16
M 193 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012 1 - Introduction- 31 communications ont été retenues pour le thème B1. Elles ont été réparties en 3 sous-thèmes qui feront chacun l’objet d’une séance de 4 (ou 5) présen- tations orales chacune (voir tableau 1 ci-après). 1 - Introduction- 31 papers were selected for topic B1. They have been divided into three sub-topics, each of which was the subject of four or five oral presentations (see table 1 below). Ces communications proviennent essentiellement d’Europe, sauf une commu- nication qui nous vient du Mexique. Néanmoins les projets et chantiers auxquels se réfèrent les communications du thème couvrent aussi l’Afrique du Nord, Algérie et Maroc, la ville de Mexico comme déjà dit, Buenos Aires, Hong-Kong, et d’autres réalisations qui ne peuvent être toutes citées ici. Les auteurs sont pour moitié français, pour moitié étrangers. Parmi les 16 communications étran- gères, 12 proviennent des pays voisins coorganisateurs du Congrès, auxquelles Most of these papers are from Europe, except one from Mexico. However, the projects and worksites covered by the papers also relate to North Africa with Algeria and Morocco, Mexico City as mentioned above, Buenos Aires, Hong- Kong, and others that are too numerous to be mentioned here. Half of the authors are French ; among the 16 non-French papers 12 are from the neigh- bouring countries co-organizing the Congress, 3 from Germany and one from Mexico (12 out of the 16 are written in English, the remaining 3 being in French). CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 Anne BOUVARD Rapporteur Thème B TRACTEBEL ENGINEERING COYNE ET BELLIER Innovations techniques en tunnels urbains Technical innovations in urban tunnels Thème B-1 Séance / Session Date Sous-thème / Sub-topic Nombre total d’articles / Total number of papers Présentés à l’oral / Presented orally B1-1 Lu 17, 14h / Mon 17 th, 2pm Dernières innovations sur les tunneliers / Latest TBM innovations 8 4 B1-2 Lu 17, 16h20 / Mon 17th, 4.20pm Chantiers remarquables de métros creusés au tunnelier / Exceptional metro worksites excavated using TBMs 8 4 B1-3 Ma 18, 8h30 / Tues 18th, 8.30am Creusement de tunnels en méthode conventionnelle / Conventional tunnel excavation 15 5 Nombre total de communications /Total number of papers: 31 Tableau 1 : nombre de communications par sous-thème Table 1: number of papers per sub-topic

Innovations techniques en tunnels urbains Technical … · 2013-05-22 · tunnels et espace souterrain - n°231 - mai/juin 2012 m ®

Embed Size (px)

Citation preview

M193

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

1 - Introduction-

31 communications ont été retenues pour le thème B1. Elles ont été réparties

en 3 sous-thèmes qui feront chacun l’objet d’une séance de 4 (ou 5) présen-

tations orales chacune (voir tableau 1 ci-après).

1 - Introduction-

31 papers were selected for topic B1. They have been divided into three

sub-topics, each of which was the subject of four or five oral presentations

(see table 1 below).

Ces communications proviennent essentiellement d’Europe, sauf une commu-

nication qui nous vient du Mexique. Néanmoins les projets et chantiers auxquels

se réfèrent les communications du thème couvrent aussi l’Afrique du Nord,

Algérie et Maroc, la ville de Mexico comme déjà dit, Buenos Aires, Hong-Kong,

et d’autres réalisations qui ne peuvent être toutes citées ici. Les auteurs sont

pour moitié français, pour moitié étrangers. Parmi les 16 communications étran-

gères, 12 proviennent des pays voisins coorganisateurs du Congrès, auxquelles

Most of these papers are from Europe, except one from Mexico. However, the

projects and worksites covered by the papers also relate to North Africa with

Algeria and Morocco, Mexico City as mentioned above, Buenos Aires, Hong-

Kong, and others that are too numerous to be mentioned here. Half of the

authors are French ; among the 16 non-French papers 12 are from the neigh-

bouring countries co-organizing the Congress, 3 from Germany and one from

Mexico (12 out of the 16 are written in English, the remaining 3 being in French).

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011

Anne BOUVARD Rapporteur Thème B

TRACTEBEL ENGINEERING COYNE ET BELLIER

Innovations techniques en tunnels urbains

Technical innovations in urban tunnels

Thème B-1

Séance / Session Date Sous-thème / Sub-topic

Nombre total d’articles / Total number of papers

Présentés à l’oral / Presented orally

B1-1Lu 17, 14h /

Mon 17 th, 2pmDernières innovations sur les tunneliers / Latest TBM innovations 8 4

B1-2Lu 17, 16h20 /

Mon 17th, 4.20pmChantiers remarquables de métros creusés au tunnelier /Exceptional metro worksites excavated using TBMs 8 4

B1-3Ma 18, 8h30 /

Tues 18th, 8.30amCreusement de tunnels en méthode conventionnelle /Conventional tunnel excavation 15 5

Nombre total de communications /Total number of papers: 31

Tableau 1 : nombre de communications par sous-thèmeTable 1: number of papers per sub-topic

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page193

s’ajoutent 3 papiers venant d’Allemagne et 1 du Mexique ; par ailleurs, 12 sur

16 sont rédigées en anglais et 4 en français.

Sur les 31 communications, 19 sont entièrement dédiées à une expérience

directe de chantier en site urbain en cours ou récente. La présentation générale

de ces chantiers est faite ci-après au chapitre 2. Les innovations techniques

en tunnels urbains, qu’elles aient été abordées dans les retours d’expérience

de chantier précédemment cités ou dans des communications spécifiques (les

12 communications restantes) sont présentées au chapitre 3.

En site urbain, les risques sont liés au bâti, à la protection des habitants, au res-

pect de l’environnement ainsi qu’au planning et à son respect. Aussi beaucoup

de communications porteront sur la gestion et la minimisation de ces risques,

en particulier celui du tassement de surface, que ce soit par des innovations

technologiques sur les tunneliers toujours plus performants mais aussi mieux

contrôlables, ou sur les moyens d’auscultation de plus en plus automatisés et

centralisés, traitables à distance, qui participent efficacement au pilotage du

chantier, qu’il s’agisse des « paramètres de consignes » du tunnelier, ou, pour

les chantiers en méthode conventionnelle, sur les méthodes et sur les quantités

de soutènement, sans oublier les traitements de terrain et les reprises en sous-

œuvre. Les méthodes de dimensionnement sont également abordées dans ce

thème, avec notamment les problèmes de stabilité du front de taille et la pré-

vention des tassements qui peuvent se produire à l’avant même de celui-ci.

2 - Retours d’expérience de chantiers en cours ou récents-

2.1 - Chantiers de tunnels excavés en méthode conventionnelle (thème B1-3) :

Le tunnel sud de ToulonLe tunnel sud de Toulon, dont le percement s’est achevé le 3 mars 2011, fait

l’objet à lui tout seul de cinq communications et de deux exposés dans le cadre

de la séance B1-3. En effet, malgré l’expérience acquise lors de la réalisation

du tube nord mis en service en 2002 après 10 ans de travaux et bien des

péripéties dont un fontis majeur débouchant en surface, ce chantier est resté

celui d’un ouvrage réalisé dans un contexte géologique difficile et en partie sous

des immeubles.

Les difficultés majeures rencontrées sont présentées dans la communication

de Ph. Marguet et al. (SETEC et BOUYGUES), tandis que celle de N. Dupriez et

al. (SETEC, SOLETANCHE-BACHY et SOLDATA) présente plus en détail le dispo-

sitif mis en œuvre pour le pilotage des soutènements à partir des déformations

de surface. Le soutènement de base a été un dispositif lourd avec en particulier

le soutènement systématique du front de taille par des boulons en fibre de verre,

ainsi qu’un présoutènement réalisé par des tubes pétroliers, forés à l’avance-

ment au dessus de la voûte, soit de manière divergente pour armer le terrain à

l’avant du front de taille, soit de manière plus serrée en voûte parapluie. Compte

tenu du contexte urbain sensible, l’auscultation fut dense aussi bien en souter-

rain qu’en surface et sur le bâti, et souvent réalisée par des théodolites auto-

matisés. En particulier le système Centaure© permet des mesures automatiques

du nivellement en Z sans poser de réflecteurs sur la chaussée, avec une

précision de +/- 0,5 mm après calculs statistiques (40 mesures par jour). Sur

194 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

Of these 31 papers, 19 are wholly devoted to direct experience of an urban

worksite that is recent or underway. The general presentation of these worksites

follows in chapter 2.

Irrespective of whether they are dealt with as worksite feedback as mentioned

above or discussed in specific papers (the 12 other papers), technical innova-

tions in urban tunnels are presented in chapter 3.

In urban environments, risks relate to buildings, the protection of residents,

care for the environment and issues of scheduling. As a result, many papers

relate to risk management and minimisation, particularly with regard to surface

settlement either through technological innovations on TBMs showing ever-

better performance and control or through ever more automated, centralised

and remotely controlled inspection systems offering an effective contribution

to site supervision related to both “target parameters” for the TBM and methods

and support quantities for conventional mode worksites, as well as soil treat-

ment and underpinning works. Design methods are also dealt with in this topic.

These include issues of stability at the cutting face and preventing settlement,

which may occur ahead of the cutting face.

2 - Feedback from recent and current worksites-

2.1 - Conventionally excavated tunnel worksites (topic B1-3):

Toulon southern tunnelBreakthrough for the Toulon tunnel took place on March 3, 2011. This tunnel

alone was the subject of five papers and two presentations in session B1-3.

Indeed, despite the experience gained during construction of the northern tube,

commissioned in 2002 after 10 years of works and a number of incidents,

including major surface subsidence, this worksite nevertheless involved a struc-

ture built in a difficult geological environment, partly beneath buildings.

The major difficulties encountered are presented in the paper by Ph. Marguet

et al. (SETEC and BOUYGUES), while the paper by N. Dupriez et al. (SETEC,

SOLETANCHE-BACHY and SOLDATA) provides more details of the solution

implemented to oversee supports on the basis of surface deformation. Basic

support involved a heavy-duty solution, including systematic support of the

cutting face by fibreglass bolts, as well as pre-support using pipeline tubing,

driven in as works progressed above the arch, either divergently to reinforce

soil ahead of the cutting face, or more closely together to form an umbrella

arch. In the light of the sensitive urban environment, intense inspection was

carried out both underground and aboveground, including on buildings, often

by means of automatic theodolites. In particular, the Centaure© system makes

it possible to take levelling measurements for z coordinates without placing

reflectors on the roadway, to an accuracy of within +/- 0.5 mm following

statistical calculations (40 measurements per day). On buildings, the same

automatic theodolites measured X, Y and Z displacements on topographic

targets every 2 hours, with accuracy of within +/- 0.25 mm. The automated

measurements were incorporated into a database in real time. The database

processed them and provided an automatic alert system accessible online.

