Creusage de tunnels en sols meubles

Un tunnel construit en sol meuble, comme l’argile, le limon, le sable, le gravier ou la boue exige des techniques spécialisées, comparativement à la roche dure, pour pallier les mouvements du terrain. Chez WSP, nous disposons d’une vaste expérience dans la construction de tunnels en terrain meuble sur tous les continents et nous sommes fiers des technologies innovatrices que nous avons mises au point pour répondre aux conditions de sols les plus précaires, tout en préservant une bonne stabilité. Il existe un vaste éventail de techniques de creusage de tunnels en sols meubles et le choix de la technique à utiliser sera basé sur le type de sol, l’échéancier, l’enveloppe budgétaire et les structures environnantes.

Pour bien choisir la meilleure méthode pour un tunnel précis, il faut tenir compte de plusieurs facteurs, dont les conditions du sol, mais aussi la longueur, la profondeur, le diamètre, la géométrie d’alignement et le budget du tunnel. Il faut également tenir compte d’un autre facteur important : les risques et la vulnérabilité des infrastructures et édifices environnants relativement aux mouvements du terrain.

Chez WSP, nous sommes conscients de l’importance de protéger les structures et les services existants lors du creusage de tunnels. Plusieurs tunnels en sols meubles sont creusés dans des environnements urbains sensibles où les affaissements potentiels causés par le creusage de tunnels constituent une importante préoccupation. Des mesures protectrices comme le drainage, l’amélioration des sols, l’injection compensatoire de coulis et des présupports peuvent être utilisés pour assurer les bonnes fins du creusage de tunnels en sols meubles. Par-dessus tout, il est fondamental de suivre un processus d’instrumentation et de surveillance en temps réel. À Seattle, WSP s’est engagée à fond dans le projet du tunnel de la route SR-99 en Alaska, construit dans des conditions de sols difficiles sous plus de 150 édifices. Ce tunnel d’un diamètre de 17,5 m est l’un des plus larges au monde.

Le creusement de tunnels par tranchées couvertes est une technique éprouvée pour construire des tunnels peu profonds. Cette technique consiste à installer une structure de béton coulée sur place dans une tranchée préparée par dragage, puis recouverte. Cette méthode convient aux tunnels de largeurs variables et de formes irrégulières. Elle est souvent adoptée dans la construction de stations souterraines de transport en commun. Afin de minimiser les perturbations de la surface, le creusement de tunnels par tranchées couvertes peut être réalisé selon la méthode traditionnelle ascendante ou en construisant du haut vers le bas.

Tunneliers

Pour des tunnels longs et profonds en zones urbaines ou qui traversent des nappes d’eau importantes, un tunnelier avec bouclier à front pressurisé est le meilleur choix. Ce type de tunnelier peut creuser dans un vaste éventail de conditions de terrain. En une seule opération, un revêtement de béton préfabriqué forme le tunnel en arrière du tunnelier. Le choix et la conception du revêtement en segments prémoulés sont déterminants dans la réussite de la pose. Les segments sont assortis de joints étanches et agissent comme système de soutien et de barrière imperméable.

Comparée à l’approche par tranchée couverte, l’approche avec tunneliers perturbe moins la circulation en zone urbaine et atténue les impacts environnementaux qui y sont généralement associés. WSP est pionnière dans l’excavation en une seule opération et a été la première à l’appliquer aux États-Unis en utilisant des renforts de fibres et des joints doubles. Nous avons également introduit l’utilisation de joints sismiques spéciaux dans un tunnel à revêtement segmenté creusé par tunnelier hors du Japon.

Deux grands types de tunneliers sont principalement utilisés dans le creusement de tunnels en terrain meuble : les machines à confinement par pression de terre et les machines à confinement par pression de boue. Le premier fonctionnera mieux en sol limoneux contenant une large proportion de fines. Un tunnelier à pression de boue est pour sa part idéal pour les matières granuleuses libres contenant de l’eau. Par contre, l’utilisation appropriée d’agents de conditionnement des sols permet d’étendre la portée des capacités des machines. La technologie entourant les tunneliers a beaucoup avancé depuis 15 ans et permet maintenant la construction de tunnels plus larges, plus profonds et plus longs qu’auparavant, de même que dans des conditions géologiques de plus en plus difficiles.

Nouvelle méthode autrichienne de tunnellisation

Pour de plus courtes portions de tunnels non circulaires ou des tunnels à géométrie variable, la nouvelle méthode autrichienne de construction de tunnels, aussi connue sous le nom de méthode d’excavation séquentielle, fournit une solution rentable, flexible et sécuritaire. Le tunnel est excavé séquentiellement et le soutien vient de béton projeté, utilisé en combinaison avec des renforcements de fibre ou de treillis soudé et des éléments porteurs d’acier en barres arquées. Des procédés d’amélioration des sols tels que l’injection de coulis, le drainage, la congélation des sols et des canalisations de déversement jointoyées peuvent aussi être utilisés pour stabiliser les surfaces.

La construction de tunnels par emboîtement à poussée hydraulique (tunnel jacking) consiste à insérer de sections de boîtes de béton rectangulaires sous des surfaces qui subissent de fortes pressions d’utilisation comme des voies ferrées, des routes très fréquentées et des pistes d’aéroport. En raison de ses coûts élevés, c’est une solution qui n’est utilisée qu’en dernier ressort et les exemples de réalisations sont donc rares. Cette méthode est généralement appliquée lorsque le passage souterrain est relativement court, situé en terrain meuble et que le couvert est mince. Des techniques de construction spéciales doivent être employées pour minimiser la friction, réduire l’affaissement, et maintenir l’alignement du tunnel.

À Boston, WSP a appliqué cette technique pendant la construction d’une section du tunnel de la Central Artery sous un réseau complexe de voies conduisant au le terminal ferroviaire South Station. Trois sections de caissons de béton ont été insérées successivement sous le réseau de voies ferrées avec des sections transversales de 11,6 X 24 m d’une longueur de 51 à 115 m.