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MASTERE SPECIALISE

TUNNELS et OUVRAGES SOUTERRAINS

De la conception à l’exploitation

MODULE 3 : Techniques de construction

3.6. Ouvrages annexes et divers

Pascal GUEDON – ARCADISBernard LASNE – CAMPENON BERNARD

INSA Lyon - ENTPE MS TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS 2011-2012

A - LES PUITS ET

GALERIES INCLINEES

MODULE 3 : Techniques de construction3.6. Ouvrages annexes

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A1 - LES PUITS SUPERFICIELS



LES PUITS SUPERFICIELS

LES FONDAMENTAUX


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Les puits superficiels

Les fondamentaux

Fonction des puits superficiels (profondeur ≤ 50 m)

Fonctions liées aux contraintes d’exploitation d'un ensemble d'ouvrages

En phase d’exploitation, les puits et galeries inclinées peuvent être amenés à assurer les fonctions suivantes, complètement dépendantes des objectifs fixés préalablement par le maître d’ouvrage et le maître d’œuvre :

• fonction d’accès (ou de conduit permanent) à d’autres ouvrages souterrains (tunnels ferroviaires, routiers, galeries hydrauliques, de transport d’énergie, de secours, de visite, de maintenance,...) ;

• fonction aéraulique (puits de ventilation, de désenfumage,...) ;

• fonction hydraulique (cheminée d’équilibre, ouvrage d’exhaure, puits de chute, puits de captage ...) ;

• fonction d’accès pour les secours et d’auto-évacuation ;

• fonction de stockage de matériaux.




Les fondamentaux

Fonction des puits superficiels (suite)

Fonctions liées aux contraintes d’exécution du puits

Pendant la phase d’exécution des travaux, les puits peuvent être amenés à répondre à certains impératifs de chantier et d’environnement, tels que :

• fonction d’accès de chantier (puits d’attaque, de sortie de tunnel, puits d’alimentation en matériaux, marinage des déblais, puits de poussée de micro-tunnelier,...) ;

• fonction aéraulique ;

• fonction de reconnaissance de terrain ou, plus fréquemment, d'accès à des galeries de reconnaissance ;

• fonction de fondations d’ouvrage ;

• fonction d’accès pour les secours en phase chantier, voire d’auto-évacuation du personnel ;

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Les fondamentaux

Critères et contraintes influant sur la conception des puits

Contraintes réglementaires

• Inspection du Travail

• différents organismes (CRAM, OPPBTP,…)

Ainsi, il y aura lieu de satisfaire notamment à :

• une obligation de sécurité en matière de conception, construction, montage, utilisation et maintenance ;

• la législation en vigueur dans le pays où est réalisé l’ouvrage ;

• les dernières éditions des normes et codes de construction homologués ;

• les normes, recommandations professionnelles et règles syndicales ;

• les règles de l’art.




Les fondamentaux

Critères et contraintes influant sur la conception des puits (suite)

Contraintes géologiques et hydrogéologiques

La stabilité de l’excavation de ces ouvrages devra être garantie quelle que soit la nature des formations traversées (meuble ou rocheuse) et on n’insistera jamais assez sur l’importance

que peuvent avoir les venues d’eau sur les conditions de réalisation des puits et leur

pérennité.

Si les contraintes géologiques et hydrogéologiques concernent pour beaucoup la phase d’exécution de l’ouvrage, elles peuvent également conditionner sa pérennité, sous des aspects tels que notamment :

• le rétablissement à plus ou moins long terme de la pression hydrostatique autour du revêtement ;

• le comportement différé de certaines formations (fluage, gonflement …) ;

• la résistance aux effets sismiques.

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Les fondamentaux

Critères et contraintes influant sur la

conception des puits (suite)

Contraintes d’exécution

• les contraintes de site (urbanisé ou non,…) et les conditions d’accès pour le creusement ;

• la logistique et la gestion de l’espace disponible pour les installations de chantier ;

• la géométrie de l’ouvrage permettant d’intégrer l’ensemble des sujétions d’exécution (espace requis pour l’accès du personnel, encombrement des matériels de chantier nécessaires pour la réalisation du puits mais également pour celle des autres ouvrages en connexion avec le puits, encombrement du système de ventilation,…) ;




Les fondamentaux

Critères et contraintes influant sur la

conception des puits (suite)

Contraintes d’exécution (suite)

• les moyens d’exécution disponibles (personnel et matériel) pour la réalisation de l’ouvrage, et les risques liés aux méthodes d’exécution (en particulier chutes d’objets) ;

• les autorisations de rejet des eaux de chantier ;

• les conditions de mise en décharge des déblais …

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Les fondamentaux


Contraintes d’exploitation

Les contraintes d’exploitation résultent de chacune des fonctions que le puits doit assurer pendant sa durée de service. Les principales fonctions, avec leurs contraintes associées, sont les suivantes :

• fonction d’accès (aux galeries souterraines, aux chambres de stockage …) : respect des gabarits (circulation, équipements), espaces pour maintenance, critères d’étanchéité liés à cette fonction ;

• fonction de visite : contraintes géométriques liées à l’appareillage pour puits simplement visitables ;

• fonction hydraulique : qualité particulière des revêtements de finition des ouvrages, (limitation des pertes de charge, garantie de reprise de pressions intérieures,…) ;

• fonction aéraulique : qualité particulière des revêtements de finition des ouvrages pour garantir le débit d’air requis.

• fonction d’accès pour les secours : contraintes géométriques pour passage brancards




Les fondamentaux


Contraintes environnementales

• risque de mise en communication de différents aquifères,…;

• sensibilité du bâti avoisinant aux mouvements de terrains, de façon à adapter la rigidité de la structure envisagée, y compris en phase transitoire (stabilité de parois moulées non bétonnées, par exemple) ;

• contraintes d’observation (reconnaissance des terrains,…).

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Les fondamentaux

Reconnaissance du contexte géologique, hydrogéologique et

géotechnique

Il est indispensable d’avoir une bonne connaissance du contexte géologique et hydrogéologique dans lequel ce type d’ouvrage devra s’inscrire, car il influera grandement sur sa conception, intimement liée aux méthodes d’exécution envisageables dans les conditions de site, qui impacteront également, directement ou indirectement, la géométrie de l’ouvrage.

Les reconnaissances de sol permettront de révéler, puis de préciser les caractéristiques des terrains qui seront rencontrés au cours de l’excavation.

La méthode d’excavation/soutènement devra être choisie en tenant compte de leur nature, de leur hétérogénéité, de leur cohésion, de leur résistance et tout particulièrement, de la perméabilité et de la charge des horizons aquifères traversés.

Les sondages devront être poursuivis sur environ 5 m au-dessous du futur radier ou du pied des parois, voire plus si un horizon étanche est recherché pour y ficher ces parois.




Les fondamentaux


géotechnique (suite)

Il est impératif de prévoir au moins deux sondages carottés à son emplacement immédiat, en y associant tous les essais in situ et de laboratoire indispensables à une bonne caractérisation des formations intéressées par l’ouvrage, afin de réduire le domaine d’incertitudes du projet.

En outre, en terrain meuble, l’exécution d’un sondage pressiométrique (au moins) est vivement recommandé.

Chaque niveau aquifère devra être reconnu et suivi par au moins deux piézomètres situés de part et d’autre du puits dans la direction d’écoulement de la nappe ; ces piézomètres seront crépinés uniquement au droit de l’aquifère concerné (du fait de la présence fréquente de nappes perchées qu’il est important d’identifier).

On aura tout intérêt à implanter ces sondages à quelque distance de l’ouvrage et non dans son axe, car il ne faut pas perdre de vue, qu’un sondage mal cimenté risque de mettre certaines formations aquifères en communication.

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Les fondamentaux

Conception du projet

L’éventail des techniques à la disposition du projeteur pour concevoir un puits de surface semble étendu au premier abord ; chacune de ces techniques pouvant elle-même se décliner en variantes portant soit sur l’étaiement, soit sur le blindage et pouvant, dans certains cas, requérir l’emploi de plusieurs techniques combinées.




Les fondamentaux

Conception du projet (suite)

Exemple : Tunnel sous la Manche – Puits de Sangatte (Ø = H = 56 m)– Ecran d’étanchéité au coulis, parois moulées, soutènement traditionnel, rabattement de nappe).

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Les fondamentaux


Exemple : Tunnel sous la Manche – Puits de Sangatte (Ø = H = 56 m)– Ecran d’étanchéité au coulis, parois moulées, soutènement traditionnel, rabattement de nappe).




Les fondamentaux


La conception des parois d’un puits requiert, pendant et après la construction, la stabilité des blindages et des étaiements, qui sont constitués d’un assemblage de panneaux, de pieux, de liernes, de poutres, de plaques, d’éléments de butonnage qui doivent équilibrer les pressions transmises par le terrain, en considérant une interaction réciproque le cas échéant.

Toutefois, que les parois comportent ou non une fiche, il faut également s’assurer de la stabilité du fond du puits non revêtu en phases provisoires, ce fond de puits pouvant être obturé par un radier en fin de construction. Les situations de calculs vérifieront notamment les combinaisons comprenant les actions de la pression de l’eau en cas de présence d’aquifère.

L’implantation des installations de chantier, la définition et la mise en place du matériel nécessaire pour la mise en œuvre du procédé d’exécution retenu, sont de première importance pour que les cadences escomptées soient réellement obtenues et que le planning soit respecté.

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Les fondamentaux


Section transversale

La section circulaire (éventuellement elliptique) sera préférée, notamment en cas de traversée de terrain difficile et de pression d’eau importante : cette forme auto-portante se traduit toujours par des économies de structure importantes.

Toutefois, dans bien des projets, les puits superficiels restent peu profonds et leur géométrie nécessite de s’adapter aux contraintes du projet (espace disponible, implantation des équipements,…).




Les fondamentaux


Notions de pré-traitement et de pré-soutènement

Le pré-traitement consiste à améliorer les caractéristiques du terrain encaissant en vue de son étanchement et/ou de sa consolidation, à l’aide de traitement par injection ( coulis, gels…) réalisé en préalable aux travaux de terrassement.

Le pré-soutènement consiste à créer avant excavation une structure destinée à jouer le rôle de soutènement en périphérie de la section à excaver et ce, avant tout terrassement du puits.

Il est généralement utilisé dans les configurations suivantes :• Présence de terrains meubles potentiellement instables,• Maîtrise des conditions hydrogéologiques du site (présence de nappe,…), nécessitant

une isolation de la fouille du puits vis-à-vis des venues d’eau latérales mais également, dans bien des cas, une garantie de stabilité du fond de fouille,

• Proximité d’ouvrages avoisinants sensibles avec nécessité de limiter les déformations du terrain encaissant,

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Les fondamentaux


Notions de pré-traitement et de pré-soutènement (suite)

2 catégories de pré-soutènements :

• Les pré-soutènements totaux, présentant la même géométrie sur toute la hauteur et sur toute la périphérie de l’excavation (palplanches (et autres rideaux mixtes), parois moulées, pieux sécants, parois armées au coulis, colonnes de jet-grouting ;

• Les pré-soutènements partiels, présentant une géométrie discontinue sur leur hauteur et/ou sur leur périphérie ; ils sont utilisés en soutènement de puits en l’absence de nappe phréatique ou mise en œuvre d’un rabattement préalable et en présence d’une cohésion suffisante des terrains à court terme garantissant tout risque d’éboulement (ou hors-profils) entre éléments de pré-soutènement verticaux (parois composites, telles que parois berlinoises (et micro-berlinoises), parisiennes, lutétiennes, rennaises).

Lorsqu’il n’est pas nécessaire de recourir à un pré-soutènement, il est fait appel à des soutènements dits traditionnels réalisés à l’avancement (blindage (bois, métallique ou béton), parois clouées, parois monégasques (parois ancrées à l’aide de tirants précontr).




Les fondamentaux


Nature du revêtement définitif

Certains types de revêtements peuvent constituer le soutènement provisoire du terrain s’ils sont réalisés ou enfoncés à l’avancement ; c’est le cas des caissons havés en terrain meuble, ou des anneaux de béton coulés à l’avancement en terrain rocheux stable. Cependant, dans beaucoup de cas, le revêtement est réalisé en seconde phase par passes montantes, une fois le puits entièrement soutenu et excavé sur toute sa hauteur.

La nature du revêtement est souvent intimement liée à la technique de terrassement retenue ; chacune d’elles offre un éventail plus ou moins large des procédés de revêtement envisageables : béton coulé en place ou constitué d’éléments préfabriqués, revêtement métallique, revêtement mixte,…

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CREUSEMENT DE PUITS SANS PRE-SOUTENEMENT




PUITS A SOUTENEMENT TRADITIONNEL (PUITS BLINDES)


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Creusement de puits sans pré-soutènement


Puits à soutènement traditionnel (puits blindés)

• Puits creusés dans des terrains cohérents hors nappe

phréatique, permettant d’obtenir une bonne stabilité de l’excavation au prix d’un soutènement léger

• Mise en œuvre à chaque passe d’excavation du puits, un blindage des parois périphériques constitué principalement de planches de bois ou éventuellement de palfeuilles métalliques

maintenues et plaquées contre le terrain par des cintres ou

des cadres horizontaux ; ces cadres sont constitués de bastaings ou de profilés métalliques, et sont régulièrement espacés sur la hauteur de l’ouvrage (typiquement tous les 1,50 m à 3 m), avec utilisation de coins en bois pour le blocage efficace du blindage contre le terrain et contre les cadres + béton de blocage à l’arrière du blindage (évite les risques de décompression du terrain si environnement sensible).