Combined with terrain data, these measurements made it possible to adjust

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page194

195

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

le bâti, les mêmes théodolites automatiques mesurent toutes les 2 heures les

déplacements en X, Y, Z sur des cibles topographiques avec la précision de

+/- 0,25 mm. Les mesures automatisées sont insérées en temps réel dans une

base de données qui les traite (avec système d’alerte automatique) et qui est

accessible depuis internet. L’ensemble de ces mesures ainsi que les données

de terrain permettent d’adapter en temps voulu le soutènement, notamment

au cours de réunions de pilotage hebdomadaires. Des critères d’analyse sont

définis, portant notamment sur l’évolution des vitesses de déplacement, ou sur

les tassements différentiels.

La communication de N. Dupriez et al. présente aussi les mesures prises lorsque

les tassements de surface furent jugés incompatibles avec la capacité du bâti

à les supporter. Dans un cas, des injections de compensation ont été pratiquées

sous un immeuble (avec une méthodologie qui est une première en France).

Cette opération toujours très délicate, surtout dans des terrains aussi

hétérogènes, a fait l’objet d’une communication spécifique par TERRASOL et

SOLETANCHE-BACHY (A. Guilloux et al.) : pour exécuter les forages

subhorizontaux destinés à injecter le matelas de répartition très près du niveau

des fondations, il a été utilisé, après essais concluants, une machine « sonic

drilling » peu utilisée en France qui fore par vibration à très haute fréquence un

tube de 140 mm de diamètre équipé d’une couronne creuse qui déstructure le

terrain par résonance. La communication décrit ensuite le processus

d’injection par l’intermédiaire de tubes à manchettes et ses différentes phases

(conditionnement-présoulèvement au départ sur l’ensemble du matelas

de répartition, puis pendant les travaux d’excavation du tunnel, injections de

compensation de manière très ciblée) ainsi que l’auscultation qui a été mise en

place pour piloter les opérations d’injection.

Bien entendu les calculs prédictifs de tassements de surface et d’efforts dans

les soutènements font pleinement partie du processus de pilotage (c’est l’objet

de la communication et de l’exposé de Ph. Autuori et al., BOUYGUES, ARCADIS

et SETEC). Pour tenir compte du boulonnage du front et des présoutènements,

le taux de déconfinement λ introduit dans les modèles 2D, a été évalué par

des calculs axisymétriques. Les inclusions sont prises en compte en utilisant

la méthode d’homogénéisation de B. Sudret (1999) implémentée dans la

version expert de CESAR. La figure 6 de cette communication montrerait que

l’effet du boulonnage du front se traduirait par un λ fonction seulement du

nombre de boulons quelle que soit la configuration de couverture et de type

de sol (du moins pour les deux configurations étudiées). Les calculs fournis-

sent une courbe prévisionnelle théorique de tassement le long de l’axe du

tunnel dès l’avant du front et permet par comparaison avec les tassements

mesurés d’anticiper le tassement final. On définit une courbe de vigilance et

d’alerte, ce qui permet d’intervenir pour optimiser ou renforcer les soutène-

ments.

232 constructions se trouvaient dans la zone d’influence géotechnique

prévisionnelle de l’opération. Elles ont fait l’objet d’études préalables afin

d’établir pour chacune d’elles les tassements différentiels qui leur seraient

dommageables. Des confortements préventifs et des mises en sécurité

préventives, notamment des personnes, ainsi que des plans de surveillance ont

été établis avant le démarrage des travaux. La procédure de suivi a été confiée

au BUREAU VERITAS (F. Marin et al.). Au cours du percement du tunnel, plus

d’une centaine de ces constructions ont subi, à des degrés divers, des désordres,

supports in due time, notably during weekly review meetings. Analysis criteria

were defined: these related in particular to changes in displacement speeds

and differential settlement.

The paper by N. Dupriez et al. also presents the measures taken when buildings

were deemed to be incapable of withstanding surface settlement. In one

case, compensation injection was carried out beneath a building, using a

method which was a first in France. This operation is always highly delicate,

particularly in such diverse soil. It was the subject of a specific paper by

TERRASOL and SOLETANCHE-BACHY (A. Guilloux et al.). In this case, to

carry out sub-horizontal drilling in order to inject the load-spreading layer as

close as possible to the level of the foundations, after conclusive trials, a

sonic drilling machine, rarely used in France, was deployed. This drills by

vibrating a tube, 140 mm in diameter and fitted with a hollow crown, at very

high frequencies, breaking down soil using resonance. The paper then describes

the injection process, using sleeve pipes, and the various phases involved:

initial treatment and prior raising throughout the load-spreading layer, followed

during tunnel excavation works by precisely targeted compensation grouting.

It also describes the inspection process implemented to oversee grouting

operations.

Naturally, predictive calculation of surface settlement and stress on supports

form an integral part of this supervisory process: this was the subject of the

paper and presentation by Ph. Autuori et al., BOUYGUES, ARCADIS and SETEC).

To incorporate the bolting of the face and pre-supports, the stress release ratio

λ used in the 2D models was assessed using axisymmetric calculations. Inclu-

sions were taken into account using the homogenization method developed by

B. Sudret (1999) and implemented in the expert version of CESAR. Figure 6 of

this paper shows that the effect of bolting at the face leads to a λ value that

depends solely on the number of bolts, irrespective of the overburden confi-

guration and soil type (at least for the two configurations examined). The cal-

culations give a theoretical settlement curve along the axis of a tunnel from

immediately ahead of the cutting face. Comparison with actual settlement mea-

surements makes it possible to anticipate final settlement. Heightened vigilance

and alert levels can be defined, enabling action to be taken to optimise or rein-

force supports.

232 buildings were within the forecast area of geotechnical influence

for the project in question. These were subjected to preliminary studies to

establish the degree of differential settlement that would be damaging in

each case. Preventive reinforcements and safety measures were taken,

particularly as regards the safety of individuals. Monitoring plans were

also drawn up prior to the start of works. BUREAU VERITAS was put in charge

of the monitoring process (F. Marin et al.). During tunnel excavations, over

one hundred of these buildings suffered varying degrees of damage. The most

significant required minor to major protective measures to be put in place.

A number of particular cases are presented in the paper. The case for which

compensation injection was required has been the subject of a specific paper

(see above).

Extension of Lisbon metro line 1.The extension of Lisbon metro line 1 towards the airport has been the subject

of two papers.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page195

196 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

qui, pour les plus notables ont nécessité de prendre des mesures conservatoires

lourdes à légères. Quelques cas particuliers sont présentés dans cette commu-

nication. Le cas ayant nécessité des injections de compensation a fait l’objet

d’une communication spécifique (voir plus haut).

Metro de Lisbonne, prolongement de la ligne 1Le prolongement de la ligne 1 du métro de Lisbonne vers l’aéroport a fait l’objet

de deux communications :

La première, de F. Melãneo du METRO DE LISBONNE, traite plus particulièrement

des ouvrages souterrains qui ont été réalisés sous la zone d’accès interdit de

l’aéroport (pour des raisons de sécurité) et donc sans possibilité de reconnais-

sance directe ni d’auscultation de surface. La communication explique que la

conception des ouvrages a été basée sur des scénarios, et présente les mesures

supplémentaires qui ont été prises pour le suivi des travaux et qui ont permis

de compenser cette absence de données.

La deuxième, de M. Menezes et al. (CENOR et ZAGOPE) présentée en séance

B1-3, traite des travaux de deux stations de la ligne, notamment de leurs

extrémités réalisées en souterrain, attaquées non pas comme prévu depuis la

partie réalisée à ciel ouvert, mais depuis le tunnel, cela pour respecter le

planning. L’article traite également des calculs de prévision des tassements de

surface avec le code PLAXIS et du constat qu’il en a été fait que les tassements

mesurés se sont avérés significativement inférieurs aux prévisions. Parmi

les explications suggérées, il est évoqué la faiblesse des reconnaissances préa-

lables qui a poussé à prendre des mesures excessivement conservatrices pour

les caractéristiques de couverture et par conséquent pour les soutènements

et les présoutènements mis en œuvre, et également à négliger la présence

d’intercouches de calcaire qui ont agi en raidisseur.

MONACO : creusement de deux tunnels liés au projet îlot RAINIER IIILa réalisation dans le contexte urbain dense qu’est celui de Monaco, de deux

tunnels de communication entre le parking souterrain Rainier III à 9 niveaux en

cours de construction et des avoisinants, a fait l’objet de deux communications :

La première présentée par R. Vallentin et al. (FONDASOL) - Ilot Rainier III –

Monaco. Réalisation de deux tunnels de communication - décrit ces deux tun-

nels, leur contexte géologique et environnemental, le mode d’excavation choisi

et les soutènements mis en œuvre. La communication présente la manière dont

la méthode observationnelle a été mise en œuvre afin d’adapter en temps réel

les paramètres de creusement et les soutènements à mettre en place afin de

respecter les très fortes limitations de déplacements (10 mm) liées à la proximité

des constructions avoisinantes. Cette communication décrit quelques difficultés

rencontrées par l’apparition de déplacements trop élevés, comment ces dépla-

cements ont été analysés et comment le soutènement a été ajusté.

La deuxième communication, de Ph. Libois et al. (ALBERTI SAM, DYNAMIC

CONSULT MONACO et EPC France) -Travaux de minage souterrain en site urbain

sensible : galerie du projet îlot Rainier III à Monaco - traite des précautions qui

ont été prises dans l’utilisation de l’explosif pour excaver l’une de ces deux

galeries en plein site urbain avec évidemment des contraintes environnemen-

tales très fortes et donc des limitations très strictes sur les émissions sonores

et vibratoires (soit des seuils sur ouvrages limités à 5, 6 ou 8 mm/s selon la

The first, by F. Melãneo from LISBON METRO, deals more especially with under-

ground works beneath the airport perimeter area to which access is prohibited

for safety reasons, preventing both direct surveying and surface inspections.

