Les injection finale de l'espace annulaire d'un microtunnel Elle consiste à remblayer de manière contrôlée l'espace qui subsiste entre la face extérieure de la canalisation enfoncée et le sol excavé. Son objectif est de stabiliser l'environnement de la conduite, de réduire les vides résiduels, de limiter les tassements différés, d'améliorer le contact entre le sol et la conduite et de laisser l'ouvrage dans des conditions adaptées à sa durée de vie.
Au cours de la le fonçage de tuyaux ou le micro-tunnelage dans les applications terrestres et souterraines, l'espace annulaire peut être temporairement rempli de bentonite ou de boues de lubrification afin de réduire le frottement et les poussées d'enfoncement. La littérature technique sur le microtunnelage décrit cette utilisation de la bentonite dans l’espace annulaire pendant l’avancement et le remblayage ultérieur de la tranchée comme une mesure visant à réduire les risques d’effondrement ou de perte de terrain.
Pourquoi y a-t-il un espace annulaire dans le microtunnelage ?
L'espace annulaire apparaît car le diamètre d'excavation du tunnelier est généralement légèrement supérieur au diamètre extérieur de la conduite. Cette surcoupe permet d'avancer, de guider la machine et de réduire les frottements entre la conduite et le sol.
Lors de l'exécution, cet espace peut être utilisé pour :
- Injecter de la bentonite ou un fluide lubrifiant.
- Réduire les poussées d'enfoncement.
- Compenser le frottement entre le sol et la canalisation.
- Contribuer à stabiliser l'environnement immédiat.
- Faciliter l'avancement sur les longues distances ou dans les zones où le frottement est plus important.
La lubrification de l'espace annulaire est une pratique importante dans le domaine du fonçage de tuyaux et du microtunnelage, car elle permet de réduire les forces de poussée et d'améliorer les performances d'avancement.
Objectifs de l'injection finale
L'injection finale ne doit pas être confondue avec la lubrification pendant l'enfoncement. Son objectif principal est remplir et stabiliser l'espace annulaire une fois le tronçon ou une phase d'avancement achevé(e).
Ses principales fonctions sont les suivantes :
| Objectif | Ce qu'il apporte au projet |
|---|---|
| Combler les vides résiduels | Réduit les espaces entre la canalisation et le sol |
| Limiter les places différées | Réduit le risque de tassements ultérieurs du sol |
| Améliorer le contact entre le sol et la canalisation | Il apporte un soutien périphérique plus homogène |
| Remplacer ou déplacer des fluides temporaires | Réduit la dépendance vis-à-vis de la bentonite ou des boues de chantier |
| Définir des voies d'écoulement prioritaires pour l'eau | Cela peut contribuer à réduire les infiltrations, en fonction du mélange et du sol |
| Améliorer la traçabilité des fermetures | Permet de consigner les volumes, les pressions et les zones d'injection |
Au Traversées d'infrastructures, zones urbaines, routes, voies ferrées ou services essentiels, cette phase revêt une importance particulière car les vides résiduels peuvent entraîner des tassements ou des déformations différées.
Comment conçoit-on l'injection finale ?
La conception doit définir mélange, pression, volume, séquence, points d'injection et critères d'arrêt. Il ne s'agit pas simplement de “ pomper du coulis ” : l'injection doit être adaptée au terrain, au diamètre, à la surcoupe, au niveau de la nappe phréatique et à la sensibilité de l'environnement.
1. Volume théorique de l'anneau
Il est calculé à partir du diamètre de l'excavation, du diamètre extérieur de la canalisation et de la longueur du tronçon. Ce volume sert de référence initiale, mais le volume réel peut varier en raison des pertes dans le sol, des irrégularités, de la surexcavation, des cavités, de la perméabilité ou de la consommation préalable de bentonite.
2. Type de mélange
Le mélange peut être un coulis de ciment, un mélange bentonite-ciment, un mortier fluide ou toute autre formulation adaptée au projet. Il doit présenter une maniabilité suffisante pour remplir l'espace annulaire, sans pour autant générer de pressions susceptibles d'endommager la canalisation, de déplacer le sol ou de provoquer des soulèvements.
