contrôle des mouvements de surfacelors de travaux souterrains urbains

par

M. ViallaneixR. A. T. P. s. 1

RESUME - La construction d'ouvrag'es souterrains en site urbain d.ans des terrains difficilesJ-mpose de mettre en oeuvre des méthodes d'exécution lirnitant au naximun la déconpression d.esterrains et par conséquent 1es tassements en surface. ces tassem.ents, très préjuàiciables â1a stabilité des immeubles, doivent être parfaitement contrôlés, au cours dà lIexécution destravaux, par auscultation drun ensenbre de repères topograohiques.

Les résultats obtenus, par cette néthode très rapid.e, permettent êventuellem,ent d'adapter oude corrj-ger 1a méthode d'exécution initialement ietenuè et d'apoorter j-n fine, les éIém,entsnêcessaires à 1a progralrur.ation des interventions complémentairèË dans les zones les plus oer-turbées.

TNTRODUCTION

La demande toujours croissante de moyens detransport efficaces dans les grandes agglomé-ratiions conduit à la réalisation de nombreuxtunners de métro. ces travaux sont très sou-verrt réalisés dans des zones fortenent urba-nisées où le recours à des méthodes d.e cons-truction à ciel ouvert est i*possible. On estalors conduit à construire des tunnels àil avancement par des méthodes purenent sou-terraines qui peuvent sraccompagner de tas-sements d.e terrai-ns très pré j udic j-ables auxbâtiments implantés. c'est pourquoi il estr]écessaire de procéder en cours de travaux àune surveillance topographique afin de pré-venir les désordres éventuels.

I PIan de I t interconnexion

Au travers d'un chantier réarisé dans paris,I t exoosé se proc,ose de montrer I t intérêt desmesures de nivellement de surface.

PRESENTATION DES OUVRAGES A CONSTRUTRE

I iluat j-on qéo qraphiqueLes travaux présentés s I insèrent dans leprogramme d I interconnexion des réseaux SNCFet RATP dans Paris, conçus pour des trains àgabarit conforme aux normes internationales(utc1 . (Fig. r).

rfs concernent prus particurièrennent le pro-rongenent de la ligne B du RER de "châteretLes Halles" à "Gare du Nord", jonction quivêrra fin 19BI la naissance d'une ligne ré-g'ionale Nord Sud transitant par "Châtelettes Ffalles" (Fig. 2).

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Le prolongement d' environgueur, se décompose en 3

distincts: (Fig. 3).

2.500 m de lon-lots géographiques

les ouvragesLes Halles " ,un souterrainture et de I.les ouvragesNordtt.

La totalité de ces ouvrages se développe enDermanence sous un tissu urbain très denseconstitué d' immeubles de 5 à 6 étages deconstruction ancienne. Ils se trouvent entre5 et 25 m de profondeur et se faufilent entrede nombreux ouvrages existants (Fig. 5) .

d' arrière gare de "Châtelet : t'l l*'ltl'1il'aitiz

à 2 voies de 9, t0 m d'ouver-250 m de longueur,spéciaux d'arrivée à "Gare du

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Fig . 4 Profil en long de Ia géologie dubassin parisien

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Fig. 3 - Vue en plan du prolong'ement "Châtefet - Les Halles - Gare du Nord"

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Fig. 5 - Profil en long "Châtelet - Les Halles - Gare du Nord"

Géologie des terrains rencontrésLa majeure partie du projet évolue dans laplaine alluviale de la Seine où nous retrou-vons la géologie classique du bassin parisiencomprenant successivement des remblais, desaI luvions , de s s ab les de Beauchamps , de s rnar-nes et caillasses (Fig. 4).

Le tunnel à construire se situe essentielle-ment dans ce dernier horLzon (Fig. 5) .

Toutefois, dans ce secteur particuli€r, I'ho-rLzon géologique des marnes et caillassescomporte un dépôt de gypse dont I'épaisseurcroît vers Ie Nord-Est de Paris.

