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TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINSMETHODES DEXECUTION

1.

SOUTERRAINS EN TERRAIN MEUBLE

1.1

Dfinition du terrain meuble

Un terrain meuble est un terrain granuleux avec cohsion faible nulle : , argile, marnes, sable, cailloutis. Pour lAFTES : partir de la catgorie 5. Ces terrains sont dlicats excaver et ncessitent un soutnement provisoire qui sera complt ultrieurement par un revtement dfinitif.

1.2 Soutnement provisoire : principe de baseCette expression regroupe un ensemble de dispositifs utiliss ensemble ou sparment et concourant la stabilit du souterrain. 1.2.1 Blindage Plaques mtalliques (GESCORIAC) ou blindage bois. 1.2.2 Cintres Plusieurs types existent : -- profils H -- cintres rticuls -- cintres TH

Blindage

Types de cintres

Cintre rticul

1.2.3 Boulons De nombreux types de boulons existent. Pour les terrains meubles on utilise des boulons ancrage rparti sur toute la longueur. Le scellement peut tre assur soit par un coulis de ciment (prpar sur place ou en cartouches)., soit par une rsine poxy (en cartouches en gnral). Cette dernire technique est en gnral chre par rapport au coulis de ciment. Un type de boulon trs particulier existe : boulons SWELLEX. Il sagit dun boulon constitu par un tube dformable dont les parois sont plaques contre celles du forage par pression deau. Gros avantage : effort disponible immdiatement.

Rappel : rsistance au cisaillement dune discontinuit = frottement + dilatance Boulon ancrage ponctuel Boulon ancrage rparti

Contribution : Faible pression sur la discontinuit faible

Contribution : Forte pression + effet goujon lev

Contribution des boulons ancrage ponctuel 100 kg) difficiles manipuler, les tunneliers modernes disposent gnralement de moyens de manutention intgrs, le montage en coin permet de les remplacer depuis larrire de la tte de coupe.

2.4 ETUDE ET CONTROLE DES EBRANLEMENTS DUS AUX TIRS

2.4.1 Gnralits Une partie de lnergie explosive utilise pour fragmenter et abattre la matrice rocheuse (environ 20%) se propage et se dissipe dans lenvironnement sous forme dondes vibratoires solidiennes et ariennes qui samortissent avec la distance. Les structures situes proximit des travaux peuvent tre affectes par ces ondes vibratoires et prsenter des risques de dommages et dinstabilit pendant la phase des travaux ou plus long terme.

2.4.2 Les tudes pralables Ltude des branlements lis lutilisation des explosifs consiste schmatiquement : -- faire linventaire des structures ou sites naturels sensibles aux vibrations situes au voisinage de louvrage raliser. -- dfinir pour chacune des structures des seuils admissibles qui feront lobjet de clauses contractuelles. -- tablir pour le site des travaux une loi damortissement des vibrations engendres par lexplosif. -- estimer les charges maximales dexplosif mettre en uvre.

2.4.3 Les structures sensibles aux vibrations Par structure , il faut entendre toute structure de gnie civil allant dun simple btiment un ouvrage de gnie civil exceptionnel, tels que un chteau deau, un tunnel. Les structures les plus couramment concernes sont les habitations individuelles ou collectives, les btiments industriels, les ponts et viaducs, les galeries techniques et ouvrages dassainissement, les tunnels routiers ou ferroviaires. Les sites naturels sont galement concerns (falaises, cavernes). Les quipements situs lintrieur de ces btiments ou installations doivent tre pris en considration.

2.4.4 Les seuils admissibles des vibrations Les seuils de vibrations maximales admissibles par une structure doivent tre dfinis ou fixs imprativement avant lexcution des travaux au stade des tudes de POA. Ces seuils dpendent la fois : -- du type de sollicitation : . impulsionnelle, sil sagit de tirs lexplosif . continue, dans le cas de creusement mcanis -- des caractristiques de la structure : . matriaux constitutifs . tat de vtust . type de fondation

-- de la qualit du massif de fondation -- de lusage de la structure : habitation ouvrage dart en exploitation Un grand nombre dauteurs se sont penchs sur leffet des vibrations sur les structures. Un des plus anciens diagrammes est celui tabli par RICHART et HALL dans les annes 1970. Dautres diagrammes ont t publis et en particulier celui paru au Journal Officiel du 22 octobre 1986 qui fixe les vitesses impulsionnelles ne pas dpasser en fonction de la frquence et du type de construction.

