LES RECONNAISSANCES - aftes.asso.fr · puis vérifier et adapter les sections types prévues pour le marché de creu-sement du tunnel, à l'aide d'un calcul ... tantn'avait été

LES RECONNAISSANCES

LES RECONNAISSANCES

Le tunnel de la Bretelle de Monaco aété réalisé dans un contexte géologi-que complexe : une écaille calcairechevauchant des mamo-calcaires cré-tacés par l'intermédiaire d'une semellede Trias.Les reconnaissances géotechniquesde première phase (sondages carottéset essais sur échantillons), puis dedeuxième phase (galerie de recon-naissance et essais dans le Trias), ontété effectués parallèlement à la mise aupoint géométrique du projet de Bre-telle.A partir des mesures effectuées dans lagalerie de reconnaissance, on a pucaractériser mécaniquement le Trias,puis vérifier et adapter les sectionstypes prévues pour le marché de creu-sement du tunnel, à l'aide d'un calculpar éléments Unis.En 1988, le coût global de la galerie dereconnaissance et des essais a été de1S millions de francs HT.

Du Sud au Nord le tunnel traverse suc-cessivement les formations du Crétacé,du Trias et du Jurassique. Le Triasest relativement imperméable et cloi-sonne deux aquifères distincts.L'aquifère Crétacé s'est surtout mani-festé entre les PM 200 à 880 (101/sen pointe) ; l'aquifère jurassique pro-fond n'a pas concerné le tunnel; 1s tra-versée du Trias a été effectuée à l'abride forages de reconnaissante préala-bles.

Le tunnel de la Bretelle de Monaco, depar l'importance de sa section et lacomplexité géologique des terrainsrencontrés a nécessité l'exécution dereconnaissances permettant d'acqué-rir, sans entrave au bon déroulementdu chantier, des éléments Bables etrapides.Le PM de début de la section G' duTrias a été déterminé par la méthodedes panneaux électriques. II s'agitd'une reconnaissance géophysiqueexécutée en avant du front dans lagalerie de reconnaissance.Afin de s'assurer qu'aucun karstimpor-tantn'avait été laissé derrière les paroisde l'excavation dans les terrains juras-siques, une étude microgravimétriquea été exécutée.

1 - LES RECONNAISSANCESPRÉALABLES

1.1 CADRE GÉOLOGIQUE DU SITE

Les premières études géologiqueseffectuées dès l'origine du projet -Avant-Projet Sommaire ou APS - ontimmédiatement mis en évidence lecadre géologique du tunnel, cadreclassique mais complexe lié à l'arc deNice. Les études de terrain, les étudesphotogéologiques à grande échelle etles résultats d'une galerie de recon-naissance voisine ont permis de sépa-rer:- un monoclinal calcaire ou dolomiti-que du Jurassique dont les couchesont un pendage de 20° à 30° et quicomporte une semelle Triasique parl'intermédiaire de laquelle il chevau-che l'unité inférieure,- une unité inférieure constituée parun versant mamocalcaire de Crétacésupérieur qui passe en continuité stra-tigraphique au Cénomanien, au Cré-tacé inférieur et au Jurassique del'unité de la tête de chien,- la semelle de Trias, dont les carac-téristiques plastiques ont favoriséle chevauchement du Jurassique, setrouve en lambeaux complètementdésorganisés et rabotés sous celui-ci.Elle n'existe que très peu en affleure-ment (quelques lambeaux métriquesdans les talus de déblai, près duRD41).La tectonique qui a conduit à cetagencement des structures principa-les relève du cycle alpin qui, dans unschéma de raccourcissement Nord-Sud, a amené un écaillage de la cou-verture sédimentaire et provoqué deschevauchements sur elle-même duNord vers le Sud ; le Jurassique, beau-coup plus rocheux que les formationsqui l'entourent s'est cassé en lamesrigides et est venu se superposer surle Crétacé plus souple qui s'est plissé.Enfin, le schéma général précédent secomplique localement d'accidentsverticaux - dûs à des butées locales -d'orientation Nord-Sud qui perturbentla mise en place de l'écaillé jurassiqueen créant des panneaux plus ou moinsavancés vers le Sud. Les donnéesgéologiques précédentes, issues desétudes géologiques d'APS avaient

SITE INVESTIGATIONS

The tunnel ofthe Monaco feederroadwas built wi&ia a compter geologlcalcontext: a scaly Mmestone formationoverlapping cretaceous marly Mmes-tones tbrough a Triassic sMGeotechnical investigations for thé Brstphase (core driling and testing onsamples), md then thé second phase(exploratory gallery md testing in théTriassic), hâve been carried out alongwith thé geometrical demlopmmt ofthé feeder mad projectBased upon measurements carried outin thé exploratory galtery, it was possi-ble to mechanicàlJy characterize théTriassic and then check and adapt thétypical sections provided for in metunnelUng contract by means ofSniteélément calculations.In 1988, toe total cost ofthe exploratorygalleryandtestingamountedto 1§ mil-lion Francs ex-VAT.

From south to north, thé tunnel goessuccessively through thé formations ofthé Cretaceous, thé Triassic and théJurassic. The Triassic is relatively im-perméable and partitions two distinctaquifers.The Cretaceous aquiferappears espe*cîattybetween thé 200toZBQ referméelevels (10 litres per second peak) ; thédeep Jurassic aquitet does not afitothé tunnel ; thé Tfiassic m» cros-sed u$ing preliminêry exploratoryboreholes.

Owing to ffee SE» ofits section md thégeoiogic$l complétât/ of thé $0Hsencountemd, thé Monaco feeder rmdtunnel requîved recomaissauce aa-Mng M possible to obtafo reMable andfast information without hindetîag thécompletion oftheprojéctThe s&rting référence level for sectionthé electrical. panel method. fhis vol-ves geophysical mçonrtai$$$nce' car-ried out ahead of&e workingface inthé exploratory gaMery,To eosure that no significant karst hadbeen leS beMnd thé waUs ofthe exca-vation in thé Jurassic formations, amicrogravimetric survey was conduc-ted

78 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 110 — MARS/AVRIL 1992

Rg 31 COUPE GEOLOGIQUE - GEOTECHM10UE ET RECOHMAISSAHCES PREALABLES

JURASSIQUE STRATIFIE

/ SCÎ SCZ \\ SCI/ 6ALERIE Of. RECOS \

TRI A3 / CRETACE SUPERIEUR

permis de tracer les grandes lignes dela structure du massif et d'esquisserles problèmes géotechniques liés auxcaractéristiques des principales for-mations.Elles soulignaient également les prin-cipales indéterminations qui pesaientsur le projet du tunnel :- la position du contact tectoniqueentre le plateau jurassique et le ver-sant crétacé sous-jacent,- les caractéristiques géotechniques àretenir pour le projet de tunnel dansles différentes formations.

