rreeccoommmmaannddaattiioonnss ddee … · tunnels et espace souterrain - n°237 - mai/juin 2013 m...

Plates-formes et voies ferroviaires en tunnels

GT40R2F1

www.aftes.asso.fr

ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN

Organisation nationale adhérente à l’AITES

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RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M

194 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013

Plates-formes et voies ferroviaires en tunnels

L’A.F.T.E.S. recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte.

Texte présenté par Jean-Marc POTIER (SNBPE) animateur et Serge HORVATH (CIMBETON) co-animateur du Groupe de travail (GT40)

Ce document a été réalisé avec la collaboration de :Jacques BURDIN (Consultant) - Thierry CERRATO (ETF) - Yves CHAMEROY (SNCF) - Christophe CHEVALIER (AGILIS) - Pierre DARES (WIRTGEN)

Laurent DELOY (Xelis) - Michel DUNAND (NGE) - Wolfgang GERLACH (Edilon)(Sedra) - Yves GUERPILLON (Egis) - Vincent LE BIHAN (RATP) Jacques MALOD-PANISSET (Colas Rail) - Jean-Pierre MARCHAND (SPECBEA) - Jean-Paul MEUNIER (METALLIANCE) - Vincent TATON (EUTEXY)

François VALIN (AFTES) - Joaquin VALDES (SNCF) - Virginie WILLAERT (Egis rail)

Cette recommandation a été approuvée par le Comité Technique de l’AFTES suite à une relecture critique du texte par :Michel DEFFAYET (CETU) - Alain BOCHON (SYSTRA) - Christian PLINE (GEODATA) - Daniel MERAKEB (ex RATP) - Michel PRÉ (SETEC)

1 - Préambule 195-

2 - Attentes des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et-des usagers 195-

2.1 - Considérations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

2.2 - Projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

2.3 - Gêne aux riverains (déviation, coûts) et attentes des usagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

2.4 - Critères de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

3 - Projet et génie civil des tunnels ferroviaires 197-

3.1 - Dimensionnement des structures de plates-formes . . . . . .197

3.2 - Influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la conception de la plate-forme . . . . . . . . . . . . . .197

3.2.1- Creusement traditionnel : plate-forme reposant sur le solnaturel ou contre voûte + remblai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1983.2.2- Creusement au tunnelier : plate-forme reposant sur une dalle béton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1983.2.3 - Trémies, tranchées couvertes : plate-forme reposant surune dalle béton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

3.3 - Assainissements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200

4 - Les plates-formes et voies-dans les tunnels ferroviaires 200-

4.1 - Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200

4.2 - Voie ballastée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200

4.3 - Voie sans ballast (béton de ciment ou enrobé) . . . . . . . . . .2014.3.1 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton . . . .2034.3.2 - Voies posées sur « selles » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2034.3.3 - Rail noyé ou ERS® (Embedded Rails Systems) . . . . . . .2044.3.4 - Autres techniques possibles : les dalles préfabriquées 204

4.4 - Zone de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204

4.5 - Spécificités de mise en œuvre d’une plate-forme

en tunnel ferroviaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2054.5.1 - Réalisation d’une voie sur ballast . . . . . . . . . . . . . . . . .2064.5.2 - Réalisation d’une voie sur béton de ciment . . . . . . . . .2064.5.3 - Pose de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2084.5.4 - Les plates-formes en enrobé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2094.5.5 - Réalisation des assainissements en tunnel . . . . . . . . .210

4.6 - Gros entretien et réhabilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

4.7 - Analyse comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2104.7.1 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2114.7.2 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée pour tunnel urbain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2114.7.3 - Aspects économiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212

5 - Réflexions liées à la sécurité et à l’incendie --Environnement et Santé 212-

5.1 - Considérations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212

5.2 - Cas des tunnels ferroviaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2135.2.1 - Les risques d’accident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2135.2.2 - Engagement des moyens de secours . . . . . . . . . . . . . .213

6 - Recommandations du GT 40 214-

7 - Exemples et réalisations de tunnels ou-voies ferroviaires 215-

8 - Bibliographie 220-

8.1 - Principaux documents de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . .220

8.2 - Principales normes chaussées béton de ciment . . . . . . . . .220

8.3 - Principales normes chaussées bitumineuses . . . . . . . . . . .220

8.4 - Crédits photos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013

Après la Recommandation GT40-R1 traitant plus spécifiquement des chaussées

routières en tunnel publiée en 2011 (TES 226) [17], celle-ci (GT40-R2) abordera

le cas des plates-formes ferroviaires en tunnel.

Points de passage obligés, les tunnels ferroviaires reçoivent un trafic toujours

plus intense, du fait du développement du besoin de transport. Situés à des

endroits névralgiques, difficilement contournables, tant en agglomération qu’en

site naturel (barrière montagneuse notamment), ces ouvrages en nombre limité

sont soumis à la pression croissante d’une multitude d’usagers en quête de

mobilité.

Ce trafic et les contraintes qui en découlent sont supportés par les plates-formes

de voies trop souvent considérées comme un point mineur dans la conception

et dans la construction des tunnels, à traiter comme le reste du linéaire de la

section hors tunnel.

C’est pourquoi il convient de mettre en avant les principales différences

dans :

• la conception des plates-formes ferroviaires en tunnel et en extérieur,

• les méthodes de réalisation des travaux neufs, de la maintenance et de la

réhabilitation,

• les exigences vis-à-vis de la sécurité et l’évacuation des passagers.

Par ailleurs le vocable « tunnel ferroviaire » recouvre une grande diversité

d’ouvrages tant par leur longueur, leur emplacement (en zone urbaine ou site

naturel), le mode de guidage du matériel roulant (sur rails ou sur pneus avec

un rail central), la vitesse de circulation à l’intérieur du tunnel (60 km/h en

zone urbaine, voire 230 km/h certaines lignes à grande vitesse), la fréquence

et la composition du trafic (trafic lourd ou léger)

Sans prétendre être un guide de conception de la plate-forme ferroviaire et

encore moins de la voie ferrée elle-même, cette Recommandation a pour

objectif de sensibiliser les différents acteurs de la construction sur le fait que

les conséquences du choix d’une plate-forme ferroviaire vont bien au-delà

du faible coût représenté par ces mêmes travaux. En effet, depuis le gabarit

de creusement jusqu’au choix de l’éclairage, nombreux sont les points impac-

tés par la solution retenue.

RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1

9 - Glossaire 221-

10 - Annexes 221-

10.1 - Etat des lieux en France et à l’international . . . . . . . . . . .221

10.1.1 - Synthèse sur l’expérience espagnole . . . . . . . . . . . . . .22110.1.2 - Synthèse sur l’expérience allemande . . . . . . . . . . . . .222

10.2 - Pose de voie sans ballast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223

10.2.1 - Principes de construction de la voie sans ballast . . . .22310.2.2 - Principaux types de voie sans ballast . . . . . . . . . . . . .223

10.3 - Amélioration de la sécurité du point de vue des secours .225

10.3.1 - Les risques d’accident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22510.3.2 - Les aspects opérationnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22610.3.3 - Les accès au tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22610.3.4 - La progression à l’intérieur du tunnel . . . . . . . . . . . . .226

1 - Préambule-

2.1 - Considérations générales

S’agissant de la voie en tunnel, tout maître d’ouvrage doit prendre en considé-

ration de nombreux critères avant de retenir une solution technique ; nous

citerons notamment ;

• Le coût d’entretien en relation avec le coût d’investissement

• La sécurité des usagers (une rame de TGV transporte environ 500 personnes,

600 pour les rames duplex - soit plus de 1.000 personnes dès lors qu’un train

est constitué par deux rames)

• La protection des personnes notamment en station, mais aussi en section

normale (création de « fosse anti-suicide »)

• La pérennité de l’exploitation

• La protection du support

• Les fréquences d’intervention liées à l’entretien des voies et au nettoyage

des voies ballastées lorsqu’il s’agit de stations en tunnel.

Comparativement aux tunnels routiers, (Voir la recommandation GT40-R1), la

vitesse des véhicules (en l’occurrence les trains) est beaucoup plus élevée que

ce soit dans les transports urbains ou continentaux, par exemple :

• Tunnel RER ligne A entre Charles de Gaulle et la Défense : 90 km/h

• Tunnel sous la Manche : 160 km/h

• Tunnel TGV à Marseille : 230 km/h

2.2 - Projet

La conception de la plate-forme en tunnel doit être intégrée dès le démarrage

du projet. Il ne s’agit pas d’une simple variante car il faut intégrer de nombreuses

contraintes ou servitudes qui sont rappelées plus loin.

En effet il est extrêmement difficile de reconsidérer un dimensionnement

après coup. Une fois l'ouvrage réalisé on a très peu de marge de manœuvre

2 - Attentes des maîtres d’ouvrage, des maîtres d’œuvre et des usagers-


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vis-à-vis du gabarit, d'où la nécessité de faire « le bon choix » dès le départ,

sans pour autant vouloir trop « sur-excaver » par précaution car cela a des

conséquences financières.

Il est également possible d’améliorer le gabarit en cas de rénovation (voie

béton en remplacement de ballast).

Bien souvent le tronçon "tunnel" n'est pas considéré comme un cas particulier

de l'itinéraire, d'où la difficulté de faire un choix spécifique pour le tunnel. Cela

est certainement dû à l’habitude de rédiger un marché "plate-forme" global

pour l'itinéraire : un changement de technique pour le seul tunnel introduit

alors des complications.

Le choix de la solution technique est lié au contexte de l’implantation du réseau

et de sa finalité : site urbain, présence de pente, profil, nombre de personnes

à transporter.

Quelques considérations actuelles :

SNCF : les plates-formes ferroviaires dans les tunnels sont dans la continuité

des plates-formes en extérieur.

RATP : le réseau urbain fait que la plupart des plates-formes sont dans des

tunnels avec les contraintes et objectifs associés :

Accessibilité

Maintenance

Durée de vie

Pas de basculement de trafic sur une autre voie

Pas de déviation possible

Durée d’intervention très limitée (de l’ordre de 3 heures)

Possibilité d’utiliser les voies à contre-sens pour la maintenance

ou en Itinéraire provisoire à contre-sens (IPCS), en cas de trafic

perturbé.

2.3 - Gêne aux riverains (déviation, coûts) et attentes des usagers

Le tunnel est un moyen d’accès entre deux points qui en général vient en rem-

placement d’un itinéraire plus long passant par un col ou longeant une vallée.

La réalisation de travaux d’entretien dans un tunnel (sauf cas d’urgence) est

une opération qui nécessite une information préalable et une programmation

de façon à réduire la gêne aux utilisateurs du tunnel (passagers des trains

voyageurs, trains de marchandises), aux riverains et aux acteurs industriels

de part et d’autre de l’ouvrage.

En effet la coupure d’un tunnel entraîne la mise en place d’une déviation (en

général sur l’itinéraire précédent) supportant le trafic (en nombre et en volume)

en toute sécurité.

D’où le recours à des techniques de construction des plates-formes présentant

une longue durée de vie et un entretien minimal.

Dans le cas des tunnels routiers, la réduction du bruit est une des préoccu-

pations principales vis-à-vis des riverains alors que dans les tunnels ferro-

viaires on cherchera à minimiser les vibrations.

2.4 - Critères de décision

La prise en compte du développement durable dans les tunnels conduit

désormais à adopter une réflexion globale sur l’ensemble du cycle de vie de

l’ouvrage, comme pour tout autre ouvrage de génie civil ou bien n’importe

quel produit de construction.

La plate-forme en tunnel n’échappe pas à cette nouvelle approche qui suppose

d’intégrer des considérations liées non seulement aux matériaux constitutifs,

à leur élaboration et à leur mise en œuvre, mais également à l’entretien et au

renouvellement.

a) Durabilité de l’ouvrage : Cela devrait normalement conduire à un dimen-

sionnement de la plate-forme en tunnel pour limiter les interventions d’entre-

tien et son renouvellement mais pourrait également orienter le choix des

matériaux constitutifs. On peut alors s’interroger à juste titre sur les impacts

potentiels sur l’environnement de tels choix guidés par des considérations

liées à des contraintes en phase exploitation.