Ainsi, -- pour un tunnel rocheux non revtu : v < 50 mm/s pour F > 150 Hz -- pour un tunnel revtu de briques de maonnerie : v < 15 mm/s pour 20 Hz < F < 50 Hz Le seuil peut sexprimer galement en acclration (m/s2) pour les quipements fixes ou en dplacement (mm). En premire analyse, on sinspirera des recommandations de lAFTES qui intressent essentiellement les constructions courantes usage dhabitation.

-- v < 10 mm/s . faible probabilit de dommages. -- 10 mm/s < v < 30 mm/s . ncessit dun bon contrle. . probabilit accrue de rclamations -- v > 30 mm/s . non recommande en zone habite

2.4.5 Les essais de tir Lobjectif essentiel des essais de tir en forage est ltablissement dune loi damortissement des vibrations en fonction de la distance. Celui des tirs exprimentaux est de sassurer de la faisabilit des dispositions techniques envisages en testant en vraie grandeur un plan de tir rel (section dabattage, longueur de voles) dans le site donn. -- Essais de tir en forage Lessai de tir consiste faire exploser dans des forages des charges dexplosif de valeur croissante et disposes diffrents niveaux. Les vitesses de vibrations engendres par ces explosifs de mines bloques sont enregistres en diffrents points de lenvironnement sensible des distances croissantes.

Matriel de mesures

Lanalyse des enregistrements permet dtablir une loi damortissement de la vitesse de vibration v en fonction de la charge unitaire dexplosif Q et de la distance D de la forme : v = f (Q,D), caractristique du site. La loi est de la forme : v = k (D / ) (avec 800 < k < 8000 et 1,5 < b < 2,0)

Ces mmes enregistrements permettent aussi, en positionnant judicieusement les tirs et les capteurs, de vrifier pour des charges unitaires voisines de celles qui seront utilises que les valeurs seuils ne sont pas dpasses en amplitude et en frquence. On peut toutefois se passer en premire analyse de ces tirs en utilisant des courbes damortissement simplifies donnes ci-aprs (valables dailleurs pour les engins de chantier courants). -- Tirs exprimentaux Quand on veut sassurer de la faisabilit de certaines dispositions techniques et que lon veut porter la connaissance de lentreprise toutes les informations utiles ltablissement de ses prix, il peut tre judicieux de procder des tirs exprimentaux grandeur relle.

2.4.6 Les contrles de vibrations Les contrles de vibrations effectus en cours de travaux ont un double but : -- de sassurer qu tout instant les critres de vibration sont respects et que les travaux sont excuts en toute scurit vis--vis de lenvironnement. -- affiner les prvisions et optimiser les plans de tirs lavancement. Pour satisfaire ces exigences un plan de contrle est tabli. Il fixe : -- le nombre et lemplacement des capteurs mettre en uvre en fonction de limportance et de la sensibilit des structures voisines de tunnel. -- les seuils respecter.

En pratique, on dfinit une vitesse de travail lgrement infrieure aux seuils de vibration admissibles (vitesse maximale). De plus, on peut comme pour les essais de tirs analyser les signaux enregistrs afin daffiner les plans de tir. Le matriel est le mme que pour les essais. Il ncessite lintervention dun personnel spcialis et comptent.

3. AUSCULTATION PENDANT ET APRES EXECUTION DES TRAVAUX3.1 OBJECTIFS Matriser les incertitudes et alas hydrogotechniques pour sassurer de la bonne adquation entre la nature et le comportement des terrains rencontrs dune part et les mthodes de construction et le dimensionnement de louvrage dautre part. Raliser les travaux dans des conditions normales de scurit pour le personnel, louvrage et son environnement. Optimiser les dlais et le cot (ils peuvent varier de 1 2 voire 1 3). Sassurer de la prennit de louvrage : possibilit dvolutions dans le temps. Llaboration du projet nest acheve que lorsque son excution est termine, car cest ce moment quon connait les conditions gotechniques relles tout le long de louvrage.