Puits à soutènement traditionnel (puits blindés) (suite)

• Blindage peut être réalisé également avec du béton projeté

• A l’intérieur de ce blindage, l’excavation est généralement réalisée à l’aide de moyens manuels ou éventuellement, pour les faibles profondeurs, à l’aide d’une pelle mécanique positionnée en surface.

• En présence de terrains rocheux rencontrés, l’excavation pourra être exécutée :

- soit au brise roche hydraulique - soit à l’explosif, avec foration des trous de mines

Pour limiter les hors-profils d’excavation, il pourra être fait appel aux techniques

de découpage soigné.

• A l’issue de l’excavation, le revêtement définitif du puits est réalisé, en remontant, à l’intérieur du blindage.



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• Matériel utilisé :

Cette technique est souvent manuelle et ne fait appel qu’à des moyens de blindage légers (planches en bois, plaques, tôles ou profilés métalliques) facilement manipulables à la main.

Les planches en bois font généralement de 4 à 8cm d’épaisseur et ont une longueur maximale de 2m. Les palfeuilles en tôle pliée ont une épaisseur de l’ordre de 2 à 4mm d’épaisseur et une longueur maximale du même ordre de grandeur.

Toutefois, pour la réalisation de puits de plus grande dimension, les matériels utilisés restent relativement légers (pelles en fond de fouille, bennes preneuses, grue pour la manutention des cadres ou cintres métalliques de soutènement,…).







• Avantages

- souplesse de mise en œuvre ;- Pas de nécessité de moyens encombrants et spécifiques.

Cet avantage est essentiel pour la réalisation de petits ouvrages dans un environnement fortement encombré tels que des zones urbaines d’habitat dense. En outre elle permet de s’adapter à certains types de contraintes rencontrés au cours du creusement tels que la présence de réseaux ou de canalisations.

• Inconvénients- Non applicable si la stabilité des terrains pendant les passes d’excavation n’est pas garantie

(cas des terrains sableux sans aucune cohésion)

- Non applicable si le puits doit être réalisé sous nappe (les parois de l’excavation ne sont pas étanches)



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HAVAGE D’UN CAISSON





Havage d’un caisson

• Descente, sous l’effet de son poids, d’un cuvelage (ou caisson) en béton armé (coffré et coulé en place ou constitué d’éléments de voussoirs préfabriqués), construit sur une trousse coupante en forme de biseau permettant de poinçonner le terrain et d’offrir une surcoupe limitant le frottement.

• Extraction du terrain à l’intérieur du puits permettant au cuvelage de s’enfoncer dans le sol.

• Une des difficultés consiste à assurer la verticalité et le respect de la géométrie de l’ouvrage à chaque cycle de sa construction.



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Havage d’un caisson (suite)

• Cas du revêtement monolithique

Ce cuvelage est réalisé dans une avant fouille blindée, par cycles, depuis la surface au fur et à mesure de la descente de l’ouvrage. Le guidage du havage du puits est mené en cours de creusement à chaque cycle avec une très grande rigueur. Cette opération de maintien de la verticalité est particulièrement sensible sur les premiers mètres.Il est éventuellement possible d’utiliser un dispositif composé de vérins s’appuyant contre le cuvelage et la paroi blindée pour se donner davantage de possibilités de redresser l’ensemble en cas de déviation.







• Cas du revêtement en anneaux de voussoirs

- Pré-terrassement pour réalisation d’un massif de guidage de la colonne entre le terrain excavé et l'extrados du premier anneau, complété d'un fourreau destructible (par exemple en polystyrène) matérialisant le jeu souhaité pour la lubrification le long de la colonne d'anneaux (mini ≈ 2 cm au rayon).

- Premier anneau liaisonné à la trousse coupante, constituée d'un anneau béton présentant une tranche biaise à sa base ou d'une bêche en acier chaudronné, permettant de poinçonner le terrain et d'offrir un dégarni de lubrification (en extrados) le long de la colonne d'anneaux.



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• Cas du revêtement en anneaux de voussoirs (suite)

- Revêtement réalisé par assemblage des anneaux de voussoirs au niveau du sol, par cycles (correspondant à la hauteur d’un anneau de voussoirs), après avoir excavé le terrain sur une hauteur correspondant à celle de cet anneau et que la colonne ait progressé de cette même quantité.

- Types de revêtement en voussoirs : pleins ou alvéolaires en béton armé, métalliques ou fonte







• Domaine d’application

Les limites de la méthode sont liées à la nature des terrains rencontrés et à la capacité à vaincre les frottements, car dès que ces forces deviennent supérieures au poids du cuvelage, celui-ci ne peut plus descendre.

Pour y remédier, il convient de remplir le vide annulaire créé entre le terrain et l’extrados du cuvelage avec un gravier roulé qui a pour effet de réduire considérablement ces frottements tout en maintenant le terrain encaissant. Il est possible d’améliorer ce glissement par diverses techniques dont l’une consiste à y adjoindre un liquide thixotropique. En fin d’opération, une injection de coulis de ciment permet d’assurer le contact définitif de l’ouvrage avec le terrain. Par ailleurs, le caisson est généralement équipé d’un radier de fond



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• Domaine d’application (suite)

Les terrains meubles sont ceux qui se prêtent le mieux à la mise en œuvre de cette technique, même en présence d’une nappe, car pour éviter les affouillements et les entraînements de terrain, les terrassements peuvent être exécutés mécaniquement sous l’eau dès la rencontre de la nappe (donc sans pompage), en utilisant une benne preneuse. Un bouchon en béton immergé est réalisé en fin de creusement avant toute opération de pompage.

Les terrains durs ou hétérogènes avec présence de blocs y compris sous la nappe sont également envisageables, car les difficultés rencontrées peuvent être surmontées par la mise en œuvre de techniques comme l’emploi d’un trépan ou l’injection de boues colmatantes, mais ces dispositions sont facteurs de coûts supplémentaires.







• Matériel d’excavation utilisé

Les opérations d’excavation et de marinage des déblais s’effectuent généralement à l’aide de pelle à câbles avec utilisation de trépan pour les terrains durs et/ou matériel spécifique.



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• Avantages

� Les avantages du système sont liés au fait que l’on dissocie la fabrication de l’ouvrage définitif, qui est coulé ou assemblé en surface, de sa mise en place. On est ainsi pratiquement sûr de la qualité et du fini du parement.

� Tous les terrassements se font depuis la surface avec une pelle, d’où une meilleure sécurité de travail puisque les hommes ne participent pas directement au creusement en fond de puits.

� Dans le cas du cuvelage monolithique, le revêtement présente une même qualité d’étanchéité qu’un puits revêtu après terrassement.

� Il est possible de positionner des inserts dans le béton coulé, ou une virole de départ pour un petit tunnelier qui devra partir de la base du puits.







• Inconvénients

Les difficultés rencontrées au niveau de la géologie résident principalement dans la dureté des terrains qui ne pourront pas être excavés à la benne. Il faut alors trépaner ou envoyer du personnel au fond du puits pour découper la roche. En la présence d’une nappe en charge, il faut aussi maîtriser les aquifères.



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• Avancée technique

Un constructeur propose maintenant un système d’abattage mécanique ponctuel de type fraise, robotisé et commandé depuis la surface ; l’abattage se fait au sein d’un bain de bentonite, les déblais étant aspirés hydrauliquement et la bentonite recyclée après séparation. Ce procédé est couramment utilisé pour jusqu’à des diamètres de 12 m, et a permis d’atteindre 85 m de profondeur.Le risque de coincer le caisson durant sa descente n’est pas négligeable surtout pour les profondeurs importantes qui demandent une attention rigoureuse dans le maintien de la verticalité et la capacité de l’annulaire à assurer un bon glissement de l’ouvrage. De plus, des tassements sont possibles du fait de la décompression des terrains.




CREUSEMENT DE PUITS AVEC PRE-SOUTENEMENT TOTAL


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PALPLANCHES





Creusement de puits avec pré-soutènt total

Creusement de puits avec pré-soutènement total

Palplanches

Cette technique, couramment utilisée pour réaliser des puits de faible à moyenne profondeur (préciser), dans les terrains meubles, consiste à réaliser un écran périphérique au puits, avant creusement, à l’aide de profils métalliques foncés dans le terrain et qui, associé à des cadres ou cintres métalliques (selon la géométrie du puits à réaliser), sert de blindage étanche lors de l’excavation du puits.

Pour certains puits, elle peut être utilisée pour traverser des terrains meubles de surface et prolongée par un creusement suivant une autre technique, telle que, par exemple, la méthode traditionnelle, dès que les terrains le permettent.

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Palplanches (suite)

• Description de la méthode d’exécution

Le principe de cette technique consiste à foncer ou à battre dans le sol, avant le début de l’excavation et en périphérie du futur puits, des profilés métalliques munis de serrures, par vibrofonçage ou battage, le rôle de ces profilés étant de servir de pré-soutènement (maintien des terrains) au fur et à mesure du terrassement.






Palplanches (suite)

• Phasage de construction

- Mise en œuvre des palplanches : Les palplanches sont enfoncées paire par paire dans le sol soit par fonçage, soit par battage, avec enclenchement progressif dans la serrure de l’élément précédent déjà fiché dans le terrain.

- Excavation du puits et butonnage : Une fois l’écran achevé, le terrassement est réalisé à l’intérieur des palplanches par passes successives. Le rideau en palplanches est renforcé par des liernes (profilés métalliques ou cadres en béton armé), généralement butonnés (ou moins traditionnellement cloués ou tirantés, lorsque les dimensions du puits l’imposent), afin de reprendre les efforts horizontaux dus aux poussées latérales exercées par le terrain et la nappe sur le rideau.



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Palplanches (suite)

• Limites de la technique

� la profondeur des passes envisagées

� la capacité à réaliser une fiche suffisante au-delà du fond de fouille

� les caractéristiques du terrain (présence de blocs….)

� la résistance mécanique des palplanches et des organes de butonnage (tirants)

� les contraintes imposées liées à la sensibilité de l’environnement (limitation de la déformation du terrain avoisinant, limitation des nuisances – bruit, vibrations -,…)






Palplanches (suite)

• Matériel utilisé

Le battage se fait à l’aide d’une masse (« mouton ») que l’on fait chuter sur la tête de la palplanche. Le battage est plutôt adapté pour les terrains argileux (nécessité de vaincre la cohésion du matériau).

Dans le cas du fonçage, on dispose un vibreur en tête de palplanche. Les vibrations, transmises au profilé, ajoutées à son propre poids, permettent la descente de la palplanche dans le sol. Ce système est particulièrement adapté aux sols pulvérulents et à la craie (comportement thixotropique).



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Palplanches (suite)

• Avantages

� Pré-soutènement complet de la future fouille réalisé avant terrassement

� Rapidité d’exécution et encombrement relativement réduit du matériel de mise en œuvre

� Soutènement relativement étanche, en tout cas compatible avec des travaux de terrassement

� Géométrie facilement adaptable (mais limitée par la longueur des palplanches)

� Forte inertie des palplanches, permettant un espacement des cintres ou butons plus important que pour le blindage traditionnel.

� Possibilité, dans certains cas, de récupérer les palplanches après réalisation de la structure interne du puits






Palplanches (suite)

• Inconvénients

� Cette technique ne s’adapte pas à tous les types de terrains (problème de refus) : les palplanches peuvent être arrêtées sur des blocs avant d’avoir atteint un substratum étanche.

� Les palplanches ne permettant que la reprise des flexions dans un plan horizontal , il est nécessaire dans tous les cas, y compris pour les puits circulaires, de prévoir la mise en place de butons ou de cintres à l’avancement de l’excavation

� Les éléments métalliques ne participent pas à la résistance de la structure finale du puits

� La mise en œuvre par vibrofonçage ou battage peut occasionner des nuisances pour l’environnement



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PAROIS MOULEES





Parois moulées


La technique des parois moulées est couramment utilisée pour la réalisation de puits de moyenne profondeur (fond de fouille généralement compris entre 10 et 50m de profondeur) tant en France qu’à travers le monde, principalement dans les terrains meubles et aquifères, avec éventuellement un ancrage dans un substratum rocheux.



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Parois moulées


La technique des parois moulées s’apparente à celle des pieux forés à la boue, elle est réalisée par bétonnage d’une tranchée verticale préalablement excavée sous bentonite, le plus souvent après descente d’une cage d’armatures.






Parois moulées

• Phasage de construction

� Implantation en surface des axes de parois à réaliser ;� Réalisation de murettes-guides et d’une pré-tranchée d’environ

1m de profondeur ; ces travaux préliminaires sont nécessaires pour assurer un bon guidage de la benne sur les premiers mètres de l’excavation, ce qui est un des éléments entrant en ligne de compte pour la maîtrise de la précision de verticalité des panneaux de paroi ;

� forage à l’aide d’une benne (à câbles ou hydraulique suivant la profondeur à atteindre) ou d’une machine autoforeuse(haveuse) pour des terrains plus durs. Le forage s’effectue sous boue bentonitique créant un confinement (indispensable en présence de terrains pulvérulents), pour assurer la stabilité de la fouille pendant l’excavation ;

� mise en place de la cage d’armatures dans la fouille ;� bétonnage du panneau.