Ces réflexions auxquelles les Maîtres d’Ouvrage sont déjà particulièrement

sensibilisés, illustrent tout l’intérêt d’une approche globale de type Analyse de

Cycle de Vie (ACV) afin de mettre en évidence les choix qui devraient être pri-

vilégiés du point de vue du Développement Durable et plus particulièrement

des impacts potentiels sur l’environnement.

Enfin, il est à signaler qu’un nouveau groupe de travail de l’AFTES est en cours

de constitution en 2010 : le GT41. Ce groupe de travail s’intéressera au thème

des travaux souterrains et du Développement Durable.

La profession des travaux souterrains doit disposer elle aussi d’une méthodo-

logie lui permettant :

• d’évaluer et de comparer les méthodes d’exécution possibles d’un ouvrage

souterrain du point de vue du Développement Durable,

• d’estimer l’incidence des matériaux mis en œuvre notamment leur contenu

énergétique,

• d’orienter la conception et l’exécution de telle sorte que les impacts envi-

ronnementaux liés à l’exploitation et à la vie des ouvrages soient limités au

mieux.

L’objectif de ce groupe sera donc de rédiger une recommandation qui servira

de référence pour évaluer l’impact des travaux souterrains en termes de Déve-

loppement Durable. Un cadre commun est indispensable dans la mesure où

il devrait servir à comparer des solutions. Le groupe devrait en particulier traiter

de certains points comme par exemple :

• L’identification et analyse des postes ayant les incidences les plus lourdes,

• L’établissement d’une base de comparaison en termes de Développement

Durable pour les divers matériaux et méthodes susceptibles d’être employés,

• Un point sur les données environnementales disponibles et identification des

besoins éventuels.



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b) EclairageLe tunnel ferroviaire de transit est équipé d’un éclairage normal permettant

l’évacuation des voyageurs et le cheminement des secours [19]. Cet éclairage

n’intervient pas dans l’aide à la conduite des machines. En revanche les gares

(Monaco) ou les stations (RATP) en tunnel sont éclairées.

En cas de panne de l’alimentation électrique, un éclairage de sécurité de type

B d’une autonomie minimale d’une heure et assurant un éclairement d’au moins

2 lux en tout point au niveau du sol est prévu dans les cheminements et dans

les dispositifs d’accès des secours.

Les points lumineux de l’éclairage de sécurité sont alimentés de telle sorte

qu’un incendie ne puisse pas provoquer leur extinction sur une longueur supé-

rieure à 100 m. Leur espacement ne peut excéder 50 m sur la même piste de

circulation.

Dans les tunnels à deux voies, ils sont disposés en quinconce.


3 - Projet et génie civil des tunnels ferroviaires-

Pour une meilleure facilité de compréhension des termes techniques nous renvoyons le lecteur au glossaire rédigé par le SETVF [17] www.setvf.com

Photo 1 -Tunnel ferroviaire duPerthus (Eiffage).

3.1 - Dimensionnement des structures de plates-formes

La conception des structures de plates-formes dans les tunnels ferroviaires

dépend de plusieurs facteurs :

• le type de tunnel (ou de trémie) : immergé, préfabriqué ou creusé dans les-

quels la capacité portante du sol doit être prise en compte,

• la classification de la voie [16],

• la durée de vie de la plate-forme,

• le trafic (charge à l’essieu ou convoi type, vitesse de circulation maximale

autorisée),

• la géométrie,

• les matériaux disponibles,

• et la température dans le tunnel.

Pour le cas particulier des plates-formes de TCSP sur pneus mais guidés par

un rail central, nous renvoyons au rapport du GT 40 sur les chaussées routières

en tunnel, publié en 2011, pour tous les aspects de dimensionnement.

On retrouve les grandes familles utilisées en France :

• Les plates-formes avec ballast (§ 4.2) [17]

• Les plates-formes sans ballast en béton de ciment ou enrobé

3.2 - Influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la conception de la plate-forme

L’épaisseur disponible pour la réalisation de la plate-forme dépend très direc-

tement

• du mode de réalisation du tunnel :

a) Creusement traditionnel : Plate-forme reposant sur le sol naturel avec la

possibilité d’utiliser la piste de chantier comme fondation (LGV

Tartaiguille/Valence)

b) Creusement au tunnelier : Plate-forme reposant sur une dalle béton (Tunnel

sous la Manche)

c) Trémies, tranchées couvertes : Plate-forme reposant sur une dalle béton

(Metrobus Rouen)

d) Tunnels immergés : Plate-forme reposant sur une dalle béton (RATP ligne 14)

• du gabarit du tunnel,

• du respect de la cote finale.

Cette épaisseur doit donc être prise en compte dès la conception du projet.


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3.2.1 - Creusement traditionnel : plate-forme reposant sur le sol naturel ou contre-voûte + remblai

Pour ce type de chantier et dans le cadre de travaux de creusement, on réalise

une piste de chantier, la plupart de temps en BCR (Béton Compacté au Rou-

leau). Il pourrait être très intéressant - moyennant des spécifications plus

strictes sur les tolérances géométriques de cette piste - de la prendre en

compte dans le dimensionnement final. Le surcoût de la piste serait alors plus

que largement compensé par les économies réalisées sur les couches de

chaussées.

Le gabarit de creusement (ou fini) est très proche de celui du projet et ne

génère pas de contrainte de réalisation de la plate-forme.

3.2.2 - Creusement au tunnelier : plate-forme reposant sur une dalle béton


Figure 1a - Plate-forme avec contre-voûte et ballast - Tunnel de Tartaiguille (LGV Méditerranée).

Figure 1b - Plate-forme avec contre-voûte et pose de bal-last – Tunnel de Chavanne (LGV Rhin-Rhône).

Photo 2 - Tunnel sous la Manche.

Figure 1c - Plate-forme avec contre-voûte et pose de voie directe Stedef– Tunnel de Marseille (LGV Méditerranée).


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A la RATP le percement du tunnel (diamètre moyen de 8 m) relève du marché

génie-civil. Le rechargement de la base du tunnel sur une hauteur d’environ

1,80 m se fait avec du béton de ciment compacté au rouleau (BCR) surmonté

d’une couche de 10 cm de béton de ciment. Ensuite intervient la pose de la

voirie.

Le creusement par tunnelier génère des contraintes d’altimétrie et d’épaisseur

pour la plate-forme liées au diamètre de la machine.

3.2.3 - Trémies, tranchées couvertes : plate-forme reposantsur une dalle béton

Aucune contrainte particulière pour la réalisation de plate-forme.


Figure 2b - Tunnel sous la Manche.Figure 2a - Tunnel de Saverne LGV Est Européenne [Réf 14].

Figure 3a - Section du tunnel de Viroflay (Yvelines) pour TCSP sur pneus de la ligne T6.

Figure 4 - Coupe d’un tunnel en tranchée couverte de 550 m à Taissy (LGV Est Européen).

Figure 3b - Tunnel Paris-Gare de Lyon [Réf 15].


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Un système d’assainissement est installé dans

les tunnels de plus de 5 km où le transit de

matières dangereuses est prévu [19]. Le sys-

tème d’assainissement est apte à :

• absorber un débit d’au moins 100 l/s,

• recueillir 80 m3 au moins.

Chaque caniveau (un par voie) se déverse tous

les 50 m au maximum dans un collecteur

enterré. Au droit de chaque raccordement un

siphon est aménagé afin d’arrêter les flammes

avant acheminement du liquide vers la fosse

de rétention.

Au cas où ce système sert également au recueil

des eaux de ruissellement, la capacité de la

fosse permet en toutes circonstances le

stockage de 80 m3 de matières dangereuses.


3.3 - Assainissements

A contrario la quasi-totalité du réseau ferré national, qu’on assimilera à des

voies pour transport lourd et à vitesse élevée a recours à des voies ballastées.

4.2 - Voie Ballastée

La voie ferrée est traditionnellement composée d’un châssis de voie (rails et

4.1 - Contexte

Actuellement 60 % des plates-formes de la RATP sont des voies ballastées.

Cependant les lignes neuves ou rénovées (lignes 14, prolongement des lignes

13, 12 et 4), qui peuvent être considérées comme des voies à transport léger

et à basse vitesse, sont en béton de ciment.


Figure 5a - Coupe de tunnel circulaire métro fer – tunnel en déclivité – Pose de voie traverses béton sur plate-forme béton.

Cuvette latérale récupérant leseaux d’infiltration du piedroit renvoyées dans le caniveau centralvia des drains transversaux

Caniveau central pour un drainage gravitaire des eauxjusqu’à l’ouvrage d’épuisement

Figure 5b - Coupe de tunnel circulaire métro fer –tunnel en palier – Pose de voie traverses béton

sur plate-forme ballast.

Buse intégrée dans le béton de rechargement et inclinée en longitudinal pour un drainagegravitaire des eaux jusqu’à l’ouvrage d’épuisement

Drain sous ballast (U renversé)

Regard de visite

Remarque : Selon l’expérience acquise dans le

domaine de la pose de voies pour des plates-

formes mixtes en site urbain, le dimensionne-

ment de la structure imposé par le trafic

ferroviaire est suffisant pour accepter le trafic

routier au droit des carrefours sans modification.

En revanche il est indispensable de traiter les

interfaces au niveau du revêtement, zones les

plus sujettes aux dégradations.

4 - Les plates-formes et voies dans les tunnels ferroviaires -


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traverses maintenues) reposant sur la plate-forme par l'intermédiaire du

ballast, matériau granulaire 25/50 mm assurant notamment [23] :

• la transmission et la répartition, sur la plate-forme, des charges exercées

par les véhicules,

• l’amortissement des vibrations grâce à ses propriétés rhéologiques

(dissipation de l’énergie vibratoire par attrition des éléments de ballast),

• l’ancrage des traverses dans le sens longitudinal et transversal,

• le drainage rapide des eaux zénithales.

Par ailleurs, il permet la rectification de la géométrie de la voie par bourrage-

dressage mécanique, ce qui requiert une qualité et une épaisseur minimales.

Il permet aussi d’assurer une limitation des déplacements transversaux et lon-

gitudinaux, ce qui est important dans le cas de rails soudés en grandes longueurs.

Sous le ballast on trouve une couche de forme et une sous-couche en maté-

riaux sélectionnés qui lui confèrent ses qualités de stabilité sous le trafic et

de durabilité, avec en particulier l’insensibilité à l’eau et au gel. De plus, en

tunnel neuf, on prévoit de manière quasi systématique un radier en béton sous

le ballast, et dans les tunnels anciens, la présence d’un radier dans certains

ouvrages et dans certaines zones d’ouvrages est liée à la géologie et aux

difficultés rencontrées lors de l’excavation. La voie ballastée repose donc

fréquemment directement sur le terrain naturel (sol ou roche). Un géotextile

peut éventuellement être inséré entre la sous-couche et la plate-forme.

Lorsque le tunnel est situé à proximité des habitations, un tapis anti-vibratile

peut être disposé entre le radier et le ballast.

Ce type de voie est appelé voie ballastée.

La SNCF précise au chapitre 11 de la procédure [21] que dans les souterrains

(tunnels et tranchées couvertes sans ouvertures), quel que soit le tracé, la pose

normale est la pose en Longs Rail Soudés (LRS) [21]. Ce point est également

rappelé au ch. 7.1 dans le document [22].

Le fait de maintenir en place les traverses avec du ballast est très compétitif

à la construction et la technique d’entretien est parfaitement maîtrisée. Cette

technique nécessite cependant :

• une hauteur totale de voie importante,

• une surveillance de sa géométrie

• et un entretien en fonction de la densité du trafic supporté.

4.3 - Voie sans ballast (béton de ciment ou enrobé)

L’alternative à la voie ballastée est la voie sans ballast pour laquelle le ballast

est remplacé par des couches d'assise constituées de dalles béton ou d’en-

robé. Actuellement la solution en enrobé n’est pas appliquée sur le Réseau

Ferré National. Ce type de voie doit assurer les mêmes fonctions que la voie

traditionnelle par la superposition de différents étages de raideurs décrois-

santes.


Figure 6 - Coupe schématique d'une voie ballastée [23].

Photo 3 - Voie ballastée (Source RATP).

Figure 7 - Coupe schématique de la voie sans ballast.

Nota : Le détail de ces structures est donné en annexe.