1.2 RECONNAISSANCES DEPREMIÈRE PHASE (AVANT-PROJET)

Cette campagne de reconnaissancede première phase s'est déroulée pa-rallèlement à des études routièresdont l'objet était la mise au point duprojet routier à retenir dans le con-texte accidenté et urbanisé du site ;une seule chaussée à 2 ou 3 voies oudeux chaussées ; possibilité de rac-cordement à la moyenne corniche...Dans ces conditions d'incertitude, lareconnaissance de première phase aété relativement légère et elle a com-porté :- une campagne de terrain au 1/1000(suite des études précédentes) ;- des sondages sismiques aux têtes et àla breteEe Nord, pour apprécier l'épais-seur du recouvrement et la vitessesismique du substratum (altération -fracturation). ;- des sondages carottés :SC 1 (200 m) et SC 2 (291 m) ont étéréalisés pour circonscrire au mieux lecontact tectonique entre les deux uni-tés structurales en reconnaissant lescaractéristiques des terrains traverséset surtout la géométrie et les caracté-ristiques du Trias,SC 3 (80 m) côté Sud a permis d'ap-précier la continuité du Crétacé supé-rieur et son degré de fracturation,SC 4 (30 m) a été réalisé en tympan dela tête Nord pour étudier l'altération etla karstification du Jurassique supé-rieur dans sa partie superficielle,SC 6 (20 m) dans le même esprit apermis d'étudier le terrain à la tête Sud,SC 5 (170 m) a traversé la série du

Jurassique supérieur pour atteindre enfin de sondage le Jurassique stratifié, flavait également pour objet de définirles éventueEes cavités karstiques decet horizon ;- l'analyse systématique de la densitéde fracturation du matériau a été effec-tuée par un traitement informatique ;- les essais géotechniques réalisés ontété faits en grande partie sur leséchantillons rocheux :- essais de résistanceen pointe - Franklin (systématique)en compression (par faciès)en traction (par faciès)déformabilité et module (par faciès),- densité (par faciès),- indice de continuité sur échantillon(microfissuration) (par faciès).Sur les matériaux plastiques, ont étéréalisés des essais de mécanique dessols (densité, teneur en eau, triaxial) ;- les sondages destructifs SD 1, 2, 3, 4ont été réalisés tout autour du futurterrassement de la tête Nord et ontpermis avec les enregistrements deparamètres et les diagraphies soni-ques de définir les hétérogénéités dufaciès en volume, en se rapprochantdu SC 4 qui a constitué la coupe deréférence ;- des relevés piézométriques : tous lessondages carottés, ainsi que deuxsondages destructifs ont été équipésde piézomètres qui de mai à septem-bre 1985 ont fait l'objet de relevés,malheureusement effectués dans unepériode de sécheresse particulière.La campagne de lre phase a permis aubout du compte :- de dessiner un profil en long réalistegrâce aux coupes des sondages quiont défini les contours des principalesformations géologiques,- d'étudier la fracturation à l'échelle dumassif le long des coupes,- d'étudier les caractéristiqes de résis-tance et de continuité des matériauxJurassique et Crétacé à l'échelle del'échantillon,- de définir les conditions d'implanta-tion des têtes,- enfin, de préciser la présence d'eauet les conditions hydrogéologiquesdu Jurassique et du Crétacé.Toutefois d'importantes incertitudessubsistaient à propos des terrains duTrias:

- les caractéristiques mécaniques trèsfaibles obtenues sur les échantillonsprélevés (C1 # 0, <p' = 10° et 15°) étaientbien inférieures à celles constatéesdans la galerie voisine des QuatreChemins,- l'hétérogénéité du Trias et sa posi-tion exacte restaient toujours difficilesà appréhender : bien que connue(grâce à SCI et SC2) en profil en long,l'étude en volume de cette formationrestait à faire.Le choix définitif de la géométrie de laBretelle de Monaco - en particulier lechoix d'une seule chaussée à 3 voies -a permis de lancer alors une 2° phaselourde de reconnaissance dans lazone exacte du futur tunnel unique degrande section.

1.3 LA RECONNAISSANCE DE2e PHASE : LA GALERIE

La première phase de la reconnais-sance a laissé subsister des inconnuesimportantes pour les terrains du Triascomme on l'a vu précédemment.A ce stade du projet, le projet routierde la bretelle se fige sous la formed'une chaussée unique à 2 voies mon-tantes et 1 voie descendante.L'intrados de l'ouvrage est alors définicomme indiqué sur la figure 3.2, entenant compte des gaines de ventila-tion nécessaires.

3 2 - PROFIL EN TRAVERS UTI LE

La surface d'intrados est de près de100 m2, ce qui entraîne une excavationtotale de 130 à 160 m2 selon lesméthodes de soutènement qu'E estpossible de retenir.De plus à hauteur du Trias, la couver-ture maximale, de l'ordre de 260 m,correspond à des contraintes verti-cales initiales d'environ 5 à 6 MPa,compte non tenu d'éventuelles con-traintes d'origine tectonique.La section d'intrados d'environ 100 m2,la couverture de 260 m et les incon-nues géotechniques du Trias nous ontconduit alors à réaliser une galerie dereconnaissance dans le Trias, galeriequi ne pouvait pratiquement se réali-ser qu'à partir du sud pour des raisonsde longueur d'accès.Bien que la proximité et l'urgence destravaux définitifs de la breteEe eussentpermis d'incorporer la galerie de re-

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 110 — MARS/AVRIL 1992 79

connaissance à l'intérieur des marchésprincipaux du tunnel, il a finalementété retenu de réaliser cette galerie defaçon indépendante ain de :- séparer des travaux de nature diffé-rente,- permettre une interprétation le pluspossible exempte de contrainte dedélai d'un chantier de réalisation prin-cipal,- faire profiter l'entreprise principale -et donc indirectement le maître d'ou-vrage - lors de l'appel d'offres, desrésultats de la galerie de reconnais-sance.Dans la pratique la galerie de recon-naissance s'est déroulée pendant lamise au point du dossier d'appel d'of-fres des travaux de génie civil du tun-nel, les derniers résultats ayant mêmeété communiqués aux entrepreneursen cours d'appel d'offres.

