COMPARAISON DES PROCEDES D’EXCAVATION DES TUNNELS TI8 ET TI2 DU PROJET LHC

LES TUNNELS DE TRANSFERT DU PROJET LHC Les protons pré-accélérés dans le SPS tournent dans le sens horaire uniquement. Pour disposer dans le LHC de faisceaux tournant dans les deux sens, deux tunnels de transfert TI8 et TI2 ont dû être réalisés.

Le tunnel TI2 a un diamètre intérieur de 3 m et une longueur de 2620 m. Il a été exécuté depuis le puits ovoïdal PMI2 de section 18 m x 13 m et de 51 m de profondeur.Le tunnel TI8 a un diamètre intérieur de 3 m et une longueur de 2290 m. Le puits PGC8 de 8 m de diamètre et 48 m de profondeur a été utilisé pour sa construction

TUNNEL TI2

Le tunnel TI2 a été excavé au moyen de deux machines à attaque ponctuelle (haveuses), modèles Alpine AM50 et IBS SM130C. Des tapis transportaient les déblais depuis le front d’excavation jusqu’en bas du puits. Les déblais étaient ensuite évacués en surface à l’aide d’une benne.

Les travaux d’excavation ont eu lieu en deux phases :

-Excavation du tronçon PMI2-TT60Ce tronçon de 1120 m de longueur a été excavé en 234 jours répartis entre juillet 1999 et mars 2000 puis entre novembre et décembre 2000. L’arrêt avril-octobre 2000 a été imposé afin de permettre la poursuite du fonctionnement du SPS.La répartition des différentes activités liées aux travaux de creusement est représentée dans le graphique à secteurs à droite.La géologie rencontrée dans la voûte est constituée principalement de marnes (67%) ce qui a entraîné un volume important de décollements de plus de 10 cm d’épaisseur en calotte (sur 17% de la longueur). Des treillis soudés de protection ont été alors nécessaires dans ces zones de façon à proteger le personnel. - Excavation du tronçon PMI2-UJ22Ce tronçon de 1500 m de longueur a été excavé en 253 jours entre avril 2000 et avril 2001. S’agissant de la géologie rencontrée, le pourcentage de marnes a été ici légèrement supérieur à celui de grés, justifiant un volume de décollements inférieur à celui du tronçon précédent (sur 7% de la longueur).  

Le soutènement installé dans le tunnel a été déterminé par la géologie rencontrée :-dans des grès durs ou très durs, le soutènement était Classe I, consistant en 5 cm de béton projeté (sur 9% de la longueur)-dans des grès tendres ou marnes gréseuses, le soutènement était Classe II, consistant en  10 cm de béton projeté et 5 boulons tous les deux mètres de tunnel (sur 51% de la longueur)-dans des marnes ou marnes grumeleuses, le soutènement était Classe III, consistant en 15 cm de béton projeté et 5 boulons tous les mètres (sur 40% de la longueur)

TUNNEL TI8

Le tunnel TI8 a été excavé au moyen d’un tunnelier de 3,60 m de diamètre et 90 m de longueur de back-up. Les déblais étaient évacués jusqu’à la surface à l’aide d’un tapis transporteur de 2 km environ.   

Deux phases des travaux d’excavation peuvent être distinguées:-Phase 1 : août 1999-décembre 1999Durant cette période, l’excavation était réalisée en même temps que les activités d’installation du back-up du tunnelier et du tapis de transport de déblais. Ainsi, les vitesses d’avancement n’ont pas été représentatives de la capacité de l’équipement présent. De plus, quelques incidents ont ralenti l’excavation :-un important éboulement de terrain le 18/08/99 causé par un changement brusque de la nature du terrain;-une interruption de l‘excavation du tunnel pour permettre les travaux de réparation du radier soulevé de la chambre TJ8 ;-un enfoncement de la tête du tunnelier dans le terrain marneux à la suite du long arrêt précédent.-Phase 2 : janvier 2000-juin 2000Poursuite de l’excavation sans incidents majeurs.  Les pourcentages des différents types de terrain rencontrés dans la voûte du TI8 sont représentés dans le graphique à droite. Le volume de décollements de plus de 10 cm d’épaisseur a été de 12 % de la longueur excavée.     Le soutènement installé dans le tunnel a été déterminé par la géologie rencontrée : - dans les grès durs ou très durs, soutènement type III’ consistant en deux boulons tous les 1,2 m de tunnel, treillis soudé et 4 cm de béton projeté (sur 6,5% de la longueur), - dans les grès tendres, soutènement type IV’ consistant en deux boulons et un cintre en acier tous les 1,2 m de tunnel, treillis soudé ou plaques d’acier et 5 cm de béton projeté (sur 88,8% de la longueur),- dans les marnes, soutènement type IV’’ consistant en quatre boulons et un cintre en acier tous les 1,2 m de tunnel, treillis soudé ou plaques d’acier et 5 cm de béton projeté (sur 3,9% de la longueur), - dans les marnes grumeleuses, soutènement type V’ consistant en quatre boulons et un cintre en acier de plus de 5 m de longueur tous les 1,2 m, treillis soudé ou plaques d’acier et 5 cm de béton projeté (sur 0,8% de la longueur).           