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Parois moulées

• Phasage de construction (suite)

Une fois l’ensemble de l’enveloppe du puits réalisée en paroi moulée, l’excavation du puits lui-même peut démarrer.

A l’exception des puits circulaires, il est généralement nécessaire de réaliser, au fur et à mesure de l’approfondissement de la fouille, un dispositif de butonnage ou d’ancrage par tirants de la paroi afin d‘en assurer la stabilité.






Parois moulées


En fonction des terrains à excaver, de la profondeur des parois à réaliser ainsi que de la précision (verticalité) recherchée, plusieurs outillages pour l’excavation peuvent être utilisés :

� bennes à câbles� bennes hydrauliques� haveuse à circulation de boue inversée

permettant de réaliser des épaisseurs de parois comprises entre 0,50 m et 1,50 m pour les deux premiers outillages, et pouvant atteindre des épaisseurs supérieures à 2 m avec le dernier outillage cité.



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Parois moulées

• Dispositions particulières à prendre en considération

Certaines dispositions particulières, liées à la méthode de construction ou à la fonctionnalité finale recherchée, sont à prendre en compte. Elles concernent en particulier les points suivants :

� Encombrement du matériel

� Mise en place de butées provisoires ou définitives des parois (sauf dans le cas de puits circulaires)

� Dispositif d’étanchéité entre parois






Parois moulées

• Dispositions particulières à prendre en considération (suite)

� Dispositifs, plus ou moins précis en fonction de la tolérance recherchée, sont utilisés pour le guidage de verticalité de l’excavation. L’ordre de grandeur de la tolérance de verticalité obtenue est d’environ 1/100 de la profondeur et peut être améliorée en cas d’emploi de matériel particulier (haveuse) ;

� A proximité de mitoyens sensibles, il y aura lieu de limiter la longueur des panneaux de parois moulées afin d’éviter tout risque de décompression des terrains avoisinants ;

� Evacuation des résidus de forage.



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Parois moulées

• Avantages

� Ecran continu agissant comme pré-soutènement continu du terrain ;� Géométrie adaptable (circulaire, rectangulaire ou autres), pour autant que l’on puisse la

décomposer en une ligne brisée de panneaux élémentaires ;� Ecran relativement étanche, tant en phase provisoire que pour la structure définitive ; dans

ce dernier cas, les parois moulées peuvent constituer le voile périphérique définitif de l’ouvrage ; des techniques permettent de mettre en œuvre des bandes d’arrêt d’eau entre panneaux contigus ;

� Leur forte inertie est également un avantage indéniable lors de l’exécution d’un puits en milieu urbain ;

� De par la constitution des panneaux en béton armé (ou non), les parois moulées possèdent une résistance intrinsèque non négligeable vis-à-vis des flexions ou des efforts normaux verticaux et éventuellement horizontaux (composante ortho-radiale) dans le cas des puits circulaires. Dans ce dernier cas, lors de l’excavation du puits, la paroi moulée est auto-stable, et ne nécessite donc pas de butonnage intérieur ni de tirants ;






Parois moulées

• Avantages (suite)

� Leur mode de réalisation permet la mobilisation d’un frottement latéral avec le terrain, qui peut être utilisé comme élément stabilisateur de puits soumis à l’effet de la poussée d’Archimède, en les prolongeant éventuellement bien au-delà du fond de fouille pour en augmenter la capacité de frottement (profondeur maximale de parois de l’ordre de 50/60m et exceptionnellement jusqu’à 80m) ;

� Pour les ouvrages en site urbain et pour lesquels les parois moulées font partie de la structure définitive, il est également possible de réaliser une dalle en tête du puits, s’appuyant sur les parois moulées et d’excaver ensuite les terrains à l’intérieur du puits à l’abri de cette dalle (creusement en « taupe »). Cette solution permet de libérer une partie de l’emprise en surface bien avant la fin de la réalisation du puits.

� Le creusement des panneaux à la haveuse permet un ancrage efficace (mécanique et hydraulique) dans un substratum rocheux dur ou hétérogène, contrairement au cas de palplanches.



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Parois moulées

• Inconvénients

� Elles nécessitent l’utilisation d’un matériel lourd, encombrant et onéreux qui la rend soit impossible à utiliser dans le cas de projet à emprise de chantier très réduite, soit non compétitives pour des ouvrages de petites dimensions ;

� Cette technique nécessite l’utilisation d’une centrale de traitement des boues d’excavation ;� Problèmes de liaison structurelle entre les parois, les éléments de la structure définitive et

les structures internes (nécessité de prévoir des attentes ou des coupleurs) ;� Pour les structures devant être étanches, le traitement des points singuliers de

raccordement de l’étanchéité des radiers au niveau des joints de panneaux peut s’avérer délicat ;

� Malgré le forage sous boue, la tenue du terrain doit être suffisante pour assurer la stabilité de la fouille avant bétonnage des panneaux.





PIEUX SECANTS


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Pieux sécants


La technique des pieux sécants, s’apparente fortement à la technique des parois moulées, quant à leur mise en œuvre.

Ce procédé permet d’exécuter le terrassement du puits en présence de terrains meubles sans aucune cohésion. Il peut également permettre une exécution de travaux en présence de nappe. Dans tous les cas, il sera essentiel de tenir compte dans la conception de ce pré-soutènement des tolérances de position et de verticalité des pieux, afin de s’assurer que même dans les configurations les plus défavorables, il existera bien un recouvrement suffisant des pieux capable de garantir une « étanchéité » de l’écran.






Pieux sécants


Il s’agit de réaliser des pieux sécants constituant un écran tout autour de l’excavation à réaliser. La jonction entre pieux étant assurée uniquement par du béton, ils sont à considérer en termes de résistance comme des éléments indépendants (sauf dans le cas d’une géométrie circulaire).

Comme pour les parois, ces pieux sont maintenus pendant l’excavation à l’aide de butons ou de tirants, associés à des liernes permettant de maintenir plusieurs pieux simultanément.

Dans le cas de puits de section rectangulaire ou assimilée, le pré-soutènement fonctionne en flexion entre lits de butons ou de tirants. Seuls les pieux armés sont capables d’équilibrer ces efforts, les pieux primaires ne jouant seulement qu’un rôle d’écran vis-à-vis des risques d’écoulement de sol ou d’eau.



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Pieux sécants


En fonction de la nature des terrains à excaver et de la profondeur des pieux à réaliser, plusieurs techniques de foration pourront être utilisées :

� Pieux forés à la tarière continue� Pieux forés tubés� Pieux forés à la boue

Les matériels associés à ces techniques sont les suivants :� Tarière sur kelly télescopique� Benne à câble suspendue sous boue� Foreuse à circulation inverse avec air lift et tubage� Foreuse de type tarière continue� Marteau fond de trou en circulation directe ou inverse avec

ou sans tubage






Pieux sécants

• Avantages

� Ecran continu agissant comme pré-soutènement continu du terrain ;

� Géométrie facilement adaptable (circulaire, rectangulaire ou autres) et plus fine que celle obtenue avec les parois moulées ;

� Ecran relativement étanche en phase provisoire ;

� Leur mode de réalisation permet également, comme pour les parois moulées, la mobilisation d’un frottement latéral avec le terrain, qui peut être utilisé comme élément stabilisateur de puits soumis à l’effet de la poussée d’Archimède, en les prolongeant éventuellement bien au-delà du fond de fouille pour en augmenter la capacité de frottement ;

� Ce type d’écran nécessite l’utilisation d’un matériel moins encombrant et moins onéreux que celui pour parois moulées



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Pieux sécants

• Inconvénients

� Cette technique peut nécessiter, selon la nature des terrains traversés, l’utilisation d’une centrale de traitement des boues d’excavation ;

� Problèmes importants de liaison structurelle entre les pieux sécants et autres éléments structurels (radier,…) ;

� Problèmes importants d’étanchéité rendant cette solution difficilement intégrable comme structure définitive ;

� Les dispositions des armatures imposées par la géométrie circulaire des pieux nettement moins favorables, en termes de bras de levier, que pour les parois moulées, combinées au fait que les pieux primaires ne peuvent être armés, conduisent à une réalisation d’écran présentant une résistance intrinsèque vis-à-vis des flexions plus faible que celle que l’on peut obtenir avec des parois moulées ;





PIEUX CONTIGUS


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Pieux contigus

Ce pré-soutènement constitue une variante des pieux sécants envisageable lorsque les terrains présentent une cohésion suffisante pour ne pas risquer de s’écouler entre les espaces qui seront nécessairement laissés entre pieux contigus du fait des tolérances d’exécution (implantation, verticalité).

Cette solution ne peut pas être envisagée pour des puits de section circulaire, car les efforts de compression ne sauront pas cheminer du fait de l’absence de surface de contact suffisante entre pieux contigus, notamment lorsque les tolérances d’exécution y seront ajoutées.




CREUSEMENT DE PUITS AVEC PRE-SOUTENEMENT PARTIEL


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PAROIS BERLINOISES




Creusement de puits avec pré-soutènement partiel

Parois berlinoises


La technique des berlinoises est fréquemment utilisée en site urbain, à proximité de bâtiments ou de circulations, du fait d’emprises de chantier relativement limitées et du faible niveau de nuisance qu’elle engendre. Elle requiert impérativement l’absence de nappe.Pour fonctionner, elle utilise « l’effet de voûte » mobilisable dans le terrain entre profilés verticaux. Le nombre, l’espacement, l’inertie et la longueur des profilés à mettre en œuvre, dépend de la nature des terrains traversés. Cette technique peut être utilisée dès lors que l’on est capable de réaliser le forage nécessaire à la mise en place des profilés dans le terrain, et que ce dernier possède un minimum de tenue pour pouvoir créer l’effet de voûte recherché.


Creusemt de puits avec pré-soutènt partiel

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Parois berlinoises

• Description de la méthode

Les parois berlinoises sont en général des soutènements provisoires ou exceptionnellement définitifs de puits réalisés en deux phases principales :

� depuis la surface, des profilés métalliques du commerce, éléments principaux du pré-soutènement, sont descendus à l’intérieur de forages verticaux implantés et régulièrement espacés sur le contour du futur puits, puis scellés à l’intérieur de ces forages verticaux (généralement à l’aide de béton sur la hauteur de fiche finale et à l’aide d’un matériau sur lequel les poteaux pourront mobiliser un appui important sur le reste de la hauteur de la berlinoise),

� le volume intérieur au contour est excavé, le blindage et l’étaiement entre profilés sont alors disposés à l’avancement suivant le phasage des passes d’excavation.



Blindage : béton projeté en alignement ou en voutelettes, bastaings, béton armé, palfeuilles




Parois berlinoises



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Parois berlinoises

• Critères intervenant dans le choix de la technique

Géométrie

La forme en plan du puits peut être polygonale, convexe, concave ou circulaire. La forme circulaire n’apportant pas dans ce cas les mêmes avantages d’économie de matière possible que pour un blindage traditionnel (pas de rigidité circulaire).Les dimensions en plan du puits sont limitées par des critères tels que les longueurs de butons disponibles (environ 25 mètres), les encombrements et les efforts correspondants.Les profondeurs usuelles ne dépassent guère une quinzaine de mètres pour des raisons de longueur de fabrication et pour respecter en particulier les gabarits routiers (transport). Techniquement une profondeur maximale d’une trentaine de mètres est réalisable en raboutant les profilés par des assemblages ou entures résistantes.L’entr’axe des forages est généralement compris entre 1 et 3 m et le diamètre dépasse rarement 0,80 m.






Parois berlinoises

• Critères intervenant dans le choix de la technique (suite)

Caractéristiques du (ou des) terrain(s)

La limite des moyens d’exécution des forages restreint l’emploi des parois berlinoises aux sols ne comportant pas d’obstacles. Ce qui sous tend une bonne connaissance des sols traversés, d’autant plus que le choix d’un profilé et d’un système d’étaiement n’est guère adaptable.Une variété possible de blindages entre profilés (bois, béton projeté fibré ou armé,…) permet une adaptation aux différents types de terrains susceptibles d’être rencontrés (du sol présentant une forte cohésion jusqu’au sol à faible cohésion), ainsi qu’aux poussées potentielles.La paroi berlinoise n’étant pas étanche, cette technique est réservée aux puits situés hors nappe.



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Parois berlinoises


En fonction de la nature des terrains à excaver et de la profondeur des forages à réaliser, plusieurs techniques pourront être utilisées :

� Pieux forés à la tarière continue� Pieux forés tubés� Pieux forés boue

Les matériels associés à ces techniques sont les suivants :� Tarière sur kelly télescopique� Benne à câble suspendue circulaire sous boue� Foreuse à circulation inverse avec air lift et tubage� Foreuse de type tarière continue� Marteau fond de trou en circulation directe ou inverse avec ou sans tubage






Parois berlinoises

• Matériel utilisé (suite)

Dans le cas où les terrains traversés s’y prêtent et si les contraintes environnementales le permettent, il pourra être envisagé de vibrofoncer ou de battre directement les profilés sans forage préalable.

Après forage, le profilé est descendu au moyen d’une grue de manutention. On accordera un soin particulier au respect des tolérances de verticalité (de 0,5 à 1%).