1.3.1 Définition de la galeriede reconnaissanceAprès discussion entre les différentesparties prenantes - SCETAUROUTE,CETU, CETE - la galerie de reconnais-sance a finalement été réalisée à partirde la tête Sud et a compris :- une galerie d'approche dans le Cré-tacé, sur environ 450 ml,- une galerie d'essai proprement ditedans le Trias d'une longueur prévuede 200 m.Pour plusieurs raisons - dont des rai-sons foncières, mais aussi afin d'éviterde laisser une galerie à proximité dufutur tunnel de Monaco ou de la re-couper - les galeries d'approche et dereconnaissance ont été situées dans lasection du futur tunnel à la base de lademi-section supérieure (voir figure3.3), avec la pente du tunnel futur(5,5%). Sa position résulte d'un compro-mis entre, d'une part la nécessité de nepas perturber les terrains de la clé

du futur tunnel et, d'autre part, le soucide l'intégrer au mieux dans les 2 sec-tions d'excavation nécessaires pourl'ouvrage définitif La galerie d'appro-che prévue avait une section d'envi-ron 10 m2 et, du fait de la pente, nepouvait être réalisée que de façon tra-ditionnelle avec un soutènement pro-visoire standard comprenant 5 cm debéton projeté et des boulons de typeSwellex ou fibre de verre.

FIS 34 CCU-e 3ECT10M PS RECC ;i.-.!5SA'iŒ

A titre exceptionnel, un soutènementpar cintres légers TH et blindage étaitadmis.La galerie de reconnaissance propre-ment dite était, à l'origine, prévue desection analogue à la précédente etelle incluait la réalisation de nichesd'essai, de forages de reconnaissance,d'essais d'arrachement de boulonsainsi que des arrêts de chantier per-mettant des mesures, constats et essaisen galerie pour :* les relevés géologiques* les débits d'eau* les essais de vérin plat, essais deplaque* les convergences.Cette galerie de reconnaissance afourni de nombreux et utiles résultatsconcernant à la fois le Crétacé et leTrias.

Béton <te btocagaCINTRE HEB ZOO Répartition

longitudinale OGOâlOOmSoutèiMm.nt lSoutèmment typa 2 Béton projeté ép= moyenna Q17

Trslllls ]ou<M 05slSO«l5O

Fig 3 3 - PROFIL EN TRAVERS TUNNEL FUTUR •> GALERIE OE RECONNAISSANCE

* pour le Crétacé :* elle a mis en évidence des zonesbroyées délimitant parfois des com-partiments aquifères qu'elle a con-tribué à vidanger - débit d'exhauremoyen de 3 1/s, montant parfois à121/s-* elle a permis de récupérer les par-ties dures de ces terrains et d'enappréhender les caractéristiques mé-caniques et d'abrasivité.* pour le Trias :* ele a mis en évidence la grandehétérogénéité de ces terrains - d'ail-leurs prévue - et a permis de biencirconscrire les problèmes qui seposeraient pour la réalisation du futurtunnelPour résumer :* Le Trias inclut la présence d'impor-tants paquets de calcaires crétacé oujurassique emballés dans des argiles.En dehors des zones de transition, leurcomportement est voisin de celui desécailles mères.* Les 2 faciès principaux du Trias pro-prement dit sont :* le Trias gréseux où des bancs degrès renforcent le matériau,* le Trias argileux au comportementplus plastique mais recoupe de façontrès biaise et sur une longueur de l'or-dre de 40 m.La difficulté d'interprétation des me-sures réalisées dans le Trias avec unegalerie en fer à cheval traversant desterrains hétérogènes avec une inci-dence très faible par rapport au pen-dage, a conduit à réaliser un rameaud'essai circulaire d'environ 3 m dediamètre. L'orientation du rameau aété choisie de façon à rechercher lemieux possible une bonne homogé-néité du terrain encaissant.Dans le même temps, l'excavation dela galerie de reconnaissance initiale aété stoppée et remplacée par la réali-sation d'un sondage carotté horizontal(environ 157 m de longueur) poursuivijusqu'à la rencontre du jurassiquemassifPour des raisons de délai, le rameaud'essai a tout d'abord été excavé àl'aide d'une petite machine à attaqueponctuelle Westphalia du type blai-reau.Du fait des inconvénients apparus -pour l'essentiel, découpe circulairedifficile, difficultés de déplacementdans une section aussi petite et surtoutpour finir, destruction du radier circu-laire de béton projeté situé sous leschenilles lors des phases d'excavationdes anneaux suivants - les derniersmètres de ce rameau ont été excavésmanuellement.L'instrumentation de ce rameau d'es-sai est définie à la figure 3.6.Elle incluait 11 sections de conver-gence relative, 2 sections d'extenso-mètres en forage et 2 sections de cel-lules de pression totale, cet ensembleétant isolé par deux zones de garde


,' / ' / / . j ' . ' 7i n .' i / ' '

d'environ 5 ml de la galène d'appro-che d'une part, du fond du rameau,d'autre part

1.3.2 Principaux résultats obtenus dansle rameau d'essai et dans la galeriede reconnaissance initialeDu fait d'incidents de chantier liés àl'utilisation de la pente machine à atta-que ponctuelle et d'une géologie très

Meneur de la galène

Fig 3 6 - Galerie d'essai

Convergences absolues E{3 extensomètree /section)

Boulon* SWEUEX L*2m

finZone de raccordement Section d essai I avec

boulons

15 ni

15m

1 5 m

15m

Section d essai 2 sansboutons

Section de garde(idem section 2}

- Section de cellules GLOTZ(12 cellylll /section)

~ Section de convergences relotivt{espacement moyen I 50 m )

.Section (la plus circulairepossible )

SLOTZ I SLOTZ 2I I I I I I I I I 1

Cl CZ C3 C4 C5 C6 C? CS C9 C!0

Boulons SWEUEX L = 2m

Béton projeté 5cmt treillis soude 150x100x 2 S ou 3 mm

hétérogène, les résultats des différen-tes mesures sont parfois dispersésLes valeurs moyennes représentati-ves obtenues pour les différentes me-sures sont

a) Convergences dans le rameaud'essaiLes plots ont été sceEés au moment dela mise en place du béton projeté, ilsrestituent donc le déplacement du ter-rain soutenu.Le profil de convergence GRE 8 a étéconsidéré comme représentatif ducomportement du Tnas argileux (leplus faible)

b) Extensomètres en foragedu rameau d'essaiLa figure 38 fournit les résultats dedéplacement du dispositif EB avec ousans utilisation des convergences re-latives précédentes

(cm)

Fig 37 - Convergence du profil CRE 8

(x=lm)x est la distance front- plot à la pose

— 2-5

/__/_ 3-4,2-5,4-6,1-4,3 6

Z 6,1-5,1-3

Temps (jours)28 42 66


La principale conclusion des résultatsd'extensométrie est que les déforma-tions restent très faibles à 6 m deprofondeur (# 2D) et se cantonnentessentiellement dans une zone circu-laire épaisse de 4 à 5 m. Le schéma dedéformation restitue la direction duchargement principal qui résulte dupendage des couches.

c) Les mesures de pressiondu rameau d'essaiLa figure 3.9 fournit le résultat du profilGLB le moins perturbé par les inci-dents de réalisation.Globalement, on peut dire que l'ordrede grandeur des pressions dévelop-pées à l'interface terrain/soutènementva de 02 à 0,5 MPa, exception faite desfortes pressions locales probablementdues à des contacts ponctuels au ni-veau de la cellule.