3. Pression d'injection
La pression doit être suffisante pour répartir le mélange, mais inférieure aux limites admissibles du sol, de la canalisation, des joints et de l'environnement. Une pression excessive peut entraîner des soulèvements, une fracturation hydraulique, des infiltrations indésirables ou des dommages aux réseaux situés à proximité.
4. Points d'injection
L'injection peut être effectuée par des orifices ou des raccords prévus dans la canalisation, par des points situés au niveau du puits ou par des dispositifs spécifiques, selon la conception du système. L'emplacement et l'espacement des points doivent permettre un remplissage progressif et traçable de l'espace annulaire.
5. Séquence d'avancement
La séquence est définie de manière à éviter les poches non remblayées et à contrôler les déplacements. Elle peut être mise en œuvre par phases, par tronçons ou à partir de points alternés, en fonction de la longueur, de la pente, du diamètre, de l'accessibilité et du comportement observé.
6. Critères de clôture
L'injection est considérée comme terminée lorsque les critères définis en matière de volume, de pression, de retour, de rejet contrôlé, de consommation stabilisée ou de confirmation par des relevés de chantier sont atteints. Ces critères doivent être établis avant le début des travaux.
Comment cela se passe-t-il sur le chantier ?
L'exécution suit généralement une séquence contrôlée :
- Contrôle du tronçon achevé, de la canalisation, des joints et des points d'injection.
- Préparation du mélange et contrôle du dosage.
- Vérification des équipements, des pompes, des tuyaux, des manomètres et des compteurs.
- Injection progressive à partir des points définis.
- Contrôle continu de la pression, du volume et du débit.
- Observation de retours, de fuites ou de comportements anormaux.
- Changement du point d'injection en fonction de la séquence.
- Enregistrement des volumes réellement injectés par tronçon.
- Nettoyage des conduites ou des buses d'injection, le cas échéant.
- Validation finale et documentation de clôture.
Dans le cadre de chantiers sensibles, l'injection doit être coordonnée avec l'auscultation, le contrôle topographique et la surveillance des réseaux existants.
Quels sont les paramètres contrôlés ?
Lors de l'injection finale, on enregistre :
- Volume théorique de l'espace annulaire.
- Volume réel injecté.
- Pression d'injection.
- Débit de pompage.
- Point d'injection.
- Heure et séquence.
- Type de mélange et dosage.
- Densité, fluidité ou viscosité du mélange.
- Rendements observés.
- Consommation anormale ou pertes dans le sol.
- Fuites éventuelles au niveau des puits ou des joints.
- Assis, en se levant ou en bougeant, s'il y a une auscultation.
- Incidents et mesures correctives.
Ces registres sont importants pour assurer la traçabilité de la fermeture du chantier et pour attester que l'espace annulaire a été traité conformément à la procédure.
Risques liés à une injection mal conçue
Une injection finale mal réalisée peut entraîner :
- Vides résiduels non comblés.
- Sièges différés.
- Consommation excessive de coulis.
- Pertes au sol.
- Pressions excessives sur les tuyaux ou les joints.
- Relevés en surface.
- Infiltrations vers les canalisations, les égouts ou les puits.
- Fracturation hydraulique du sol.
- Obstruction des buses d'injection.
- Absence de traçabilité du volume réellement mis en œuvre.
C'est pourquoi la procédure doit être coordonnée avec la choix du tunnelier, la conception des conduites, le système de lubrification, le contrôle des poussées et la l'assistance technique et l'ingénierie pour les chantiers sans tranchée.
Informations nécessaires pour la conception ou l'appel d'offres
Pour concevoir ou réviser l'injection finale de l'espace annulaire, il convient de fournir les informations suivantes : diamètre de l'excavation, diamètre extérieur de la conduite, longueur d'enfoncement, surcoupe prévue, géométrie du tracé, pente, caractéristiques géotechniques, perméabilité, niveau de la nappe phréatique, présence de vides ou de remblais, le système de lubrification utilisé, le type de conduite, le type de joint, la pression admissible, les points d'injection disponibles, la sensibilité de l'environnement, l'auscultation prévue, les critères de rejet, le mélange proposé et les exigences en matière de documentation finale.
Demander un contrôle technique de l'injection finale de l'espace annulaire dans les microtunnels avant de clôturer la procédure d'enfoncement, le dosage du coulis ou la documentation relative à la demande de devis (RFQ).
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