Le caractère soluble du gypse inclus danscette formation, eui est baignée par unenappe aquifère très active I a amené, au coursdes temps géologiques, de profondes désorc{a-nisations dans la structure des marnes etcaillasses. Sa dissolution a conduit à Iaformation de vides francs, de zones décom-

primées ou de vides remblayés par déverse-ment des horizons supérieurs pouvant se tra-duire au stade ultim-e par création de fontisprogressant vers Ia surface (Fig. 5) .

Terrain non altéré Dissolution du gypse Evolution d,un fontisDécompression des terrains

Renrblais

Calcaires grossiers Câlc6ires g.ossiêrs

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Fig. 6 Résultat de la dissolution du gypse

Méthode d'exécution adoptéeLa dernière partie de I'exposé s'appuyant surun secteur très rimité du tunnel couraflt,seule la méthode d' exécution de celui-ci seraabordée.Le niveau de difficultés exceptionnelles àconduit la RATP à mettre en oeuvre une métho-de dt exécution permettant de s ' ad.apter auxconditions locales.

Ainsi, la réalisation du souterrain a compor-té quatre phases successives :

. creusement d' une garerie pitote . rmplantéeau coeur de la section r cette galerie apermis une reconnaissance à l'échelre réel1e,de l-a géologie de détai I , sur toute la ron-gueur du lot. Des anomalies de type fontis,vides, poches d'alluvions ont été locatiséesavec précision.

. Exécution de traitement d.e terra in . Grâce àla galerie pilote la reconnaissance continuea servi à déterminer I zone par zone, re typede traitement. on a ainsi réatisé un traite-ment sélect Lf , adapté aux conditj-ons locales,dont 1'épaisseur varie de rr30 m dans leszones les plus saines à 2t50 m dans les zonesperturbées (Fig. 7, coupe BB).

- Réarisation de la voûte (Fig. 7). Le pro-cédé utilisé, le prédécoupage mécanicjue,consiste à exécuter le terrassement ae lad.emi-sectlon supérieure, à I'abri d'une pré-voûte réalisée préalablement par prédécot,prg"d'une saignée de faible épaiséeur suivantI'extrados de la voûte et par son remplissageà I'aide de béton projeté. La voûte est en-suite bétonnée par anneau de 4 ,00 m à unedistance de 15 m du f ront de taille. outre l_apossibitité de mécanisation très r>oussée duterrassement, ce procédé permet aî étabtir une

PlrAgË 9E F|AVAGE

cooue rési-stante avant I'excavation et degagner de vitesse les déformations inévita-bles des terrains.

En réduisant 1a longueur du terrassement,donc en augnentant le recouvrement des pré-voûtes, cette méthode a 1'avantage de pâr-mettre le passage de zones partièulièrêmentdélicates (franchissement C'ouvrage , zone deterrains instabl_es ) .

Exécution de l-a demi-section inférieure(Fig. B).Afin de limiter les tassements de la voûtesur ces appuis provisoires, notamment dansles zones où res terrains sont forternentdécomorimés, r'execution de ra demi-sectioninférieure suit la voûte avec un décalagerrinimum-. "

Le procédé consiste à réaliser par repriseen sous oeuvre de la voûte, des p10ts depiédroits de 4,50 m de longueur, le bétonnagedu radier suivant immédiatement I'exécutiondes piédroits.

La mise en oeuvre de cette méthode d"'exé-cution étudiée de m-anière très minutieuse,était dictée par la nécessité d'une réalisa-tion rapide des ouvrages dans un progranJnetrès tendu, mais aussi par le souèi permanentde limiter au minimum ra décompression dessols et par conséquent des mouïements ens ur face .

Néanrnoins, du f ait d'une géologie très tour-mentée, des décompressions n'ont pu êtreévitées dans certaines zones très sensibles.Ainsi, parallèlement à 1 'exécution du sou-terrain, une surveiltance de ces mouvementss t est imposée.