Fig 3.10 EVOLUTION DES PRESSIONS (GLB)

14.00

10.00

6.0Q

ZOO119/3/89

Dote

Fig. 3.9 - Distribution d»s pressions

(au 26.06.89)

4

d) Observations faites dans la galeriede reconnaissance initiale (galerie enfer à cheval) :- les profils de convergence implan-tés dans le Crétacé ou le Trias bréchi-que se sont rapidement stabilisés àdes convergences faibles,- les profils de convergence du Triasargileux ont montré des convergen-ces variant de 3,5 cm (mise en placerapide du soutènement) à 5 et même à8 cm selon que le soutènement étaitmis en place respectivement après4,5 m ou 13 m d'avancement,- pour ce qui concerne les profils d'ex-tensométrie, l'analyse des résultatsmontre que la zone perturbée n'ex-cède pratiquement pas 6 m autour del'excavation et que logiquement, dufait de la forme de la galerie, les plotssitués en piédroit convergent davan-tage que ceux situés en voûte.

1.3.3 Exploitation des mesureset simulation du creusementdu tunnel- L'exploitation des mesures effec-tuées a débuté par celle des essais deplaque.

Deux types de comportement ont ainsipu être distingués :- celui d'un milieu très déformablecorrespondant au Trias argileux avecun module de déformabilité de 310 MPaenviron,- celui d'un milieu plus résistantavec un module de déformabilité de600 MPa ; les observations faites ontconfirmé la présence de bancs degrès dans cette zone.Cette première fourchette de caracté-ristiques mécaniques a servi ensuite àencadrer le comportement à courtterme du Trias et à guider la démarchepour la suite de l'exploitation

-Dans une deuxième étape de rai-sonnement, les déplacements mesu-rés dans le rameau circulaire, ainsi queles pressions obtenues à l'interfacebéton-terrain ont été utilisés pourcaler la valeur du taux de déconfine-ment au front de taille Xo. A profon-deur importante, et pour des terrainsà caractéristiques faibles au cisaille-ment, il fallait s'attendre à une valeurde Xo assez élevée.Selon les 2 hypothèses de terrain défi-nies par l'essai de plaque, avec unevaleur de Ko (coefficient de pousséedes terres au repos) de 0,7, et une rigi-dité Ks du soutènement variant dans lafourchette de 60 à 630 Mpa, la confron-tation résultats théoriques et mesuresa permis de retenir pour Xo une valeurde 0,6.

- Enfin, une troisième étape de raison-nement a étudié le comportement àcourt et à long terme du terrain à l'aided'une analyse de type viscoélastique.Pour le rameau d'essai, les hypothèsessuivantes ont été retenues :- un avancement régulier moyen de0,3 m/j (valeur conforme avec l'avan-cement constaté in situ),

- une influence du front de taille obéis-sant à la loi

avec Xo = 0,6,- un état de contraintes initiales iso-trope (cette hypothèse autorise l'ap-proche analytique complète de ladéformation),- le soutènement est mis en place aufront de taille.Deux cas ont été traités :- le cas Trias argileux avec Eo = 300 MPaet E«> = 200 Mpa qui, avec des soutè-nements Ks = 60 MPa ou 300 MPa, four-nit le résultat présenté en figure 3.1 1 :Les valeurs théoriques sont assez con-formes à la fourchette de mesures. Leshypothèses de modules du terrainpeuvent sans doute être considéréescomme les valeurs les plus bassesque l'on doit s'attendre à rencontrerdans le Trias argileux.- le cas Trias renforcé (gréseux) avecEo = 300 MPa, E°° = 400 MPa, Ks =60 MPa ou 300 MPa (fig. 3.12).Le second jeu d'hypothèses permetun bon calage avec les résultats deconvergence observés.- A l'issue de cette 3° phase de l'ana-lyse des résultats, on a pu conclureque les paramètres mécaniques lesplus représentatifs du Trias sont res-pectivement :- pour le Trias argileux :

Eo = 300 MPa : E°° = 200 MPa- pour le Trias gréseux :

Eo = 600 MPa : E«> = 400 MPaCes valeurs sont représentatives dela déformabilité générale du massifautour de la galerie, en intégrant seshétérogénéités. Elles seront utiliséespour le calcul complet du tunnel auparagraphe suivant.


Ftg 3 II - Comparouon mesure^- Iheorn vncoeloaitquB

Profil CREB

(cm)

Vttco _ Kt = 63 MPo

Vtico.K«:3l3MPa

(cm)

Fig 3 IZ - Comporotton maiures - théorie vncoa'lostiqu»

Profil» CRE9 . CRE10 - CREII

Viieo-Ks = S3 MP»

Vlico - Kl : 313 MPo

Temp» (jours)

1.4 SIMULATION DU CREUSEMENTDU TUNNEL

Comme indiqué précédemment etpour des raisons de délais, l'interpréta-tion de la galerie de reconnaissances'est terminée pratiquement pendantla phase d'appel d'offres des travauxde génie civil du tunnel.Dans ces conditions, l'application desrésultats de la galerie au projet du tun-nel s'est faite de la façon suivante :a) - contrôle du dimensionnement dela section type G prévue à l'appeld'offres,b) - modifications de détail de quel-ques spécifications techniques con-cernant la coupe type G du dossierd'appel d'offres,c) - report en phase travaux de laconception d'une éventuelle coupetype G' d'une part, profitant pleine-ment des enseignements de la galeriede reconnaissance et d'autre part, pré-sentant des sujétions moindres pour lechantier.Ce dernier point est développé dansl'article.