The paper explains how structures were designed on the basis of scenarios,

and presents the additional measures taken to monitor works and compensate

for this lack of data.

The second, by M. Menezes et al. (CENOR and ZAGOPE), was presented during

session B1-3. It deals with works at two stations on the line, more particularly

their ends, built underground. Contrary to what was planned, the attack points

for these were not from the section built in the open air, but from the tunnel,

due to schedule considerations. The article also deals with forecast calculations

for surface settlement using the PLAXIS code, and observes that the settlement

measured was much less than forecast. One of the suggested explanations is

the relative lack of preliminary survey data, resulting in over-cautious protective

measures being taken regarding overburden characteristics and thus for the

supports and pre-supports used; another is the fact that intermediary layers

of limestone that acted as bracing were not taken into account.

MONACO: excavations of two tunnels relating to the RAINIER III projectConstruction of two communication tunnels between the nine-level Rainier III

underground car park under construction and neighbouring infrastructures in

the dense urban environment of Monaco has resulted in two papers:

The first, presented by R. Vallentin et al. (FONDASOL) – Ilot Rainier III –

Monaco. Réalisation de deux tunnels de communication – describes these two

tunnels, their geological and environmental context, the chosen method of exca-

vation and the supports used. The paper presents the way in which the obser-

vation method was used in order to adjust excavation parameters and the

supports to be used in real time. This made it possible to remain within the

stringent displacement limits (10 mm) imposed due to the close proximity of

neighbouring structures. The paper describes some of the difficulties encoun-

tered when excess displacement was observed, how these displacements were

analysed and how the supports were adjusted as a result.

The second paper, by Ph. Libois et al. (ALBERTI SAM, DYNAMIC CONSULT

MONACO and EPC France) – Travaux de minage souterrain en site urbain sen-

sible: galerie du projet îlot Rainier III à Monaco – deals with the precautions

taken when using explosives to excavate one of these two tunnels, in an urban

setting with highly restrictive environmental considerations. It describes the

resulting limits on both sound and vibration, with thresholds on buildings limited

to between 5 and 8 mm/s depending on the frequency in question. It also dis-

cusses recent technological innovations, both in the priming system – with the

selection and systematic use of electronic detonators – and in monitoring and

processing vibrations in real time. These contributed to successful completion

of the works within a satisfactory period, thanks to full-section blasting plans,

and without closing neighbouring structures.

Extension of Algiers metro line 1Extension of the Algiers metro line 1 between Place Emir Abdelkader and Place

des Martyrs has been dealt with in a paper by F. Cruz et al. (CENORGEO and

GMAC). It was impossible to excavate the Place des Martyrs metro station in

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page196

197

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

fréquence émise) et quelles sont les innovations technologiques récentes, que

ce soit dans le système d’amorçage avec l’utilisation systématique et le choix

d’un détonateur électronique, ou pour le suivi des nuisances vibratoires traitées

en temps réel, qui ont contribué à la réussite de ces travaux dans un délai

satisfaisant (grâce à des plans de tir en pleine section) et sans interrompre

l’exploitation des ouvrages voisins.

Metro d’Alger, extension de la ligne 1L’extension de la ligne 1 du métro d’Alger entre la place Emir Abdelkader et

la place des Martyrs a fait l’objet d’une communication de F. Cruz et al.

(CENORGEO et de GMAC). L’impossibilité d’excaver la station de la place des

Martyrs à ciel ouvert comme initialement prévu du fait d’importantes fouilles

archéologiques que ce chantier a suscitées (il y a été trouvé notamment les

fondations d’une basilique paléochrétienne) a obligé à repenser les attaques

du tunnel en ajoutant des puits non prévus et en reprofilant le projet d’un

accès piéton passant sous un immeuble pour en faire une rampe d’accès

chantier en phase travaux.

Communication de A. Panciera et al. (LOMBARDI) sur le Tunnel des Oudayas

au Maroc :

Le tunnel routier des Oudayas à Rabat permettra de relier la route du littoral

avec l’axe interne le long de l’Oued du Bouregreg en maintenant la continuité

en surface entre la Médina et la Kasbah des Oudayas. En dehors du bâti, ce

tunnel est en tranchée couverte. Il passe en souterrain sous les bâtiments

historiques et les murailles de la Kasbah. La communication présente le

projet en général et décrit plus en détail la reprise en sous-œuvre des bâtiments

historiques qui a constitué un défi majeur et dont le génie civil est maintenant

terminé. Du fait du contexte hydrogéologique difficile car il s’agit de sables sous

la nappe (on est proche de la mer et de l’Oued), le choix s’est porté pour un

passage en caisson juste sous les bâtiments. La descente de charge de la

muraille et des bâtiments a été reprise sur une semelle en béton armé, réalisée

en sous-œuvre et fondée sur micro-pieux, ce qui a permis de couler en dessous

la dalle supérieure du caisson, également fondée sur micro-pieux. La tranchée

d’approche a été réalisée à l’abri d’une micro-berlinoise doublée à l’extérieur

par deux rangées de colonnes de jet-grouting. Le terrassement et le

bétonnage de l’ouvrage en caisson ont pu être menés ensuite sous la dalle

de couverture.

La communication décrit également l’auscultation mise en œuvre dont le suivi

en temps réel a permis l’adaptation des méthodes. En particulier l’auscultation

des bâtiments historiques a permis d’identifier des soulèvements de l’ordre de

2 à 3 cm liés à la réalisation des colonnes de jet grouting et à l’injection des

bulbes de micro-pieux qui constituent le soutènement de la partie en tranchée

couverte. Une adaptation des méthodes (remplacement des colonnes de jet

grouting par des pieux forés injectés et élimination de l’injection des bulbes de

micro-pieux) à permis de limiter les soulèvements. En définitive, les tassements

du bâti engendrés par le terrassement de l’ouvrage souterrain n’ont pas

dépassé 10 mm.

Métro parisien, prolongement de la ligne 4 à MontrougeA Paris, le prolongement de deux lignes de métro, la ligne 4 à Montrouge et la

ligne 12 à Aubervilliers, ont fait chacune l’objet d’une communication qui sont

présentées, pour la ligne 12 en séance B1-2 (tunnel au tunnelier, voir plus loin

the open air as originally planned, due to major archaeological excavations on

the site following initial works (including the foundations of a paleochristian

basilica). This led to a redesign of tunnel attack points, adding unplanned shafts

and reprofiling the planned pedestrian access to run beneath a building, in

order to double up as a worksite access ramp during works.

A paper by A. Panciera et al. (LOMBARDI) discusses the Les Oudayas Tunnelin Morocco:The Les Oudayas tunnel in Rabat connects the cost road with the internal road

running along the Bouregreg Wadi, providing surface continuity between the

Medina and the Les Oudayas Kasbah. The tunnel runs in a covered trench,

except beneath built structures. It runs underground beneath historic buildings

and the walls of the Kasbah. The paper gives a detailed description of the project

and additional detail of subsurface works on the historic buildings. This was a

major challenge for which civil engineering works have now been completed.

The hydrogeological context is difficult, with sand beneath groundwater level

(both the wadi and the sea are close by). As a result the decision was made to

run the tunnel through a box section immediately beneath the buildings. The

load path of the wall and buildings was taken up by a reinforced concrete slab,

built underground and supported by micro-piles. The top slab of the box section

was then poured underneath this, also supported by micro-piles. The approach

cutting was built sheltered by a micro-retaining wall, lined on the outside by

two rows of jet-grouting columns. Excavation and concreting of the box structure

then took place beneath the roofing slab.

The paper also describes the inspection carried out. Real-time monitoring

enabled methods to be adjusted accordingly. Inspection of historic buildings in

particular made it possible to identify heave of between 2 and 3 cm relating to

the jet grouting columns and injection of the micro-pile footings that support

the covered trench. Adjustment of the methods used, replacing the jet grouting

columns by injected driven piles and halting micro-pile footing injection kept

subsequent heave to a minimum. Ultimately, building settlement due to exca-

vation of the underground structure did not exceed 10 mm.

Extension of Paris metro line 4 to MontrougeIn Paris, the extension of two metro lines – line 4 to Montrouge and line 12

to Aubervilliers – was the subject of papers. The paper dealing with line 12

was presented in session B1-2 (TBM tunnelling, see below at 2.2), while the

paper for line and 4 was presented in session B1-3 (conventional method

tunnelling).

Extension of line 4 beyond Porte d’Orléans to the south of Paris comprises 1.4

km of tunnel and one station. The station is being built wholly underground

using conventional methods, aligned along Avenue de la République in Mon-

trouge. It consists of an arch 13.5 m in diameter, supported by abutments loca-

ted beneath building facades. The entire project is being carried out in Marl

and Loam and Coarse Limestone. The presence of historic underground quarry

workings along 30% of the route called for major reinforcement works.

Feedback regarding the Perforex® mechanical pre-cutting method applied for

the first Workpackage in this extension, particularly to pass beneath the Paris

ring road with less than 5 m of overburden and close to the foundations of resi-

dential buildings in Montrouge, was the focus of the presentation in session

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page197

198 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

en 2.2), et pour la ligne 4 en séance B1-3 (réalisée en méthode convention-

nelle).

Le prolongement de la ligne 4 au-delà de la Porte d’Orléans au sud de Paris

comprend 1,4 km de tunnel et une station. La station est entièrement réalisée

en souterrain par des méthodes conventionnelles dans l’axe de l’avenue de la

République à Montrouge. Elle est constituée d’une voûte de 13,5 m d’ouverture,

appuyée sur des culées situées sous les façades des immeubles. L’ensemble

du projet est réalisé dans les Marnes et Caillasses et le Calcaire Grossier.

La présence d’anciennes carrières souterraines sur 30% du tracé a nécessité

d’importants travaux de confortement.