Le matériel de terrassement est choisi en fonction des dimensions de la fouille et des vitesses d’avancement requises.

Les blindages « façonnés » à l’avance tels que tôles ou plaques en béton préfabriquées requiert de simples moyens de levage ; un blindage en béton projeté demande évidemment un matériel spécifique.



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Parois berlinoises

• Avantages

� Encombrement réduit du matériel utilisé ;

� Peu de nuisances en général sauf si nécessité de rabattement ;

� Mobilisation rapide des moyens ;

� Rapidité d’exécution ;

� Adaptations possibles au cours des travaux au niveau de l’étaiement et du blindage ;

� Economie pour des blindages classiques et des profondeurs inférieures à 15 mètres.






Parois berlinoises

• Inconvénients

� Technique mal adaptée aux puits de grande profondeur ;

� Soutènement non étanche ; la technique est non adaptée aux venues d’eau importantes ;

� Risques de blocage lors de la foration ;

� Coût pour des blindages requérant des techniques spécifiques ou pour de grandes dimensions transversales de puits.



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Parois berlinoises

• Inconvénients

� Technique mal adaptée aux puits de grande profondeur ;

� Soutènement non étanche ; la technique est non adaptée aux venues d’eau importantes ;

� Risques de blocage lors de la foration ;

� Coût pour des blindages requérant des techniques spécifiques ou pour de grandes dimensions transversales de puits.





PAROIS PARISIENNES


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Parois parisiennes


Des poteaux préfabriqués remplacent les profilés métalliques. Une fois le forage réalisé à la profondeur voulue, de façon similaire à un forage de berlinoise, le poteau est descendu à l’aide d’une grue de manutention et il est positionné le plus verticalement possible (0,5% à 1% maximum de déviation verticale). Puis il est scellé au terrain de la même manière que les poteaux de berlinoise.

Le blindage est généralement en béton projeté ou constitué de plaques préfabriquées en béton.

La paroi parisienne est généralement réservée à une utilisation en site urbain.






Parois parisiennes

• Avantages

� Mise en œuvre aisée jusqu’à une quinzaine de mètres de profondeur ;

� Résistance mécanique qui permet de reprendre des efforts de poussée élevés et également d’équilibrer des charges verticales souvent plus élevées que dans le cas d’une paroi berlinoise ;

� Bonne inertie des poteaux qui permet d’optimiser le nombre de forages, le nombre d’ancrages ;

� Possibilité d’intégrer, dès la préfabrication, les attentes d’armatures de blindage et les éventuelles réservations pour tirants ;

� Bonne protection vis-à-vis de la corrosion.



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Parois parisiennes

• Inconvénients

� Le poids et la longueur des poteaux préfabriqués restreint l’utilisation de la paroi parisienne à des profondeurs limitées suivant les moyens du chantier ;

� L’exécution doit être très soignée, notamment vis-à-vis du positionnement des attentes ;

� Emprises de chantier en cas de nécessité d’utilisation de boue pour le forage.





PAROIS LUTETIENNES


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Parois lutétiennes


Les poteaux préfabriqués de la paroi parisienne sont remplacés par des poteaux en béton armé coulés en place. Une fois le forage réalisé, la cage d’armatures est descendue dans celui-ci, suivi du bétonnage du poteau.

Le blindage est généralement constitué de béton projeté.

Cette technique permet la réalisation de puits relativement profonds, hors nappe.






Parois lutétiennes

• Avantages

� Manutention aisée ;

� Possibilité de réaliser des poteaux profonds ;

� Résistance mécanique qui permet de reprendre des efforts de poussée élevés.



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Parois lutétiennes

• Inconvénients

� Nécessite une exécution très soignée, notamment pour positionner les attentes ;

� Encombrement en cas de nécessité d’utilisation de boue pour le forage.





PAROIS MICRO-BERLINOISES


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Parois micro-berlinoises

Contrairement à la paroi berlinoise qui met en œuvre des profilés métalliques introduits dans des forages de gros diamètre, la paroi Micro-berlinoise utilise des micropieux (profilés métalliques ou tubulaires) scellés également à l’intérieur du trou de forage.

Ces forages sont assez rapprochés et dépasse rarement un entr’axe de l’ordre de 1 m.

Cette technique présente l’avantage de mobiliser uniquement un atelier léger de foration.

Toutefois, ce type d’écran présente une inertie très faible comparée aux différentes techniques évoquées précédemment et son domaine d’application est, par conséquent, limité pour des puits de faible (préciser) profondeur, soumis à des poussées de terrain limitées et hors nappe.





PAROIS RENNAISES


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Parois rennaises

Ce type de pré-soutènement représente une variante de la paroi Lutétienne dont le domaine d’application est limité aux terrains à forte cohésion et sans présence de nappe.

Il est uniquement constitué de pieux forés, distants les uns des autres, sans élément additionnel de blindage.





AUTRES TECHNIQUES


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D’autres techniques peuvent également être employées, seules ou associées à des techniques décrites précédemment, soit comme élément de renforcement, d’étanchéité ou de soutènement provisoire de l’excavation du puits.

Les techniques les plus couramment utilisées sont :

� Le jet grouting� La congélation � Les parois au coulis� Les injections


Autres techniques




Jet grouting

Le principe de cette technique repose sur la mise en œuvre dans le terrain, à l’aide d’un jet à haute pression, d’un coulis liquide contenant un liant. Le mélange terrain-coulis se fait après destructuration partielle de ce dernier sous l’effet du jet.

Après réalisation d’un forage de petit diamètre sur la hauteur à traiter, on envoie un jet à travers une ou plusieurs buses placées sur un train de tiges. Le jet de fluide est envoyé depuis le fond du forage, en faisant tourner la tige et en la remontant lentement. On forme ainsi une colonne de « béton de sol ». Pendant la phase de mise en œuvre du jet, le volume en excès de mélange sol-coulis ressort librement en tête de forage.

Suivant les caractéristiques des terrains, plusieurs méthodes (jet simple, jet double ou jet triple), associées à différents paramètres d’injection (pression, vitesse de rotation, dosage du coulis) permettent d’obtenir différentes valeurs de résistance ou de diamètre de colonnes souhaités.


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Congélation

Le principe de cette technique est de créer autour de l’excavation à réaliser, une couronne de sol congelé. Cette congélation se fait de manière artificielle par circulation, à l’intérieur d’une série de tubes préalablement forés dans le terrain, soit d’une saumure, soit d’azote liquide. Les frigories apportées par ces liquides permettent de geler l’eau contenue dans le terrain. La vitesse de congélation dépend des propriétés thermiques du sol et de sa teneur en eau. Les principaux avantages de cette méthode est qu’elle forme un anneau, résistant et étanche autour de l’ouvrage à réaliser, et peut être utilisée dans des terrains où les traitements classiques du type injection, ne sont pas adaptés. Néanmoins, elle présente de nombreux

Inconvénients :� Impact sur le planning : la durée de mise en froid, notamment à la saumure peut

s’étendre sur plusieurs semaines,� Obligation d’être dans une nappe et de ne pas avoir de circulations d’eau� Matériel de mise en œuvre relativement lourd et coûteux,� Effets induits, tels que les risques de poussée de la glace sur les structures existantes

ou de tassements importants lors du dégel.


Autres techniques




Parois au coulis

Les parois au coulis sont réalisées en utilisant la même technique que les parois moulées, c’est-à-dire par panneaux élémentaires creusés à la benne mais remplis d’un coulis de bentonite/ciment. Leur principale fonction est de créer un écran étanche autour du puits à réaliser. Ces panneaux ne sont généralement pas armés, dans ce cas l’excavation du puits devra se faire en utilisant l’une des techniques de blindage définie précédemment, mais, ils peuvent l’être si l’ouvrage de pré-soutènement doit également assurer un rôle de résistance pendant les phases de travaux. Ces parois armées au coulis (PAC) utilisent bien souvent comme renforcement des profilés en forme de H descendus dans le coulis frais par vibrofonçage.

Dans des cas bien particuliers (limitation des nuisances par vibration), l’enceinte provisoire du puits peut être constituée de palplanches descendues au fur et à mesure dans une paroi au coulis.


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Injections

Le présent paragraphe ne décrit que les aspects spécifiques reliant la technique des injections à l’exécution des puits de surface. Avant d’opter pour cette technique il conviendra dans tous les cas de se reporter à des documents plus détaillés tels que la recommandation AFTES spécifique aux injections (La conception et la réalisation des travaux d’injection des sols et des roches – revue TOS, 2006, n° 194).Généralement les injections viennent en complément de la technique principale d’exécution du puits de surface. Leur rôle consiste de façon non-exclusive :

� soit à limiter les venues d’eau,� soit à améliorer les caractéristiques mécaniques des terrains traversés, si elles sont

jugées insuffisantes pour envisager l’utilisation d’une technique particulière (ou pour optimiser les éléments de la technique particulière ou encore pour limiter les tassements aux abords du puits),

� soit à remplir des cavités.

Les injections peuvent intervenir en traitement préalable ou lors du terrassement du puits.


Autres techniques




Injections

Avantages :� amélioration des caractéristiques mécaniques du sol sous certaines conditions tendant

toutefois vers un comportement fragile,� réduction de la perméabilité du terrain

Inconvénients :� un coût élevé,� des quantités difficiles à prévoir, le volume de terrain traité étant difficilement

prévisible,� la nécessité d’une maîtrise continue de la technique (risque de soulèvement du bâti en

cas de claquage du terrain),� la difficulté de donner de la cohésion à des terrains pulvérulents sous nappe, et

l’existence de terrains non injectables.


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CREUSEMENT DE PUITS SUPERFICIELS

CO-ACTIVITE DU PERSONNEL ET DE LA MANUTENTION DES CHARGES




Co-activité du personnel et de la manutention des charges

Après avoir décrit les principaux modes de construction des puits superficiels, il importe d’évoquer les difficultés en matière de sécurité que l’on rencontre pour la réalisation de tels ouvrages.

Le texte a d’abord précisé les avantages et inconvénients liés aux diverses méthodes envisageables. Mais la difficulté majeure et commune à toutes les méthodes reste la verticalité des puits, d’où des risques très graves de chute de matériels ou matériaux sur le personnel travaillant au fond. Il importe donc, pour chaque projet, de rechercher des moyens adaptés, répondant aux normes et à la réglementation, pour garantir la sécurité à tout moment, notamment lors des transports de personnels et de charges.

De plus, il importe de pouvoir maintenir, dans une section souvent restreinte, une activité humaine sécurisée à différents niveaux du puits et sous circulation de charges. Ceci nécessite des études détaillées et la mise au point de processus rigoureux, en conformité avec une réglementation de plus en plus précautionneuse et avec peu d’aide de en liaison avec les constructeurs de treuils et apparaux de levage et avec les organes en charge de la sécurité du travail.


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Co-activité du personnel et de la manutention des charges (suite)

Pour les puits peu profonds (inférieurs à une vingtaine de mètres) les circulations de personnel se font souvent au moyen d’échelles avec paliers et crinolines. Pour les puits plus profonds et de section plus importante (> 40 m2) des équipements motorisés peuvent être installés.

Les moyens courants de manutention des charges (grue, pelle à câbles…) ne sont pas conçus pour permettre une présence humaine sous la charge et cette restriction est la principale source de difficultés que les entreprises doivent résoudre.


Co-activité


CREUSEMENT DE PUITS SUPERFICIELS

SUIVI DES OUVRAGES


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Suivi des ouvrages

On n’insistera jamais assez sur le rôle fondamental que revêt l’auscultation, notamment lors de la réalisation de l’ouvrage, mais également tout au long de sa vie.

En cours de travaux, elle permettra notamment de s’assurer que :

� les lois de comportement du massif et les paramètres géomécaniques associés pris en compte pour la conception de l’ouvrage, sur la base des reconnaissances du terrain réalisées, sont valides ;

� le soutènement mis en œuvre à l’avancement est efficace et conduit à un équilibre du terrain dans la gamme de déformation envisagée et à des efforts dans le soutènement tels qu’envisagés en phases d’études (conception et exécution) ;

� le revêtement est également sollicité dans les plages d’efforts attendus ;� les conditions hydrogéologiques anticipées ont été correctement évaluées, gage d’un

bon comportement de ce type d'ouvrage ;� l’impact des travaux sur l’environnement est admissible et respecte les conditions

imposées par le projet.

Le programme d’auscultation établi doit être utilisé dans le cadre de la conception interactive.


Suivi des ouvrages


A2 - LES PUITS ET GALERIES INCLINEES COURANTS ET PROFONDS


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LES PUITS ET GALERIES INCLINEES COURANTS ET PROFONDS

LES FONDAMENTAUX




Les puits et galeries inclinées

Les fondamentaux

Terminologie des puits, galeries inclinées descenderies et

galeries sub-horizontales

Angle en degrés parrapport à l'horizontale (ettangente en %)

0° (0%)

4° (7%)

14° (25%)

45°

75°

90°

Galeriessub-horizontales

Puits sub-verticaux

Puits inclinés

Galeries inclinées

Descenderies

* : dans les cas de pentes importantes, il estnécessaire de réaliser un pré-radier ou radierbéton le plus tôt possible près du front.

