Travailler à plus de 5 bar pression de l'eau souterraine nécessite l'utilisation d'un bouclier fermé du type hydro-bouclier (bouclier à lisier). Dans cet environnement, la réussite du projet dépend de l'obtention d'un équilibre dynamique entre la pression hydrostatique externe, la pression du fluide à l'intérieur de la chambre et la pression exercée par la poussée du bouclier à lisier lui-même. Tout au long de cet article - basé sur l'expérience d'Eurohinca et sur des études internationales récentes - nous passerons en revue les principes physiques, les meilleures pratiques opérationnelles et les systèmes de surveillance qui permettent de maintenir cet équilibre.
Principe de fonctionnement de l'hydro-bouclier
Le hydro-bouclier fonctionne avec un fluide bentonitique qui remplit la chambre d'excavation et les circuits de recirculation. Le fluide transmet la pression au front de taille, stabilise le sol et transporte les débris vers l'installation de séparation en surface. La pression dans la chambre est modifiée par :
Pompage des bouesLa pression statique : la modification du débit modifie la hauteur de la colonne et donc la pression statique.
Régulation de la soupape de déchargeL'ouverture ou la fermeture de la soupape de dérivation fait varier la contre-pression.
Contrôler le rythme de progressionUne poussée excessive provoque une surpression ; une poussée insuffisante permet à l'eau et aux matériaux de pénétrer.
Pour consulter l'anatomie complète de l'équipement, veuillez vous référer à la page Bouclier fermé - Hydroshield dans notre section de Equipement.
Caractérisation hydrogéologique préliminaire
Avant de commencer à faire face à la pression, il est essentiel de savoir :
Niveau piézométrique et son oscillation saisonnière.
Coefficient de perméabilité (k) et la compressibilité de la formation.
Confinement de l'aquifèreles aquifères libres peuvent évacuer la pression par le drainage de surface ; un aquifère captif peut accumuler une surpression inattendue.
Notre département de Assistance technique et ingénierie intègre ces paramètres dans un modèle numérique qui prédit la pression nécessaire pour maintenir l'équilibre fronto-statique sans induire de siphonnement.
Calcul de la pression frontale (pf)
Pour les sols saturés, la pression frontale (pf) est définie comme suit :
pf = γ-h + σ′ ± Δp
où γ est la densité de l'eau, h la profondeur sous la nappe phréatique, σ′ la tension effective du sol et Δp un facteur de sécurité. Un hydro-bouclier bien réglé fonctionne avec un Δp compris entre +0,05 bar et +0,15 bar par rapport à la pression hydrostatique locale. Le dépassement de cette fourchette peut fracturer le sol ; le dépassement entraîne une perte de fluide et un risque d'inondation.
Meilleures pratiques opérationnelles
Contrôle millimétrique de la poussée
La poussée hydraulique doit suivre le rythme de l'extraction des débris. Dans le Traversées d'infrastructures de l'anneau ferroviaire de Valence, Eurohinca a mis en œuvre un algorithme de contrôle prédictif. Le système a ajusté la poussée toutes les 0,5 secondes en fonction de la pression du front de taille et du débit de boue. Le résultat a été un écart moyen de ±0,03 bar par rapport à l'objectif pendant 320 m d'avancement dans des sables saturés.
4.2 Injection de colle de bentonite
Au fur et à mesure que le bouclier avance, un anneau creux est créé entre le revêtement de la machine et le sol excavé. Injecter une boue de bentonite et de ciment dans cette zone :
Scelle les voies d'écoulement de l'eau.
Réduit la perte de pression dans la chambre.
Minimise les affaissements de surface, un facteur clé dans le développement de l'économie. Travaux de génie civil urbain.
Systèmes d'étanchéité dans la zone de passage des segments
En creusant des tunnels avec Tunnel de voussoirs une brosse d'étanchéité et une chambre d'injection est installée derrière la roue de coupe. Le maintien de la pression dans cette chambre à 5 % au-dessus de la pression de front empêche l'eau de pénétrer dans le tunnel fini.