C’est principalement le retour d’expérience sur la méthode du prédécoupage

mécanique (méthode Perforex®) appliquée dans le premier lot de ce prolonge-

ment, notamment pour le passage sous le périphérique parisien avec moins

de 5 m de couverture et à proximité des fondations d’immeubles d’habitation

à Montrouge, qui sera présentée en séance B1-3 par la communication de

B. Bizon et al. (BEC, XELIS, SOLETANCHE BACHY et URBAINE DE TRAVAUX).

La maîtrise des tassements a été obtenue par réalisation de voûtes de pré-sou-

tènement sciées dans les Marnes et Caillasses (méthode Perforex®) et par un

boulonnage systématique du front à la fibre de verre de 15m de longueur. La

fonction de soutènement des pré-voûtes a été sécurisée par l’installation d’un

cintre lourd et d’un cintre réticulé à chaque passe d’avancement. Le calage du

taux de déconfinement sur les mesures de tassement lors de la réalisation de

l’amorce du tunnel au droit du square Koufra a conduit à un bon accord entre

les tassements calculés et mesurés sur la suite du tracé, en particulier sous le

périphérique (6 mm calculés, 8 mm mesurés) et sous les immeubles (6 mm

calculés, 8 mm mesurés).

2.2 - Chantiers de tunnels excavés au tunnelier et autres moyens mécanisés (thèmes B1-1 et B1-2) :

Métro parisien, prolongement de la ligne 12 à AubervilliersLe tunnel d’environ 4 km de longueur est en cours de réalisation avec un

tunnelier à pression de terre. La communication et l’exposé en séance B1-2 de

Ph. Moyal et al. (RATP, XELIS, EIFFAGE et DODIN CAMPENON BERNARD) présente

le projet et sa réalisation (critères de conception et de tracé, risques vis-à-vis

des avoisinants, contrôle et maîtrise des tassements, …) et expose également

le procédé particulier qui a été suivi pour l’entrée du tunnelier en station, la

station ayant été volontairement noyée : comment l’étanchéité des anneaux a

été sauvegardée au percement de la paroi moulée malgré la forte poussée

d’Archimède qui s’exerce sur l’ensemble tunnelier / partie flottante du tunnel

par l’utilisation de joints BULFLEX en extrados d’anneaux.

Ligne 9 du métro de BarceloneDeux communications sont consacrées aux travaux de la ligne 9 du métro de

Barcelone dont le tunnel aura été creusé avec plusieurs tunneliers de type EPB

ou mixte de grand diamètre (12,06 m) pour permettre d’y loger les voies

sur deux niveaux en section courante comme en station où chaque niveau

loge la voie et son quai (fig.11). Le creusement s’effectue dans des terrains

hétérogènes sous nappe.

B1-3 in the paper by B. Bizon et al. (BEC, XELIS, SOLETANCHE BACHY and

URBAINE DE TRAVAUX).

Settlement was successfully controlled by using pre-support arches cut into

the Marl and Loam using the Perforex® method coupled with the systematic

use of 15 m-long fibreglass bolts at the cutting face. The support function of

the pre-arches was reinforced by installation of a heavy-duty arch profile and

a ribbed arch as works moved forward. Comparing stress release ratios with

settlement measurements during construction of the start of the tunnel at

Square Koufra led to good harmonisation between calculated and measured

settlement for the rest of the route, particularly beneath the ring road and

beneath the buildings (8 mm measured compare to 6 mm calculated in both

cases).

2.2 - Tunnel worksites using TBMs and other mechanisedmeans (topics B1-1 and B1-2):

Extension of Paris metro line 12 to AubervilliersThis tunnel, approximately 4 km long, is currently being built using an EPB

TBM. The paper and presentation in session B1-2 by Ph. Moyal et al. (RATP,

XELIS, EIFFAGE and DODIN CAMPENON BERNARD) presents the project and

its construction, including design and route criteria, risks to the surroundings,

inspection and control of settlement, etc. It also details the particular procedure

used for the arrival of the TBM in a deliberately filled station. Watertightness

of the rings was preserved when the slurry wall was drilled through, despite

the high buoyancy affecting the TBM/floating section of the tunnel, by using

BULFLEX joints on the outside of the rings.

Barcelona metro line 9Two papers are devoted to works on Barcelona’s metro line 9. The tunnel has

been excavated using a number of large-diameter EPB or dual mode TBMs

(12.06 m) to accommodate tracks on two levels in standard sections in addition

to installations, with each level housing both the track and its platform (fig. 11).

Excavation is taking place in diverse soil types beneath groundwater level.

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

Figure n°1 - Tunnel à double niveau avec plateformes pour la ligne 9 du métro deBarcelone / Double-decker tunnel with platforms for Barcelona metro line 9.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page198

199

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

La première communication, de N. Della Valle et al. (PAYMACOTAS) traite de la

gestion des paramètres de forage de l’EPB en fonction des données de sol et

des résultats de l’auscultation, notamment des tassements de surface. Un logi-

ciel, eSDT, développé par Paymacotas, permet la mise en ligne des résultats de

mesures et leur consultation en temps réel par l’ensemble des parties concer-

nées. Il a été mis en œuvre pour la première fois avec succès lors du passage

du tunnelier sous les tunnels de la ligne ferroviaire à grande vitesse (ADIF). Ce

nouveau système, en tant qu’outil d’aide à la décision en temps réel, a démontré

qu’il pouvait contribuer à la maîtrise des risques.

La deuxième communication est présentée en séance B1-2 par C. Deulofeu

représentant de la Maîtrise d’Ouvrage. Cette communication rappelle les

grandes lignes de la conception de l’ouvrage, en particulier le concept innovant

du tunnel avec voies superposées et stations logées à l’intérieur même du tun-

nel, ainsi que celui tout aussi innovant de puits de grand diamètre pour les accès

aux stations, tangents au tunnel ou les interceptant. L’article traitera plus par-

ticulièrement de la difficulté des opérations hyperbares pour changer les outils

de travail dans un milieu trop perméable. L’impossibilité de cette opération a

obligé, dans la « zona Franca », à réaliser un massif traité au jet grouting com-

plété par des injections et le pompage de 21 puits, qui a permis l’accès à la

tête du tunnelier pour une réfection complète des outils et de leurs supports en

pression atmosphérique.

Le prolongement de la ligne B du métro de Lyon vers OullinsLe prolongement de la ligne B du métro de Lyon vers Oullins en cours de réa-

lisation fait l’objet d’un exposé en séance B1-2 (par S. Ghozayel et al., de EGIS

RAIL, SPIE BATIGNOLLES et SYTRAL). Cette communication traite des points

suivants : procédure de consultation négociée au stade de l’AVP entre quatre

groupements, le difficile choix du type de tunnelier à cause de l’hétérogénéité

du terrain (alluvions graveleuses, molasse sous le Rhône et granite en fin de

parcours), les difficultés rencontrées notamment en profil mixte (aux interfaces

de couches de caractéristiques très différentes), les tassements de surface dont

la limite prescrite au CCTP n’a pas pu être respectée en certains endroits notam-

ment sous les voies SNCF, les traitements de la boue perturbés par la présence

de pollutions dans les terrains ou à la traversée de la paroi moulée d’un puits

qui a modifié le pH, autres aspects des travaux sur la réalisation des différents

puits, notamment des excavations à l’explosif dans le granite avec des

contraintes environnementales sévères.

Métro de Séville, ligne n°1Une communication de C. Oteo et al. est présentée en séance B1-2. Il s’agit

de la réalisation de la première ligne de métro à Séville : est notamment

évoquée sa partie souterraine en bitube excavée au tunnelier sous la nappe

dans des terrains gravillionnaires. On notera le choix d’un EPB malgré la nature

perméable des terrains et aussi malgré le passage sous le fleuve Guadalquivir.

Le fond du fleuve a été étanché par du microbéton sur tapis géotextile sur

une certaine longueur pour allonger les circulations d’eau et réduire les

gradients ; est également présentée l’efficacité des traitements par

rideaux de jet grouting pour la maîtrise des tassements et la protection

de bâtiments en bordure du tracé et d’un parking souterrain au droit

du tracé. Grâce à cette technique, une réduction des tassements de

l’ordre de 2/3 a pu être observée au passage de la Plaza de Cuba. Enfin, est

The first paper, by N. Della Valle et al. (PAYMACOTAS) discusses EPB drilling

parameters with regard to soil data and inspection results, particularly in relation

to surface settlement. The eSDT software developed by Paymacotas allows

measurement results to be displayed online and consulted in real-time by all

interested parties. It was successfully deployed for the first time when the TBM

passed beneath the high-speed rail line tunnels (ADIF). Serving as a real-time

decision-making tool, this new system has demonstrated that it can contribute

to risk management.

The second paper was presented in session B1-2 by C. Deulofeu, representing

the Owner. The paper discusses the broad design details of the structure, par-

ticularly the innovative concept of a tunnel with tracks running one above the

other and stations housed within the tunnel itself, as well as the equally inno-

vative concept of a large-diameter shaft to access stations, running adjacent

to the tunnel or intercepting it. The article also deals more particularly with the

difficulty of operations in compressed air to change worktools in an environment

that was too permeable. The fact that this was impossible meant that in the

“zona Franca”, a solid block treated with jet grouting and injections (figure 13)

had to be constructed as well as 21 pumping wells. This enabled the TBM

cutterhead to be accessed in order to completely overhaul tools and supports

at atmospheric pressure.

Extension of Lyon metro line B to OullinsThe extension of Lyon metro line B to Oullins is currently under construction

and was the subject of a presentation in session B1-2 by S. Ghozayel et al.,

from EGIS RAIL, SPIE BATIGNOLLES and SYTRAL). This paper deals with the

following issues: the consultation procedure negotiated at the preliminary

design stage between four consortia; the difficulty in choosing the type of TBM

due to the diverse nature of the soil (gravelly alluvial deposits, molasse beneath

the Rhône and granite at the end of the route); difficulties encountered in mixed

profiles (at the interfaces between layers with very different characteristics);

surface settlement exceeding the limits specified in the Particular Technical

Specifications in some places, including beneath SNCF tracks; disruption of

slurry treatment due to soil pollution and a shaft crossing the slurry wall

and altering the pH value; other aspects of work to build the different shafts,

including excavations carried out with explosives in granite with severe

environmental constraints.

Seville metro line 1A paper by C. Oteo et al. was presented in session B1-2. This relates to the

construction of Seville’s first metro line and deals more particularly with the

underground section, featuring a twin tube excavated with a TBM below ground-

water level in gravelly soil. An EPB TBM was chosen despite the permeable

nature of the soil and the fact that the route runs beneath the Guadalquivir

river. The riverbed was waterproofed for a certain distance by micro-concrete

above a geotextile layer in order to remove water percolation and reduce gra-

dients. Another aspect of the presentation relates to the effective jet grouting

curtain treatment to control settlement and protect buildings along the route

and an adjacent underground car park. This technique made it possible to

reduce settlement by up to 2/3 in the Plaza de Cuba area. Lastly, the paper

discusses construction of an underground section beneath umbrella arches to

pass just beneath a railway line running in a covered trench.