Matériel survoie ferrée

Matériel classiquesur pneus *

Matériel miniersur pneus *

Matériel surchenilles *

: sur de courts tronçons

2° (3.5%)

9° (15%)

14° (25%) 14° (25%)

11° (20%)

16.5° (30%)

Matér iel spécif ique non autonome

� les puits superficiels de profondeur inférieure à 50 m� les puits courants de profondeur comprise entre 50 et 200 m� les puits profonds de profondeur supérieure à 200 m� les puits sub-verticaux dont l’angle avec l’horizontale est supérieur à 75°� les puits inclinés dont l’angle avec l’horizontale est compris entre 45° et 75°)� les galeries inclinées dont l’angle avec l’horizontale est compris entre 14° et 45°� les descenderies dont l’angle avec l’horizontale est compris entre 4° et 14°� les galeries sub-horizontales dont l’angle avec l’horizontale est compris entre 0 et 4°

Nous appellerons « montage » les galeries inclinées réalisées en attaque dite « montante ».

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Critères de profondeur pour les puits

On distinguera trois catégories de puits :

• Puits superficiels : profondeur < 50 m.

• Puits courants : de 50 à 200 m de profondeur. Contrairement aux puits superficiels, ils requièrent l’obligation de guider les charges manutentionnées.

• Puits profonds (au sens strict) : au-delà de 200 m. Pour ceux-ci, les temps de circulation dans l’ouvrage imposent des vitesses de levage supérieures à celles normalement admises pour les puits courants (à savoir 0,5 m/s pour le personnel et 1 m/s pour le matériel), d’où l’utilisation de matériels spécifiques.


Les fondamentaux



Fonction des puits

Fonctions liées aux contraintes d’exploitation d'un ensemble d'ouvrages

En phase d’exploitation, les puits et galeries inclinées peuvent être amenés à assurer les fonctions suivantes, complètement dépendantes des objectifs fixés préalablement par le maître d’ouvrage et le maître d’œuvre :

• fonction d’accès (ou de conduit permanent) à d’autres ouvrages souterrains (galeries d'exploitation, de secours, de visite, de maintenance, puits de câbles ...) ;

• fonction aéraulique (puits de ventilation, de désenfumage, de décompression ...) ;

• fonction hydraulique (conduite forcée, galerie de fuite, cheminée d’équilibre, ouvrage d’exhaure, puits de chute ...) ;

• fonction de secours (puits pour ascenseurs …) ;

• fonction de stockage ou de jet de matériaux.


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Fonction des puits (suite)

Fonctions liées aux contraintes d’exécution de ces ouvrages

Pendant la phase d’exécution des travaux, les puits peuvent être amenés à répondre à certains impératifs de chantier et d’environnement, tels que :

• fonction d’accès de chantier (puits d’attaque ou de sortie d’un tunnel, puits d’alimentation en matériaux, marinage des déblais,...);

• fonction aéraulique ;

• fonction de secours ;

• fonction de reconnaissance de terrain ou, plus fréquemment, d'accès à des galeries de reconnaissance.


Les fondamentaux



Critères et contraintes influant sur la conception des puits

Contraintes réglementaires

• Domaine minier : Règlement général des mines, Règlement général des industries extractives,…

• Domaine des travaux publics : CRAM

En tout état de cause, il y aura lieu de satisfaire à :

• une obligation de sécurité en matière de conception, construction, montage, utilisation et maintenance ;• la législation en vigueur dans le pays où est réalisé l’ouvrage ;• les dernières éditions des normes et codes de construction homologués ;• les normes et règles syndicales ;• les règles de l’art.


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Contraintes géologiques et hydrogéologiques

A tout instant, la stabilité de l’excavation de ces ouvrages devra être garantie quelle que soit la nature des formations traversées (meuble ou rocheuse) et on n’insistera jamais assez sur

l’importance que peuvent avoir les venues d’eau sur les conditions de réalisation.

A ce titre, il conviendra de respecter au plus près la règle du Pr. Lugeon, à savoir « pas de fonçage sans traitement préalable dans des terrains de perméabilité supérieure à 1UL (Unité Lugeon)»

Si les contraintes géologiques et hydrogéologiques concernent pour beaucoup la phase d’exécution de l’ouvrage, elles peuvent également conditionner sa pérennité, sous des aspects tels que :• le rétablissement à plus ou moins long terme de la pression hydrostatique autour du revêtement ;• le comportement différé de certaines formations (fluage, gonflement …) ;• la résistance aux effets sismiques ;• le comportement par grand froid (transformation des venues d’eau en stalactites de glace pouvant

mettre en péril le puits)...


Les fondamentaux




Contraintes d’exécution

Les principales contraintes auxquelles la méthode d’exécution devra être en mesure de répondre sont les suivantes :

• les contraintes de site (montagneux ou urbanisé) et les conditions d’accès pour le creusement (par le haut, par le bas ou par les deux extrémités) ;

• la logistique et la gestion de l’espace disponible pour les installations de chantier ;• le diamètre de l’ouvrage permettant d’intégrer l’ensemble des sujétions d’exécution

(espace requis pour l’accès du personnel, encombrement des matériels d’excavation, encombrement du système de ventilation,…) ;

• les moyens d’exécution disponibles (personnel et matériel) pour la réalisation de l’ouvrage, et les risques liés aux méthodes d’exécution ;

• les autorisations de rejet des eaux de chantier ;• les conditions de mise en décharge des déblais …


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Contraintes d’exploitation

Les contraintes d’exploitation résultent de chacune des fonctions que le puits profond doit assurer pendant sa durée de service. Les principales fonctions, avec leurs contraintes associées, sont les suivantes :

• fonction d’accès (aux galeries souterraines, aux chambres de stockage …) ;• fonction de visite : les puits n’ayant pas de fonction d’accès doivent cependant être

visitables ;• fonction hydraulique : cette fonction requiert une qualité particulière des revêtements de

finition des ouvrages, pour limiter les pertes de charge mais également pour garantir la reprise de pressions intérieures souvent très élevées ;

• fonction aéraulique : cette fonction implique une section minimale et une qualité particulière des revêtements de finition des ouvrages pour garantir le débit d’air requis.


Les fondamentaux




Autres contraintes

Les contraintes environnementales (risque de mise en communication de différents aquifères …), d’observation (laboratoire de recherche), ou autres sont à développer par projet et sont à indiquer clairement dans les prescriptions techniques imposées pour la réalisation des ouvrages concernés.


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géotechnique

Avoir une bonne connaissance du contexte géologique et hydrogéologique dans lequel ce type d’ouvrage devra s’inscrire pour :

• définir la conception de l’ouvrage (géométrie);

• préciser la technique de fonçage.

En règle générale, on aura tout intérêt à implanter ces sondages à quelque distance de l’ouvrage et non dans son axe, car il ne faut pas perdre de vue, qu’un sondage mal cimenté risque de mettre certaines formations aquifères en communication. De plus, un sondage, même bien cimenté, peut être détruit par les tirs dans une méthode d’excavation à l’explosif.

La définition de ces reconnaissances nécessite l’intervention de géologues et géotechniciens expérimentés.


Les fondamentaux



Conception du projet

Règles d’or (valable encore plus qu’ailleurs !!):

Une fois que le choix du procédé d’exécution est opéré, le concepteur devra s’attacher à la définition complète de toutes les caractéristiques de l’ouvrage.

En effet, le fonçage d’un puits est une opération cyclique qui justifie une étude approfondie

de l’organisation du travail et du matériel approprié dans ses différentes phases de réalisation, bien avant l’ouverture du chantier. Une fois la méthode et le matériel définis, il est extrêmement lourd – et coûteux - d’en changer.

A examiner de près :

• les problèmes de sécurité qui devront être soigneusement examinés notamment en ce qui concerne le matériel, qui devra comporter les équipements appropriés et bien évidemment réglementaires, et les dispositions à prendre pour faire face à des aléas particuliers : traversée de formations instables, venues d’eau, de gaz…

• le contrôle de la verticalité ou de l’inclinaison de l’ouvrage qui restera une préoccupation permanente.


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Par ailleurs, dès lors que se pose le problème de joindre deux points non alignés

verticalement, il conviendra de comparer, avec sérieux, les coûts de réalisation du génie civil (creusement, soutènement, revêtement) d’une galerie inclinée et ceux d'un puits

vertical associé à une galerie pseudo-horizontale ou à une descenderie permettant encore l’emploi d’un convoyeur à bande pour le marinage des déblais, sous réserve, toutefois, que ces conceptions alternatives répondent également aux autres contraintes du projet. La réalisation de certains types d’ouvrage peut vite s’avérer anti-économique et, de surcroît, compliquer la sécurité du chantier. En effet, un terrain de bonne tenue en puits vertical peut présenter certaines difficultés dès lors que le puits ou la galerie sont inclinés :

• risques d’instabilités du terrain liées à l’effet de la pesanteur ;• difficultés de mise en œuvre de cintres lourds en soutènement ;• difficultés de réalisation de traitements de terrain ;• gêne de chantier accrue par les venues d’eau (ruissellements, points d’exhaure …).


Les fondamentaux




Généralement, et dès que la profondeur du puits dépasse 100 m, c’est la section circulaire qui sera préférée. On y sera d’ailleurs inévitablement conduit en cas de terrain difficile, de pression d’eau importante ou d’utilisation de machines de foration.

Parfois, à titre exceptionnel, il sera tout de même possible de retenir des sections autres que circulaires telles qu’ovales ou rectangulaires, permettant une utilisation plus rationnelle de l’espace disponible et une optimisation d’implantation des équipements (cf. figure 2). Face aux quelques avantages qu’elle peut apporter, cette solution conduit, en effet, à des ouvrages plus fragiles et parfois plus difficiles à réaliser.

Figure 2 : Puits d'accès à la grotte de l'Aven d'Orgnac (section en "rectangle elliptique")


Les fondamentaux

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Exploitation par chambres et piliers d’un gisement horizontal


Les fondamentaux

Essentiellement dans les mines de fer en Lorraine (fin d’exploitation dans les années 85)

les ardoisières (fin d’exploitation dans les années 90) et les mines d’uranium du Limousin

(fermeture dans les années 95)



Exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements pentus


Les fondamentaux

Vicat La Perelle dans l’Isère.

L’exploitation de 2 couches de prompt de puissance 4,50m et 14 m et inclinées de 30 à 45 °. Le

premier banc est pris à 100%, le second est exploitée par une couche toit et une couche mur.

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Exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements pentus


Les fondamentaux



Taille de charbon


Les fondamentaux

En France jusque dans les

années 95 en Lorraine et

Bouches du Rhône.

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PUITS COURANTS ET PROFONDS VERTICAUXEN FONCAGE ET SUR ALESAGE




Puits courants et profonds

en fonçage et sur alésage

Méthode traditionnelle

Domaine d’application :

• Diamètre : 3 à 10 m• Profondeur : 100 à 1000 m• Faibles venues d’eau (5 à 10 m3/h)

Le cycle de fonçage généralement adopté est le suivant :

• abattage des terrains ;• chargement et évacuation des déblais ;• pose du soutènement.

2 méthodes :

• méthode alternée• méthode simultanée

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Méthode traditionnelle (suite)

Coupe d'une unité de fonçage avec les

installations de surface et le

plancher de travail mobile






Vue d'un plancher de travail passant à

l'intersection d'un puits avec une

galerie horizontale

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Installations de surface pour le creusement d’un puits






L’avant-puits est généralement réalisé dans les formations de couverture, souvent meubles et aquifères, où il faut prendre toutes les mesures nécessaires pour maîtriser les venues d’eau et assurer la tenue des terrains.

Les techniques d’étanchement, voire de soutènement ou de pré-soutènement, les plus généralement adoptées pour la réalisation de ces avant-puits sont :

• le havage ;• les parois moulées ;• les injections ;• le jet-grouting ;• la congélation.

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Traitement de terrain par injection de surface






Traitement préalable d'une formation aquifère

à partir d'une chambre d'injection aménagée

en profondeur Doc

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Injection en fond de puits

par passes successives






Jumbo électro-hydraulique(Laboratoire de recherche souterrain

de Meuse / Haute-Marne – Andra)

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Marinage des déblais au grappin






Chargement des déblais à la pelle-rétroStockage de propane de Lavera - Puits d’accès

� Câble de suspension

� Stabilisateur

� Ancrages au parement

� Bras en retro

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Vidange du cuffat par culbutage

Curseur

Arrêt des Curseurs et déversement des Cuffats

Mousqueton

Cuffat

Trémie de culbutageTrappe inclinée





Méthode traditionnelle (suite)Les soutènements varieront généralement, depuis des terrains rocheux sains jusqu’à des terrains très diaclasés ou des traversées d’accidents géologiques, selon la gamme suivante :

• un soutènement minimum par grillage à petite maille ancré ;• un simple épinglage par boulons (à expansion ou scellés à la résine) de longueur limitée (< 2 m) associé à un grillage à petite maille, seulement destiné à éviter le détachement de blocs de petite taille ; dans le cas d’emploi d’explosifs, la profondeur d’ancrage de ces boulons devra atteindre une zone non affectée par les tirs ;• une mince couche de béton projeté dans les terrains susceptibles de se déliter au contact de l’air ;• une couche de 10 à 20 cm de béton projeté armé, avec un boulonnage long (L>R) et dense (jusqu’à 1 boulon/m2), sur toute la périphérie du parement ;• un soutènement résistant (cintres lourds, cadres,…) capable de s’opposer aux poussées du terrain encaissant (terrains très diaclasés, accidents géologiques, terrains à comportement visco-plastique,).Dans ce dernier cas, la mise en œuvre de profilés métalliques s’accompagne d’un certain nombre de sujétions liées pour l’essentiel à la pesanteur, qui peuvent être surmontées par la mise en place de suspentes accrochées sur chacun des cintres ou cadres.