Superstructure

Infrastructure

Rail UIC60Fixation du rail

Traverse

Couche portante en béton ou en enrobé

Couche portante à base de liant hydraulique

Couche de protection contre le gel

Sous-sol


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Le développement de la voie sans ballast s’explique en premier lieu par la

recherche d’une longue durée de vie de la plate-forme permettant ainsi de

réduire sa fréquence de maintenance.)

Actuellement il se dégage 2 pratiques dans la conception des plates-formes

ferroviaires sans ballast :

• Les structures de voies en béton armé avec recours à l’Eurocode 2. Dans

ce cas Il faut être attentif à la présence éventuelle de courants vagabonds

qui, en milieu humide, créent un phénomène de pile, pouvant conduire à une

détérioration des armatures du béton armé,

• Les structures de voies en béton non armé sur fondation en béton ou enrobés :

l’évaluation des sollicitations mécaniques s’effectue à l'aide de modèles à élé-

ments finis à 3 dimensions (EF-3D) en statique, prenant en compte :

- les rails,

- la géométrie des dalles,

- les interfaces collées ou glissantes

- et le calcul des valeurs admissibles selon la démarche rationnelle appliquée

au domaine routier/autoroutier classique.

Ces valeurs admissibles sont adaptées moyennant des coefficients d'ajuste-

ment spécifiques, pour prendre en compte :

1 - la canalisation totale du trafic,

2 - les effets de discontinuité + gradients thermiques différents du contexte

routier/autoroutier classique.

Cette démarche est celle aujourd'hui adoptée en France par la quasi-totalité

des bureaux d'études, maîtrises d'œuvre et entreprises, constructeurs de

matériel roulant, organismes de contrôle, etc.

A notre connaissance il n’existe aucun guide ni recommandation "officielle"

qui viendrait préconiser cette démarche pourtant largement adoptée dans le

contexte français, et aussi à l'exportation.

L’ensemble des techniques sans ballast actuellement disponibles est résumé

dans le schéma suivant.


Photo 4 - Voie sans ballast (Source RATP).

Figure 8 - Les différents types de plates-formes ferroviaires sans ballast.

Type Dalle béton monolithique Support direct

Couche de fondation

BétonMatériau

bitumineux

Type de construction

Syst

èmes

Rails fixés sur traverses à unétage élastique

noyées dans dalle béton coulé

en place

RHEDA 2000 *

RHEDABERLIN

RHEDA Classic

Züblin

Stedef

Sonneville

SBB

Shinkansenslab track (J-slab)

Bögl

IPA

OBB-Porr

Edilon

EmbeddedRail Structure

Balfour Beatty

ATD

GETRAC

Rails fixés sur traverses à deuxétages élastiquesnoyées dans dalle

béton coulé en place

Rails fixés sur dalle béton coulé en place

Rails fixés sur dalle béton préfabriquée

Rails noyésRails fixés

sur traverses


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4.3.1 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton

La technique consiste à noyer la traverse dans un béton de calage (solution

française : « VSB »). La pose est facile dans son principe mais requiert une

grande maîtrise car la géométrie de la voie doit être précise, et ce d’autant

plus lorsque la vitesse de circulation est élevée.

Elle nécessite peu de maintenance. Les traverses sont en général équipées

d’inserts qui permettent la mise à la hauteur de la voie (spécification pour voie

béton de tramway), avant le coulage du béton. Cependant dans les tunnels les

traverses habituellement sont des traverses type STEDEF®, équipées de chaus-

son ou de coque rigide. Cet insert n’est alors pas possible. Le réglage se fait

au moyen de gabarits fixés au rail. Ce concept confère deux étages élastiques

à la voie, la déflexion du rail est alors identique à celle du ballast.

Si ce type de voie peut être utilisé en tunnels ferroviaires, l’accès des moyens

d’entretien, et notamment des véhicules de type routier, est toutefois limité.

Comme dans le cas de la voie sur ballast, la partie haute des traverses et

les rails dépassent de la surface de la dalle ce qui limite l’accès de véhicules

routiers pour les opérations d’entretien.

Remarques :

1 - Dans le cas des traverses STEDEF®, l’entretoise dépasse également du

béton. Cela ne permet donc pas la circulation ni des véhicules, ni des usagers

(risque de butée sur l’entretoise et donc chute).

Ce type de voie ne favorise donc pas les conditions de cheminement des

personnels ou l’évacuation des usagers en cas d’incidents ou d’accidents.

2 - Les solutions de type Rhéda® avec liaisons métalliques noyées dans le

béton ne présentent pas cet inconvénient.

3 - RATP a constaté des difficultés de maintenance lorsque les traverses sont

noyées dans le béton (photo 5) Elle privilégie plutôt la mise en place des

traverses dans des coques.

4.3.2 - Voies posées sur « selles »

La voie repose sur des supports indépendants appelés « selles » solidaires

d’une dalle béton après avoir été collés ou calés. Dans tous les cas une équipe

topographique effectue un contrôle géométrique du positionnement des selles

de manière à déterminer les ajustements nécessaires à apporter avant la pose

du rail dans les tolérances requises.

Une méthode de pose automatisée a été développée par la société Alstom

sous le nom d’Appitrack® dont l'acronyme signifie "Automatic Plate and Pin

Inserter for Trackwor" soit en français « machine d'insertion de traverses et

de tire-fonds pour voies ferrées ». Une machine coffrage glissant (ou slip-form

cf. § 4.5.3.2) guidée par une station topographique totale coule une dalle

support de la voie en béton extrudé non armé puis une machine spécifique

vient insérer par pervibration les selles équipées de leurs ancrages

Ce procédé permet une réduction du temps de pose des voies avec des

cadences moyennes de l’ordre de 80 m/j/voie. Il trouve ses limites au niveau

des points singuliers comme

les carrefours ou les zones en

centre-ville avec des phasages

successifs.


Photo 5 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton.

Figure 9 - Schéma de pose de traverses Rhéda®

(Tunnel du Perthus).

Photo 6a - Slip-form suivie de la machine de pose des selles.

Photo 6b - Pose automatiquedes selles.


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4.3.3 - Rail noyé ou ERS® (Embedded Rails Systems)

Il s’agit d’un système de fixation en continu développé par Edilon: les rails sont

maintenus dans une engravure qui peut être moulée dans une dalle en béton.

La caractéristique principale du système ERS est l’absence totale des éléments

de fixation traditionnelle, tels que les plaques, les boulons, les selles, les

ressorts, etc.

Après réglage et calage, le rail est enrobé et collé par une résine bi-compo-

sante, dont les capacités mécaniques sont fonction des besoins du projet

(atténuation de bruit ou des vibrations). Cette résine doit rester invariable dans

le temps et résister au rayonnement et aux agressions chimiques, thermiques

et mécaniques. De plus, elle doit être facile à employer dans des conditions

courantes de chantier :

- conditionnement adapté des composants ;

- consistance et temps de polymérisation réglés en fonction du travail à réaliser ;

- collage parfait sur toutes les surfaces ;

- insensibilité à l’humidité.

Note : Les performances élastiques de la résine sont adaptées en fonction de

la charge exercée sur le rail.

4.3.4 - Autres techniques possibles : les dalles préfabriquées

Cette technologie est utilisée en Allemagne, Japon, en Chine (ligne Shanghai-

Pékin), très peu en France et à notre connaissance pas encore en tunnel.

La fabrication en usine de plaques d’appui ou de dalles préfabriquées pour

voie ferrée est une alternative à la constitution d’une dalle coulée en place.

Les premières applications ont été réalisées aux Pays-Bas, il y a plus de

30 ans.

La préfabrication en usine d’éléments de dimensions importantes (de 3 à 8 m

de long pour 2,40 m de large et 40 cm d’épaisseur) permet des tolérances de

fabrication de l’ordre du millimètre.

Photos 8 - Mise place et positionnement de dalles préfabriquées.

Les éléments sont généralement en béton armé avec une classe de résistance

en compression de C55/65, conforme à la norme NF EN 206-1. Les armatures

permettent la répartition de sollicitations et charges. Les dalles ainsi réalisées

peuvent recevoir tous les systèmes, qu’ils soient ERS ou classiques ; les

fixations de rails sont pré-installées.

Le transport des plaques et leur mise en place seront effectués par des engins

adaptés aux conditions spécifiques des tunnels (gabarit, accessibilité..). Pour

son positionnement, chaque plaque (pesant environ 15 tonnes) fera préala-

blement l’objet d’une numérotation et d’une identification sur un plan de

calpinage conforme à la géométrie de la voie.

La pose des éléments est effectuée sur une couche portante à base de ciment

de 20 à 30 cm d’épaisseur. Les plaques sont ajustées sur chantier grâce à des

éléments de calage. Les plaques sont ensuite liées entre elles par un mortier

de scellement.

4.4 - Zone de transition

Un des points délicats qui mérite une attention toute particulière lors de la

réalisation d’une plate-forme en béton de ciment dans les tunnels (ou passages

à niveau, viaducs et gares) est le risque de créer un « point dur » par rapport

à la voie ballastée en amont et en aval.

Un certain nombre de procédés (types rail noyé ou ERS® – Embeded Rails Sys-

tems ) permettent de concilier fondation en béton et souplesse du ballast.

Néanmoins il est certain qu’un changement trop brusque de la souplesse de


Figure 10 - Rail noyé ou ERS (Embedded Rails Systems) - coupe transversale.

Photos 7 - Rail noyé ou ERS (Embedded Rails Systems) Photo gauche : mise en œuvrePhoto dessous : Tunnel sous la Manche


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fondation induit toujours des efforts supplémentaires sur la voie. Pour éviter

ces effets il est nécessaire d’aménager des zones de transition. Ces zones

doivent être stables et garantir une augmentation graduelle de la souplesse

vers la voie ballastée.

La problématique des zones de transition n’est pas complètement résolue,

des recherches sont en cours sur ce sujet (certains types de voie sur dalle

sont plus souples que la voie sur ballast).

Un certain nombre de méthodes appliquées communément sont rappelées

ci-dessous :

Sur le ballast : collage du ballast avec de la résine. Sur le réseau ferré national

(RFN), le collage du ballast est utilisé pour éviter le phénomène d’envol

provoqué par la vitesse de circulation, pas pour rigidifier cette couche amor-

tisseur.

Sur fond de forme : compactage progressif (« en rampe ») et mise en place

successive des couches de grave-ciment. Stabilisation avec géotextile.

Sur voie rigide : bandes résilientes. Faire attention à la déflexion.

Autre solution :

Doublage de rail : cela consiste à poser 2 rails à l’intérieur des rails de roule-

ment (rails raidisseurs) Ils sont posés dans la zone de transition de part et

d’autre du changement de plate-forme. Ce système a l’avantage de mieux

répartir les déflexions du rail.

Difficulté supplémentaire Le bourrage contre la dalle de la voie rigide est

pratiquement impossible (sauf si l’épaisseur de ballast est de 15 cm). Il y a la

possibilité de mettre en place une dalle de transition avec fixations réglables.

4.5 - Spécificités de mise en œuvre d’une plate-forme en tunnel ferroviaire

Dans le cas des tunnels ferroviaires, les spécificités sont peu nombreuses :

• Le ballast générant le plus souvent de la poussière lors de son déchargement,

il est conseillé d’arroser le ballast avant de le décharger.

• La nécessité pour les pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les

délais les plus rapides, conduit à privilégier des solutions techniques leur

permettant d’entrer directement avec leurs véhicules de secours et de rouler

sur les voies (fig.13).


Pose béton Pose ballast

Figure11 - Zone de transition (pour tramway).

Figure 12 - Dalle de transition - détail des armatures.

Figure 13 - Schéma de principe d’accessibilité des véhicules routiers dans les tunnels.

Dans tous les cas, la mise en œuvre nécessite :

• une très bonne ventilation. Il faut donc prévoir cette installation supplémen-

taire de façon à pouvoir travailler dans des conditions sanitaires acceptables,

permettant d’évacuer les fumées des engins de transport et de mise en


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œuvre (pour le béton et l’enrobé), les fumées émises lors de l’application

de l’enrobé et de supprimer une condensation importante (souvent liée à

un important gradient thermique) qui se produit à ce moment-là. Pour la

mise en place de la ventilation on se reportera aux recommandations de

l’AFTES [4].