Circuit de séparation et de recirculation
Le fluide bentonitique est renvoyé à l'installation de séparation où il est décanté, nettoyé à l'aide d'hydrocyclones et réinjecté. Le contrôle de la densité entre 1,08 et 1,15 g/cm³ assure la portance sans surdensifier les boues, ce qui a fait l'objet d'études approfondies chez Excavation au tunnelier sous haute pression d'eau (2023) ResearchGate.
Contrôle en temps réel
Un système moderne de gestion de la pression combine
Pression multipointdans la chambre, la ligne de déchargement et la zone de passage des segments.
Débitmètres magnétiquesIls mesurent l'équilibre entrée/sortie pour détecter les fuites.
Jauges piézométriques en surface : vérifier qu'il n'y a pas de surpressions provoquant des affleurements.
Tableaux de bord connectés au nuageintégrée dans le Systèmes d'excavation d'Eurohinca.
Si la pression frontale chute de plus de 0,1 bar en 10 s, l'algorithme envoie une alerte et commande à l'automate de réduire le débit d'alimentation et d'augmenter le débit de boue.
Lorsque la pression externe est supérieure à 10 bar
Les pressions supérieures à 10 bars (≈100 m de colonne d'eau) nécessitent :
Structure de roue renforcée avec des épaisseurs supplémentaires et de l'acier à haute limite d'élasticité.
Double système de joints toriques sur tous les raccords hydrauliques.
Coques sous pression pour le personnel d'intervention.
A partir de 12 bars, certains projets optent pour Tube directqui combine un bouclier microtunnelier avec une poussée continue du tuyau, évitant ainsi la chambre de l'opérateur.
Un cas emblématique est celui de l'émissaire sous-marin de Durban (Afrique du Sud), où la pression hydrostatique a atteint 13,5 bars. Les ingénieurs ont adopté un système de pompe à triple redondance et ont redessiné les joints de roue sur la base d'essais en laboratoire publiés en 2024 par l'Institut de recherche et de développement (IRD). Institution des ingénieurs d'Afrique du Sud ascelibrary.org.
Récupération et redémarrage après un arrêt d'urgence
Un arrêt de plus de 30 minutes peut entraîner des fuites d'eau dans la chambre et des pertes de pression. Le protocole recommande :
Fermer la vanne de dérivation pour isoler la chambre.
Réinjecter la boue jusqu'à ce que la pression cible soit rétablie.
Vérifier l'intégrité des joints de la conduite d'évacuation.
Recommencer avec une vitesse d'avance lente (≤10 mm/min) pendant les 2 premiers mètres pour stabiliser le flux.
Cette procédure a été appliquée dans la Captage d'eau de mer pour le dessalement de Gran Canaria, où une coupure d'électricité a provoqué un arrêt de 22 minutes sans incident ultérieur.
Avantages d'une gestion optimale de la pression
Sécurité pour la main-d'œuvre et pour la population de surface.
Réduction du règlementIl est essentiel de travailler sous les lignes de chemin de fer ou dans les centres-villes historiques.
Économie de boues% : un circuit bien réglé permet de réduire la consommation de bentonite d'environ 18 %.
RentabilitéÉviter les ruptures et les joints endommagés signifie moins d'arrêts et plus de mètres excavés par équipe.
Durabilitémoins de perte de liquide signifie moins d'impact sur l'environnement, ce qui est apprécié dans les programmes de financement vert applicables à l'agriculture et à la pêche. Travaux de drainage.
Conclusions
Les gestion de la pression en cas de nappe phréatique élevée avec hydroshield est une discipline qui combine la géotechnique, l'hydraulique et le contrôle mécanique. Un équilibre stable de la pression de surface, soutenu par des capteurs à haute fréquence et une stratégie intelligente de pompage et d'injection, empêche les infiltrations et les tassements. Associée à une conception robuste des équipements et à des protocoles d'arrêt sûrs, elle garantit une progression soutenue, même sous des aquifères confinés dont la pression est supérieure à 10 bars.
Si votre prochain projet implique des traversées présentant un risque d'affleurement ou de émissaires sous-marins contactez notre équipe pour une consultation approfondie. audit de la gestion de la pression.
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