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Les puits de grand diamètre et de grande profondeur sont généralement pourvus d’un revêtement définitif dont les fonctions peuvent être multiples :

• soutènement définitif (blocage des convergences en terrain à comportement visqueux) en particulier à long terme ;• étanchéité (cuvelage) ; à noter qu'un puits étanche peut être (ou non) drainant à l'extrados si l'on veut limiter la pression hydrostatique que doit encaisser le revêtement ;• support de fixation des équipements d’exploitation du puits (échelles, chemins de câbles, tuyauteries, éclairage …) ;• limitation des pertes de charges hydrauliques ou aérauliques …






Trousse étanche à la base du cuvelage

d'un puits foncé en congélation

Principe de pose de haut en bas

du revêtement en voussoirs

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Forage vertical en grand diamètre (« Big hole » ou « Shaft drilling »)

• Forage rotary• Diamètre : 2 à 4 m (ou plus grand si plusieurs passes de forage)• Profondeur : 100 à 400 m (record : 1700 m)• Technique de réalisation de puits est adaptée à des catégories de terrains très variées, allant de ceux potentiellement instables et aquifères (qui ne pourraient être franchis qu'après congélation sur de grandes hauteurs) jusqu'à des roches très dures (Rc de l’ordre de 200 MPa)• Uniquement pour des puits verticaux• Nécessite une maîtrise parfaite des risques de pertes du fluide de foration (attention aux karsts)






(suite)

Principe de la technique du forage

de grand diamètre

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(suite)

Le matériel de surface est généralement constitué des éléments suivants :

• un mât de forage supportant le moufflage dans l’axe du puits ;• un treuil permettant la manutention du train de tiges par l’intermédiaire du moufflage ;• une table de rotation fixée sur la sous-structure du mât ;• des compresseurs ;• une station de traitement de boue, si nécessaire.






(suite)

Le matériel de fond (ou garniture de forage) est constitué, de bas en haut, par :

• un assemblage de fond comprenant un outil de forage équipé de molettes à dents en acier, à picots de carbure de tungstène ou à disques, percé d’un trou central, des masses de charge enfilées sur un élément tubulaire ou boulonnées les unes sur les autres, des stabilisateurs incorporés entre les masses de charge pour garantir une stabilisation correcte de l’assemblage de fond (cf. figure 18) ;• des tiges creuses vissées les unes sur les autres ou assemblées par brides boulonnées ;• une tige carrée (“ kelly ”) vissée sur le train de tiges, coulissant dans la table de rotation et communiquant le mouvement de rotation à l’ensemble de la garniture ;• une tête d’injection double vissée au sommet de la tige carrée et permettant, d’une part, une injection d’air et, d’autre part, l’évacuation du flux de déblais en provenance du front de taille ; l’efficacité du système de remontée des déblais conditionne fortement l’efficacité et donc l’avancement de la foration.

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(suite)

Assemblage de fond de trou avec

tête de forage équipée de

molettes à disques

(Zeni Drilling – USA)






(suite)

Coupe du cuvelage métallique et du processus de cimentation

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Forage par élargissement descendant sur avant-trou ou »Shaft-

reaming »

• Alésage d’un puits préalablement exécuté• Diamètre : jusqu’à 8 m

Cet alésage se fait de haut en bas et utilise l’une des deux techniques suivantes :

• méthode traditionnelle à l’explosif en prenant les précautions nécessaires vis-à-vis du vide constitué par l’avant-trou existant ;• creusement à l’aide d’un engin type V-mole (avec tête de coupe équipée de grippers) fonctionnant en vertical comme un tunnelier pour roches dures.





Forage par élargissement descendant sur avant-trou ou »Shaft-

reaming » (suite)

• La stabilité des parois n'est plus assurée par le cake, ce qui peut nécessiter unsoutènement classique (boulons et béton projeté).• Avec cette technique, la règle primordiale est d’évacuer sur « avant-trou libre »,c’est-à-dire de s’assurer que le cycle de marinage permet, à tout moment, de viderl’avant-trou pour éviter toute formation de « bouchon » à l’intérieur de ce dernier, lesconditions de débouchage étant souvent longues et périlleuses, avec des risques derupture brutale de ce bouchon (« débourrage »).D

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PUITS ET GALERIES PROFONDS INCLINESCREUSES EN DESCENDANT




Puits et galeries profonds inclinés

creusés en descendant

Le raccordement de deux points distants en plan et en élévation ne doit pas conduire àretenir systématiquement une conception de puits incliné. En effet, le concepteur, dans sonchoix de tracé, doit clairement poser le problème et identifier l’ensemble des contraintes duprojet, car il est bien souvent plus économique de combiner le fonçage d’un puits vertical etle creusement d’une galerie horizontale, plutôt que de retenir le fonçage d’un puits incliné,et ce, pour plusieurs raisons :

• linéaire de creusement plus important dans les terrains de surface présentant souvent desproblèmes de stabilité accrus (mauvaise tenue, venues d’eau) ;• effet de la pesanteur en toit de puits incliné pouvant avoir un effet néfaste sur la stabilitéde blocs en présence de terrains diaclasés ;• difficulté de mise en œuvre d’un soutènement lourd en puits incliné ;• plus grande difficulté à exécuter des traitements de terrain (risque de déviation desforages) ;• difficulté de maîtrise des venues d’eau au front et de leur évacuation (difficultés de minageen radier sous eau,…), sauf avec des puits inclinés exécutés sur avant-trou.

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Puits et galeries traditionnels sans avant-trou

Le mode d’exécution de ces puits inclinés relève d’une adaptation du procédé de creusement par méthode traditionnelle développé précédemment. Le plancher de travail et autres mobiles, au lieu de fonctionner comme des ascenseurs, sont remplacés par des funiculaires sur rails.

• la section de l’ouvrage devra être suffisante pour permettre unecertaine mécanisation du cycle de fonçage ;• les moyens de transport du personnel et d’évacuation des déblais,nécessitent un guidage particulier des mobiles (plancher de travailet bennes) ;• la mise en sécurité du puits est importante face, notamment, auxrisques de rupture de câbles et de rebond des cailloux susceptiblesde se détacher des parements (trajectoire aléatoire).





Puits et galeries traditionnels sur avant-trou

Ce mode d’exécution représente une simple variante de celui sans avant-trou.

Comme dans le cas du forage par alésage descendant, les déblais s’évacuent, par gravité, au travers de l’avant-trou, ce qui simplifie notablement l’opération de marinage et résout le problème d’exhaure.

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PUITS PROFONDS VERTICAUX OU INCLINESCREUSES EN REMONTANT




Puits profonds verticaux ou inclinés

creusés en remontant

Les méthodes de creusement de puits en remontant impliquent toutes, comme condition préalable, de disposer d’un accès au pied de l’ouvrage permettant l’évacuation des déblais.

Si elles présentent l’avantage de dissocier le marinage des autres opérations du cycle (foration, tir, soutènement ou “ passe ” de tunnelier) et, ce faisant, permettent un gain de temps non négligeable, elles nécessitent en contrepartie la présence de terrains rocheux de bonne qualité, stables sans soutènement.

Les méthodes utilisées pour le creusement de puits en remontant ne permettent en général pas la réalisation d’ouvrages de grand diamètre ; pour ceux-ci, le puits en remontant peut servir d’“avant-trou” pour un élargissement descendant par fonçage traditionnel ou mécanisé.

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Puits verticaux creusés par alésage montant ou « Raise-boring »

Cette méthode, dérivée des forages de reconnaissance ou des forages pétroliers, consiste à effectuer un forage descendant de petit diamètre (10’’3/8 ou 12’’1/4) entre la tête et la base du puits (trou pilote), puis de remplacer l’outil du forage pilote par un autre de plus grand diamètre, et enfin d’aléser en remontant, tandis que les déblais tombent à la base du puits.

• Diamètre : 2 à 5 m• Profondeur : inférieure à 700 m






(suite)

Aléseur en galerie avant attaque Alésage en cours

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(suite)

Machine de forage






(suite)

Principales contraintes de la méthode :• risque de déviation du trou pilote, donc de non-verticalité du puits définitif carl’alésage, qui suit exactement le tracé du trou pilote ne permet pas de rattraper lesécarts ;• impossibilité d’accéder au front de creusement et de poser un soutènement,opérations qui ne peuvent se faire qu’ultérieurement à partir d’un plancher suspenduou d’une autre installation. Ceci implique que les terrains traversés aient lescaractéristiques nécessaires pour attendre éventuellement plusieurs mois la pose d’unsoutènement. Ces contraintes n’ont pas ou peu d’importance dans le cas d’un puitsutilisé en “ avant trou ” d’un fonçage traditionnel, pour autant que la déviation et ladégradation des terrains restent dans des limites raisonnables ; par contre, dans le casde conduits blindés ou bétonnés, des déviations mal maîtrisées peuvent conduire à desdifficultés majeures. Ces problèmes de déviation peuvent devenir de plus en plus aigusdans le cas de puits inclinés (effet de la pesanteur) ou en présence d’horizonsgéologiques inclinés, où la qualité du guidage du forage est plus difficile à assurer ;• risque de « bouchonnage » puis de « débourrage » brutal si les déblais s’accumulent àla base et montent dans le fût du puits ; ils doivent donc être évacués régulièrement.

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Puits creusés par le procédé ALIMAK

Cette méthode, mise au point en Suède dans les années 60, consiste à accéder au front d’attaque, depuis une galerie de pied de puits, à l’aide d’un appareil ou “ raise climber ” qui est à la fois un ascenseur et une plate forme de travail. Il se déplace sur une ligne de rails à crémaillère fixés au terrain à l’aide de boulons à expansion et installés de bas en haut au fur et à mesure de l’avancement.

• Section du puits : entre 4 et 10 m2• Profondeur : env. 100 m (jusqu’à 1000 m)• Terrain très peu aquifères• Ne permet d’opération de bétonnage





Puits creusés par le procédé BORPAK

Cette méthode permet de forer des puits aveugles de bas en haut directement au diamètre final, verticaux ou faiblement inclinés sur la verticale ; la machine est en fait un tunnelier miniature avec évacuation gravitaire des déblais. La machine est bloquée au terrain par des patins serrés hydrauliquement.

• Pour cheminées de courte longueur : env. 40 m• Diamètre : 1,2 à 2,5 m• Nécessite des terrains de bonne qualité mécanique, voire des roches très résistantes (Rc de l’ordre de 200 à 250 MPa)D

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PUITS INCLINES AU TUNNELIER




Puits inclinés au tunnelier

Depuis les années 1980, les tunneliers ont été utilisés pour la foration de galeries inclinées en montant.

• Diamètre : 2,5 à 5 m• Inclinaison jusqu’à 45°• Nécessite une bonne qualité de roche

Tunnelier utilisé pour les galeries inclinées

de Cleuson-Dixence

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Puits inclinés au tunnelier

Ce procédé présente certains avantages liés à la réduction de l’endommagement du massif, tels que :

• Minimisation des hors-profils ;• Meilleure stabilité du front offerte par la roue de coupe ;• Consommation moindre en soutènement et revêtement ;• Injections de consolidation ou d’étanchement réduites, du fait de la diminution de cet endommagement.

Une attention particulière devra être portée sur :

• La pente minimale de foration que devra présenter le projet, afin de permettre l’évacuation gravitaire des déblais ; une adjonction d’eau pourra permettre de réduire cette pente ;• La conception du mode d’évacuation du marinage qui devra tenir compte des phénomènes d’érosion, de projection,…et de son adéquation avec le système de fixation des rails.


QUELQUES EXEMPLES DE REALISATIONS


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EXEMPLE 1 :PUITS COURANT EN FONÇAGE TRADITIONNEL

À L’EXPLOSIF

PUITS DE L’AVEN D’ORGNAC (2000)




Puits courant en fonçage traditionnelPuits de l’Aven d’Orgnac

L’équipement installé est composé de :• un portique translatant sur voie de grue• 2 treuils embarqués sur le portique :

- treuil personnel - 45 KW - 1,5 T à 0,5 m/s- treuil d’extraction - 110 KW - 5 T à 1 m/s

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• 2 treuils dits de plancher de 10 T chacun, installés à point fixe sur le carreau




• un plancher mobile à deux étages et recevant soit le bras de forationélectrohydraulique soit l’engin de marinage électrique.• un ensemble garde-corps, plancher de fermeture, trappes…

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Cet équipement permet de réaliser le fonçage selon une méthode qui respecte les principes généraux de sécurité suivants :

• les élévations de personnes et les circulations de matériaux sont obtenues par treuils équipés de double câble (chacun des câbles respectant au minimum le coefficient de sécurité réglementaire)• les circulations se font en alterné (une manœuvre à la fois)• à partir d’environ –25 m, toute manœuvre de charge est guidée dans le puits par un curseur coulissant sur deux câbles de 24 mm lestés par le plancher• le basculement des déblais et le chargement du matériel se font en dehors de la zone puits• le travail en puits est réalisée sous protection d’un plancher de fermeture en tête et à l’aide de plancher mobile pour l’activité à front• les interventions sont possibles en tous points à l’arrière du front avec l’utilisation du plancher mobile apte à la circulation du personnel




Cycle du chantier

Pour le chantier de l’Aven d’Orgnac, soutènement par boulons, et terrain calcaire assez dur.Le choix fait pour l’équipement du plancher mobile s’est porté sur un bras de forationuniversel MONTABERT équipé d’un marteau H40 pouvant forer des trous verticaux ou horizontaux radiant de 2 mètres de longueur dans des diamètres de 127 à 42 mm.