Les 9 étapes ont été les suivantes :* gâteries de base :* passage du front de taille* soutènement* effet du temps - réalisation de laculée.* Demi-section supérieure :* passage du front de taille* soutènement et rôle des boulons* effet du temps.* Demi-section inférieure :* passage du front de taille* fin du soutènement - effet du temps.* mise en place du revêtement :* calcul à long terme.Le maillage général est défini à lafigure 3.14.

Fia 314 - Meillogi gintrol

Le calcul effectué à partir des valeursmécaniques basses du Trias argileux(voir 1.4.1), en utilisant les modules dedéformabÙité globaux afin d' "homo-généiser" l'ensemble de la zone laplus proche du tunnel a permis deconforter la validité de la section Gprévue tout en attirant l'attention surcertains aspects particuliers :- les efforts en base de demi-sectionsupérieure sont importants et ne pour-raient pas être encaissés par le terrainseul, dans le cas des formations lesplus tendres, rencontrées sur près de60 m,- la forte sollicitation du soutènementdes galeries latérales nécessite deprévoir un blindage de répartition,voire un béton de bourrage ou un bou-tonnage vertical,- la limitation des convergences endemi-section supérieure supposedans le calcul, un soutènement parfai-tement coEé au terrain et mis en placetrès près du front ; cette condition n'estremplie in situ que si l'excavation dechaque travée n'est réalisée qu'aprèsbétonnage complet de la précédente

1.4.1 Le contrôle du dimensionnementde la section type G

La section type G prévue à l'appel d'of-fres dès son origine comportait uneexcavation divisée en 4 phases repré-sentées sur la coupe de la fîg. 3.13.En particulier, elle prévoyait la réalisa-tion préalable de 2 culées latérales deréalisation contraignante, mais permet-tant ensuite de réaliser le reste del'excavation pratiquement en continuavec les mêmes moyens d'excavationque pour le Crétacé.Le contrôle de la section a été effec-tué à l'aide du logiciel César du LCPC,qui a permis de simuler chacune des9 étapes du creusement/soutènementet de contrôler pour chacune d'elles ledimensionnement des soutènementsprovisoires et des revêtements défini-tifs.

CINTRE HEB 200Répartition longitudinale 0.6O à 1.00m

B&cn dffl bîoccgsSoutènement typa 1 Ploques da blindage_____Soutènement type 2 Béton projet* ip= moyam 017

Treillis ioud< 05«150«15O

Fig 313 COUPE TYPE G + PHASAGE D'EXCAVATION


Fig. 3.15 - CADRE GEOLOGIQUE

Lt Colltt deBlouuic

et que si le soutènement est renforcépar un boutonnage en voûte,- le radier de revêtement est soumis, àlong terme, à de fortes contraintes etde ce fait l'épaisseur prévue de 0,50 ma dû être augmentée.

1.4.2 Modifications des spécificationstechniques du dossier d'appel d'offreset coûts des études liées à la galeriede reconnaissance

L'ensemble des informations précéden-tes a été transmis aux entreprisesconsultées en cours d'appel d'offres,tandis que le contenu du dossier deconsultation était modifié afin deprendre en compte les modificationsque ces études généraient pour lacoupe type G.Les principaux coûts liés à la galeriede reconnaissance sont :- excavation, soutènement de la gale-rie d'approche et de reconnaissanceainsi que du rameau d'essai :

12 MF HT valeur 1988,- instrumentation, essais, interpréta-tions des essais et contrôle de la sec-tion G :

3 MF HT valeur 1988.

2 - DESCRIPTIONHYDROGÉOLOGIQUEDU SITE

2.1 - PRESENTATION GÉNÉRALE

Le tunnel de Monaco s'inscrit dans leschaînes subalpines de l'Arc de Nice, nintéresse l'écaillé jurassique du MontCamps-de-l'Allée au Nord et la cou-verture crétacée du Mont Fourche auSudL'ouvrage traverse, en particulier, lechevauchement qui limite ces deuxunités et les faciès triasiques qui jalon-nent le contact tectonique.Les trois formations concernées ont uncomportement hydraulique bien dif-férent. Le Trias est relativement imper-méable et cloisonne deux aquifèresdistincts :- un aquifère jurassique très karstifîé,- un aquifère crétacé fissuré.

2.2 - INVESTIGATIONS EFFECTUÉES

Les contraintes hydrogéologiques ontété examinées dès l'origine du projet,compte tenu des observations suivan-tes:• le massif jurassique a déjà fait l'objetdans le passé de brutales mises encharge ayant posé des difficultés autracé autoroutier qui longe son flancnord,• des points d'eau existent à une coteélevée sur le versant crétacé méridio-nalHormis les relevés spécifiques etles sondages de reconnaissance ef-fectués dans le cadre de l'étudegéologique du tracé, l'approche hydro-géologique est restée relativementgénérale. L'objectif était de fournir unesynthèse fiable des conditions dedrainage du massif, afin de déduire lesparticularités locales et de prévoir lanature des contraintes susceptibles deconcerner le projet.A cette fin ont été utilisés les résultatsd'une recherche bibliographique etd'une enquête élargie, ainsi que lesnombreuses observations révéléespar les reconnaissances antérieuresdu tracé autoroutier et par les recher-ches d'eau effectuées à l'Ouest, sur lacommune de La Trinité.

2.3 - CARACTÉRISTIQUESHYDROGÉOLOGIQUES

2.3.1 - L'aquifère jurassique

Le massif jurassique du Mont Camps-de-l'Allée correspond à un flanc d'an-ticlinal, à pendage général vers leNord et rabotage au Sud le long duchevauchement (voir figure 3.15).n s'agit d'un impluvium de 7,5 km2, àorientation générale Est-Ouest (voir fi-gure 3.16). Son évolution aérienne estancienne et sa karstification est trèsévoluée (dolines, vallées sèches, cavi-tés). Le massif offre un taux d'infiltra-tion élevé ; il est dépourvu d'hydro-graphie de surface, à l'exceptiond'un vallon allochtone (le ruisseau duLaghet) qui entaille sa bordure nord-est et fait l'objet de pertes nombreu-ses.Ce réservoir aquifère est étanché enfond par les argiles triasiques et barrélatéralement par les assises crétacéespériphériques (marne cénomanienneau Nord et mamo-calcaire turono-sénonien au Sud). Une couverture demarne pliocène détermine en outre unécran supplémentaire à son extrémitéoccidentale (voir figure 3.16).

