Travailler avec boucliers ouverts dans les massifs rocheux combine la mécanique de coupe la plus exigeante avec l'avantage de pouvoir évacuer les débris à sec. Cependant, la dureté du front de taille, la présence de crampons et les pics de couple de cisaillement peuvent provoquer des microfissures qui, en se propageant, compromettent la stabilité du tunnel et augmentent les coûts d'entretien. Dans ce guide, inspiré de l'expérience d'Eurohinca et renforcé par la littérature scientifique la plus récente, nous passons en revue sept tactiques qui aident à minimiser la fracture de la roche, tout en renvoyant à des ressources internes qui développent chaque aspect.
1. connaître le terrain avant d'attaquer
Chaque projet doit commencer par une caractérisation géotechnique solide : essais d'indice CERCHAR, vitesse des ondes S et profils de fracture. Notre domaine d'activité Assistance technique et ingénierie complète généralement la campagne par des essais en laboratoire afin d'estimer l'énergie de coupe spécifique. Ces données alimentent les modèles d'interaction disque-roche, anticipent l'usure et permettent de sélectionner la couronne idéale avant le passage du tunnelier - décrit dans la section Bouclier ouvert- se mettre au travail.
2. Prédécoupage contrôlé : micro-fractures épargnant les fractures majeures
Lorsque la roche est extrêmement compétente, l'ajout de disques de précoupe en amont de la ligne de coupe principale génère des microfissures qui "adoucissent" le front de taille. Il en résulte une diminution du couple et une réduction des vibrations transmises à la masse rocheuse. Cette technique, documentée dans Pose d'un tuyau Les kerfs de grand diamètre permettent de réduire la puissance nécessaire jusqu'à 12 %. Sur place, la couronne est équipée de disques plus étroits et la vitesse de rotation est réglée de manière à ce que les kerfs ne se chevauchent pas excessivement.
3. Lubrification sélective avec des mousses et de la bentonite
Dans les sols rocheux, la lubrification n'est pas destinée à transporter des matériaux, mais à réduire le frottement entre le revêtement et la paroi. L'application de mousse ou de bentonite uniquement sur le toit et les flancs - en laissant le fond sec - stabilise le couple sans créer de pressions hydrauliques indésirables à la base. Cette "lubrification à 180°" a été mise en œuvre avec succès dans notre microtunnel sous la M-30 à Madrid, décrite dans la section sur les Travaux de génie civil. Après 420 m d'avancement, les disques présentaient une usure inférieure de 15 % par rapport aux campagnes précédentes sans mousse dirigée.
4. Surveillance en temps réel : capteurs et tableaux de bord IoT
Aujourd'hui, il est possible d'équiper la plateforme du bouclier de cellules de charge, d'accéléromètres et de thermocouples dont les relevés sont envoyés au nuage toutes les quelques secondes. Lorsqu'un capteur enregistre un pic anormal de vibration ou de poussée, le système envoie une alerte à l'unité de gestion de la plateforme. Systèmes d'excavation pour ajuster les paramètres avant le début de la fracture. Une étude de Tunnels et technologie de l'espace souterrain (vol. 148, 2024) conclut que les tunneliers à rétroaction en temps réel réduisent de 28 % les événements de surcreusement dans les roches dures. ScienceDirect.
5. Contrôle de l'alignement millimétrique
Les déviations latérales génèrent des contraintes irrégulières sur le boîtier du bouclier, ce qui augmente la probabilité de ruptures en spirale dans la roche. Le guidage laser classique est renforcé par des systèmes inertiels à haute fréquence pour maintenir la trajectoire à ±1 mm. Cette approche, que nous détaillons dans la catégorie des Forage horizontal dirigéLe projet, qui a prouvé son efficacité au passage sous le tramway de Besós : 480 m de tunnel DN2000 avec une déflexion finale < 0,5 ‰.
6. Renforcement temporaire du front par injection de coulis
Dans les zones présentant des blocs détachés ou une fracturation très marquée, il est conseillé de stabiliser le front de taille avant de passer le bouclier. Le microciment est injecté à basse pression, ce qui permet de sceller les joints sans créer de bulbes de pression susceptibles de faire éclater la roche. Cette technique, courante dans les Puits verticaux Le tunnel a été adapté à un tunnel de prise d'eau maritime à Gran Canaria : le tunnelier a avancé sous pression phréatique, réduisant les chutes de pierres à zéro.
7. Conception d'un revêtement absorbant les déformations
Bien que le blindage ouvert laisse souvent la paroi rocheuse exposée, de nombreux projets d'assainissement nécessitent un revêtement annulaire segmentaire. L'utilisation de joints toriques toniques (concaves-convexes) et doubles augmente la tolérance sans fissurer les segments. Vous pouvez voir des exemples de cette conception dans notre section sur les Tunnel de voussoirs. En outre, le renforcement du béton par des fibres métalliques augmente la résistance à la traction, ce qui, d'après des essais en laboratoire publiés dans la revue Journal de la mécanique des roches2025 - réduit la propagation des fissures internes de 40 %.
Étude de cas : bouclier ouvert DN2000 dans le granit, Barcelone
En 2023, Eurohinca a construit un collecteur sous le B-20 en combinant les sept tactiques susmentionnées :
Prédécoupe et lubrification à 180 a réduit le couple de cisaillement moyen de 1,9 MN-m à 1,6 MN-m.
Les Capteurs IoT deux pics de vibration ont été identifiés ; l'opérateur a réduit la vitesse et a évité d'endommager la couronne.
Le guidage laser-inertiel a maintenu la dimension de l'alignement à 4 mm près.
Le système de l'injection préventive a empêché les glissements de terrain lors de la traversée d'une faille inactive.
Le chevilles avec fibres n'a pas présenté de microfissures lors des tests ultrasoniques de post-traitement.
Résultat : 27 jours d'avance sur le calendrier et une réduction de 180 k€ des consommables.
Avantages de l'application de ces stratégies
Sécurité élevéemoins de fractures signifie moins de risques de chutes de blocs sur le personnel.
Économies sur les consommablesLes disques et les vis sans fin durent plus longtemps ; la couronne nécessite moins d'entretien.
Qualité géométriqueLe tunnel est maintenu dans les tolérances, ce qui facilite l'assemblage des pipelines pour le transport des marchandises. Systèmes d'approvisionnement urbains.
DurabilitéL'utilisation de la bentonite comme lubrifiant permet de réduire la consommation de bentonite et son empreinte environnementale.
Crédibilité auprès du clientLes mesures en temps réel - stockées dans le Travaux de génie civil- sont fournis sous la forme d'indicateurs de performance vérifiables.
Conclusions et prochaines étapes
Excavation avec boucliers ouverts dans les sols rocheux nécessite une approche holistique combinant la conception, l'instrumentation et la précision des opérations. En intégrant la précoupe, la lubrification sélective, la détection en temps réel et le renforcement adaptatif, vous pouvez réduire considérablement l'apparition de fractures et, par conséquent, les aléas du calendrier et du budget. Si vous planifiez une traversée sous une infrastructure critique ou un projet de construction d'une centrale électrique, il est important de prendre en compte ces aspects. Traversées d'infrastructuresNotre équipe peut vous aider à définir la solution optimale et à mettre en œuvre les meilleures pratiques décrites.
Lectures recommandéesL'étude "On the rock-cutting mechanism and vibration characteristics of TBM cutters" (Elsevier, 2025) explique comment ajuster le couple et la vitesse pour chaque lithologie. ScienceDirect.
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