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Cycle du chantier (suite)AFFAIRE : SYNDICAT DEPARTEMERNTAL D EQUIPEMENT DE L'ARDECHE PUITS ASCENSEUR LOT N°1

ETUDE DES CYCLES D'AVANCEMENT JOURNALIERSECTION COURANTE. PUITS AVEC SOUTENEMENT ALLEGE

09-août-11

Le puits est réalisé par volées de 1,80 M à trois postes de travail par JO de 7,5 heuresLa cadence d'avancement est de :

1,82 ml/jourLongueur d'application: 124 m

DONNEES D' EXECUTIONSection Type Accés CentraleSection abattue Ligne B 20,00 m2 Volume 36 m3Longueur Volée 1,80 m Poids 94 TDéveloppée cont. 18,00 ml Postes 3

Tâches Qté début durée Rendement

PLEINE SECTION

Mise en place et tracage volée 0,30 hForation 74 Trous 148 ml 0,30 h 5,25 h 0,47 ml/mnSoufflage des trous 5,55 h 0,50 hChargement et tir 102 u 6,05 h 1,20 h 0,71 mn/trouVentilation 7,25 h 0,50 hMarinage 95 T 7,75 h 7,00 h 14 T/hPurge 14,75 h 0,50 hRelevé géologique du front 15,25 h 0,50 hdescente plancher et réglage tas 1 u 15,75 h 0,30 h 3,33 u/h

16,05 h16,05 h

Boulons Ø 25 L=2 moy 1 u/2 m2 16 u 16,05 h 3,25 h 4,92 u/hGrillage 32 m2 19,30 h 1,00 hEquipements 20,30 h 1,00 h

21,30 hAléas 21,30 h 2,90 h

CYCLE MOYENS DE PRODUCTION - PERS ONNELAbattage 7,75 h Equipe creusement - 1 Chef d'EquipeMarinage 8,00 h et soutenement - 1 Conducteur portique

Soutenement 3,55 h 3 postes - 1 Receveur jourDurée du cycle 19,30 h - 1 Conducteur engin

Aleas 15% 2,90 h - 1 mineur foreur - 1 Mécanicien

Durée totale 22,20 h 6 Personnes Avancement journalier 1,82 ml

Equipe MarinageMOYENS DE PRODUCTION - MATERIEL issue de l'Equipe creusement - 1 Conducteurs chargeur

Atelier de creusement - 1 Ensemble de fonçage - 1 Receveur - 1 Bras de foration sous plancher

Atelier de marinage - 1 Pelle rétro puits Equipe MORSE - 1 Opérateur pré-charges - 1 Cuffat de 1500 l - 1 Chargeur sur pneus

Atelier de soutènement - 1 benne à béton de 600 l Equipe servitudes - 1 Préposé enregistrement - 1 Ensemble souténement à la journée - 1 Electricien

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

PLEINE SECTION

Mise en place et tracage volée

Foration 74 Trous

Soufflage des trous

Chargement et tir

Ventilation

Mar inage

Purge

Relevé géologique du front

descente plancher et réglage tas

Boulons Ø 25 L=2 moy 1 u/2 m2

Grillage

Equipements

Aléas

Abattage40%

Marinage42%

Soutenement18%

DUREES COMPAREES DES DIFFERENTES TACHES

Abattage Marinage Soutenement




Foration – Plan de tir

Le plancher mobile étant bloqué à environ 4 mètres du front par 8 vérins l’équipant enpériphérie sur 2 niveaux., la foration du schéma peut commencer selon le plan de tir typejoint.Le pilotage de la foration se fait depuis le niveau inférieur du plancher mobile sur lequel estinstallé le groupe électrohydraulique de 45 KW.La foration du schéma est réalisée en 4 heures environ.

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Foration – Plan de tir




Foration – Chargement des tirs

Le soufflage des trous est effectué à l’air comprimé, le chargement de la volée est manuel avec bourrage à l’eau.

Pour le tir, le plancher est remonté d’une vingtaine de mètres environ avec les équipements d’avancement (pompe, éclairage, spiragaine, flexibles air – eau…).

Compte tenu de la consigne de mise à feu pour ce chantier, cette opération dure sensiblement comme la foration, soit environ 4 heures avec le tir et l’évacuation des fumées.

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Arrosage du marin – Descente du plancher

A la descente du plancher, un premier arrêt est programmé pour :

1) la mise en place des boulons et du grillage à partir du niveau supérieur du plancher2) la foration des trous de 2 nouvelles auréoles pour boulonnage à partir du Niveau inférieur du plancher3) la pose éventuelle des équipements. Colonnes AC, eau exhaure, alimentation électrique…

Ces opérations sont menées sur 1 poste de travail.




Marinage

Ce travail de soutènement et de purge terminé, le plancher mobile est refixé pour la descente de l’engin de marinage – 1 mini-pelle équipée d’un bras court, d’un godet rocher de 100 l et d’un poids de 2 tonnes environ.

Cette mini-pelle charge les déblais du tir dans un cuffat de 1 500 litres.Pendant les manœuvres de cuffat – remontée, et descente – le conducteur de la pelle prépare la place et le chargement suivant.

Le volume abattu représente environ 50 à 60 cuffats et est évacué sur un poste de travail.

L’avancement pour 3 postes de travail par jour correspond donc à l’exécution d’un cycle complet pur un pas de 2 mètres forés.

L’organisation du chantier avec un horaire de 35 heures par semaine pour le personnel se fait par 4 jours complets d’avancement et réserve le poste du vendredi matin à la pose des équipements, et à la mise en veille du chantier pour le week-end.

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EXEMPLE 2 :PUITS PROFOND EN FONÇAGE TRADITIONNEL ET PASSAGE D’AQUIFERE PAR CONGELATION

PUITS DE LA HOUVE (1985)




Puits profond en fonçage traditionnelPuits de la Houve

Le contexte

Les Houillères de Lorraine (HBL) exploitaient dans les années 85 le gisement de la Houve à l’étage -500 m sur une étendue de 16 km. Les puits d’entrée d’air et de sortie d’air existants devenaient insuffisants pour garantir un bon aérage (300 m3/s) et une bonne desserte de l’alimentation électrique (65 kV) des champs d’exploitation.Les HBL ont décidé le fonçage d’un nouveau puits de service de 520 m de hauteur et d’un diamètre utile de 6,50 m, implanté à l’extrémité de leur gisement.

L’ouvrage devait traverser un aquifère sur une hauteur de près de 240 m dans un terrain de perméabilité faible (10K5) et par conséquent difficilement injectable.

Cet ouvrage vertical a été réalisé par fonçage traditionnel en descendant pleine section et être revêtu par un béton coffré sur toute sa hauteur.

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La congélation

La solution retenue pour le passage de cet aquifère est la congélation des terrains sur la hauteur de l’aquifère augmentée de l’ancrage dans l’horizon étanche inférieur.Pour ce faire l’étude spécifique définit la durée de mise en froid (54 j) la quantité de frigories à apporter et donc le nombre de groupe (5 unités de 250 000 frigories/h), le débit de la circulation de la saumure (272 m3/h), le nombre de congélateurs à installer (36) et les diamètres nécessaires (5 et 3 pouces).

Cette technique particulière est présentée dans un autre module pour ce mastère. Cette solution souvent présentée comme extrême parce que coûteuse à mettre en place lorsqu’elle n’est pas décidée au préalable a de nombreux avantages :

• séparation des opérations de traitement et des opérations de fonçage• science exacte. Le calcul détermine parfaitement l’énergie nécessaire, le nombre de jours pour la fermeture du mur de glace…• la vérification de la validité de cette fermeture du mur de glace à l’aide du piezo central• tenue correcte des terrains congelés.




La congélation (suite)

Les difficultés à résoudre sont dans le parallélisme et la faible déviation des forages tolérée, dans l’étanchéité du circuit de refroidissement à respecter (pas de fuites dans le circuit de 25 bars de pression), la rigueur dans le suivi de l’entretien du mur de glace, la protection des tubes vis-à-vis des tirs à l’explosif…..

Les limites à cette technique sont liées aux circulations éventuelles d’eau dans le massif à congeler.

Pour notre exemple, il a fallu, à partir de la surface, réaliser 36 forages de 248 m de profondeur espacés de 1,26 m sur un cercle concentrique au puits et de 14,50 m de diamètre avec une déviation maximale constatée inférieure à 1% (risque de fenêtres).

Ces opérations ont duré 7,5 mois comme suit :• installation du matériel de forage et de congélation : 1 mois• forage et équipements des congélateurs ( 9 km ) : 5 mois• réalisation et fermeture du mur de glace. 1,5 mois.

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Le matériel de havage

Pour les puits « profonds » le fonçage est mené depuis un chevalement qui couvre l’ouvrage à réaliser et permet les circulations verticales des charges et du personnel.




Le matériel de havage (suite)

Pour la Houve la machine d’extraction est en 5000 V alternatif de 850 cv de puissance dont la vitesse est réglée par élimination de résistances rotoriques. ( phase de démarrage , d’accélération et décélération ).Elle possède 2 bobines à câbles plat dont l’une est débrayable pour permettre l’allongement

du câble en fonction de la profondeur du fonçage. Sa vitesse est de 8 m/s. Les cuffats sont de 2,5 m3 pour le marin et 2 m3 pour le béton.

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Le plancher de travail

Quatre treuils électriques Virly 10 t à simple moufflage permettent de monter et de descendre le plancher de travail de 60 t suspendu aux 8 brins de câbles.

Ces brins servent également de guidage aux cuffatset à la nacelle de secours asservie à un treuil indépendant pouvant être alimenté par un groupe électrogène.




Le plancher de travail (suite)

D’autres treuils sont à prévoir pour la desserte du chantier de fonçage et tous ces treuils desservent le puits à partir d’un chevalement installé sur la tête et supportant l’ensemble des molettes de mise en verticalité des câbles. Il s’agit :

• Treuil de ligne de tir• Treuil de ventilation• Treuil des câbles d’alimentation électrique• Treuil de descente des tôles.

Il convient également de prévoir des systèmes de rééquilibrage des charges et de rattrapage de mou.

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Le fonçage dans l’aquifère

Le fonçage bénéficiant de la bonne tenue des terrains due à la congélation a été conduit par passes de 30 à 40 m sans mise en œuvre de soutènement provisoire.Les opérations de foration-tir-marinage se succèdent en descendant par volées d’ environ 1,50 m. Toutes les 20 volées, le creusement est arrêté pour la pose et la soudure des tôles bloquées au terrain par béton par hauteur de 4 m pour venir se raccorder à la passe précédente.

Le cycle de fonçage est donc le suivant :

• Foration de la volée de 1,80 m (130 mines)• Chargement de la volée.• Tir, évacuation des fumées• Marinage.

L’ avancement moyen est d’environ 1 cycle jour. La foration est faite manuellement à l’aide de 4 à 6 marteaux T28 équipés de fleurets monobloc. Le marinage est réalisé par un grappin chargeant les cuffats à déblais de 2,5 m3.




Le grappinage – le culbutage

Pour ce chantier, le grappinage est réalisé depuis le dessous du plancher de travail comme suit :• un monorail circulaire muni de curseurs• une tourelle centrale tournant dans l’axe

Le grappin peut ainsi se déplacer sur une couronne de la largeur de la course des vérins. Le complément étant couvert par un mouvement balancier donné par l’opérateur.

Le transport des terres est réalisé par un fonctionnement à deux cuffats :• 1 cuffat chargé , montant• 1 cuffat vide, descendant

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Le grappinage – le culbutage (suite)

Pendant la rotation, un tas de marin est préparé sur une partie du front bien dégagée.Pendant le culbutage au jour, à front il est procédé au chargement en quelques dizaines de secondes du cuffat vide venant d’arriver.

Compte tenue de la vitesse de la machine d’extraction, le rendement commercial nettoyage compris a été de 22 m3/h à -500m.

Tous les 25 cycles, l’avancement est arrêté pour la réalisation de la pose des tôles et de leur blocage au terrain en béton. Ces opérations ont été menées par pas de 4 mètres de hauteur.




Le revêtement en béton coffré

Le creusement dans l’aquifère étant terminé, le pré-revêtement et le corset d’étanchéité mis en place, la pose du revêtement définitif est menée par passes enchainées de la base de la fondation jusqu’à la surface. Ce bétonnage intérieur est réalisé avec 5 éléments de coffrage de 2 mètres de haut, l’élément inférieur étant décoffré pour être remis en place sur l’élément supérieur selon le cycle suivant :1. Descente des 5 cages (4 m de haut) d’armatures façonnées en surface.2. Mise en place, réglage, ligature du ferraillage.3. Décoffrage de l’élément inférieur et passage entre les autres éléments et le plancher de travail pour être ramené en partie supérieure.4. Mise en place et réglage du coffrage.5. Bétonnage6. Renouvellement de l’opération 37. Renouvellement de l’opération 48. BétonnageAinsi de suite pour la passe de 20 mètres (10 anneaux de 2 m) puis réalisation d’une nouvelle passe.