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page199

200 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

évoquée la réalisation d’un tronçon souterrain à l’abri de voûtes parapluies

pour le passage à faible couverture sous une ligne ferroviaire en tranchée

couverte.

Tunnels de décharge à Buenos Aires (Maldonado River Project)La ville de Buenos Aires en Argentine est régulièrement touchée par des

inondations dévastatrices du fait d’évènements climatiques extrêmes qui vont

empirant avec le changement climatique et du fait de la situation géographique

et hydrogéologique de la ville. Une communication du bureau d’Ingénierie italien

GEODATA (E. Fornari et al.) présente les travaux de grande ampleur qui sont en

cours de réalisation. Il s’agit de deux tunnels hydrauliques de 6,9 m de diamètre

et de 5 et 10 km de longueur réalisés au tunnelier dans des terrains alluvion-

naires sous la nappe (EPB de Lovat) dont l’eau transportée débouchera dans

une station de pompage vers le Rio de la Plata constituée d’un grand puits de

40 m de diamètre dont les parois sont réalisées à l’hydrofraise jusqu’à 55 m

de profondeur. En l’occurrence ce puits sert de point de départ au creusement

des deux tunnels. L’article présente en outre le plan de gestion des risques et

les outils notamment numériques qui permettent en particulier la mise à jour

en temps réel des paramètres d’excavation du tunnelier (le « PAT », Plan for

Advance of Tunnel) en fonction des données de terrain (application d’un « GIS* »),

de l’auscultation saisie par le logiciel GDMS (GeoData Master System) ainsi que

la mise en place d’un comité des risques notamment pour le traitement des

points critiques du projet.

Métro de Mexico La communication de E. Tavera Gutiérrez et al. (ICA INGENERIA) présente, de

façon synthétique, la pratique internationale actuelle en matière de conception

et de dimensionnement des revêtements par voussoirs mis en place à l’arrière

des tunneliers à pression de boue et en terrains mous. Pour ce faire, l’auteur

s’appuie sur l’exemple du tunnel de la ligne 12 du métro de Mexico, foré dans

des argiles plastiques, avec en particulier un double revêtement (voussoirs

doublés ensuite d’un revêtement en béton coffré).

3 - Principales innovations techniques présentées-dans les communications-

Les innovations techniques en tunnels urbains, qu’elles aient été abordées dans

les retours d’expérience de chantier précédemment cités ou dans des commu-

nications spécifiques (les 12 communications restantes) sont présentées ci-

après par thème.

Le tableau 3 présenté en début du rapport donne les références d’auteurs de

ces communications par thème innovant. Les communications n’ayant pas déjà

fait l’objet d’une présentation au chapitre 2 avec les retours de chantier, sont

présentés ci-après. Pour celles déjà présentées en 2. sont seulement évoqués

ci-après en relation avec l’objet de l’innovation abordé.

3.1 - Innovations concernant les tunneliers et autresmoyens mécanisés (sous-thème B1-1)

Le sous-thème B1-1 qui traite des dernières innovations sur les tunneliers (et

autres moyens mécanisés) rassemble 8 communications.

Discharge tunnels, Buenos Aires (Maldonado River Project)The city of Buenos Aires in Argentina is regularly affected by devastating floods

due to extreme weather events: these are due to the geographical and hydro-

geological situation of the city and are worsening with climate change. A paper

presented by Italian engineering firm GEODATA (E. Fornari et al.) describes

the major works currently underway. These involve two hydraulic tunnels 6.9

m in diameter and between 5 and 10 km in length, being excavated using a

TBM in alluvial soil below groundwater level (Lovat EPB). The water transported

by these tunnels will arrive at a pumping station near the Rio de la Plata. This

comprises a large shaft 40 m in diameter, the walls of which are being built

using a hydrofraise drilling machine, to a depth of 55 m. These shafts will also

serve as the starting point for excavation of the two tunnels. In addition, the

paper presents the risk management plan and the digital tools used to update

TBM excavation parameters in real time (the Plan for Advance of Tunnel or PAT)

on the basis of terrain data using an GIS, inspections entered in GDMS (GeoData

Master System) software and the creation of a risk committee, more particularly

to deal with critical points during the course of the project.

Mexico City metro The paper by E. Tavera Gutiérrez et al. (ICA INGENERIA) provides a summary

overview of current international practice in the design and dimensioning of

arch segment linings installed to the rear of EPB TBMs in soft soil. The author

bases the paper on the example of the tunnel for Mexico City metro line 12,

bored through plastic clay, with the particularity of a dual lining (arch segments

lined with a formwork concrete lining).

3 - The main technical innovations presented in papers-

The technical innovations in urban tunnels (both those discussed in worksite

feedback referred to above and those in the other 12 specific papers) are pre-

sented below by topic.

Table 3 at the beginning of the report supplies the author references for these

papers, listed by innovation theme. Papers that have not been presented in

chapter 2 with the worksite feedback are presented below. Those already pre-

sented in chapter 2 are simply mentioned as they relate to the innovation dis-

cussed.

3.1 - Innovations relating to TBMs and other mechanisedmeans (sub-topic B1-1)

8 papers relate to sub-topic B1-1, discussing the most recent innovations rela-

ting to TBMs and other mechanised means.

3.1.1 - The 4 papers presented in session B1-1The paper by Dr. Herrenknecht et al. reviews the latest developments in tunnel

boring machines. Progress with regard to TBM design for mixed geological

conditions is illustrated firstly by recent constructions and projects in Singapore.

This city lies on highly diverse soil in which very hard granite, altered granite

and soft soil with water alternate. Experience feedback from five TBMs that

have drilled 48 kilometres of large-diameter main sewers for the city’s water

treatment have made it possible to design better TBMs to construct the metro

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

* GIS, Geographical Information System

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page200

201

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

3.1.1 - Les 4 communications présentées en séance B1-1La communication de Dr. Herrenknecht et al. fait le point sur les évolutions

les plus récentes en matière de tunnelier. Les progrès réalisés en termes de

conception des tunneliers en conditions géologiques mixtes sont d’abord illustrés

par des réalisations et des projets récents à Singapour. Le sous-sol de cette

ville est caractérisé par des terrains fortement hétérogènes avec alternance

de granites très durs, de granites altérés et de sols mous en présence d’eau.

Le retour d’expérience sur cinq tunneliers ayant foré 48 km d’émissaires de

gros diamètre pour le système de traitement des eaux de la ville, a permis

de concevoir des tunneliers plus performants pour la réalisation de la Circle

Line du métro. Aujourd’hui ce sont 7 tunneliers à pression de terre et 4

tunneliers mixtes qui sont en préparation pour la réalisation des 40 km de la

Downtown Line du métro. Est également mentionnée une machine « dual

mode » pouvant basculer d’un mode ouvert à un mode fermé à pression de

boue mis en œuvre pour le Finne Tunnel en Allemagne.

L’auteur présente les dernières frontières technologiques en matière de

tunnelier :

• record de diamètre à 15,6 m pour le tunnelier à pression de terre mis en

œuvre sur le tunnel routier de Sparvo en Italie,

• une galerie d’accès au métro de Saint Petersburg inclinée de 30° sur

l’horizontale, creusée par un tunnelier à pression de terre de 10,7 m de

diamètre,

• et, bien entendu, le record de longueur pour le tunnel de base du Gotthard

avec ses deux tubes de 57 km chacun.

Un exposé de M. de Broissia et al. (BOUYGUES TP) sur l’état d’avancement

du projet TELEMACH, projet de recherche national (de l’ANR), qui met au point

des robots permettant de remplacer les outils sur la roue de coupe d’un

tunnelier à pression de boue (fig. 2). Cette recherche n’en est encore qu’au

stade de la validation expérimentale, mais devrait permettre d’augmenter

considérablement la sécurité de telles opérations de maintenance.

Un exposé de F. Vallon et al. (BOUYGUES TP, CSM BESSAC et DRAGAGE HONG-

KONG) sur la mise au point d’une machine originale « à démonter un tunnel » !

(fig. 3) Cette machine doit être utilisée pour le métro de Hong Kong : il s’agit

de démolir par passes le revêtement d’un tunnel sous air comprimé et de le

remblayer sur une longueur de 130 m qui doit être interceptée par le tunnelier

à pression de boue du prolongement de la ligne.

Circle Line. Today, 7 EPB TBMs and 4 dual-mode TBMs are being prepared to

build 40 km of tunnels for the metro Downtown Line. The paper also mentions

a dual mode machine that can switch from open to EPB mode, used for the

Finne Tunnel in Germany.

The author reviews the new technological frontiers for TBMs:

• a record diameter of 15.6 m for the EPB TBM used for the Sparvo road tunnel

in Italy,

• an access tunnel for the Saint Petersburg Metro with a 30° horizontal incline,

excavated using an EPB TBM 10.7 m in diameter,

• and of course the record-breaking length of the Gotthard base tunnels with

two tubes, each 57 km long.

A presentation by M. de Broissia et al. (BOUYGUES TP) discussed the progress

of TELEMACH, a French national research project carried out by ANR to develop

robots that can replace tools on the cutterhead of slurry TBMs (fig. 2). The

research is only at the experimental validation stage, but should make it possible

to increase the safety of this type of maintenance operation considerably.

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

Figure n°2 - Projet de robot immergé pour la maintenance téléopérée des têtes de coupe de tunnelier (projet TELEMACH, M. de Broissia et al.) / Submerged robot project for remote-controlled maintenance of TBM cutterheads (TELEMACH project, M. de Broissia et al.).

Figure n°3 - Machine à démonter un tunnel (TDM) / Tunnel Dismantling Machine (TDM).