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Fig. 7 - Méthode d'exécution de la demi-section sunérieure

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Fig. B Méthode d' exécution

CONTROLE DES I{OUVEMENTS DE TERRAINS

Les repèresLa constatation du tassement est réalisée parauscultation topographique de repères colléssur les immeubles. Ces repères sont consti-tués de plaquettes d'acier munies d'une billesupport, de faible diamètre, sur laquellereposera la mire. Ils sont implantés enbordure des immeubles ou dans les cours inté-rieures et intéressent une bande de terrainde I'ordre de B0 m de part et d'autre deI'axe du tunnel (Fig. 9) . La densité despoints est d'environ 20 points à l'hectomètrede tunnel.

Le réseau de nivellernent (Fig. 9)

Fig . 9 Réseau d' auscultation en surface

Les repères d'auscultation sont reliés auréseau de nivellement général par I'inter-médiaire de points secondaires situés horsde Ia zor'Le en rnouvement. Les points sontconsidérés comme insensibles aux fluctua-tions du chantier et servent de ferrnetureaux cheminements élémentaires d' auscultatioll .

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de Ia Cemi-section inférieure

De cette façofr r il peut être f acilenent pro-cédé à des mesures d-e périodicité variableselon I'avancem-ent des travaux puisque chaquecheminenent é f émentai re , de 3 0 0 rn d.e longue urenvi ron , r:e ut êt re e f f e ctu6 indépendamment .

Le nivellement de jonction d'environ 3 kn delongueur est effectué avant tout début destravaux et contrô}é tous les 6 mois environ.

RESULTATS D' AUSCULTATION

Chaque point est surveilté par la méthode ducheminenent double (Cfrolesky) . La précisiondu nivellement Dour un repère de tassementest d' ordre de 5 / L}e de rnm.

L'exploitation de ces résultats par le cons-tructeur nécessite l' élaboration de docurnentsde synthèse.

Courbe d' égal tassem-ent ou isolapses (r'ig. I0 )

Fig. I 0 Isolapses

Les courbes d'égal tassement ou isolapses,dont I'utilisation est frêquente dans l-esrégions minières, Derr.ettent d'obtenir unevue d'ensenble sur les tassements constatéset définissent parfaitement en plan la zoned t influence des travaux. Elles permettentpar ailleurs , de connaître en tout point,I' imoortance du tassement différentiel.

206

Dans le cas précis de ce chantier, Ie suivide 1'évolution des isolapses pour les tasse-rnents engendrés, par Ie creuser".ent de lagalerie pilote I a perrnis d'rpporter un éf é-ment complémentaire à la reconnaissance desterrains. C'est ainsi que dans les zonessensibles le schéma de traitement adaptétient compte de ces résultats.

Il est à noter la largeur exceptionnelle, dela surface intéressée par les rnouvenients deterrains.

Profit lonqitudinal des tassements

Coupe A.A

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Fig. L2 Profil en travers Ces mouvementsde te rrai-n

Le profil transversal des tassements permetaussi de calculer les rayons de courbure dela cuvette et de déterriner en suivant sonévolution, le rayon critJ-que caractérisé parI' afrparition des premiers désorCres (pig. I3)

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Fig. 13 Angle d'influence Rayons decourbure

Les courbes appellent un certain norbre derernarques. Tout dtabord, et contrairementau phénomène de tassement habituel, le nou-ver:lent naxim.um ne se Droduit Das systémati-guement à la verticale de I'excavalion r c€qui dénote I t ir,portance de Ia nature desterrains dans le processus d'af faisserient.Le phénomène trouve son anplitude maximum_dans les zones les olus perturbées. Parail1eurs, il apparaît que les désordres lesplus inportants sur les inn'eubles se produi-sent dans certains cas, Cans des secteurs oùle rayon de courbure est très g.rand, ce quinontre que Ia forme des bâtinnents est fonda-mentale et en rrarticulier le rapport hauteursur largeur.

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Fig. I I Prof il en long des riouvernenLs deterrain phase par phase

Le profif longitudinal de tassement nontre,pour un instant donné l t importance du tasse-ment en fonction de I t avancenent du chantieret des terrains rencontrés.