Fig. 3 16 -PLAN GENERAL DE L'ECAILLE JURASSIQUEDU MONT CAMPS-DE-L'ALLEE

I I Jurassiique Q Soui

Chevauchement Q Doltne Q

—-;) Vallée sèche

» Cavité'

Perte de valion


Le soubassement triasique présenteun rapide plongement d'Est en Ouest,Me à l'abaissement d'axe de l'anticlinaljurassique vers l'Ouest (voir fig. 317).fl jalonne par contre le chevauche-ment méridional jusqu'à une cote éle-vée, au moins en partie orientale oùdes sondages l'ont décelé à faible pro-fondeur (voir fig. 3.18).Au droit du chevauchement, la per-méabilité du Trias est en fait toute rela-tive, compte tenu du laminage de sapartie basale, du broyage des terrainset de la fréquence des lentilles dolo-mitiques.Les conditions aux limites sont égale-ment imprécises au niveau des acci-dents transversaux qui découpent lemassif suivant une direction subméri-dienne et facilitent les fuites à la faveurdes décalages de bordure.La structure générale du massif con-ditionne un drainage profond versl'Ouest ; la nappe devient captive sousla couverture marneuse (Pliocène etCénomanien) et participe à l'alimenta-tion des aquifères du Paillon. Uneémergence exceptionnelle est d'ail-leurs localisée dans cette zone, à lacote 130 NGF (Fuon Santa) (voir fig.3.17).Un drainage secondaire existe sur lerebord septentrional de l'écaillé où lesaccidents transversaux permettent lesdébordements de trop-plein à unecote supérieure :- Renna, à la cote 200,- Ardisson, à la cote 250,- La Borne Romaine, à la cote 300.Un exutoire élevé flanque enfin leflanc sud de l'écaillé, au droit de lafaille Peille-Laghet, en suralimentationde la source crétacée de Fuon Roussa.Le fonctionnement de cet aquifère estmal connu par manque de donnéespiézométriques et de suivis aux exu-toires. Les diverses informations re-cueillies ont par contre permis deproposer le modèle suivant qui consi-dère deux secteurs distincts, de part etd'autre de la faille régionale Peille-Laghet (voir fig. 3.16).- à l'Ouest de la faille, la nappe karsti-que est libre au droit de l'affleurement,puis devient captive sous sa couver-ture marneuse. Sa pente est décaléeen gradins successifs par les multiplesaccidents transversaux La zone noyéese développe vers l'Ouest et le Nord ;elle est barrée par le chevauchementau Sud. Son drainage profond estcomplexe et méconnu, mais ses dé-bordements ont été observés à deuxniveaux :- de façon exceptionneEe à l'Ouest(Fuon Santa), vers la cote NGF 130, cequi témoigne d'un bon drainage pro-fond,- de façon plus régulière et à une cotesupérieure (200 à 300 NGF), par lespoints de fuite liés aux accidentstransversaux Ce mécanisme permet

Fig- 3.17- PROFIL EN LONG DE L'EXTREMITE OCCIDENTALEDE L'ECAILLE DU MONT CAMPS - DE - L'ALLEE

Trio* J»fCMlis«ttJ Cr»'Joc«*

Cr«We» Pfïoeis*iapVrftsT

fs-.Mt Pittamtitlt

d'entrevoir leur rôle de barrage relatifvis-à-vis des circulations principales,du moins lors des crues.• à l'Est de la faille, la nappe est libre etdevient captive sous sa couverturecrétacée septentrionale.Aucun exutoire n'est connu dans cettezone, même dans le secteur du ruis-seau de Laghet où la faille majeure met

le Jurassique en contact avec le Cré-tacé à la cote NGF 300.Des éléments contradictoires sont misen évidence dans cette partie du mas-sif:- d'une part l'absence d'exutoiredans le ruisseau du Laghet, maisune source temporaire de fond n'estpas exclue en l'absence d'une

Fig 3.18 - COUPES SERIEES DE L'ECAILLE DU MONT CAMPS-DE-L'ALLEE

La Lar«


surveillance des débits qui transitentdans le vallon.La limitation des mises en charge dumassif est entre les cotes 290 et 400,piézdmètres SC4 et SC5 secs auxcotes 288 et 340, puits de fondation duviaduc de Borriglione sec aux cotes350 et 364).- d'autre part, des remontées sensiblesde la nappe ont été mises en évidencesur la bordure méridionale de l'écaillé,au toit du Trias dans un certain nombrede forages (remontée au-dessus de lacote 300).C'est dans cette zone orientale que sedéveloppe le tunnel de Monaco. Auniveau de la prévision, deux hypo-thèses distinctes ont été émises :1) une mise en charge temporaire dumassif, accentuée par le rôle de bar-rage relatif de plusieurs accidents,sateEites de la faille Peille-Laghet Lanappe serait alors décalée en gradinstransverses lors des pointes pluvio-métriques. Cette hypothèse est pour-tant très peu vraisemblable et s'intè-gre mal dans le schéma d'ensemble.2) un stockage temporaire dans unaquifère épîkarstique. Cette hypothèseest beaucoup plus vraisemblable,compte tenu de la décompressiongénérale qui affecte la bordure ex-terne de l'écaillé et de la pollutionsuperficielle du réseau de fractures.Elle permet en outre d'expliquer lessuralimentations de versant qui s'ob-servent à des cotes élevées.

2.3.2 - L'aquifère crétacé

Le Crétacé situé immédiatement aufront de chevauchement correspond àune formation d'âge Turonien. 1 s'agitd'un calcaire en petits bancs, interca-lés de lits et niveaux de marne etmarne-calcaire.La série offre un pendage général versl'amont, mais les contraintes tectoni-ques sont responsables d'une intensefracturation et de multiples micro-plis-sements.Du point de vue hydrogéologique, laformation se comporte comme unaquifère multicouche très comparti-menté, en raison des nombreuses ani-sotropies de perméabilité résultant del'importance et de la répartition spa-tiale des lits marneux, des fracturesrocheuses, des broyages de la rocheet des plissotements ou écrasementsde la série.Les écoulements souterrains sont malhiérarchisés et se traduisent par desexutoires multiples, étages et à débitlimité. Deux zones d'émergence sontlocalement reconnues sur le versant :- source terrienne, à la cote NGF 110,- source de Fuon Roussa, à la cote NGF515.Une partie du drainage est vraisem-blablement relayée de façon occultepar les placages ébouleux et permet

d'entretenir des écoulements de val-lons en pied de versant.Les forages de reconnaissance réali-sés sur l'axe du tunnel sont restés dansla zone dénoyée et n'ont mis en évi-dence aucune contrainte particulière.