• et la mise en place d’un éclairage adapté pour travailler dans des conditions

optimales de sécurité.

4.5.1 - Réalisation d’une voie sur ballast

Deux cas sont à prendre en considération : les tunnels double voie, les tunnels

mono voie.

Dans le cadre d’un tunnel double voie, les voies sont posées l’une après l’autre.

Ainsi, l’entreprise dispose toujours d’une voie de circulation pour l’approvi-

sionnement.

Pour la pose de la première voie, les engins roulent sur le radier du tunnel, ou

éventuellement sur une première couche de béton, béton de remplissage, per-

mettant un relevage minimum de la voie.

Une première couche de ballast est mise en œuvre, transportée au moyen

d’un chargeur sur pneu ou par des camions bennes à déchargement latéral.

Cette couche n’est pas compactée. Puis les rails et les traverses sont appro-

visionnés, la voie est montée sur cette première couche. Un premier relevage

est exécuté afin de conforter la voie. Celle-ci peut alors être circulée à vitesse

réduite.

Pour la pose de la seconde voie, des matériels ferroviaires approvisionnent les

matériaux nécessaires à partir de la première, et le phasage de pose est simi-

laire.

Il reste ensuite à réaliser le relevage final et à stabiliser les voies.

Dans un tunnel monovoie, il n’y a plus de voie d’approvisionnement. Il faut

poser la première couche de ballast au chargeur, distribuer les rails et les tra-

verses au moyen d’une pelle sur chenille roulant sur le ballast, le tout en recu-

lant. Le premier relevage s’effectue manuellement, le ballast étant mis en

place à la fourche. Puis les engins ferroviaires peuvent travailler de manière

traditionnelle.

Comme mentionné précédemment, il est conseillé d’arroser le ballast avant

son déchargement.

Ces tunnels peuvent être circulés par des engins rail/route (zones « d’enrail-

lement 1 » à prévoir aux extrémités de tunnels) ou par du matériel ferroviaire

spécifique aux secours.

En cas de sinistre, seuls les cheminements piétonniers sur le côté du tunnel

peuvent être utilisés.

4.5.2 - Réalisation d’une voie sur béton de ciment

4.5.2.1 - Principes générauxLa composition et les procédés de fabrication des bétons de ciment pour une

application en tunnel sont identiques à celles des bétons d’extérieur sauf dans

le cas de recours à des « trains-béton » où le béton est fabriqué in situ dans

le tunnel.

a) ApprovisionnementOn notera que l’approvisionnement du béton peut se faire au moyen de toupies

béton dès lors qu’elles peuvent accéder au chantier ou par pompage grâce à

des puits d’accès aménagés à cet effet (photos 9).


1 - Zone d’accès pour que l’engin sur pneus puisse accéder à la voie ferrée

Photo 9a - Livraisondu béton en surfacedans pompe.

Photos 9 - Approvisionnementdu béton dans un tunnel.

Photo 9b - Descentede la conduite dans le tunnel.

Photo 9c - Descentede la conduite dans le tunnel.

Photo 9d - Approvisionnementpar trémie.


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b) Mise en œuvreLes moyens de mise en œuvre sont adaptés à la configuration du tunnel qui

peut être :

• monotube double voie ou bitube,

• foré au tunnelier (profil circulaire) ou excavé en traditionnel,

• petite ou grande longueur.

Dans le cas de tunnel de petite longueur ou monotube double voie, les moyens

classiques sont utilisables pour poser la première voie depuis l’extérieur ou la

voie contigüe. Dans les autres cas, des équipements spécifiques sont mis au

point : portiques roulant de part et d’autre de la voie sur les banquettes ou sur

une voie provisoire.

Dans le cas de tunnels urbains comme à la RATP, la distance entre 2 stations

est d’environ 600 m pour le Métro et de l’ordre de 1 500 m pour le RER.

La distance maximale pour approvisionner un chantier à partir d’une station

est donc de 300 m à 750 m. Cela suppose des procédures et des dispositifs

spécifiques lors de la formulation du béton (retardateur de prise) et son ache-

minement (reprise de bétonnage, fabrication de « premix »).

4.5.2.2 - Mise en œuvre La mise en œuvre des chaussées en béton de ciment nécessite le recours à

des machines spécifiques que les constructeurs et les entreprises modifient

et adaptent aux conditions des chantiers, « à chaque chantier une solution au

problème ».

Les contraintes de mise en œuvre en tunnel monovoie sont les mêmes que

celles rencontrées précédemment avec la pose de voies ballastées.

a) Les différents types de matérielOn recense deux types de matériel pour la mise en œuvre des bétons adaptés

à la taille du chantier et à la configuration des travaux : les machines à coffrage

glissant (ou slip-forms) et les règles vibrantes ou finisseurs à rouleaux.

Il existe une multitude de machines à coffrage glissant de largeur variable de

2 à 15 ml, pouvant recevoir des modifications standard en fonction des condi-

tions de réalisation. L’utilisation des règles vibrantes ou finisseurs à rouleaux

se limite généralement aux ouvrages de petite taille ou de formes complexes.

b) Le guidage des machines à coffrage glissantLe guidage des machines à coffrage glissant se fait selon deux techniques :

le guidage par des palpeurs altimétriques et directionnels (le plus répandu) et

le système en 3D plus complexe et plus précis.

Le guidage par palpeurs altimétriques et directionnels est assuré par 4 palpeurs

altimétriques et 2 palpeurs de direction (photo 11) ; les références de guidage

sont constituées de 2 fils placés latéralement, et supportés par des potences

dont l’espacement est au plus de 10 m. La tension de chaque fil est telle que

celui-ci ne doit pas présenter de flèche supérieure à 3 mm sous une charge

de 50 g placée à égale distance de deux potences successives.

Il existe plusieurs systèmes de station 3D sur le marché avec 1 ou 2 prismes

(photo 12). Le procédé comprend une ou plusieurs stations totales (théodolites

automatiques), qui communique(nt) avec un ordinateur embarqué sur la

machine de mise en œuvre. Le théodolite indique en temps réel le position-

nement dans l’espace de la machine, l’ordinateur guide la machine en fonction

du projet d’exécution.

c) La modularité des machinesLes machines à coffrage glissant ont la particularité d’être très modulables,

ce qui leur confère une formidable possibilité d’adaptation aux conditions de

coulage, en particulier dans les tunnels où le coulage peut se réaliser sur 3

chenilles contre la paroi, ou en limite d’obstacles (photo 13).

Photo 11 - Guidage par fils.

Photo 12 - Guidage par station totale - prismes sur mât.


Photo 10 - Bétonnage au front.

Photo 13 - Exemple du tunnelferroviaire de Guadarrama enEspagne- vue arrière.

Figure 14 - Principe du

« zero clearance ».


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d) La mise en œuvre du béton contre les parois du tunnel :Le principe dit de « zero clearance », consiste à procéder au coulage du béton

sur 3 chenilles appuyées contre la paroi.

e) La mise en œuvre du béton dans les tunnels creusés au tunnelierL’adaptation conduit à introduire un angle au niveau des chenilles (fig. 15) afin

de stabiliser les patins sur les parois. Cette technique a été développée pour

la réalisation du radier du tunnel Transmanche.

f) Le coulage du bétonLes plates-formes sont généralement réalisées par 1/2 voie ou en pleine lar-

geur.

Le choix d’une méthode est fonction des conditions du chantier (alimentation

du béton et circulation) et du matériel de mise en œuvre utilisé.

Figure 15.

Photo 14 - Approvisionnement par camions bennes.

g) Mode d’approvisionnement des machinesAfin de garantir un rendement optimal le mode d’approvisionnement est réalisé

par camions bennes. Le choix entre des camions 8*4 et des semi-remorques

est fonction des problématiques du chantier. En tunnel, généralement, on favo-

risera les 8*4 pour des raisons de gabarit (hauteur de benne). On utilisera un

approvisionnement spécifique par alimentateur pour limiter les difficultés de

circulation dans le tunnel.

Remarque : dans le cas des tunnels RATP il faut approvisionner des engins

de chantiers situés à 15 mètres de la surface.

4.5.3 - Pose de la voie

Les principales poses du béton sont :

• la pose sur traverses,

• la pose sur selles (ancrée et/ou collée),

• le rail noyé (pré-enrobé ou résine de calage).

4.5.3.1 - Pose de la voie sur bétonGénéralement, un premier béton de remplissage est coulé afin d’obtenir une

surface plane pour circuler et pour diminuer la hauteur du béton de voie.

Le début des travaux est traditionnel de la pose de voie sur béton.

Les rails sont approvisionnés et stockés de manière à permettre la circulation

des engins. Les traverses sont ensuite distribuées selon un travelage déterminé

(nombre de traverses au km).

A l’aide d’une pelle hydraulique équipée d’un palonnier ou de portiques de

substitution, les rails sont alors mis en place et fixés sur les traverses.

Après soudure des rails, la voie est réglée à sa position, elle est donc suspendue

sur gabarits (photo 17) et le bétonnage peut avoir lieu.

Photo 16 - Transport debéton par un camion avecune benne munie d’un vérin.

Photo 17 - Gabarits pourpose de rails.


Photos 15 - Coulage par 1/2voie ou en pleine largeur.

a) Tunnel de Sinard / coulage par 1/2 voie.

b) Coulage pleine largeur.

© IE

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La méthode employée est alors spécifique aux tunnels. Suivant la longueur du

tunnel, deux méthodes sont généralement utilisées :

• soit une pompe à béton est installée au plus près de l’entrée du tunnel (zone

accessible pour les toupies) et est connectée à des tubes emboités les uns

dans les autres pour envoyer le béton directement dans le tunnel jusqu’à

800/1000 m (composition spéciale du béton à mettre en œuvre),

• soit, pour les tunnels plus longs, un matériel spécifique est alors utilisé pour

approvisionner le béton au plus près du front tout en le malaxant, puis une

pompe de reprise envoie le béton au niveau de la zone de travail.

Les rails sont alors au-dessus du niveau supérieur du béton, ils dépassent d’à

peu près d’une vingtaine de centimètres. Afin d’obtenir une planéité au niveau

du plan de roulement et pouvoir circuler avec des engins routiers, il est possible

de mettre en place un revêtement (béton ou enrobé) sur cette couche de béton.

4.5.3.2 - Pose de la voie sur sellesMême principe que la pose sur traverses.

Les selles peuvent être posées soit sur une dalle béton, soit sur des longrines.

(Photos 18).

Photo 18a - Pose du rail avec des pré-selles pour permettre d’assurer une finitionsous selles ultérieure tout en positionnant exactement les ancrages de la selle(système Pandrol) (surface d’appui parfaite, sans bullage sous la selle).

Photo 18b - Après la reprise de la surface d’appui, pose des selles (Pandrol).

4.5.3.3 - Pose de rail noyé + revêtement bétonLe béton de remplissage doit être coulé de manière à laisser une réservation

dans laquelle le rail sera mis en place puis calé en position avant de couler la

résine.

Si le tunnel n’est pas trop long, les toupies peuvent entrer dans le tunnel en

marche arrière et alimenter une machine à coffrage glissant, réalisant ainsi

les réservations directement en sortie de coffrage.

Ensuite la méthode de mise en place du rail est classique d’une pose de rail

noyé.

Une fois la prise du béton achevée, il est possible à tout type d’engin routier

de circuler sur le béton de remplissage.

4.5.3.4 - Rail de guidage des TCSP sur pneusLa pose du rail central de guidage des TCSP guidés sur pneus s’effectue après

la réalisation de la plate-forme en béton ou en enrobé au moyen d’une engra-

vure effectuée par sciage latéral puis fraisage sur la profondeur. Le rail est

ensuite positionné et scellé dans de la résine (figure 16).

4.5.4 - Les plates-formes en enrobé

4.5.4.1 - Principes générauxLa composition des matériaux bitumineux pour une application en tunnel est

similaire à celle des enrobés d’extérieur ou de rase campagne. Il y a cependant

quelques aménagements à prévoir lors de leur fabrication et mise en œuvre.

4.5.4.2 - FabricationPour fabriquer des matériaux bitumineux en vue d’une application en couches

de chaussée (couches de roulement, liaison ou base) il est nécessaire de chauf-

fer les composants granulaires à une température égale à celle permettant la

circulation du bitume dans les tuyaux jusqu’au poste d’enrobage.

