Le soulèvement du fond, siphonnage et instabilité de la base Les risques liés à un puits profond sont évités en vérifiant la sécurité face à la dépression, aux infiltrations ascendantes, à la perte de fines et à la rupture hydraulique du sol. Pour ce faire, on combine une étude géotechnique et hydrogéologique, une conception adéquate du soutènement, le contrôle du niveau phréatique, des bouchons de fond, des traitements d’étanchéité, un pompage contrôlé, une auscultation et des procédures d’excavation sûres.
Dans les projets de puits d'entraînement vertical et microtunnelier, le fonçage de tuyaux o le microtunnelage dans les applications terrestres et souterraines, cette vérification est essentielle lorsque le forage est réalisé sous le niveau de la nappe phréatique, dans des sols perméables, des sables, des limons, des graviers, des remblais, des sols meubles ou des zones soumises à une pression d'eau importante.
Que signifient ces risques ?
| Risque | Que se passe-t-il ? | Pourquoi est-ce essentiel ? |
|---|---|---|
| Relèvement du fond | Le fond du puits remonte ou se brise sous l'effet de la pression de l'eau ou d'un affaissement du sol | Cela peut entraîner une perte de stabilité, des infiltrations d'eau et des déformations |
| Siphonage | Le courant ascendant entraîne les particules fines du sol vers l'intérieur du puits | Cela peut entraîner une érosion interne, des affaissements et un effondrement progressif |
| Instabilité basale | Le sol sous la base n'est pas suffisamment résistant pour assurer sa stabilité | Cela peut compromettre le puits, la foreuse et la sécurité du chantier |
Facteurs augmentant le risque
Les risques sous-jacents ont tendance à augmenter lorsque plusieurs de ces facteurs se cumulent :
- Niveau de la nappe phréatique élevé.
- Sols granulaires perméables.
- Limes ou sables susceptibles de subir un lessivage des particules fines.
- Graviers à ciel ouvert ou sols hétérogènes.
- Puits profond présentant une grande différence de niveau d'eau entre l'extérieur et l'intérieur.
- Excavation sous pression d'eau.
- Pompage excessif ou mal contrôlé.
- Fond de puits non traité.
- Écrans, pieux ou soutènements qui n'entravent pas l'écoulement.
- Proximité de cours d'eau, du littoral, de rivières, d'émissaires ou d'aquifères.
- Absence de données piézométriques ou d'essais de perméabilité.
Dans ces cas-là, la conception du puits doit être coordonnée avec la choix du tunnelier, surtout si le microtunnel nécessite EPB TBM o hydro-shield pour les terrains gorgés d'eau.
Mesures visant à éviter le soulèvement, le siphonnage et l'instabilité de la base
1. Études géotechniques et hydrogéologiques suffisantes
Avant de creuser le puits, il est nécessaire de connaître la stratigraphie, la perméabilité, le niveau de la nappe phréatique, les pressions hydrauliques, la résistance du sol, la présence de couches confinées, la granulométrie et le risque d'entraînement des fines.
2. Contrôle de sécurité en cas de dépression
Il convient de vérifier que le poids du sol, la structure du puits ou le traitement prévu compensent la pression ascendante de l'eau. Si la marge n'est pas suffisante, des mesures de stabilisation ou d'étanchéification doivent être mises en œuvre.
3. Un dispositif de retenue limitant le débit d'eau
Des rideaux de boue, des pieux de drainage, des palplanches, des murs-écrans ou d'autres systèmes de confinement peuvent être utilisés pour réduire l'infiltration d'eau et couper les voies de filtration privilégiées, en fonction de la profondeur, du type de sol et de l'espace disponible.
4. Bouchon de fond ou traitement de base
Le fond du puits peut être stabilisé à l'aide de bouchons en béton, de jet grouting, d'injections, de colonnes de sol-ciment ou d'autres traitements visant à augmenter le poids, la résistance et l'étanchéité de la base.
5. Pompage contrôlé et gestion de la nappe phréatique
Le pompage des eaux doit être conçu de manière à éviter les pentes excessives, l'entraînement des fines ou les tassements dans les environs. Pomper davantage n'est pas toujours la meilleure solution : un pompage mal conçu peut augmenter le risque de siphonnage ou affecter les structures voisines.
6. Contrôle des fuites et des pertes de fines
Au cours des travaux de forage, on surveille les débits, la turbidité, l'apparition de sable, les variations de pression, les déformations et le comportement du fond. La présence de particules fines dans l'eau pompée peut indiquer une érosion interne.
7. Procédure d'excavation en toute sécurité
Le creusement doit être réalisé par étapes compatibles avec le soutènement, le pompage, le traitement du sol et les contrôles de stabilité. Dans les puits critiques, l'enchaînement des étapes peut être tout aussi important que la conception structurelle.
8. Auscultation et seuils d'alerte
En milieu urbain, Traversées d'infrastructures ou dans les zones situées à proximité des services, on surveille les assiettes, les mouvements des fondations, le niveau piézométrique, les débits, les déformations et les éventuelles répercussions sur les bâtiments ou les réseaux.
Comment choisir la solution la plus adaptée ?
Le choix de la solution la plus appropriée dépend de la profondeur du puits, de son diamètre, du niveau de la nappe phréatique, de la perméabilité, du type de sol, des charges extérieures, de la proximité d'infrastructures et de la méthode d'excavation du microtunnel.
Concrètement :
- Si le problème principal est pression ascendante, on constate une sous-pression et il peut être nécessaire d'installer un bouchon de fond ou d'augmenter le poids de lestage.
- Si le problème principal est débit d'eau, on étudie les parois de soutènement, l'étanchéité, les injections ou le pompage contrôlé.
- Si le problème principal est décantation des fines, on limite les gradients hydrauliques, on filtre ou on traite le sol.
- Si le problème principal est faible résistance de base, on améliore le terrain ou on modifie l'ordre des travaux d'excavation.
Risques liés à l'absence de traitement du fond du puits
Le fait de ne pas vérifier ces phénomènes peut entraîner une infiltration soudaine d'eau, l'ébullition du fond, l'entraînement de fines particules, la formation de dépôts en surface, la déformation du soutènement, la perte de stabilité du puits, des dommages aux réseaux à proximité, des retards, des surcoûts et des conditions dangereuses pour la mise en service ou la réception du tunnelier.
C'est pourquoi, dans le cas de puits profonds contenant de l'eau, le niveau de référence doit être défini avant le début des travaux d'excavation et non pas à titre de mesure corrective en cours de chantier.
Liste de contrôle minimale pour évaluer la stabilité de base : profondeur du puits, diamètre, stratigraphie, niveau de la nappe phréatique, pression de l'eau, perméabilité, granulométrie, risque d'entraînement des fines, résistance du sol, système de soutènement, pompage prévu, bouchon de fond, traitements d'étanchéité, auscultation, réseaux à proximité et plan d'urgence.
Demander un contrôle technique des puits profonds destinés au forage et à la construction de microtunnels avant de définir les notions d'excavation, de pompage, de bouchon de fond ou de traitement basal.
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