Ainsi le tassement nioyen, Frovoqué par chaque1:hase de travail est en rnoyenne de :

35 eo pour l- galerie pilote (S = 0rI5.ST)40 Z pour I a derai- section supérieure

(S = 0,40.ST)25 Z pour la demi-section inférieure

(S = 0,45.ST)

ST : section totale de la section excavée.

On remarquera I'importance du tassement dûla galerie pilote pour une section excavéed' envi- ron 15 Z de Ia section totale.Profil transversal de tassement (Fig. L2)La zone d'influence de Itexcavation I Lrans-versalement au tunn€I, peut être constatéepar des profils transversaux. Ce type dereprésentation permet d' analyser _3our unmême irnrneuble, les risques de tassem.entdifférentiers qui occasionnent des effetstrès préj udiciables à la stabilité desconstructions et font apparaître des fissuresdans les murs porteurs.

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Courbe de mouvement d' un point ( Fig. I 4 ) Ainsi, en fin de chantier il est possibled'élaborer le document orécisé fig- 15 -

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Fig. I 5 Relation tassements Volumesinjectés Z d'absorotion Degrésde désorganisation des terrainstraversés

Outrêr le profil longitudinal des mouvements,ce type de document précise Daralfèlement lesquantités réelles injectées, 1e Z d'absorp-tion et le degré de désorganisation du ter-rain ( surface d' al luvions d' un front donnérapportée à la surface totale de Ia section) "

Ce type de docurnent est très précieux pourréaliser par exemple des traitennents decompensation sous les immeubles ayant subides tassements importants. Il permet uneétuCe précise du projet éventuel.

Au niveau de I 'étabtissement d'un lrro j etfututr iI est intéressant d'utiliser Iesrésultats antérieurs. Par exemole 1a connais-sance de I'angle d'influence probable facili-te la recherche du tracé optirnal vis-à-visdes immeubles et les notions d'influence desfacteurs géologiques af,portent des élémentsindispensables au choix du profil en longdu tunnel.

CONCLUS ION

Les mesures de tassem.ents, outre leur rôIede constatatiofl, of frent des renseiginementssubstantiels susceptibles de faire progresserla connaissance des facteurs liés au creuse-m.ent des souterrains.

L'interprétation des résultats permet, enexpliquant certains phénorènes, d' amélioreret d'adapter les méthodes d' exécut j-on etconstitue aussi un élém-ent conplémentai-redes différents Daramètres tels que la géolo-gie, Ia géotechnique et I'hydrologie.

Mais, iI faut néanmoins noter que I'analysedes tassem.ents conduit à.des constatations'voire à des interprétations a posteriori eten aucun cas Ia mesure de ceux-ci ne peutstopper la progression du phénomène.

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Fig . L4 Evolution d'un point

Un graphique précisant l'évolution des m.ou-vements en fonction du temps, document debase du nivellemeht, caractérise chaquepoint. Par comparaison des graphiques dedif férents points situés au-dessus d'horLzonsgéologiques di f férents , la réact j-on du solselon les terrains rencontrés, peut en parti-culier être mise en évidence.

Ainsi on remarquera que les zones de terrainsperturbés, outre une amplitude plus importan-te, sont le siège de tassements différésprovenant vraisemblablement d' une recompres-sion des horizons décomprimés.

Par ailleurs, Ie repérage des principalesétapes de I'avancement des travaux à I'aplombdu point considéré fournit de précieusesindications relatives à la progression desmouvements en fonction des phases de travallx.

INTERETS DES CONTROLES DE MOUVEIUENTS DETERRAINS

Ainsi que nous Venons de le voir, les m-esuresde tassements permettent l' établissernent d' uncertain nombre de graphiques susceptiblesd'apporter par leur analyse, quelques ensei-gnements sur Ie comportement des terrains etsur la valeur des méthodes d'exécutioh, maisaussi d'optimiser 1e choix des interventionscomplémentaires à effectuer dans les zonesoù les désordres sont les plus importants -

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