Cette température de fabrication des enrobés [11] est en général entre 150°C

et 170°C selon la nature et la dureté du liant (bitume pur, bitume modifié par

des polymères ou liant de synthèse). Dans ce contexte la mise en œuvre des

enrobés s’effectue à une température supérieure à 125°C.

Le recours à des enrobés tièdes [17] permet d’abaisser la température d’au

moins 30 °C.

Préalablement à l’application des enrobés il est nécessaire de procéder au

répandage d’une couche d’accrochage sur le support de façon à favoriser

le collage de l’enrobés. Cette couche d’accrochage est une émulsion de

bitume.

4.5.4.3 - La mise en œuvreLa mise en œuvre s’effectue au finisseur, le transport de l’enrobé de la centrale

de fabrication au finisseur est assuré par des camions qui déversent l’enrobé

dans la trémie du finisseur. (Photo 19).

La difficulté d’approvisionnement due à l’exigüité du lieu (largeur et gabarit)

et les précautions à prendre vis-à-vis des équipements existants sont autant

de contraintes qui rendent la durée du chantier plus grande qu’à « l’air libre »

Comme le gabarit du tunnel ne permet pas toujours une élévation complète

de la benne du camion, il faut prévoir des adaptations comme le choix de

camions dont les bennes sont équipées de vérins poussant les enrobés.

Figure 16 - Rail de guidage central



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Les caractéristiques mécaniques de l’enrobé sont obtenues par compactage.

En tunnel on choisit une formulation d’enrobé conciliant « maniabilité » et résis-

tance à l’orniérage de façon à réduire l’intensité du compactage générateur

de vibrations.

Photo 19 - Transport d’enrobé par un camion avec une benne munie d’un vérin.

4.5.5 - Réalisation des assainissements en tunnel

L’assainissement en tunnels se limite le plus souvent à un collecteur central

ou à un profil caniveau à fente avec bordure intégrée, conçu afin d’éviter toute

combustion en cas d’écoulement de liquide inflammable, avec des regards de

type siphoïde (fig. 20).

Il existe deux modes de réalisation :

• préfabrication par éléments de 3 ml (en général),

• coulage en place en continu par extrusion.

Les assainissements nécessitent soin et savoir-faire. Les faibles tolérances

de réalisation imposées par la réglementation ont un impact direct sur le profil

en long. Le choix de la technique de réalisation doit tenir compte des carac-

téristiques géométriques du tunnel. On préférera la solution du caniveau coulé

en continu, plus précise et plus proche du profil en long et de l’uni de la chaus-

sée. Le préfabriqué, quant à lui, reste constitué de lignes brisées plus difficiles

à caler obligeant souvent à un reprofilage de la chaussée.

Il est fortement souhaitable que les assainissements soient réalisés, ou par

Photos 20 - Réalisation d'assainissements.

Photos 21 : Remplacementdes rails dans le tunnel sousla Manche.

l’entreprise mettant en œuvre la plate-forme, soit, au minimum, en parfaite

coordination avec cette dernière.

4.6 - Gros entretien et réhabilitation

Quelle que soit la durée de vie de la plate-forme, il y a un moment où il est

nécessaire de procéder à sa réfection complète. De même dans des cas

extrêmes - affaissement de plate-forme, changement de profil en long - ou

en fin de vie du rail, il est parfois nécessaire de remplacer celui-ci. Celle-ci

nécessite donc sa déconstruction. Il convient donc de prendre en considération

dès la conception du projet les méthodes de déconstruction (fig. 21).

Du fait de l’importance et de la longueur des travaux les gênes mentionnées

au § 2.3 prennent toute leur acuité.

On retrouvera les mêmes contraintes opérationnelles qu’avec des travaux

neufs dès lors que le tunnel est en monovoie.

Dans le cas d’une pose de rail noyé, on découpe préalablement le rail, on pro-

cède ensuite à son enlèvement progressif (à l'aide d'une pelle et d'une pince

de levage) par longueur de 2 à 3 mètres en partant de la coupe. Puis on le

laisse reposer sur des bastaings au fur et à mesure de l'avancement.


Les rails noyés sont démontables et peuvent être remplacés lors des opérations

de gros entretien. Il faut cependant être attentif au gabarit des engins de levage

de façon à ce que leur évolution ne soit pas gênée à l’intérieur du tunnel.

4.7 - Analyse comparative

Le Groupe de Travail a essayé de rassembler sous une forme synthétique -

comme pour les tunnels routiers - les spécificités des techniques proposées

pour la réalisation des tunnels ferroviaires. Loin d’être exhaustifs, ces tableaux

ont le mérite de mettre en évidence les principaux critères de décision et

d’apporter une réflexion globale sur le choix des solutions.


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4.7.1 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée


Voie ballastée Voie sans ballast

Spécificités

Projet • Nécessité de prendre en compte la structure de la plate-formedès le projet

• Nécessité de prendre en compte la structure de la plate-formedès le projet

Conception • Irrégularité des propriétés rhéologiques du ballast

• Résistance au déplacement latéral limitée

• Niveau sonore faible

• Tenue de la géométrie de voie apte à l’usage

• Projection de ballast à grande vitesse

• Transfert des vibrations pouvant être limité par interposition desemelles anti-vibratiles, soit sous selles support de rail, soit soustraverses (ex : Stedef).

• Régularité des propriétés rhéologiques du béton de ciment• Haute résistance aux déplacements latéraux et longitudinaux• Emissions sonores plus élevées mais faciles à traiter • Réduction de la hauteur du gabarit du tunnel• Prévoir une transition voie béton/voie ballastée demandant une

réalisation spécifique• Possibilité de réduire les vibrations par semelles anti-vibratiles ;

Construction • Pose à grand rendement maîtrisée • Largement mécanisée• Faible sensibilité aux imperfections de fabrication• Prix maîtrisé• Utilisation de quantités importantes de granulats

de caractéristiques élevées• Compensation des tassements éventuels de la plate-forme

et du sol support (concerne peu les tunnels)

• Cadences rapides (en fonction de l’approvisionnement en bétonet des techniques de coulage)

• Maîtrise globale des cadences et des coûts• Expérience française en cours sur la LGV• Expériences étrangères nombreuses et a priori favorables.• Pas de compensation des tassements éventuels

de la plate-forme et du sol support (concerne peu les tunnels)

Maintenance • Techniques de maintenance parfaitement maîtrisées• Renouvellement périodique du ballast• Possibilité d’adaptation à long terme de la géométrie de la voie• Obligation de la surveillance et du contrôle

• Expérience française faible vis-à-vis de la maintenance des rails• Interventions lourdes pour le renouvellement de la structure si

nécessaire.• Grande durabilité générale de la voie sans action de reprise ou

de nivellement

Tableau 3 - Comparaison technique voie ballastée/voie sans ballast.

4.7.2 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée pour tunnel urbain

La RATP apporte les commentaires suivants sur le type de pose et les domaines d’application

Voie ballastée Voie sans ballast

Spécificités

Construction • Traverses bi-blocs béton sur plateforme ballastée• Réalisation simple, rapide et peu onéreuse• Modifications de tracé, profil ou incorporation d’appareils en

voies simples, rapides et économiques

• Traverses bi-blocs béton sur plateforme béton • Réalisation complexe, longue et coûteuse• Modifications (intégration d’un appareil de voie) très complexes,

longues et coûteuses

Exploitation etMaintenance

• Faible performance anti-vibratile

• Risque de dégradation de la géométrie de la voie (mouvement duballast)

• Nécessité d’un contrôle régulier et d’une maintenance périodique(bourrage du ballast)

• Drainage par filtration à travers le ballast conduisant à un colmatage de ce dernier

• Renouvellement complexe et coûteux (traverses et ballast)

• Bonne performance anti-vibratile• Maintenance réduite• Nettoyage aisé• Drainage efficace• Renouvellement simple et économique (seulement pour

les traverses)


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4.7.3 - Aspects économiques

Le coût de la plate-forme est estimé à 10% du coût global de l’investissement :

génie-civil (tunnel), plate-forme, voies... Le coût de cette phase peut apparaître

relativement marginal lorsqu’il est comparé à celui du génie civil. Cependant

le savoir-faire qui lui est associé requiert une compétence toute spécifique.

En revanche 90 % des dépenses d’entretien et de gestion relèvent de la voie

(Sources RFF / RATP).

Les estimations des coûts de construction d’une voie sans ballast sont géné-

ralement plus élevées qu’une voie classique. Quant aux coûts de maintenance

de la voie sans ballast, ils sont plus faibles. Une analyse globale est conseillée.

La dimension économique est primordiale dans le choix d’une pose de voie

sans ballast. Cet aspect doit être abordé en considérant à la fois les coûts de

construction (y compris ceux liés à la réduction du gabarit) et les coûts

d’exploitation.

Figure 17 - Réduction de gabarit.

Un coût total élevé a été un frein au développement de cette technique. La

prise en compte des coûts globaux permet de relativiser cette affirmation, la

pose de voie directe étant particulièrement attractive pour les tunnels et sur

les ponts.

Le réseau possédant le plus de recul à ce sujet est le réseau japonais

(cf. Annexe 10.2.2.1) avec les différentes lignes du Shinkansen.

Les coûts de construction des voies sur dalle en Allemagne sont de 20 à 40%

plus élevés que ceux des voies classiques [24]. L’ordre de grandeur de ce sur-

coût est confirmé dans le document [25] tant pour le réseau japonais (+30 à

40 %) qu’aux USA (+30%)

La RATP considère que le surcoût d’une voie en béton de ciment de l’ordre de

30 % est acceptable en regard de la réduction des coûts d’entretien (à vérifier

par RATP).

La voie sur dalle permet un maintien de l’état des voies plus long que la voie

classique. Pas de phénomène de défragmentation de ballast. Ce facteur s’in-

tègre dans les coûts de maintenance qui sont d’un rapport 4 en faveur de la

voie sur dalle.

L’expérience japonaise conclut que l’excédent d’investissement de la voie

sur dalle est amorti entre deux et six années d’exploitation.

L’expérience de la Deutsche Bahn (DB) (cf. Annexe 10.2.2.2) dans ce

domaine conduit à des conclusions similaires.


5 - Réflexions liées à la sécurité et à l’incendie – Environnement et Santé-

5.1 - Considérations générales

La tenue au feu des tunnels doit être traitée dans la recommandation à venir

du GT 37. Il est question ici des problématiques de sécurité ayant à voir avec

la constitution de la plate-forme, essentiellement évacuation et accès des

secours.

Les incidents (pannes, accidents, incendies, etc.) entraînent presque toujours

des difficultés en tunnel.

En particulier, les incendies en tunnel ne sont jamais anodins compte tenu du

caractère confiné de ces derniers. Ils peuvent malheureusement être à l’origine

de pertes humaines que ce soit en tunnels ferroviaires ou en tunnels routiers.

Pour les tunnels ferroviaires on rappellera le cas du tunnel de Vierzy dans

l’Aisne (1972) où, suite à un éboulement, deux trains de voyageurs se percutent

et plus récemment celui du tunnel sous la Manche (1996) avec le déraillement

et l’incendie d’une navette de fret.

Il est à noter que dans les tunnels routiers les véhicules à « fort potentiel de

feu » sont mélangés aux autres (poids lourds au milieu des voitures) alors qu’ils

ne le sont généralement pas dans le système ferroviaire.

Les systèmes de désenfumage dans les tunnels sont obligatoires [19] dès lors

que la longueur du tunnel excède 5.000 m et que le trafic est essentiellement

du transport de marchandise (fret).

Un incendie se caractérise par des effets suivants :

a) Une perte de visibilité liée à l'envahissement du tunnel par les fumées

b) Une augmentation progressive de la toxicité et des difficultés pour les

personnes à respirer


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c) Une élévation plus ou moins rapide de la température

d) Des dégradations plus ou moins importantes des matériaux composant

l’infrastructure et les équipements.

Ce point a déjà été abordé par les travaux du GT37-R2 traitant plus spécifi-

quement de la tenue au feu des tunnels [2].

Cela peut se traduire par :

e) Des difficultés pour les usagers à prendre conscience du danger

f) Une évacuation difficile des usagers n’ayant pas rapidement rejoint un abri,

du fait de la perte de visibilité

g) Des difficultés d’approche pour les secours pompiers.