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Le revêtement en béton coffré (suite)

Le béton est descendu au fond par cuffat de 2 m3 pour éviter toute ségrégation. Au jour, une pompe à béton installée pousse le béton pour remplir les deux trémies (une pour chaque benne) placées dans le chevalement.Pendant la rotation des cuffats vide-plein dans le puits ; un pompiste remplit alternativement la trémie jour du cuffat vide remontant.Pendant le chargement du cuffat au jour (vidange de la trémie) le cuffat fonf est déversé dans les entonnoirs du plancher de travail.La mise en place du béton est réalisée au moyen de flexibles que l’on déplace d’une réservation à l’autre après chaque cuffat. Le rendement réalisé avec ce principe de fonctionnement est 25 m3/h.

Ces travaux de l’avant-puits à la reprise du creusement dans le houiller se sont déroulés sur 17 mois comme suit :• avant-puits : 3 mois• mise en place du plancher : 1 mois• revêtement avant-puits : 2 mois• fonçage aquifère : 9 mois• béton intérieur : 2 mois.




Le fonçage du houiller

Sorti des contraintes inhérentes à l’aquifère, le fonçage dans le houiller a repris après ce bétonnage intérieur dans de bien meilleures conditions.

• Température ambiante normale au lieu de – 10° en zone congelée.• Plan de tir simplifié (90 trous de mine , 10 retards au lieu de 30)• Suppression de le limitation des charges par retards• Foration plus longue (2,2 m au lieu de 1,80 m) plus de gainage des trous.• Meilleure ventilation

Le seul nouvel inconvénient est la paroi non consolidée qu’il faut maintenant traiter par un soutènement provisoire constitué d’un grillage renforcé maintenu en place par un boulonnage des terrains (1boulon de 2 m de long par m2)

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Le fonçage du houiller (suite)

L’avancement dans le houiller est donc conduit selon la méthodologie suivante :• foration d’une volée de 2,20 m et tir• marinage. Environ 100 m3• soutènement provisoire. Environ 40 boulons• foration d’une nouvelle volée de 2,20 m• marinage.• soutènement provisoire.• décoffrage et descente du coffrage 4,50 m plus bas.• bétonnage.

La passe bétonnée est décalée du front de 4 à 13 m.Le coffrage est posé sur une roulisse elle-même suspendue à des barres Gewi prises dans le béton précédent.A chaque opération de coffrage, les barres sont prolongées de 4,50 m.




Le fonçage du houiller (suite)

Ces travaux de creusement dans le houiller et de revêtement se sont déroulés sur 14 mois

comme suit :

• Fonçage : 7 mois• Recette et bougnou : 1 mois• Démontage des installations : 1 mois• Equipement des installations définitives: 5 mois.

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EXEMPLE 3 :GALERIE INCLINEE REALISEE AU TUNNELIERAVEC POSE DE VOUSSOIRS EN BETON ARME

AMENAGEMENT HYDROELECTRIQUE DE CREUSON-DIXENCE EN SUISSE (1996)




Galerie inclinée réalisée au tunnelierAménagement hydroélectrique de Creuson-Dixence

Le contexte

Pour optimiser la capacité de turbinage des 400 millions de m3 d’eau du barrage de la Grande DIXENCE (Suisse) EOS et GD ont décidé dans les années 90 un nouvel aménagement de plus de 1 Mds de CHF pour des travaux planifiés sur 6 ans .

L’essentiel des nouveaux ouvrages en souterrain sont :• une nouvelle prise d’eau dans le barrage existant• une galerie d’amenée de 15,5 km• une cheminée d’équilibre• une usine souterraine pour 3 turbines de 423 MW et 3 alternateurs de 465 MW• un puits blindé (galerie inclinée) de 4,3 km pour une chute de 1883 m et un débit de 75 m3/s

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Le contexte (suite)

Ce dernier ouvrage « galerie inclinée » comporte 4 parties :

• un tronçon inférieur de 1650 m de longueur incliné à 68%• un palier horizontal sur 400 m à la côte 1425 permettant de traverser en traditionnel le trias médian.• un tronçon supérieur de 2100 m de longueur avec un pente passant de 54% à 64% • pour finir sur les 700 m dans les formations géologiques du Verrucano à 32%.

La réalisation est prévue avec 3 attaques, une au bas du tronçon inférieur, une au palier horizontal à partir d’une fenêtre dans le versant, et une à partir du haut dans le sens de la descente pour les 700 m du dernier tronçon.

Compte tenu de la hauteur du barrage, la pression statique maximum que possèdent les 75 m3/s dérivés par l’ouvrage nécessite un blindage complet par viroles métalliques en acier à haute limite élastique dans un diamètre décroissant de 3,40 m à 3.00 m au bas du puits. Le soudage de ce type d’acier exige un environnement exempt de venues d’eau.




La géologie

Cette galerie recoupe depuis sa base les formations géologiques suivantes :

• Schistes et calcaire dolomitiques sur 500 m • Houiller du carbonifère inférieur sur 1000 m• Trias médian ( anhydrite) accident géologique passé en traditionnel .• Carbonifère supérieur sur 1200 m ( analogue au houiller du carbonifère inférieur.• Le Verrucano sur 600 m redoutable formation reconnue par galerie au préalable (non réalisée au tunnelier du fait des risques de déformations importantes susceptibles de bloquer un bouclier de tunnelier par serrage)• Mica-schistes sur les 150 derniers mètres.

Les RC varient selon les formations de 30 à 1000 bars !

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Les spécifications techniques de l’appel d’offres

Compte tenu de la géologie, les spécifications de l’appel d’offres exigeait pour les tronçons inférieurs et supérieurs, exécutés du bas vers le haut, l’emploi de tunneliers à bouclier neuf, spécialement adaptés aux conditions du site avec soutènement par voussoirs en béton armé posés à l’avancement.

Une reconnaissance systématique à l’avancement par forge pilote était également exigée, de manière à reconnaitre les zones les plus mauvaises et d’être à même d’effectuer si nécessaire un prétraitement par injections.

Le choix du type de tunnelier simple ou télescopique était laissé aux soumissionnaires.En version de base l’appel d’offres prévoyait l’emploi de 2 tunneliers pour une sécurité maximale vis-à-vis des délais.

L’entreprise a présenté une variante avec l’emploi d’un seul tunnelier, transféré au palier horizontal après exécution du tronçon inférieur.




Le tunnelier

Le tunnelier choisi est de marque ROBBINS modèle 154-273. Il s’agit d’un tunnelier pour roche dure à jupe télescopique, permettant donc la pose des anneaux de voussoirs simultanément à la foration. La longueur du front shield est de 2 m pour une largeur d’anneau de voussoirs de 1,20 m.

Diamètre de foration. 4 ,77 mLongueur totale. 11, 50 m (12,70 m télescopé)Masse totale . 340 tPuissance à la tête. 450 ou 1260 KWVitesse de rotation. 2,2 ou 8,8 tr/mnCouple maxi. 2260 KN.MPoussée de service. 750 tMolettes. 26 unités simples et 4 doubles de 17 poucesPoussée maxi mode télescopique 3100 tPoussée maxi mode mono 4000 tPuissance hydraulique 2x 55 KW

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Le back-up

D’une longueur de 98 mètres, il comporte 9 wagons montés chacun sur 2 boggies à l’écartement de voie de 1200 mm.

Le back-up assure toute la logistique du tunnelier et de l’avancement. Il est muni sur toute sa longueur d’un convoyeur à voussoirs, d’un convoyeur blindé accumulateur pour le stockage tampon et l’évacuation des déblais, et de 2 monorails à crémaillères équipés de palans à chaine de 750 kg de capacité de levage.




Le back-up (suite)

Le wagon N°1 comporte le poste de conduite, les moteurs d’entrainement des convoyeurs, le stockage des rails à poser..Le wagon N°2 est réservé à l’hydraulique du back-upLe wagon N°3 est réservé à l’hydraulique du tunnelierLe wagon N°4 porte le transformateur 16 kv/600/380 v de 1200 kva et les armoires électriques.Le wagon N°5 porte le second transformateur et un échangeur de température air-eau pour le refroidissement de l’hydraulique.Le wagon N°6 porte l’installation de dépoussiérage par voie humide pour un débit de 2,5 m3/s et d’une puissance de 30 kw ainsi qu’un enrouleur de câble souple de 200 ml de 4x25 carréLe wagon N°7 porte les armoires électriques, un espace atelier et une plateforme équipée d’un groupe surpresseur pour l’eau de refroidissement et le dépoussiérage ainsi qu’un groupe d’injection de coulis ( pompe, turbo malaxeur et bac d’attente). La partie basse caissonnée forme un réservoir de 6 m3 pour l’eau. A l’extrémité du wagon une glissière radiale équipée d’un marteau hydraulique permet d’effectuer des forages de décharge dans le quadrant 7-10 H.Le wagon N°8 est équipé de la poulie de renvoi du câble assurant la traction de la navette. Il porte un WC chimique, un container réfectoire . En vis-à-vis de l’extrémité du wagon 7 , il est équipé d’un bras de foration pour traiter le quadrant 3-5 H. La partie basse comprend le groupe hydraulique de la pompe à mortier.Le wagon N°9 porte la poulie de déviation du câble pour maintenir les 2 brins en radier, le poste de commande de la navette, le container mobile à mortier, le 2ème groupe hydraulique du back-up, le dispositif d’accostage de la navette , amortisseurs à pression et crochet de sécurité.

L’ensemble du back-up a une masse de 380 t et une puissance installée de 250 KW.

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La navette

La navette est un wagon monté sur 2 boggies , dont les caractéristiques sont les suivantes:

Dimensions : longueur 10,60 m Largeur 3,00 m hauteur 3,20 mMasse totale : à vide 18 t en charge 40 t

Elle effectue tous les transports dans le puits. Un cycle d’avancement nécessite 3 allers et retours :1 er voyage : montée d’un anneau complet de 6 voussoirs et descente de 13 m3 de déblais2 ème voyage : montée d’un container de 1,5 m3 de mortier et descente de 13 m3 de déblais3 ème voyage : montée de 3000 l d’eau et descente de 13 m3 de déblais.

La navette est entièrement pilotée depuis la cabine de conduite du treuil dans la chambre basse.Le chargement du marinage est controlé depuis le poste de commande du wagon 9 du back-up avec un système de mesure en continu de la masse chargée.

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Le treuil

En partie basse du puits se trouvent le treuil et toutes les installations permettant d’assurer l’approvisionnement du chantier.

Le treuil dont la masse atteint 70 t sans le câble est mu par un moteur à courant continu de 1000 KW dont l’alimentation est réalisé par un convertisseur à thyristors et un transformateur de 1200 kVA.

Le tambour de 2,60 m de diamètre et de 4 ,50 m de longueur permet l’enroulement de 3500 m de câble à torons diam 45 mm sur 10 couches.

La force de traction est de 24 t et la vitesse d’ enroulement/déroulement peut varier jusqu’à 3 m/s.




Les équipements de la galerie inclinée

La galerie n’est pas équipée d’escalier de secours, cette fonction étant assurée par un câble fixe sur lequel le personnel peut être évacué à l’aide de descendeurs.

L’équipement comporte :

• La voie formée de rails de 40 kg/ml par tronçons de 8ml reliés par éclisses. La fixation aux voussoirs est réalisée par tirefond sur pièces métalliques spéciales.• La ventilation air frais par une gaine souple de diam 600 mm• La conduite de 6 pouces d’air comprimé• Le câble 16 kva en 4x25 carré rigide• La ligne d’éclairage• La conduite PE diam 150 de collecte des eaux claires.

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L’organisation du chantier

La production s’effectue en 2 postes et 1 troisième poste réservé à la maintenance.L’effectif du chantier s’établit à 55 personnes comprenant la Direction et les services administratifs réparties comme suit :

• Encadrement.de production 5 personnes• Poste de production 14 personnes• Poste de maintenance 8 personnes• Services généraux 8 personnes




L’exécution des travaux

La cadence prévue par le groupement d’entreprises à l’Etude était de 12 ml par jour avec un temps de cycle théorique d’une durée de 0,5 h à 2,5 h suivant la pénétration.

En ne considérant pas les accidents géologiques et sur 1100 m creusés en un peu plus d’un an les résultats avancement chantier ont été les suivants :

• meilleur poste de 8 heures. 6 ,00 m soit 5 anneaux• meilleur jour : 14,40 m• meilleure semaine ( 7 j) : 66 m• meilleur mois ( 28J) : 212 m• cadence moyenne : 3,10 m/j

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Avertissement

Ce document est un support de cours du Mastère Spécialisé “Tunnels et Ouvrages Souterrains :

de la conception à l’exploitation”.Il est strictement réservé aux étudiants de ce mastère et ne peut être diffusé et reproduit sans l’autorisation de son auteur.


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A -LES PUITS ET GALERIES INCLINEES - aftes.asso.fr 2013-2014/361-Puits... · d’exécution de l’ouvrage, elles peuvent également conditionner sa pérennité, sous des aspects