À l'entrée et à la sortie d'un tunnelier, on peut appliquer techniques d'amélioration des sols pour stabiliser le front de taille, maîtriser les infiltrations d'eau, réduire les pertes de matériaux et garantir une transition en toute sécurité entre le puits et le sol naturel. Les techniques les plus courantes sont les injections, le jet grouting, la congélation artificielle, l'abaissement de la nappe phréatique, les traitements d'étanchéité, les écrans, les bouchons de fond, la pré-coupe ou le remplacement localisé du sol.
Dans les projets de le fonçage de tuyaux, le microtunnelage dans les applications terrestres et souterraines o puits d'entraînement vertical et microtunnelier, ces mesures sont particulièrement envisagées en cas de nappe phréatique élevée, de terrains meubles, de sols perméables, de remblais, de risque de siphonage, de faible couverture, de réseaux à proximité ou de nécessité d'assurer l'étanchéité au niveau du départ et de la réception.
Pourquoi l'entrée et la sortie sont-elles des points critiques ?
L'entrée depuis le puits de départ et la sortie vers le puits de réception constituent des phases délicates, car la foreuse traverse une zone de transition entre une structure excavée — le puits — et le sol naturel. À ce stade, des infiltrations d’eau, des pertes de fines, une instabilité du front de taille, des déformations, des tassements ou des problèmes d’étanchéité peuvent survenir autour du passage de la foreuse.
Le risque augmente lorsque :
- Niveau de la nappe phréatique élevé.
- Sols granulaires ou perméables.
- Remplissages hétérogènes.
- Argiles molles ou sols peu résistants.
- Pressions d'eau élevées.
- Faible couverture sur la clé.
- Infrastructures ou services à proximité.
- Puits profonds ou dont le fond est soumis à une dépression.
- Connexions avec des émissaires, des captages, des cours d'eau ou des zones côtières.
Dans ces cas-là, la choix du tunnelier et le traitement du terrain doivent être analysés conjointement.
Techniques courantes d'amélioration des sols
| Technique | À quoi cela sert-il ? | Dans quels cas peut-elle être appropriée ? |
|---|---|---|
| Injections de consolidation | Améliorer la résistance et réduire la perméabilité | Sols fissurés, remblais, sables ou zones de transition |
| Injection à haute pression | Créer des blocs traités ou des colonnes en sol-ciment | Entrées/sorties en contact avec l'eau, faible résistance ou exigence d'étanchéité |
| Congélation artificielle | Stabiliser temporairement un sol saturé | Sols gorgés d'eau et géométries complexes où d'autres techniques ne suffisent pas |
| Abaissement du niveau de la nappe phréatique | Réduire la pression de l'eau et faciliter l'excavation | Sols perméables permettant un pompage viable et contrôlé |
| Bouchon de fond | Éviter le soulèvement hydraulique ou l'effet de siphon | Puits profonds présentant une dépression ou une infiltration d'eau par le fond |
| Écrans ou enceintes étanches | Confinement du puits et contrôle des fuites | Puits urbains, zones où l'on trouve de l'eau ou des services à proximité |
| Remplacement localisé | Retirer la terre problématique et la remplacer | Zones superficielles comportant des remblais, des terrains meubles ou des obstacles |
| Traitements d'étanchéité | Améliorer l'étanchéité autour du passage | Démarrage, réception, joints de puits et raccordements |
Comment choisir la technique à utiliser ?
La technique appropriée dépend des caractéristiques géotechniques, du niveau de la nappe phréatique, de la profondeur, du diamètre, de la pression de l'eau, de la perméabilité, de l'emplacement des puits, de l'espace disponible et des contraintes de sécurité.
Pour la définir, on analyse :
- Profil géotechnique à l'entrée et à la sortie.
- Niveau de la nappe phréatique et pression de l'eau.
- Perméabilité et risque d'entraînement des particules fines.
- Diamètre de la foreuse.
- Profondeur du puits et couverture.
- Distance par rapport aux services, aux bâtiments ou aux infrastructures.
- Méthode d'excavation : bouclier ouvert, EPB TBM o hydro-shield pour les terrains gorgés d'eau.
- Tolérances de tassement.
- Accessibilité pour effectuer le traitement.
- Délais, autorisations et contrôle environnemental.
Il n'est pas toujours nécessaire de traiter le sol. Dans les sols stables et peu gorgés d'eau, une conception adéquate du puits, du joint d'entrée/sortie et de la procédure de forage peut suffire. En revanche, dans les sols saturés, perméables ou peu résistants, le traitement peut s'avérer déterminant pour la sécurité du chantier.
Quels risques ces traitements permettent-ils de réduire ?
Les aménagements du terrain au niveau des entrées et des sorties contribuent à réduire :
- Entrée soudaine d'eau dans le puits.
- Enlèvement de fines ou perte de terrain.
- Instabilité du front au démarrage.
- Colonies de surface.
- Pompage ou relevage du fond.
- Fuites autour du tunnelier.
- Écarts d'alignement initiaux.
- Problèmes liés à la réception de l'écusson.
- Dégâts causés aux services ou aux structures voisines.
- Arrêts et surcoûts au début ou à la fin du tronçon.
Contrôles pendant l'exécution
Au cours des traitements et lors de la mise en service ou de la réception du tunnelier, des paramètres tels que la pression de l'eau, les débits de pompage, les tassements, les déformations du puits, la qualité du traitement, la résistance atteinte, la perméabilité résiduelle, l'alignement de sortie, l'étanchéité des joints, la pression au front de taille, le volume excavé et les incidents.
Sur les chantiers avec Traversées d'infrastructures, dans les zones urbaines ou en présence d'infrastructures critiques, ces contrôles peuvent être complétés par une surveillance topographique et des seuils d'alerte.
Liste de contrôle minimale pour étudier les améliorations à apporter au terrain : géotechnique aux points d'entrée et de sortie, niveau de la nappe phréatique, perméabilité, pression de l'eau, diamètre, profondeur des puits, couverture, réseaux concernés, risque de siphonage, stabilité du front de taille, méthode d'excavation, accès pour les travaux de traitement, exigences en matière d'étanchéité, surveillance et plan d'urgence.
Demander un examen technique des aménagements du terrain pour l'entrée et la sortie du tunnelier avant le forage des puits, le démarrage ou la réception du microtunnel.
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