancement du fonage destubes est denviron 6 m par jour. Au fur et mesure de la progression des tubes, on dgage et on vacueles terres l'intrieur du tube.

La phase suivante consiste excuter les parois latrales du tunnel. Ce travail est excut en fouilles

blindes (ou toute autre mthode dexcution de parois) depuis les tubes latraux, donc galement ensous-sol. Ces murs sont ferraills et btonns.

La troisime phase est consacre la ralisation de la toiture rsistante du tunnel (les tubes n'enconstituent que le coffrage). Ce travail dbute par le percement de saignes transversales entre les tubes.Ces saignes qui n'intressent que la partie infrieure des tubes sont distantes de 9 m. On y place leferraillage et les cbles de prcontrainte. Lorsque le remplissage de bton sera ralis, ces lmentsconstitueront les poutres transversales qui soutiendront la toiture et qui prendront appui sur les murslatraux.

Au cours de la quatrime phase, les tubes centraux et les saignes transversales sont btonns. Cetteopration doit seffectuer en une fois afin de garantir un remplissage parfait des volumes par le bton.Aprs durcissement du bton, les cbles de prcontrainte des poutres transversales sont mis en tension.

Les tubes latraux sont alors remplis de bton ce qui permet dassurer lappui dfinitif de la toiture sur lesmurs latraux.

La superstructure de louvrage est alors oprationnelle.

Sous et labri de la superstructure ainsi ralise, on peut excaver les terres occupant le volume dutunnel proprement dit. Cette opration peut se drouler jusquau niveau du radier du tunnel. Ce radier estalors btonn. Il reste alors raliser ltanchit entre les tuyaux. Cette opration se droule lintrieurde louvrage et consiste coller une membrane lastique sur la face infrieure des tubes et appliquer descoquilles de protection.

Chaque fois que cette technique a t utilise en Belgique, elle a donn entire satisfaction.

b. Avantages

Cette technique ne ncessite quun espace rduit en surface. On occupe de la place en surfaceuniquement pour la construction des chambres de travail et ceci juste le temps de leurconstruction et de lacheminement du matriel.

Les techniques utilises sont pleinement matrises (en particulier la construction des parois).

c. Inconvnients

Cette technique est plus coteuse que les techniques en surface.

La vitesse davancement par cette mthode est assez faible.


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3.3 Boucliers & Tunneliers

Un bouclier est un systme de protection constitu dune structure mtallique complte ou partielle labri de laquelle seffectuent les oprations de terrassement. Le soutnement ou le revtement peuvent

galement tre mis en uvre labri du bouclier.

6

Un tunnelier est une machine ralisant en continu le creusement dun tunnel et, si ncessaire. Lamise en place dun revtement faible distance du front de taille. 7 En fait, le tunnelier est compos dunbouclier et dun train suiveur, lensemble tant capable dassurer le traitement ventuel de lun oulautre lment intervenant dans le processus de construction.

Le tunnelier quip dun bouclier mcanis est donc utilis pour creuser des galeries en souterrain.Ds lors il se doit dassurer les fonctions suivantes :

Abattage du terrain en pleine section ou au moyen dune machine attaque ponctuelle ;

Soutnement du front de taille ;

Soutnement des parois latrales lors de lexcavation ;

Progression du bouclier (par appui sur le revtement mis en place) ;

Mise en place du revtement labri dune jupe mtallique ;

Evacuation des dblais larrire de la machine et transport jusquaux installations de dcharge.

Fig. 11 : Les fonctions dun bouclier

6 Dossier pilote des tunnels : Procds de creusement et de soutnement, Centre dtudes des tunnels(Ministre de lquipement, des transports et du logement Direction des routes), France

7 Ibid.


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Pour des raisons de cot et de place (galerie trs courte) notamment, on peut ne pas utiliser le tunneliercomplet : seul le bouclier est alors utilis. Dans cette configuration, lvacuation des dblais est ralisepar des mthodes semblables celles en tunnelier mais sans tre excute par une mme machine.

Pour des tunnels de section plus longue, on fait volontiers appel au tunnelier. Cependant, de manire

gnrale, on utilise indiffremment le terme bouclier ou tunnelier pour parler de la partie charge delexcavation (le bouclier en loccurrence).

Il existe diffrents type de boucliers. On les classe dans deux catgories selon les conditions danslesquelles est ralise lexcavation. On distingue les boucliers front pressuris et les boucliers nonpressuriss :

Le front est dit pressuris lorsque le confinement du front de taille est assur de maniremcanique ou par un fluide sous pression (on parle alors de front ferm);

Le bouclier est non pressuris lorsque aucune stabilisation du front de taille nest mise en uvre(on est pression atmosphrique et on

- tunnels en milieu urbain

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