En présence de fumées ou de flammes, le comportement des usagers peut

varier selon l’état physique des personnes (enfants, personnes âgées, à mobi-

lité réduite, etc.).

Il convient alors, par des dispositions constructives et des équipements, de

faciliter leur évacuation en les accompagnant dans la conduite à tenir et en

leur signalant les issues de secours. Il s’agit également de permettre une

approche plus facile et plus rapide des secours.

Ainsi, chaque élément du tunnel, support de chaussée y compris, doit être

conçu dans cet objectif, et s'intégrer dans un système global de sécurité

cohérent.

5.2 - Cas des tunnels ferroviaires

La décision de la Commission européenne du 20 décembre 2007 [20] précise

les exigences en matière de protection contre l'incendie des ouvrages d'art.

Cette spécification s'applique aux nouveaux tunnels du réseau transeuropéen,

indépendamment de leur longueur.

En cas d'incendie déclaré, l'intégrité de la structure est préservée pendant une

période suffisamment longue pour permettre l'auto-sauvetage et l'évacuation

des voyageurs et du personnel de bord ainsi que l'intervention des services de

secours sans qu'ils soient exposés au risque d'un effondrement de la structure.

La résistance au feu de la surface du tunnel dans son état fini, qu'il s'agisse

de rocher ou d'un revêtement en

béton, doit faire l'objet d'une éva-

luation. Cette surface doit résister

à la chaleur provoquée par le feu

pendant une période de temps

donnée. La « courbe température-

temps» spécifiée (courbe EUREKA)

est montrée sur la figure ci-après.

Elle est utilisée pour la conception

de structures en béton unique-

ment.

Ce document [20] précise également les exigences en matière de sécurité

incendie applicables aux matériaux de construction.

Cette spécification s'applique à tous les tunnels, indépendamment de leur lon-

gueur, aux matériaux de construction et aux équipements utilisés à l'intérieur

des tunnels et non aux ouvrages qui sont couverts par le paragraphe précédent.

En fonction des exigences de la conception, soit le degré d'inflammabilité des

matériaux de construction est faible soit ils sont ignifuges. Le matériau dans

lequel est constituée la structure de base satisfait aux exigences de la catégorie

A2 de la norme EN 13501- 1:2002. Les panneaux n'appartenant pas à la struc-

ture et les autres équipements sont conformes aux exigences de la catégorie

B de la norme EN 13501-1:2002.

5.2.1 - Les risques d’accident

Les accidents en tunnel se traduisent par les mêmes effets que ceux ayant lieu

à l’air libre.

• Les déraillements d’un convoi : plusieurs centaines de voyageurs peuvent

être impliqués.

• Les collisions frontales ou lors de croisements de trains.

• Les incendies sont les risques les plus graves pour les tunnels ferroviaires et

les métros [12].

5.2.2 - Engagement des moyens de secours

Plus les cheminements et les accès seront praticables

• plus l’auto-évacuation des usagers et leur sauvetage seront faciles (il s’agit

d’évacuer environ 1000 personnes représentant le nombre de passagers

transportées par une rame de train ou de RER),

• et la mise en œuvre des moyens d’extinction sera rapide.

La nécessité pour les pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les

délais les plus rapides, conduit à envisager la mise en œuvre de solutions tech-

niques leur permettant d’entrer directement avec leurs véhicules de secours

et de rouler sur les voies (fig. 22).


Figure 18 - Résistance au feu – courbe température-temps.


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Une des solutions alternatives consiste à supprimer le ballast pour fixer

directement les rails sur une dalle en béton armé.

On voit donc que la problématique d’accès est primordiale en tunnel. En effet,

chaque intervention est plus compliquée en tunnel qu’en section ouverte.

La voie sans ballast présente le double avantage de réduire le nombre de ces

interventions (niveau de maintenance plus faible) et d’en faciliter le déroulement

en permettant dans certaines configurations l’accès des véhicules à pneus, en

Photos 22 - Accessibilité desvéhicules routiers dans lestunnels.

plus des véhicules rail-route dédiés. Ce dernier point est particulièrement

important en cas d’accident ferroviaire où des passagers sont impliqués.

Photo 23 - Evacuation des passagers d’un TGV Nice-Paris bloqués dans un tunnel(suite à une panne et non à un incendie en avril 2012).

Ces raisons expliquent que la voie sans ballast connaisse un développement

important en tunnel alors que son utilisation, en Europe, reste limitée en section

ouverte. En effet, depuis plusieurs années, les voies sans ballast sont réguliè-

rement appliquées pour la construction de voies en tunnels ferroviaires ou

dans les métros, y compris pour des lignes à grande vitesse comme le tunnel

sous la Manche.


Photos 24 - Véhicules de sécurité dans le tunnel de Bunol (Espagne).

6 - Recommandations du GT 40-

La plate-forme en tunnel ne doit pas être considérée comme un simple

prolongement de la section courante. Il convient d’inciter les décideurs à entre-

prendre une étude spécifique. En effet, plusieurs paramètres ont une influence

plus grande que le seul support de voie :

a) L’influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la

conception de la plate-forme

b) L’entretien futur de la plate-forme

c) La facilité d’accès des secours et l’évacuation des usagers

Ces paramètres doivent donc être étudiés soigneusement dès la phase projet.

1) L’épaisseur totale de la plate-forme doit être optimisée ; des économies

significatives seront fréquemment possibles si la plate-forme est définie dès

la conception.

Les voies sans ballast ont une épaisseur significativement plus faible que les

voies ballastées, dans certains cas, ceci permet une réduction du gabarit de

percement (neuf ou réhabilitation).

Recommandation 1 :Etudier la plate-forme en même temps que l’ensemble du tunnel

2) L'entretien futur de la structure doit être pris en compte dans le comparatif

économique des solutions.

Les entretiens sont souvent plus délicats en tunnel qu’en section courante.

Des techniques nécessitant peu d’entretien sont donc à privilégier dans la

majeure partie des cas.

Recommandation 2 :Prendre en compte l’entretien (y compris les éventuelles pertes

d’exploitation) dans la comparaison des plates-formes

3) Privilégier des solutions techniques qui permettent

• aux pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les délais les plus

rapides, et d’entrer soit directement avec leurs véhicules de secours et de

rouler sur les voies, soit avec des véhicules rail/route appropriés.

• une évacuation facile des usagers

Recommandation 3 :Prendre en compte les conditions d’accès des secours

et d’évacuation des usagers


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7 - Exemples et réalisations de tunnels ou voies ferroviaires-©

ETF

Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1997 - 1999Entrée de MarseilleRFFTunnel ferroviaireLGV Paris-MarseilleExplosif1Ferroviaire

Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Assise de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Assainissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Section utile = 63 m2

Longueur totale = 7834 m dont 934 m de tranchée couverteRadier bétonCaniveau dans radier béton

Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mise en œuvre structure voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1999 - 2000Voie béton avec traverses bi-blocs dans coques rigidesPar bétonnage in situ

Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Réglage voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Quais latéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Treillis soudé dans les zones de dévers > 90 mmPar théodolite à partir de la polygonale du tunnelPar train de bétonnageOui

Tunnel de Marseille

• TGV Marseille

• Perthus

• Anvers

• Voie expérimentale LGV Est européenne

• Inntal tunnel (Autriche)

GT40R2F1


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Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2005 - 2007Pyrénées Orientales (66)TP FERROTunnel ferroviaireLiaison Perpignan - Figueras (Espagne)Tunnelier2Ferroviaire

Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Assainissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9,20 m2 x 8400 m

Caniveau à fente

Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Radier sous voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2007 - 2009Béton de ciment 60 cm de béton

Radier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Slip-form en pleine largeur

Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Guidage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Transports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Quais latéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Station totaleCamions bennes 6 m 3

Passerelles de croisementOui

Tunnel du Perthus

GT40R2F1


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Tunnel d’Anvers - Liaison du Liefkenshoek

Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Prévue en 2014Anvers (Belgique)Contrat de concession à LocarailTunnel ferroviaireLiaison du LiefkenshoekTunnelier2 (tubes nord et sud)

Diamètre du tunnelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.40 m7,30 m (diamètre intérieur fini)5972 m pour le tunnel sud5979 m pour le tunnel nord

Date de réalisation des plates-formes . . . . . . . . . . . . . . . .Type de plate-forme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de traverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mise en œuvre de la plateforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2011 - 2012En béton

Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Réglage voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Approvisionnement du béton par pompage et wagonnet

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Voie expérimentale de la LGV Est européenne

Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maitre d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chauconin (Seine et Marne)RFFDalles béton de ciment goujonnéesLGV EstFerroviaire

Longueur de la section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Largeur de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 x 1800 m3,68 m

Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sous-couche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

janvier - septembre 2006Dalles de 15 cm en béton de ciment 0/20ferraillées (150 kg/m3)28 à 37 cm grave ciment

Réalisation de la plateforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Couche en béton de ciment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Couche de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

par demie-voieSlip-form guidéeNiveleuse

Particularités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Guidage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sciage des dalles sur 5 à 10 mm tous les 5 mètresPrésence de rails provisoires gênants1 section en courbe (dévers de 10 %)Tolérance altimétrique de 5 mmStation totalePar train au niveau de la machine

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Unterinntalbahn tunnel (Autriche)

Mise en service du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Décembre 2012Autriche

Ferroviaire

Tunnelier2

Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9,5 km

Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Système de coffrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tunnel double voie de 13 m45 000 voissoirs

Début des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de plate-forme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Type de voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2003Dalles flottantes en béton de cimentVoie sans ballast avec fixation directesur selles

Particularités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Système anti-vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Vitesse maximale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Dalles flottantes avec appuis ponctuelsEquipement de 4 camions de pompiers220 km/h

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8.1 - Principaux documents de référence

Réf. 1 - « Dossier pilote des tunnels génie civil – section 8 - chaussées», CETU,

MEDAD, décembre 1997

Réf. 2 - « Tunnels routiers : résistance au feu » AFTES recommandation° 205

– janvier/février 2008

Réf. 11 - « Les enrobés bitumineux », tomes 1 & 2, RGRA/USIRF, 2001 & 2003

Réf. 3 - CETU Annexe 2 « Instruction technique relative aux dispositions de

sécurité dans les nouveaux tunnels routiers (“conception et exploitation” à la

circulaire 2000-63 du 25 août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du

réseau routier national

Réf. 4 - « Ventilation des ouvrages souterrains en cours de construction » –

GT 27 R1F1 n°176 – 2003.

Réf. 5 - Chaussées en béton : guide technique, Sétra-Lcpc - mars 97 – révision

2000

Réf. 6 - « Comportement au feu des tunnels routiers » Guide méthodologique

CETU – mars 2005

Réf. 7 - « Comportement au feu des enrobés bitumineux » CSTB, juin 2006

Réf. 8 - « Accidents ferroviaires en milieu ouvert et fermé » - revue Le Sapeur

pompier magazine, sept. 2004.

Réf. 12 - Avis de l’Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement

et du travail relatif à l’« évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la

population générale et dans l'environnement », AFSSET 17 mars 2010.

Réf. 13 - Inventaire des tunnels ferroviaires de France, www.tunnels-ferro-

viaires.org/tech/tunn.pdf

Réf. 14 - Présentation de LGV EST Européenne 2ème Phase Tronçon H -LOT

47 Conception Réalisation, www.aecfrance.eu/tunnel-saverne.pdf, novembre

2010

Réf. 15 - RATP –SNCF Métro régional – section Auber Nation – Paris Gare de

Lyon ouvrage commun

Réf. 16 - « Dimensionnement des structures d’assise pour la construction et

la réfection des voies ferrées, SNCF, notice générale IN 0260, 1996

Réf. 17 - « Chaussées routières en tunnel », AFTES, Rapport du GT 40, 2012

Réf. 18 - « Arrêté du 22 novembre 2005 relatif à la sécurité dans les tunnels des

systèmes de transport public guidés urbains de personnes », JO 9 décembre 2005

Réf. 19 - « Instruction technique interministérielle relative à la sécurité dans

les tunnels ferroviaires », n° 98 300 du 08 juillet 1998, révisée en mars 2011

Réf. 20 - « Décision de la commission du 20 décembre 2007 concernant la

spécification technique d'interopérabilité relative à “la sécurité dans les tunnels

ferroviaires” du système ferroviaire transeuropéen conventionnel et à grande

vitesse », JO de l’Union européenne

Réf. 21 - « Conditionnement d’armement et de tracé pour la création de LRS »,

SNCF, Procédure IN 2915, 2006.