A presentation by F. Vallon et al. (BOUYGUES TP, CSM BESSAC and DRAGAGE

HONG-KONG) deals with the development of an unusual “tunnel dismantling

machine”! (fig. 3) This is to be used in the Hong Kong metro. The plan is to

travel along the tunnel to remove the lining in a compressed-air environment,

filling it for a distance of 130 m, so that it can be intercepted by the EPB TBM

being used to extend the line.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page201

202 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

Enfin un exposé de D. Lesueur et al. (LHOIST, BALTHAZARD et COTTE, …), non

pas sur une machine à excaver, mais sur la mise au point d’un mortier de

bourrage destiné à remplir le vide annulaire entre les voussoirs et le terrain.

L’adjonction d’une chaux hydratée spéciale, à forte surface spécifique (le

« Proviacal® SP ») permettrait d’atteindre les propriétés requises (pompage sur

longue distance, bon remplissage du vide annulaire, prise sous contrainte, …)

plus avantageusement qu’une chaux standard. Cette formulation a été mise au

point lors du percement du tunnel du Gröne Hart en Hollande. La communication

présente les études complémentaires qui ont été réalisées depuis, notamment

pour la mise au point d’une formulation à utiliser pour la galerie de sécurité du

Fréjus.

3.1.2 - Les 4 autres communications du sous-thème B1-1La communication de P. Schmäh (HERRENKNECHT) présente les dernières inno-

vations en matière de machine à excaver verticalement avec la méthode du

fonçage de puits (machine VSM) (fig. 4). Alors que cette technologie, née en

2003, était initialement limitée à des diamètres restreints, la troisième génération

de machine actuellement disponible permet d’excaver des puits jusqu’à 10 m

de diamètre, de travailler sous des pressions de 8 bars et d’excaver aussi bien

des terrains mous que des roches dures (jusqu’à Rc= 100 MPa). Les applications

les plus éprouvées de cette technologie sont les puits de démarrage et de sortie

des micro-tunneliers (Øi= 6 à 10 m), les puits de ventilation des métros,

Barcelone en particulier (Ø = 4,5 m) et les puits miniers (un exemple est donné

d’un projet impliquant une excavation par VSM jusqu’à 80m de profondeur). La

quatrième génération de machine actuellement en développement prévoit de

porter le diamètre maximal à 16 m.

Diana Pfeff présente une technologie de pose de conduite sans avoir recours

à une tranchée (« trenchless ») développée depuis 2006 par HERRENKNECHT

nommée méthode Direct Pipe® (fig. 5). Cette méthode combine la foration à la

boue par micro-tunnelier directionnel et le fonçage d’un tube jusqu’à des dia-

mètres de 1,5 m. Une des caractéristiques de cette méthode est la possibilité

de retirer le tube et de récupérer le micro-tunnelier en cas de problème. Cette

technologie a maintenant fait ses preuves en particulier sur des projets de pipe-

lines gaziers en Allemagne et aux Pays Bas avec plusieurs passages sous-

fluviaux en diamètre 1,2 m, ainsi que sous des canaux et des remblais ferro-

viaires ou routiers. On notera que la méthode atteint des vitesses d’avancement

supérieures à 10 m/h.

Lastly, a presentation by D. Lesueur et al. (LHOIST, BALTHAZARD and COTTE,

etc.), deals not with an excavating machine but with the development of a

packing mortar to fill the ring vacuum between arch segments and the soil.

Adding special hydrated lime with a high specific surface area (“Proviacal®

SP”) makes it possible to achieve the required properties (long-distance pum-

ping, proper filling of the ring vacuum, setting under stress, etc.) more satis-

factorily than using standard lime. This formulation was developed during

excavation of the Gröne Hart tunnel in the Netherlands. The paper presents the

additional studies carried out since then, particularly the development of a

formulation to be used for the Fréjus safety tunnel.

3.1.2 - The other 4 papers in sub-topic B1-1The paper by P. Schmäh (HERRENKNECHT) presents the latest innovations in

vertical excavation machines, including the Vertical Shaft Sinking machine or

VSM. (fig. 4) First devised in 2003, this technology was initially restricted to

small diameters. However, the third generation of machine now available allows

shafts up to 10 m in diameter to be excavated at pressures of up to 8 bar. This

can be used in soft ground as well as hard rock with yield strengths of up to

100 MPa. Most experience of this technology has been for start and end shafts

for micro-tunnelling machines, with diameters of between 6 and 10 m; metro

ventilation shafts, particularly in Barcelona (with a diameter of 4.5 m); and mine

shafts (one example given concerns a project for VSM excavation to a depth

of 80 m). The fourth generation machines currently under development should

achieve maximum diameters of 16 m.

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

Figure n°4 - Une machine à forer des puits (P. Schmäh, Herrenknecht) / VSM (P. Schmäh, Herrenknecht) - shaft sinking machine.

Figure n° 5 - Direct Pipe® Method (D. Pfeff, Herrenknecht) / Direct Pipe® Method (D. Pfeff, Herrenknecht)

Diana Pfeff presents a trenchless technology for installing pipes that has been

developed by HERRENKNECHT since 2006, known as the Direct Pipe® method.

(fig. 5). This combines slurry drilling by directional micro-tunnelling machine with

pipe driving for diameters of up to 1.5 m. One of the characteristics of this method

is the possibility of withdrawing the tube and recovering the micro-tunnelling

machine in the event of a problem. The technology has now been tried and tested,

particularly on gas pipelines in Germany and the Netherlands, including 1.2 m

runs beneath a number of rivers, as well as beneath canals and rail and road

embankments. The method has achieved rates of progress in excess of 10 m/h.

The two other papers in this sub-topic, by E. Fornari et al. (GEODATA) in Buenos

Aires and N. Berthoz et al. (CNRS and CETU) for a 1g scale model, have been

summarised in chapter 2 paragraph 3.6.1.

Les deux autres communications de ce sous-thème, celle de E. Fornari et al.

(GEODATA) à Buenos Aires et celle de N. Berthoz et al. (CNRS et CETU) - modèle

réduit non centrifugé - ont été résumées respectivement au chapitre 2 et au

paragraphe 3.6.1.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page202

203

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

3.2 - Innovations concernant les moyens d’auscultation et lessystèmes centralisés permettant de piloter les excavations

Plusieurs communications sur les retours de chantier ont décrit le dispositif

d’auscultation qui y ont été mis en œuvre. (Toulon, Lyon ligne B, Paris L12,

Tunnel des Oudayas à Rabat, Rainier III à Monaco, …). Parmi ces dispositifs,

les théodolites automatisés sont de plus en plus utilisés, notamment dans les

zones à risques (Toulon avec notamment le système CENTAURE©, Paris L4,

Rainier III à Monaco, …). Les mesures sont enregistrées automatiquement sur

une base de données, consultable par internet. Les mesures sont traitées en

temps réel et le plus souvent même un système d’alerte automatique envoie

des SMS en cas de dépassement de seuils prédéfinis. La base de données s’ap-

pelle GEOSCOPE© (de SolData) à Toulon, GDMS (GeoData Master System) à

Buenos Aires, ou encore eSDT à Barcelone ligne 9.

Le dispositif COTETA est décrit dans la communication de L. Avallone et al.

(BOUYGUES TP) (fig. 6). Il s’agit de réaliser un forage dirigé horizontal au dessus

de la voûte du futur tunnel et d’y installer un dispositif de mesure qui permet

d’obtenir la courbe de tassement au niveau du forage avant et après le front

de taille. Deux dispositifs ont été développés, le premier avec un câble à fibres

optiques, le deuxième avec une chainette instrumentée. Ce système permet

d’anticiper les tassements de surface et d’adapter en temps réel les paramètres

d’excavation aux conditions réellement rencontrées, garantissant ainsi la sécu-

rité des creusements même dans les environnements urbains complexes.

3.2 - Innovations relating to inspection methods and centralised systems to manage excavations

Several papers provided feedback from worksites describing the inspection

methods used. (Toulon, Lyon line B, Paris L12, Les Oudayas tunnel, Rabat, Rainier

III in Monaco, etc.). Automated theodolites are being increasingly used in these

solutions, particularly in high-risk areas (e.g. Toulon with the use of the CEN-

TAURE© system, Paris L4, Rainier III in Monaco, etc.). Measurements are auto-

matically logged in a database that can be consulted online, and processed in

real time. In most cases, an alert system sends a text message if a pre-defined

threshold is exceeded. The databases involved are GEOSCOPE© (by SolData)

in Toulon, GDMS (GeoData Master System) in Buenos Aires, and eSDT for Bar-

celona line 9.

The COTETA system has been described in the paper by L. Avallone et al.

(BOUYGUES TP) (fig.6). This involves drilling a directed horizontal borehole above

the arch of the future tunnel to install a measurement system. This provides

the settlement graph during drilling, both before and after the cutting face. Two

systems have been developed, one using fibre optic cable, the other with an

instrumented chain. The system makes it possible to anticipate surface settle-

ment and adjust excavation parameters to actual conditions in real time, thus

ensuring the safety of excavations even in complex urban environments.

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

Le suivi en temps réel des mesures d’auscultation (fig. 7) permettent d’anticiper

la réaction du terrain aux excavations et d’adapter, soit les paramètres de consigne

lorsqu’il s’agit d’excavation au tunnelier (Buenos Aires et le « PAT Method », Bar-

celone ligne 9, …), soit la qualité et les quantités de soutènement à mettre en

œuvre lorsqu’il s’agit d’excavation en méthode conventionnelle (Toulon, tunnel

des Oudayas à Rabat, galeries de liaison de l’îlot Rainier III à Monaco, …).

La communication de F. Melãneo et al. (métro de Lisbonne) déjà citée au para-

graphe 2.1 traite au contraire des dispositions à prendre lorsque ni reconnais-

sances ni auscultation de surface ne sont autorisées dans la zone de l’aéroport.

Real-time monitoring of inspection measurements (fig. 7) mean that the reaction

of soil to excavations can be anticipated. The target values can be adjusted for

TBM excavation (as in Buenos Aires with the ‘PAT Method’ and for Barcelona

line 9, etc.). For conventional excavation (as in Toulon, the Les Oudayas tunnel

in Rabat, the Rainier III connecting tunnels in Monaco, etc.) the quality and

quantity of support to be used can be modified.

On the other hand, the paper by F. Melãneo et al. (Lisbon metro), referred to

above in paragraph 2.1, deals with the measures to be taken when no surface

inspection or surveying is possible, here in the case of an airport zone.