2.4 - PROBLÈMES D'EXÉCUTION

L'avancement progressif de la galeriede reconnaissance, puis de l'ouvragedéfinitif, du Sud vers le Nord permetde présenter dans cet ordre les obser-vations hydrogéologiques offertes parle creusement.

2.4.1 - Traversée du CrétacéAprès un avancement de 200 m sansproblème, la galerie de reconnais-sance a traversé un Crétacé très aqui-fère entre les PM 200 et 280. Les débitsont varié de la façon suivante :- 3 à 51/s entre le 12-8-88 et le 17-8-88jusqu'au P.M 217,- 6 à 10 1/s au-delà et jusqu'à la finseptembre,- persistance des écoulements par lasuite, avec une valeur résiduelle stabi-lisée à 3,5 1/s.La figure 3.19 visualise cette évolutionet permet de constater que le volumed'eau exhauré totalisait 46.308 m3 à lafin novembre et que les arrivées d'eausont restées totalement indépendan-tes de la pluviométrie.Au-delà du P.M. 280, le terrain crétacés'est avéré sec et n'a présenté que derares arrivées d'eau, très ponctuelle-ment et de faible débit.La vidange du bloc aquifère par lagalerie de reconnaissance a permisde réaliser sans contrainte la demi-section supérieure du tunnel. Lors del'excavation de la demi-section infé-rieure, la même contrainte est apparueavec des arrivées d'eau de 10 1/s enpointe, puis une stabilisation progres-sive vers un débit de l'ordre de 31/s.

Ce problème est attribué à l'existenced'un "bloc" aquifère, barré par deshétérogénéités lithologiques et struc-turales. Le barrage frontal s'est d'ail-leurs nettement révélé en galerie sousl'aspect d'un écran argilo-mameux.Les sondages préalables et d'autresforages réalisés latéralement lors destravaux de creusement sont tous res-tés secs jusqu'au niveau de la galerie,confirmant ainsi l'extension réduite du"bloc" aquifère en charge. L'alimenta-tion de ce réservoir est très largementassurée par une fuite supérieure duJurassique (au niveau de l'épikarst),les débits observés étant sans com-mune mesure avec l'impluvium im-médiat du Crétacé. Initialement, cetécoulement était vraisemblablementrelayé par le paléothalweg remplid'éboulis mis en évidence par les tra-vaux à proximité immédiate.

2.4.2 - Traversée du Trias

Le Trias est fortement laminé et loca-lement riche en lentilles rocheuses(dolomie et cargneule), irrégulière-ment réparties dans une matrice argilo-marneuse. Sa fracturation et son injec-tion bordière le rendent pratiquementindissociable de la frange de terrainbroyé qu'il jalonne.Ces caractères lithologiques de laformation laissaient craindre l'existen-ce de lentilles et zones fracturéesdevant jouer le rôle de réservoirs àcharge variable. En fonction de leuragencement au sein de la matrice argi-leuse, ces masses perméables peu-vent être totalement dépourvuesd'exutoire ou laisser filtrer de faiblesdébits dans le Crétacé sous-jacent.Les forages de reconnaissance ontconfirmé ce schéma et ont révélé despetites nappes captives à pressionvariable pouvant atteindre jusqu'à70 m au-dessus du tunnel (voir figure3.20).

Fia. 3.19 - REPARTITION DES DEBITS EXHAURES PAR LA GALERIEA LA TRAVERSEE DU CRETACE

Valumt KtMurt

•

4.

3.

2.

1 .

0.

PU

4.0871»' 24.895 m' 9850m' 7.776m3 Jf " 1 * 1

d.'bil (1/1 )

\-J \i

~^JJ\

1| pluyieiHtri* ïrara}

J lI

1

2OO 217 232 298 379 45J

AOUT 1988 1 SEPTEMBRE 1988 ' OCTOBRE 1988 I NOVEMBRE 1988

40

30

20

to0


Fig 3 2O AQUIFERE DU CRETACESC2"

PM424 PM368 RM 280 PM203

L'avancement a donc été fait avecprudence, en prenant soin de procé-der à des forages de reconnaissance.La première venue d'eau a été consta-tée au PM 368 et sa forte teneur ensulfates (118 mg/1) a permis de la rat-tacher au Trias. Au PM 424, le tubepiézométrique du sondage SCI a étérecoupé, libérant un débit de 11/s jus-qu'à la vidange complète de la poche.D'autres lentilles ont été percées etvidangées. Les débits de pointe sonttoujours restés inférieurs à 6 1/s etl'écoulement résiduel est de l'ordre de2 1/s.

Sortie d'eau de la galerie.

2.4.3 - Traversée du JurassiqueLa traversée du Jurassique n'a poséaucune difficulté d'ordre hydrogéolo-gique, confirmant ainsi la profondeurde la nappe. L'absence de suivi pié-zométrique ne permet pourtant pas deprévoir les risques ultérieurs d'unemise en charge excessive de la nappepouvant atteindre la cote du tunnelLes seules arrivées d'eau constatéesfont suite à des épisodes pluvieux.Elles concernent des conduits detransfert vertical des infiltrations re-coupés par la galerie ; la principale deces venues d'eau est située en radier,près du contact avec le Trias.

La karstification de ce massif a enoutre une nouvelle fois été confirméepar la découverte d'importantes cavi-tés le long du tracé.

2.8 - CONCLUSION

L'étude hydrogéologique préalable apermis de bien apprécier les risqueset les contraintes d'exécution, tout enménageant la sécurité du chantier.Les informations recueillies en coursd'avancement ont été intégrées auxrésultats de la synthèse et ont conduità des hypothèses réajustées et uneconnaissance de plus en plus fiable dumilieu concerné.Aucune surprise sérieuse n'est appa-rue sur le plan hydrogéologique. Lagrande profondeur de la nappe juras-sique a été confirmée et les indices deremontée constatés par ailleurs doi-vent être reliés à une nappe épikarsti-que de bordure dont la vidange parti-cipe à l'alimentation de petites nappesperchées et/ou piégées dans les"blocs" perméables du Trias et duTuronien sous-jacents. De tels blocsont été recoupés par la galerie ; s'ilsétaient prévisibles au niveau du Trias,rien n'avait par contre permis de pré-voir le petit réservoir crétacé dontl'exutoire était occulté par les éboulisde pente.Le débit moyen de la galerie a étéstabilisé à environ 3-4 1/s ; il provientdu Trias et du Turonien qui montrentdes régimes distincts :- le débit du Trias augmente sensi-blement à la suite des épisodes plu-vieux, ce qui traduit des circulationsrapides et un renouvellement depuisl'épikarst jurassique,- le débit du Turonien ne varie prati-quement pas, ce qui est tout à faitconforme au rôle tampon classique-ment joué par cet aquifère qui amortitles pointes de recharge.