 

Percentage of Works in TI2 TT60

Excavation43%

Breaks down7%

Maintenance5%

Rock bolts9%

Shotcrete19%

17%

Conveyor belt5%

Ventilation system3%

Entrance tunnels3%

Others6%

Percentage of Works in TI2 UJ22

Maintenance2%

Breaks down6%

Rock bolts7%

Excavation39%

Shotcrete19%

27%

Lion stream7%

Others13%

Pump pit2%

Change Roadheader3%

Ventilation system1%

Conveyor belt1%

Geology crown TI2 TT60

Strong sandstone0%

Weak sandstone2%

marl37%

Lumpy30% Sandy marl

31%

Geology crown TI2 UJ22

Strong sandstone

5%

Weak sandstone34%

marl43%

Lumpy9%

Sandy marl9%

MONTHLY EXCAVATION

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Aug

ust 9

9

Se

pt 9

9

Oct. 9

9

No

v. 9

9

De

c. 9

9

Jan. 0

0

Fe

br.

00

Marc

h 0

0

Ap

ril 0

0

May 0

0

June

00

Me

tre

s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Hours

required in o

ne e

xcava

tion c

ycle

(1,.

2 m

)

Metres (Axis Y1) Hours spent per cycle (Axis Y2)

HOURS WORKED

0

100

200

300

400

500

600

Aug

99

Se

pt 9

9

Oct. 9

9

No

v. 9

9

De

c. 9

9

Ja

n. 0

0

Fe

br.

00

Ma

r 0

0

Ap

ril 0

0

Ma

y 0

0

June

00

Ho

urs

Excavation Shotcrete Maintenance Breaks down Others

Geology crown TI8Strong

sandstone5%

Weak sandstone

43%

marl35%

Lumpy marl5%

Sandy marl12%

COMPARAISON ENTRE TI8 ET TI2

Les tunnels TI8 et TI2 du projet LHC sont similaires. Ils ont des longueurs respectives de 2290 et 2620 mètres et leur section intérieure est identique. Or, malgré ces ressemblances, les procédés d’excavation choisis par les entreprises exécutantes ont été très différents. En effet, l’excavation du tunnel TI8 a été réalisée à l’aide d’un tunnelier (TBM Robbins, model 116-189), et celle du tunnel TI2 à l’aide d’une haveuse ponctuelle. La géologie rencontrée dans le tunnel TI8 a été plus favorable que celle du TI2. Les marnes et les marnes grumeleuses y ont représenté 60% des terrains rencontrés en voûte du TI2 mais seulement 40% de ceux rencontrés au TI8.Malgré cette géologie plus favorable, le soutènement mis en œuvre a été plus important pour le TI8 que pour le TI2. En effet, dans le tunnel TI8 environ 90 % de la longueur ont nécessité la mise en place de cintres en acier et de treillis soudé ou plaques d’acier. Le TI2 a pu être soutenu uniquement à l’aide de boulons et béton projeté. Le procédé d’excavation se trouve très probablement à l’origine de ces différences. La mise en œuvre très tardive du béton projeté dans le tunnelier, conjuguée à la pression des vérins sur les parois du tunnel en seraient les raisons principales.Les cadences d’excavation obtenues dans le TI8 et le TI2 sont indiquées sur le graphique à droite. La valeur moyenne journalière a été de 9,5 m/jour pour le TI8 et de 5,6 m/jour pour le TI2. Le creusement du TI8 a été, logiquement, plus rapide que celui du TI2, toutefois on peut relever que cette cadence reste très basse au vu des potentialités de l’équipement employé.

Excavation TI8 & TI2 tunnel

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Month

Me

tre

s

TI8 tunnel. (Excavated with TBM)Length = 2190 metresPeriod = 11 monthsMetres/month = 199Metres/day = 9,5Max monthly excavation = 359 m

TI2 tunnel. (Excavated with roadheader)Length = 2620 metresPeriod = 22 monthsMetres/month = 117Metres/day = 5,6Max monthly excavation = 249 m

100 m/month4,7 m/day

300 m/month14,1 m/day