Réf. 22 - « Armement des voieries principales – Matériel de voie à mettre en

œuvre », SNCF, Document d’application, IN 3012 version n°2, 2008.

Réf. 23 - « Mise en œuvre du ballast pour voie ferrée », SNCF, Document d’ap-

plication, IN 0274 version n°2, 2010.

Réf. 24 - « State-of-the art : ballastless track systems », RTR review , Septem-

ber 2006, p. 29.

Réf. 25 - « Slab track – A scoping study 2003 », Britpave , 2003 p. 7.

Annexes

Réf. 9 - « Asistencia technica para el diseno e implantacion de la via sin balasto

en RENFE » TIFSA , septembre 1998

Réf. 10 - « Tunnels ferroviaires – La voie béton, solution pour améliorer la sécu-

rité des usagers et l’intervention des secours ». T66 - Cimbéton, août 2008.

8.2 - Principales normes chaussées béton de ciment

NF P98-170 (avril 2006) Chaussées en béton de ciment : exécution et contrôle

FD P98-171 (avril 1996) Chaussées en béton de ciment : Etude de la formu-

lation d'un béton - Détermination de la composition granulaire conduisant à

la compacité maximale du béton frais.

NF EN 13877-1 (janvier 2005) Chaussée en béton partie 1 : matériaux

NF EN 13877-2 (avril 2005) Chaussée en béton partie 2 : exigences fonction-

nelles pour les chaussées béton

NF EN 13877-3 (avril 2005) Chaussée en béton partie 3 : spécifications rela-

tives aux goujons à utiliser dans les chaussées en béton

NF EN 13863-1 (mai 2004) Revêtements en béton partie 1 : méthode d'essai

pour la détermination de l'épaisseur de la dalle de béton par voie non des-

tructive

NF EN 13863-2 (juin 2004) Revêtements en béton partie 2 : méthodes d'essais

pour la détermination de l'adhésion entre deux couches

NF EN 13863- (mai 2005) Revêtements en béton partie 3 : méthodes d'essai

pour la détermination de l'épaisseur d'une chaussée béton à partir de carottes

NF EN 13863-4 (juin 2005) Revêtements en béton partie 4 : méthodes d'essai

pour la détermination de la résistance à l'usure des chaussées béton par abra-

sion provoquée par les pneus à crampons

8.3 - Principales normes chaussées bitumineuses:

NF EN 13108-1 (février 2007) : Mélanges bitumineux – Spécifications des

matériaux : Partie 1 : enrobés bitumineux

NF EN 13108-2 (décembre 2006): Mélanges bitumineux – Spécifications des

matériaux : Partie 2 : bétons bitumineux très minces

NF EN 13108-8 (mars 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-

riaux : Partie 8 : agrégats d’enrobés

NF EN 13108-20 (juin 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-

riaux : Partie 20 : épreuve de formulation

NF EN 13108-21 (juin 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-

riaux : Partie 21 : maîtrise de la production.

NF P 98-149 (juin 2000) : Enrobés hydrocarbonés – Terminologie – composants

et composition des mélanges – mise en œuvre – produits – techniques et pro-

cédés.

NF EN 12697-41 (décembre 2005) : Mélanges bitumineux – Méthodes d’essai

pour mélanges hydrocarbonés à chaud – Partie 41 : résistance aux fluides de

déverglaçage.

NF EN 12697-43 (décembre 2005) : Mélanges bitumineux – Méthodes d’essai

pour mélanges hydrocarbonés à chaud – Partie 43 : résistance aux carbu-

rants


8 - Bibliographie-


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8.4 - Crédit photos

Agilis, AFTES, CETU, Cete Lyon, Cimbéton, Colas Rail, Comatelec, Edilon, Eiffage

Travaux Publics, Egis, Eurovia, FNSPF, Métalliance, NGE, SNCF, SNBPE, SPEC-

BEA, Wirtgen, Usirf, Xelis,

9 - Glossaire-

AFSSET - Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du

Travail

AFTES - Association française des Travaux et de l’Espace Souterrain

ACV - Analyse de cycle de vie

BAC - Béton Armé Continu

BB - Béton Bitumineux

BC - Béton de Ciment à dalles non goujonnées

BCi - Béton de Ciment de classe i

BBME - Béton Bitumineux à Module Elevé

BBSG - Béton Bitumineux Semi Grenu

BBTM - Béton Bitumineux Très Mince

BCMC - Béton de Ciment Mince Collé

CETU - Centre d’Etudes des Tunnels

CIE - Commission Internationale de l’Eclairage

EMEi - Enrobé à Module Elevé de classe i

ERS - Embedded Rails System

FEHRL - Forum of European National Highway Research Laboratories

GB - Grave Bitume

GBi - Grave Bitume de classe i

GNT - Grave non traitée

IPCS - Itinéraire Provisoire à Contre-Sens

LRS - Long Rail Soudé

MEEDDAT - Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable

et de l’Aménagement du Territoire

MEEDDM - Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable

et de la Mer

LCPC - Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

RATP - Régie Autonome des Transports Parisiens

RFF - Réseau Ferré de France

RFN - Réseau Ferré National

SETRA - Service d’Etudes sur les Transports, les Routes et leurs Aménage-

ments

SETVF - Syndicat des Entrepreneurs de Voies Ferrées de France

SMA - Stone Mastic Asphalt

SNCF - Société Nationale des Chemins de Fers Français

SNBPE - Syndicat Nationale du Béton Prêt à l’Emploi

SPECBEA - Syndicat Professionnel des Entrepreneurs de Chaussées en Béton

et d’Equipements Annexes

TCSP - Transports en Commun en Site Propre

USIRF - Union des Syndicats de l’Industrie Routière de France


10 - Annexe-

10.1 - Etat des lieux en France et à l’international

10.1.1 - Synthèse sur l’expérience espagnole

Il s’agit d’une traduction française. Le texte espagnol [Réf. 9 ] est consultable

sur le site de l’AFTES.

Figure A1 - Page de gardedu document espagnol.

10.1.1.1 - Construction de zones test :But : Comparer divers systèmes de pose de voie sans ballast sur le tracé du

« corridor méditerranéen ».

Les systèmes testés :

Edilon, Rheda diwydag, Rheda 2000, Stedef, Getrac, Atd.

Chaque système sur environ 400 ml

10.1.1.2 - Comparaison des solutions Voies ballastées / Voies sans ballastComparaison difficile de manière générale car beaucoup de critères.

Voies sans ballast : tolérances de construction plus faibles.

Problèmes de transition avec les point durs (ponts ou tunnels) dus à la diffé-

rence de rigidité du support.

Maintenance inférieure d’environ 20 %, mais attention au problème du gel des

fondations et au drainage de l’ensemble.

Points de comparaisons étudiés :

Gestion du chantier : Favorable voie sur ballast (durée de construction)

Opérabilité : Favorable voies sans ballast (moins d’entretien)

Bruit et vibrations : Plutôt favorable voies sans ballast


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• Ponts : EDILON

• Tunnels : RHEDA DYVIDAG

RHEDA 2000

STEDEF

• Lignes de banlieue : EDILON

TRANOSA

VIESA

10.1.2 - Synthèse sur l’expérience allemande

10.1.2.1 - Différentes techniques :• top/down : on part de la voie finie (rails et traverses/blochets sont suspendus

sur gabarit) et on descend vers un fond de forme approximativement réglé.

La différence en altimétrie est rattrapée avec un béton très liquide qui entoure

les traverses.

• bottom/up : on part du bas avec des couches successives de fondation qui

deviennent de plus en plus précises, le réglage fin des rails se fait par des

attaches classiques ayant assez de jeu pour rattraper les tolérances.

10.1.2.2 - Quelques expériences avec des systèmes utilisés :Getrack : Les traverses sont entourées d’une couche d’enrobés à chaud. Mais

l’utilisation d’enrobés comme couche finale nécessite une entreprise d’appli-

cation très compétente (tolérances).

Bon marché et possibilité d’utilisation des traverses émissions de fumées lors

de la mise en œuvre, pas accessible pour les véhicules à pneu, traverses appa-

rentes, utilisation de traverses en « Y » n’est pas possible.

Comme à l’intérieur du tunnel les différences de température ne jouent pas :

pas de fluage du bitume - mais attention aux zones de transition à l’air libre…

Rheda Berlin : le béton est coulé directement autour des traverses - fissuration

obligatoire entre le « préfa » et le « in situ » – surtout dans le cas des traverses

précontraintes : fluage du béton sous la précontrainte (32 t), le béton in situ

ne bouge pas. Le remplissage et le compactage sous les traverses est toujours

hasardeux, le béton doit être très liquide – la qualité est moyenne.

Rheda 2000 : les blochets sont fixés dans le béton par un ferraillage d’attente sans

précontrainte : fissuration et remplissage à surveiller, mais bon marché, bonne

transmission des forces et intéressant pour le poseur (beaucoup de travail).

Inconvénients : sensible aux chocs lors du transport et du déchargement, hau-

teur de construction, pas de possibilité de faire passer des véhicules à pneu,

vibrations et bruit.

La mise en œuvre est difficile mais pas autant qu’avec une machine à coffrage

glissant – 16 h de durcissement minimum, sinon possibilité de défauts de

dimensionnement. Sensible aux différences de température (fissuration) : ne

devrait être mis en place que de nuit.

Réparation : par chevillage – ça marche une fois mais après c’est difficile ;

par contre le système est très souple au niveau des réglages : +56 mm en

hauteur et +/- 5 mm de jeu latéral.


Expériences de réalisations : Plutôt favorable voies ballastées sauf tunnel où

bonne expérience sans ballast

Coûts : Voies sans ballast plus chère en section courante mais moins chère

en tunnel (moins de hauteur) et ponts

10.1.1.3 - Comparaison Voies sur béton / Voies sur enrobésVoies sur enrobés :• Avantages

- Pas de joints

- Possibilité de nivellement à ± 2 mm

- Circulation possible peu de temps après la mise en œuvre

- Temps de construction de la plate-forme réduits

- Recyclable

- Faible émission de bruit

- Matériel routier classique

- Pas d’interruption du chantier pour des raisons climatiques

• Inconvénients

- Cadence de pose de voie faible

- Sous haute températures ou grandes fréquences de circulation, risque de

comportement plastique

- Coût élevé

Voies sur béton :• Avantages

- Meilleure résistance aux efforts provoqués par la circulation des trains

- Meilleures répartition des charges sur la plate-forme

- En tunnel, ne génère pas de fumées nocives en cas d’incendie

- Epaisseur de structure plus faible

- Plus grande stabilité aux mouvements verticaux

• Inconvénients

- Nécessité d’un système amortisseur

- Temps de remise en circulation

- Réparations plus difficiles

- Bruit plus élevé (sauf Edilon)

10.1.1.4 - Choix de la technique en fonction du type d’ouvrageNOTA : En plus des 6 systèmes décrits plus haut, deux autres systèmes dont

l’usage est limité aux zones de vitesse inférieure à 160 km/h sont proposés ; ce

sont des systèmes de blocs préfabriqués noyés dans une assise béton, les sys-

tèmes TRANOSA et VIESA.

• Gares et Sections à moins de 160 km/h : EDILON

TRANOSA

VIESA

• Section courante : EDILON

RHEDA DYVIDAG

RHEDA 2000

STEDEF

GETRAC

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Fixation des selles par tiges : comme le béton est médiocre, les chevilles ne

tiennent pas dans la durée – nécessité d’utiliser des résines.

Sonneville, Sateba : traverses à blochets avec chaussons – la voie est réglée

et suspendue sur des gabarits, le béton de remplissage est coulé autour.

L’expérience montre que les chaussons se détériorent par la présence d’eau

et poussière.

Bögl : les dalles en béton sont coulées en usine ; dalles standard sont usinées

par fraisage.

Très peu de tolérances, la qualité du béton est très bonne et la production est

rapide. Possibilité de réparation in situ.