Figure n°6 - Projet COTETA (L. Avallone et al.) – Forage dirigé au dessus d’un tunnel à construire permettant de mesurer le tassement au passage du tunnelier,soit par des fibres optiques disposées dans le forage, soit par le passage d’une

navette mesurant une chainette d’inclinomètres / COTETA project (L. Avallone et al.) – Directional drilling above a future tunnel to measure

settlement as the TBM passes, either using fibre optic cable in the borehole or a shuttle measuring an inclinometer array.

Figure n°7 - Schéma de fonctionnement d’un systèmed’auscultation (A. Panciera et al.) /Schematic decision-making diagram.

Instrument d’auscultation / Inspection instruments

Centrale d’acquisition et gestion des données / Data acquisition and processing unit

Analyse automatisée - Respect des seuils établis / Automated analysis - Keeping within defined thresholds

Analyse manuelle : - Contôle de tendances - Plausibilité - Corrélation avec travaux / Manual analysis : - Checking trends - Plausibility - Correlation with works

Alarme (e-mail, SMS) / Alert (e-mail, text message)

Centre décisionnel (Maître d’ouvrage, Maître d’œuvre, Entreprise et ing. du projet) : - Arrêt des travaux - Mesures correctives - Révision des seuils - Inspection des lieuxDecision-making (Project Owner, Project Manager, Contractor, project engineer) :-Halting works -Corrective measures - Adjustment of thresholds - Site inspection

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page203

204 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

3.3 - Analyse du risque et les étapes du contrôle et de la protection des avoisinantsLa communication de F. Marin et al. (BUREAU VERITAS), déjà citée en 2.1, est

entièrement dédiée à la méthodologie appliquée à Toulon pour assurer la

surveillance du bâti, depuis l’enquête réalisée sur les constructions afin d’évaluer

le tassement différentiel que chacune est capable de supporter, en passant par

le suivi de l’auscultation, le recensement des dommages et leurs réparations.

La communication de Ph. Moyal et al. présentée aussi en 2.1, traite également

assez en détail les procédures suivies pour le bâti du prolongement de la

ligne 12.

3.4 - Méthodes de prévention et de remédiationLes traitements de terrain depuis la surface tels qu’injections ou jet grouting

sont abordés par plusieurs communications :

3.3 - Risk analysis and stages in controlling and protecting immediate surroundingsThe paper by F. Marin et al. (BUREAU VERITAS), referred to above at 2.1, is

given over in its entirety to the method used in Toulon to monitor buildings,

from the survey of the buildings to assess the differential settlement they were

capable of withstanding through to inspection, damage assessment and repairs.

Similarly, the paper by Ph. Moyal et al., also presented at 2.1, goes into quite

some detail about the procedures used for buildings along the line 12

extension.

3.4 - Preventive and curative methodsA number of papers discuss soil treatment from the surface by means of

injection, jet grouting and so on.

• pour le prolongement de la ligne 12 du métro parisien (P. Moyal et al. cité en

2.1), au droit des fondations des piles des viaducs de l’échangeur de l’auto-

route A1 à la Porte de la Chapelle, le tunnelier est passé au travers d’un terrain

préalablement traité par jet grouting (figure n°8),

• à Séville (C. Otéo et al. cité en 2.1), les fondations d’immeubles sont isolées

du tunnel par un écran constitué de deux lignes de colonnes de jet (figure

n°9),

• d’autres traitements sont décrits pour le prolongement de la ligne 4 du métro

parisien à Montrouge (B. Bizon et al. cité en 2.1) notamment le traitement

des carrières anciennes au travers desquelles a dû passer le tunnel.

Les traitements depuis le tunnel et en particulier depuis le front sont couram-

ment utilisés en site urbain, tels que voûte parapluie, renforcement de terrain,

et/ou boulonnage du front, car ils permettent non seulement d’assurer la stabilité

du front, mais de plus contribuent à réduire les tassements de surface (voir

Toulon, P. Marguet et al., N. Dupriez et al., Séville, C. Oteo et al., Lisbonne,

M. Menezes et al.). Voûte parapluie et micropieux ont été utilisés à Monaco

(R. Vallentin et al.).

La méthode Perforex® a été utilisée pour la première partie du prolongement

de la ligne 4 du métro parisien, notamment pour le passage sous le boulevard

périphérique avec très peu de couverture (B. Bizon et al. déjà cité).

• for Paris metro line 12 extension (P. Moyal et al. discussed at 2.1), for the

foundations of the viaduct piles for the A1 junction at Porte de la Chapelle,

the TBM travelled through soil that had been previously treated by jet grouting

(figure 8),

• in Seville (C. Otéo et al. discussed at 2.1), building foundations were isolated

from the tunnel by a curtain consisting of two lines of jet grouting columns

(figure 9),

• other treatments are described relating to the extension of Paris metro line

4 in Montrouge (B. Bizon et al. discussed at 2.1), including former quarry

workings crossed by the tunnel.

Treatments from the tunnel, and more particularly from the cutting face, are

often used in urban environments. These include umbrella arches, soil reinfor-

cements and/or bolting the face. They enable the cutting face to be stabilised

and help keep surface settlement to a minimum (as in the case of Toulon,

P. Marguet et al., N. Dupriez et al., Seville, C. Oteo et al., Lisbon, M. Menezes

et al.). Umbrella arches and micro-piles were used in Monaco (R. Vallentin

et al.).

The Perforex® method was used for the first part of the Paris metro line 4 exten-

sion, particularly for the section running beneath the ring road with very little

overburden (B. Bizon et al. referred to above).

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

Figure n°8 - Jet grouting ligne 12 Paris (P. Moyal et al.) / Jet grouting on Paris line 12 (P. Moyal et al.).

Figure 9 - Jet grouting in Seville (C. Oteo et al.) / Jet grouting in Seville (C. Oteo et al.).

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page204

205

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

La communication de A. Panciera et al. déjà

citée, décrit en détail les reprises en sous-œuvre

qui furent pratiquées sous les fondations des

bâtiments historiques (figure n°10) et les

murailles de la Kasbah à Rabat (tunnel des

Oudayas). D’autres reprises en sous-œuvre ont

été décrites par P. Moyal et al. pour la ligne 12

du métro parisien.

A Séville, le fond du lit du Quadalquivir a été étanché sur une certaine longueur

pour permettre au tunnelier à pression de terre de passer dans les alluvions

perméables sous le fleuve (figure n° 11).

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011Figure n°10 - Passage du tunnel desOudayas sous les bâtiments historiques nécessitant des reprises en sous-œuvre(A. Panciera et al.) / The Les Oudayastunnel where it runs beneath the historic buildings for which subsurfacework was required (A. Panciera et al.).

Figure 11 - Etanchement du fond du Quadalquivir afin d’allonger le chemin des percolations (C. Oteo et al.) / Waterproofing theGuadalquivir riverbed to lengthen the percolation route (C. Oteo et al.).

Figure n°12 - Plateforme du dispositif des injections de compensation à Toulon(F. Marin et al., voir aussi le résumé de la communication de A. Guilloux et al. en 2.1) / Toulon: compensation injection programme (F. Marin et al., see also the summary of the paper by A. Guilloux et al. at 2.1)

Figure n°13 - Tunnelier pénétrant dans le bouchon étanche en vue d’une intervention

hyperbare / TBM entering the watertight plugfor an hyperbaric operation.

A Toulon, il a fallu procéder sous un immeuble à des injections de compensation : In Toulon, compensation injection had to be carried out beneath a block of flats:

A Barcelone, réalisation d’un « bouchon »

en jet-grouting et injections pour permettre

une intervention au front en condition hyper-

bare (C. Deulofeu)

In Barcelona, a jet-grouting “plug” was built to enable work to be carried out

in a compressed-air environment (C. Deulofeu).

The paper by A. Panciera et al. discussed

above offers a detailed description of sub-

surface work on the foundations of the his-

toric buildings and walls (figure 10) of the

Kasbah in Rabat for the Les Oudayas tun-

nel. Other subsurface works are described

by P. Moyal et al., relating to Paris metro

line 12.

In Seville, the Guadalquivir riverbed was waterproofed along part of its length

to enable an EPB TBM to pass beneath the river in permeable alluvial soil (figure

no. 11).

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page205

206 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

3.5 - Le dimensionnement des ouvrages en site urbain

3.5.1 - Stabilité du front de tailleTrois communications traitent de la stabilité au front des tunnels :

• la communication de R. Camposinhos et al. propose d’aborder le problème

sous l’angle d’une analyse de risque combinant modèle analytique simple de

stabilité avec une approche probabiliste de type Monte Carlo et une classifi-

cation de la sévérité des conséquences,

• celle de P. Oreste et al. étudie l’influence du boulonnage au front sur la stabilité

et propose une méthode de dimensionnement des boulons (densité et longueur)

basée sur un modèle analytique développé par les auteurs et validé par com-

paraison à des calculs aux éléments finis 3D sur les cas particuliers des tunnels

routiers de Toulon et de Pech-Brunet,

• celle de N. Berthoz et al. présente une étude expérimentale de stabilité de

front, menée sur un modèle réduit non centrifugé de tunnelier à pression de

terre, mettant en œuvre une instrumentation forte du massif de sol avec

capteurs de déplacement et de contrainte.

Dans les deux premières communications, les comparaisons entre modèles

analytiques simples et modèles aux éléments finis révèlent qu’il est difficile, pour

une configuration donnée, de déterminer a priori le mécanisme de rupture qui

contrôle la stabilité du front ; or les divers modèles analytiques présentés

(Anagnostou et Kovari, Sozio et Negro, Oreste et Dias), postulant des mécanismes

de rupture différents, donnent des résultats divergents. Par ailleurs,

R. Camposinhos et al. mettent en lumière l’influence du modèle constitutif de

sol sur le mode de rupture obtenu par calcul aux éléments finis.

C’est dans ce contexte que les travaux expérimentaux de N. Berthoz et al.

apportent un éclairage nouveau. Les mécanismes de rupture observés au front

sont variés et se caractérisent par :

• une remontée de fontis conique prenant sa source en clé en terrains purement

frottant,

• une rupture locale de type spirale logarithmique remontant à 0,3D devant et à

0,1D au dessus du front pour les terrains cohérents,

• et un mécanisme de trappe remontant à la surface (similaire au mécanismes

des modèles analytiques A&K ou O&D) dans le cas d’un front creusé en terrain

purement frottant surmonté par une couche cohérente.