3.2 CONTRAINTES

Pour atteindre les objectifs voqus ci-dessus, lorganisation de lauscultation doit respecter certaines contraintes : a) Permettre un dpouillement et une exploitation rapides En effet, pour tre en mesure dalerter, il convient que les rsultats des mesures soient disponibles et exploitables quasi immdiatement la lecture ou la saisie de la donne et surtout quils ne dpendent pas dun traitement long et excut hors du site.

b) Comporter des matriels adapts aux conditions de chantier Les conditions rgnant dans la zone du front de taille et sur la trentaine de mtres qui suit ce front constituent un environnement agressif : humidit, poussire, obscurit, volution dengins lourds et trs encombrants, etc. Aussi les dispositifs dinstrumentation mis en place dans cette zone doivent-ils avoir t conus pour fonctionner longtemps dans ces conditions tout en conservant leurs qualits de prcision et de fiabilit.

c) Ne pas gner lavancement Bien videmment, lauscultation visant apporter une aide la dcision quant au pilotage du chantier, ne doit pas par ailleurs constituer un handicap pour la progression de lavancement. Une telle exigence conduit prconiser des systmes de mesure ne ncessitant pas darrt de lavancement soit grce des interventions durant des temps morts de lactivit au front (changement de poste par exemple), soit grce un matriel adapt (remplacement des mesures de convergence par fil INVAR par des mesures optiques moins contraignantes).

3.3 MOYENS MIS EN OEUVRE

Les principales mesures actuellement faites de manire courante dans les tunnels sont les suivantes : 3.3.1 En dformation a) Convergence relative Classiquement la mesure du dplacement radial se fait par la mesure de convergence relative qui consiste en la mesure entre deux plots fixs lintrados de lexcavation de la variation de la longueur de la corde ainsi dfinie. La mesure de la convergence relative donne ainsi la somme des dplacements radiaux de chacun des points. Cette mesure peut tre ralise soit la canne tlescopique pour les petites galeries soit au moyen dun distancemtre fil invar (ou ruban) ou par mthode optique pour les plus grandes sections.

Principe de mesures de convergences

b) Convergence absolue La mesure de la convergence dite absolue consiste mesurer le dplacement radial dun point situ la paroi de lexcavation ou dans le terrain, par rfrence un point suppos fixe plus en profondeur dans le massif. En section courante, cette mesure est facilement ralise au moyen dextensomtres de type : tritige ou Distofor, mis en place dans un forage dune profondeur de lordre de 6 12 mtres. La mesure nest vritablement absolue que si le point dancrage extrme de lextensomtre est fixe. Au front il doit tre fait appel des techniques permettant de suivre la dformation du terrain en avant du front de taille. Il a notamment dj t utilis des extensomtres tiges coulissantes, maintenues en service au fur et mesure de llimination des tronons successifs. Pour connatre les dplacements induits par le creusement au sein du massif encaissant il peut tre install en avant du front de taille et soit dans laxe soit de manire dporte par rapport cet axe, des inclinomtres et (ou) des tassomtres.

Extensomtre de forage

Matriel pour mesures inclinomtriques

c) Tassements Les dformations de la surface du terrain (tassements) sont suivies soit par nivellement topographique, soit par nivellement topographique et mesures en profondeur au moyen de tassomtres. Des mesures de nivellement des soutnements (appui des cintres, des prvotes, ) peuvent galement tre effectues.

Tassomtre principe

3.3.2 En contrainte

a) Pression exerce par le terrain Les pressions radiales exerces par le terrain sur le soutnement ou le revtement sont mesures au moyen de cellules de pression totale mises en place linterface terrain-soutnement (ou revtement), par exemple. b) Mesure de contrainte Les mesures de contrainte dans le soutnement ou le revtement se font le plus couramment au moyen de mesures extensomtriques de type : cordes vibrantes ou jauges lectriques.

Quelques appareils de mesure

Cordes vibrantes

Pression totale

Pression interstitielle

3.3.3 En hydrogologie

Le suivi hydrogologique consiste en : -- dune part la surveillance de lvolution des dbits deau lintrieur du tunnel, venues deau ponctuelles, drains, captages, exhaure gnrale, etc. -- et dautre part la surveillance des effets du creusement du tunnel sur lenvironnement hydrogologique ralise au travers dun suivi pizomtrique en surface partir de pizomtres ou de puits. Dans certains cas, des analyses deau sont utiles pour prciser la provenance des eaux ou lexistence de circulations deau susceptibles dentrainer des dissolutions.

3.4 ACQUISITION ET EXPLOITATION DES DONNEES

Les capteurs de pression, les jauges de contraintes et les cordes vibrantes sont en gnral relis une centrale dacquisition qui permet de raliser des mesures avec une frquence choisie par loprateur. La centrale est elle-mme relie lextrieur par lintermdiaire dun Modem et dune ligne tlphonique ddie permettant ainsi une exploitation distance des rsultats. Ce dernier dispositif nest en gnral mis en place qu la fin du chantier pour un suivi de louvrage dans le temps.