Mais : hauteur de construction importante, prix élevé, plans et logistique sont

très complexes (chaque dalle a une place bien précise), les entreprises de

pose de voie n’aiment pas cette solution : pas de valeur ajoutée.

La première ligne d’essai est actuellement entrée en exploitation, il faut atten-

dre les expériences.

10.1.2.3 - Zones de transitionL’argument principal contre une application de voie rigide dans des passages

à niveau, des tunnels, des viaducs et dans des gares est la création d’un

« point dur » par rapport à la voie ballastée en amont et en aval.

Avec le système ERS on peut retrouver des souplesses comparables sur une

fondation en béton, mais il est vrai qu’un changement trop brusque de la sou-

plesse de fondation induit toujours des efforts supplémentaires sur la voie.

Pour éviter ces effets il est nécessaire d’aménager des zones de transition ;

ces zones doivent être stable et garantir une augmentation graduelle de la

souplesse vers la voie ballastée.

Méthodes appliqués sur les rails et les traverses : rendre la voie plus raide par

l’emploi de « Beischienen » (rails lourds fixées au milieu des traverses sur le

ballast), ou en doublant les traverses.

Méthodes appliqués sur le ballast : collage du ballast avec résine.

Méthodes appliqués sur fond de forme : compactage progressif (« en rampe »),

mise en place successive des couches de grave ciment, stabilisation avec

géotextile.

Méthodes appliqués sur voie rigide : bandes résilientes (mais attention à la

déflexion).

Difficulté supplémentaire : le bourrage du ballast contre la dalle de la voie

rigide est pratiquement impossible – possibilité de mettre en place une dalle

de transition avec fixations réglables.

10.2 - Pose de voie sans ballast

(Étude bibliographique – version initiale du 4 mai 2007 par Yves CHAMEROIS

(SNCF Ingénierie)

10.2.1 - Principes de construction de la voie sans ballast

Dans les poses de voies classiques, les traverses reposent sur la plate-forme

par l'intermédiaire du ballast dont le rôle est de :

• répartir les efforts transmis,

• donner à la voie une élasticité suffisante pour supporter les efforts statiques

et dynamiques,

• assurer une limitation des déplacements transversaux.

La voie sans ballast est une superstructure pour laquelle le ballast, susceptible

de se tasser, est remplacé par des couches d'assise constituées de dalles

béton voire de bitume.

Ce type de voie doit assurer les mêmes fonctions que la voie traditionnelle par

la superposition de différents étages de raideurs décroissantes.

Figure A2 - Coupe schématique de la voie sans ballast.

L'élasticité et l'amortissement nécessaires -absents de la couche d'assise très

résistante- sont assurés par la fixation du rail ou par un matériau élastique

sous les traverses. L'avantage sur le ballast est que l'élasticité est ici parfai-

tement contrôlée et se dégrade beaucoup moins sous l'effet des sollicitations

dynamiques.

A partir de ces principes, différentes solutions techniques existent, elles peu-

vent être classées de la façon suivante :

• Fixations ponctuelles : avec ou sans traverse

• Pose continue : rail enrobé ou inséré

10.2.2 - Principaux types de voie sans ballast

On peut estimer au début du 20 ème siècle l'apparition des premières poses de

voies directes. Jusqu'aux années 60 les systèmes de pose de voie directe

furent dédiés au transport souterrain.

C'est à la fin des années 60 / début 70, au Japon, que sont proposées des

solutions pour des liaisons grandes lignes. La pose sans ballast est maintenant

quasiment systématiquement retenue pour les nouvelles lignes au Japon.

L’expérience commença en 1972 en Allemagne par un tronçon de 740 m en

gare de RHEDA. C’est en Allemagne que cette technique a suscité dans un

passé récent le plus d’intérêt avec en 1997, 145 km de voies en 60 tronçons

de 20 types différents (62% en remblai – 29% en tunnel – 9% sur les ponts).

Les applications les plus répandues des voies sans ballast sont les sui-

vantes :

• Voies sans ballast du Shinkansen (Japon, Corée du sud),

• RHEDA et variantes (Allemagne),

• Rail enrobé EDILON (Pays bas),

• STEDEF (France) et SONNEVILLE.

10.2.2.1 - La voie sans ballast du Shinkansen Au Japon les études de voie sur dalle ont commencé en 1965. Depuis 1972,

cette pose est retenue systématiquement. Il y a plus de 2200 km de voies sans


Superstructure

Infrastructure

Rail UIC60Fixation du rail

Traverse

Couche portante en béton ou en enrobé

Couche portante à base de liant hydraulique

Couche de protection contre le gel

Sous-sol


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ballast dont plus de 150 km sur des ponts.

Le tunnel du Seikan (54 km) entre l’île de Honshu et l’île d’Hokkaïdo, sur ligne

classique (autre que Shinkansen) est équipé de voies sans ballast.

Figure A3 - Voie sans ballast du Shinkansen.

Les voies sans ballast du Shinkansen sont constituées de

dalles préfabriquées en béton précontraint. Leurs dimen-

sions typiques sont de 3.95 ou 4.95 m de longueur pour

une largeur de 2.34 m et une épaisseur de 0.22 m. Elles

reposent sur une fondation en béton par l'intermédiaire

d'une couche de mortier, d'asphalte et de ciment d'au

moins 50 mm d'épaisseur. L'insertion d'un matelas résilient

améliore les performances vibratoires de l'ensemble.

Pour diminuer les coûts d'investissement dans ce type de voies, un dévelop-

pement récent a amené le remplacement de la dalle par un cadre.

Un système de pose sans ballast italien mis au point par IPA est utilisé sur

moins de 100 km de ligne. Cette pose est proche de la construction japonaise.

10.2.2.2 - Développements en AllemagneLes systèmes les plus populaires sont les poses RHEDA et

ZÜBLIN qui sont à classer dans la catégorie des fixations ponc-

tuelles avec traverses. Une dalle porteuse en béton armé repose

sur une couche de répartition en béton jouant le rôle d'isolant

contre le gel. La voie est constituée de traverses monobloc en

béton précontraint insérées dans un béton de remplissage, lui-

même doté d'armatures qui sont reliées à la dalle porteuse.

De nombreuses variantes ont été développées dont les

principes constructifs sont présentés ci-après :

Construction RHEDA

Pour ce type de pose, les traverses sont fixées à la couche d'assise par un

béton de remplissage. Pour améliorer la reprise des efforts horizontaux, la

couche d'assise de la pose RHEDA/Sengeberg a évolué en forme d'auget.

Construction ZÜBLINDans ce cas, les traverses sont "vibrées" dans le béton frais. Depuis 1994,

des traverses bi-bloc sont utilisées, une variante avec fixation directe sur la

dalle existe. Grâce à un appareillage spécial, les traverses sont positionnées

avec exactitude par groupe de 10 avec un écart entre traverses de 65 cm. Le

montage des rails et les corrections de position au niveau des points d'attache

sont opérés après durcissement du béton.

Figure A5 - Voie sans ballast en Allemagne - Züblin.

Construction ATDLa couche d'assise à base d'asphalte est réalisée avec une rectitude de ± 2

mm et un socle central destiné à reprendre les efforts latéraux. Les traverses

et voies sont posées ensuite. Le réglage de la voie se fait par insertion de

matériau élastique entre socle et traverses.


Figure A4 - Voie sans ballast en Allemagne - Rheda.

Figure A6 - Voie sans ballast en Allemagne - ATD.


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Construction SATO-FFYSDes traverses béton ou en forme de Y sont posées sur une couche d'assise

en asphalte dont la hauteur est rectifiée par fraisage. Une version nouvelle de

cette pose (FFYS) assure l'emboîtement de la voie avec la couche d'assise en

asphalte grâce à 2 barres transversales sous les traverses venant se placer

dans des rainures.

Photo A1 - Voie sans ballast en Allemagne - SATO-FFYS.

10.2.2.3 - Rail enrobé EDILONCette pose de voie est une application de la pose continue. Un mélange

de liège et de polyuréthane appelé Corklast assure le support du rail.

Le rail est positionné dans une rainure, puis le Corklast est coulé, ce

qui est avantageux puisque les tolérances sur la structure porteuse

n'ont pas d'influence sur la géométrie de la voie. Cette pose est appli-

quée aux Pays-Bas depuis une quinzaine d'années avec succès, en

particulier sur ouvrages d'art.

Figure A7 - Voie sans ballast en Allemagne - Edilon.

10.2.2.4 - Poses STEDEF et SONNEVILLELe système Français STEDEF est utilisé le plus souvent en tunnel à des

fins de protection de l'environnement vis-à-vis des vibrations. Le rail est

fixé classiquement sur une traverse bi-bloc. Cette dernière est insérée

dans un chausson en élastomère au fond duquel est placée une semelle

en néoprène cellulaire. Ce dispositif assure une élasticité importante

menant à des enfoncements de rail de plus de 2.5 mm pour une charge

de 200 kN. Les systèmes suisses Walo et américains Sonneville sont basés

sur le même principe.

Figure A8 - Voie sans ballast en Allemagne- Steff et Sonneville.

10.3 - Amélioration de la sécurité du point de vue des secours

10.3.1 - Les risques d’accident

Les accidents en tunnels se traduisent par les mêmes effets que ceux ayant

lieu à l’air libre. Sans être exhaustif, on peut citer [10] :

• Les déraillements d’un convoi : plusieurs centaines de voyageurs peuvent

être impliqués. Il s’agit alors, pour les services de secours, de procéder à

l’évacuation de nombreuses personnes, suivant le type de train (métro, RER,

TER ou TGV). Le risque d’un incendie est alors toujours possible. Quand des

marchandises sont en cause, la solution retenue pour les secours sera fonction

de la dangerosité des marchandises transportées.

• Les collisions frontales ou lors de croisements de trains : des opérations de

désincarcération des passagers et le traitement éventuel d’incendies sont à

mener. Dans ces opérations, et compte tenu de la configuration des lieux, les

secours doivent intervenir dans des conditions défavorables (éclairage réduit,

étroitesse et espace confiné, gaz toxiques, vapeurs, etc.).

• Les incendies sont les risques les plus graves pour les tunnels ferroviaires

et les métros. Selon les situations (incendie de train de voyageurs, transport

de matières dangereuses ou de marchandises, etc.), les paramètres concer-

nent le développement des fumées, les températures, la destruction des équi-



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pements, les victimes et leur évacuation, la durée de l’opération, les moyens

à mettre en œuvre, la pénibilité de l’opération.

10.3.2 - Les aspects opérationnels

Les difficultés pour traiter ces accidents sont liées aux contraintes d’approche

des secours. Il convient de réduire les délais d’intervention et d’évacuation

afin de permettre aux voyageurs de pouvoir échapper aux dangers des fumées

et aux secours d’arriver au plus près du sinistre. La rapidité sans transfert de

charge est primordiale.

10.3.3 - Les accès au tunnel

Les moyens de secours doivent pouvoir intervenir dans les délais les plus

courts à l’une ou l’autre des têtes de tunnel. La construction de chemins d’ac-

cès réservés aux véhicules et engins spéciaux des pompiers et secouristes

est nécessaire. L’implantation de la plupart des tunnels se situant en zone

montagneuse, avec des pentes à fort pourcentage, les pistes doivent être uti-

lisables par tous temps. Le traitement des chemins d’accès par stabilisation

au ciment est souvent une bonne solution.

La réalisation d’une route stabilisée (la route en béton est une solution durable)

accompagnée d’une aire permettant l’accueil des secours, la mise en place

d’un poste de commandement et éventuellement d’une zone de « posée

hélicoptère » est nécessaire.

10.3.4 - La progression à l’intérieur du tunnel

Les matériels de secours du type brancards, tuyaux, pompes, etc., approvi-

sionnés par les pompiers ou stockés aux têtes du tunnel, doivent pouvoir être

transportés à l’intérieur, au plus près de l’endroit du sinistre. Des solutions de

transport par lorries obligent à des reprises de matériels conduisant à des

pertes de temps supplémentaires et des capacités de volumes transportés

très réduites. Les véhicules rails/routes qui pourraient équiper les pompiers

n’apportent qu’une capacité ponctuelle et ne permettent pas une évacuation

rapide et importante des blessés et passagers notamment dans les tunnels

de grande longueur.

Les solutions suisse ou allemande du train de secours ne sont pas en usage

en France. t



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Notes :

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