3.5.2 - Dimensionnement au séismeLa communication de R. Taherzadeh et al. présente une étude de la réponse sis-

mique des ouvrages cadres implantés à faible profondeur dans des sols

compressibles et au voisinage d’un substratum rigide. L’effet d’une onde de cisail-

lement sur un ouvrage cadre dans le plan de la section droite est étudié par calcul

aux éléments finis dynamique avec modèle de terrain visco-élastique. Les résultats

sont comparés aux méthodes de calcul simplifiées

usuellement adoptées pour le dimensionnement de

tels ouvrages, à savoir les modèles pseudo-sta-

tiques proposées par l’AFTES et par Wang. L’auteur

conclut que les modèles pseudo-statiques fournis-

sent une bonne approximation pour les sollicitations

sismiques dans les ouvrages cadres à faible pro-

fondeur, à l’exception des moments dynamiques

donnés par l’AFTES dans le cas d’une structure

flexible qui apparaissent surestimés.

3.5 - Design of tunnels in urban environments

3.5.1 - Cutting face stabilityThree papers deal with the issue of tunnel cutting face stability:

• the paper by R. Camposinhos et al. suggests approaching the problem in

terms of risk analysis, combining a standard stability analysis with a Monte

Carlo approach to probability and then ranking the severity of the conse-

quences,

• the paper by P. Oreste et al. studies the influence of bolting at the cutting

face on stability and suggests a method for sizing bolts (in terms of both

density and length) based on an analytical model developed by the authors

and validated by comparison with 3D finite elements from the Toulon and

Pech-Brunet road tunnels,

• the paper by N. Berthoz et al. presents an experimental study of cutting face

stability using a 1g scale model of an EPB TBM. This used extensive

instrumentation of the soil formation including both displacement and stress

sensors.

In the first two papers, comparison of standard analytical models and

finite-element models show that for a given configuration, it is difficult to

establish an a priori determination of the failure mechanism that governs cutting

face stability. The various analytical models discussed (Anagnostou & Kovari,

Sozio & Negro, Oreste & Dias) assume different failure mechanisms and

produce highly divergent results. Moreover, R. Camposinhos et al. highlight

the influence of the constitutive soil model on the failure mode predicted by

FEM calculation.

The experimental work by N. Berthoz et al. sheds new light on this field. Failure

mechanisms at the cutting face are varied and may be defined as follows:

• conical surface subsidence starting at the crown for solely frictional soil,

• local log-spiral failure reaching 0.3D in front of the cutting face and 0.1D

above it in coherent soil,

• ‘trapdoor’ type failure affecting the surface (similar to the mechanisms in the

A&K and O&D analytical models) in the case of a cutting face excavated in

solely frictional soil beneath a coherent layer.

3.5.2 - Earthquake designThe paper by R. Taherzadeh et al. presents a study of the seismic response

of major infrastructures at shallow depths in compressible soil near rigid

bedrock. The effect of a shear wave at right angles to a major infrastructure is

studied using a dynamic finite element calculation and a visco-elastic soil

model. The results are compared to the simplified calculation methods

customarily used to design such structures: the pseudo-static models proposed

by AFTES and by Wang. The author concludes that pseudo-static models are

a good approximation for seismic stress on major

infrastructures at shallow depths, except for the

dynamic moment values supplied by AFTES for

a flexible structure, which appear to be over-

estimated.

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

Figure n°14 - Calcul au séisme d’une tranchée couverte / Earthquake design for a covered trench.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page206

207

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

3.5.3 - Divers sur les méthodes de dimensionnementLa pratique du dimensionnement a été abordée dans plusieurs communications

de retour de chantier, dont Toulon (P. Autuori et al.), Lisbonne (M. Menezes et

al.), Mexico (E. Tavera Gutiérrez et al.) déjà citées.

Le calcul des tassements de surface par la méthode des éléments finis proba-

bilistes en fonction notamment des caractéristiques de terrain et de leur variabilité

spatiale est abordé dans la communication de J. Bilé Serra et L. Miranda du

LNEC de Lisbonne.

3.6 - Utilisation de l’explosif en site urbain

L’explosif a été utilisé à Monaco pour excaver la galerie de liaison de l’îlot Rainier

III qui passe dans le rocher sous un tunnel routier et sous un parking, tous deux

en exploitation. Voir les deux communications déjà citées en 2.1 dont celle de

P. Libois et al. qui est dédiée aux travaux de minage qui y furent réalisés, ainsi

que celle plus générale de R. Vallentin et al. qui donne des informations

complémentaires sur ce sujet.

L’explosif a également été utilisé pour creuser le puits Orsel au métro de Lyon

(S. Ghozayel et al., voir en 2.2).

3.5.3 - Miscellaneous papers on design methodsDesign practices are discussed in a number of worksite feedback papers

already referred to, including Toulon (P. Autuori et al.), Lisbon (M. Menezes et

al.), Mexico City (E. Tavera Gutiérrez et al.).

Calculating surface settlement using the probabilistic finite element method on

the basis of soil characteristics and their spatial variability is discussed in the

paper by J. Bilé Serra and L. Miranda from LNEC, Lisbon.

3.6 - Using explosives in an urban environment

Explosives were used in Monaco to excavate the Rainier III link tunnel. This

runs through rock beneath a road tunnel and a car park, both in use. See the

two papers already quoted at 2.1, including that by P. Libois et al., devoted

to the explosives work carried out there, and the more general paper by

R. Vallentin et al., which provides additional information on the subject.

Explosives were also used to

excavate the Orsel shaft for

the Lyon metro (S. Ghozayel

et al., see 2.2).

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

Figure n°15 - Détonateur électronique – DAVEYTRONIC III / DAVEYTRONIC III electronic detonator.

3.7 - General methods, attack points, keeping to schedules

For the Algiers and Lisbon metros, attack points for stations and tunnels had to

be redesigned to save time and keep to schedule.

4 - Conclusions-

The many papers for topic B1 show that tunnel construction techniques

are still progressing in every field, more particularly in urban environ-

ments with their significant and specific issues. The following points

may be noted:

Controlling risks, particularly surface settlement and protecting

buildings, is achieved first and foremost by extensive surveying, as well

as by inspection and monitoring of the tunnel and its surroundings, with

the automation of some measurements. Today, it is vital for all this data

to be centralised to enable the worksite to be managed in real time,

whether to adjust TBM target values or, for conventional excavation, to

adjust supports and reinforcements to the geological and hydrogeolo-

gical conditions actually encountered.

Organising worksites in the confined spaces of cities, keeping distur-

bances to a minimum and keeping to schedule are all fields in which

there is plenty of scope for research into further improvements.

Methods used for prevention, sub-surface works and corrective methods

3.7 - Méthode générale, attaques, respect du planning

Au mètro d’Alger, ainsi qu’au métro de Lisbonne, il a fallu repenser les attaques

des stations et des tunnels pour gagner du temps et respecter les délais.

4 - Conclusions-

Les nombreuses communications du thème B1 montrent que les

techniques de construction des tunnels continuent de se perfectionner

dans tous les domaines et particulièrement en site urbain où les enjeux

sont importants et spécifiques. On pourra retenir les points suivants :

La maitrise des risques notamment ceux de tassements de surface et

la protection du bâti se font tout d’abord grâce à des reconnaissances

approfondies, puis grâce au suivi et à l’auscultation de l’ouvrage et de

ses avoisinants, puis à l’automatisme de certaines mesures. Il est indis-

pensable maintenant de centraliser l’ensemble de ces données pour

permettre le pilotage du chantier en temps réel, que ce soit pour régler

les paramètres de consigne du tunnelier, ou, dans le cas d’excavation

en mode conventionnel, pour adapter les soutènements et les renforce-

ments aux conditions géologiques et hydrogéologiques réellement

rencontrées.

L’organisation du chantier dans les espaces réduits que laissent les

villes, la réduction des nuisances ainsi que le respect du planning sont

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page207

208 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°231 - Mai/Juin 2012

when problems arise in spite of all the precautions taken must be adjus-

ted to each particular situation. A certain degree of inventiveness is

always called for.

Lastly, the number of papers supplying worksite feedback presented

together by the various parties involved highlight the growing interest,

particularly for difficult urban environments, in achieving close colla-

boration between contractors, project owners and project managers.

This is possible only within the framework of a balanced and transparent

contractual relationship – the subject of topic E, “project financing and

contracts”. t

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

les domaines dans lesquels peuvent encore bien s’exercer les

recherches d’amélioration.

Les méthodes de prévention, les reprises en sous-œuvre, et les

méthodes de remédiation lorsque les désordres surviennent malgré tout,

sont à adapter à chaque situation particulière, pour lesquelles il convien-

dra toujours d’être inventif.

Enfin le nombre de communications de retour d’expérience de chantier

qui ont été présentées en commun par les différents acteurs du projet

soulignent l’intérêt grandissant qu’il y a à rechercher, et particulièrement

dans les conditions difficiles des sites urbains, une collaboration étroite

entre l’Entreprise, le Maître de l’Ouvrage et le Maître d’Œuvre, et qui

n’est possible que dans le cadre d’une relation contractuelle équilibrée

et transparente, ce qui est développé dans le thème E, « financement et

contractualisation des projets ». t

Laurent AVALLONEBouygues Travaux Publics

COTETA : contrôle des tassements en temps réel

COTETA: settlement monitoring in real time

Francis VALLONBouygues Travaux Publics

1 - Introduction-

1.1 - Tunnel construction using tunnel boring machines

Building tunnels in urban environments involves minimizing

disturbance to the soil surface. This means keeping

settlement to a minimum.

The usual means of achieving this is to maintain soil

pressure during and after tunnel construction. Tunnel boring

machines (TBMs) are capable of cutting and supporting the

excavation and are used in these circumstances.

1 - Introduction-

1.1 - Construction de tunnel avec des tunneliers

La construction de tunnel en milieu urbain nécessite de

perturber le moins possible la surface du sol. Ce qui implique

que les tassements doivent être limités.

La méthode habituelle pour y parvenir est de maintenir la

pression du terrain pendant et après la construction du

tunnel. Les tunneliers (TBM), capables d’assurer les fonc-

tions d’abattage et de soutènement de l’excavation, sont

alors utilisés dans ces situations.

Figure 1 - Tunnelier de Groene Hart / Groene Hart TBM.

193_218Coly_Mise en page 1 11/06/12 09:34 Page208