Quant au Jurassique, il ne fournit quedes petits débits ponctuels à la suited'orages violents (transmission rapidedes infiltrations dans des conduits ver-ticaux recoupés par le tunnel).

3 - LES RECONNAISSANCESPENDANT LES TRAVAUX

Les sondages de reconnaissance réa-lisés lors des études d'avant-projetainsi que les observations faites dansla galerie de reconnaissance ont per-mis de parfaitement caler la structuregénérale et d'acquérir les connaissan-ces suffisantes dans les matériaux duCrétacé et du Trias pour exécuterdans de bonnes conditions l'ouvrage.Toutefois, avant le déroulement d'unchantier tunnel, il est classique d'avoirrecours à des sondages de reconnais-sance. Le tunnel de la Bretelle deMonaco, de par l'importance de sasection et la complexité géologiquedes terrains rencontrés a nécessité laréalisation de reconnaissances origi-nales permettant d'acquérir sans en-trave au bon déroulement du chantierdes éléments fiables et rapides.Dans cet article ne seront décrites queles reconnaissances originales. H fautnéanmoins noter que des levés defront, sondages de reconnaissance àl'avancement et autres reconnaissan-ces classiques ont également été exé-cutés.

1 ) MARNO-CALC AIRES DU CRÉTACÉ

Durant les travaux aucune reconnais-sance complémentaire n'a été néces-saire.

2) TRIAS

La galerie de reconnaissance avaitpermis de déterminer que le contactTrias-Crétacé était biais par rapport àl'axe du tunnel et présentait un pen-dage accentué.En effet, ce contact s'effectuait par l'in-termédiaire d'une faille inverse mesu-rée en galerie de reconnaissance àNord 40 65° Est.Afin de parfaitement caler la section G*et son PM de début une reconnais-sance géophysique a été effectuée.

Rg.32l ESQUISSE STRUCTURALE

ECAILLE JURASSIQUE

AVANT PAYS CRETACE


Description de la méthodeLa méthode utilisée est celle des pan-neaux électriques. Elle permet de re-connaître une tranche de terrain audroit d'une série de couples d'élec-trodes de réception.Après injection d'une impulsion élec-trique à droite puis à gauche d'un cou-ple d'électrodes, on obtient une répar-tition des résistivités apparentes enprofondeur suivant un plan passantpar toutes les électrodes de réception.Cette méthode ne permet pas dedéterminer les épaisseurs des diffé-rentes entités. Par contre, elle permetde mettre en évidence toute anisotro-pie, anomalie conductrice, faille, etc.

Reconnaissance exécutéeCette campagne a été exécutée dansla galerie de reconnaissance lors del'excavation de la demi-section supé-rieure du Crétacé.Sur le parement Ouest, 11 électrodesde réception ont été implantées tousles 5 m ; alors que sur le parement Est12 électrodes ont été disposées avecle même écartement. Ces électrodesont été fixées derrière le revêtementde béton projeté, en évitant la proxi-mité des cintres métalliques.

Résultats obtenusLes résultats obtenus sont reportés surle schéma 3.22 qui corrèle les observa-

tions effectuées en galerie de recon-naissance et les résultats des mesuresde résistivités apparentes.Cette étude a permis de parfaitementcaler le début de la section G' auPM490.En effet, à partir de ce PM on observeune chute très nette des résistivitéscorrespondant à des matériaux trèsconducteurs (argiles et lignites duTrias et terrains broyés).Le biais du contact, bien confirmé parl'étude influe très peu sur les résistivi-tés mesurées en avant du PM 490.

3) JURASSIQUE

Les calcaires, calcaires dolomitiqueset dolomies de la série Jurassiquen'avaient fait l'objet au cours desétudes d'avant-projet que de quel-ques reconnaissances ponctuelles parsondages carottés.Leurs structure et nature étaient parfai-tement connues et la topographie duversant (tunnel quasiment parallèle àla ligne de plus grande pente et cou-verture passant de 0 à 300 m sur les900 premiers mètres) a rendu impos-sible la réalisation de reconnaissancede surface par moyens géophysiquesqui aurait peut-être permis de décelerl'accident du PM 810.Au cours de l'excavation des 800 pre-miers mètres en demi-section supé-rieure, un certain nombre d'indices

Fig 3 22 CORRELATION MESURES DE RESISTIVITEOBSERVATIONS REALISEES DANS LA GALERIE DE RECONNAISSANCE

AXE CONDUCTEUR(COOTACT TRIAS I

AXES CONDUCTEURS(TOCTORATON)

470.

PI .__f \__- P2

COUPE OU TUNNEL

88

SUD DU TUNNEL - Auscultation électrique en parement

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 110 — MARS/AVRIL 1992

karstiques avait été rencontré (chemi-nées verticales, poches remplies d'ar-gile, faciès broyés avec concrétions-.).Afin de s'assurer qu'aucun vide impor-tant n'avait été laissé derrière lesparois de l'excavation, une étudemicrogravimétrique a été effectuéebien avant la découverte de la zonekarstique du PM 810. Cette dernièren'a fait que confirmer les doutes et lanécessité d'avoir une connaissanceplus précise de la karstification dumassif

Description de la méthode

Cette étude avait pour but de contrô-ler la présence éventuelle de karstsdans une enveloppe de 6 m autour dutunnelL'auréole de 6 m correspond à la zoneau-delà de laquelle tout éboulementou écroulement éventuel d'un réseaukarstique ne peut plus avoir d'influen-ce sur l'ouvrage, fl s'agissait donc d'iso-ler le tunnel de toute évolution poten-tielle de ce réseau karstique.Une étude gravimétrique consiste àeffectuer à la surface du sol, à l'aided'un gravimètre, des mesures relati-ves très précises d'attraction duchamp de la pesanteur, qui sont enrelation directe avec les variationsglobales de masse existante dans lesous-sol.La présence à faible et moyenne pro-fondeur de vides ou de terrainsdécomprimés se marque par unediminution locale du champ de lapesanteur (anomalies dites "négati-ves").Les mesures et calculs ont été réalisésdans les conditions suivantes :- Les points de mesures, réalisés à lïn-térieur du tunnel, ont été nivelés avecune précision de 1 cm,- L'ensemble des relevés gravimétri-ques a été rattaché à un point de baseauquel a été affectée arbitrairement lavaleur 0,- L'appareil utilisé est un microgravi-mètre Lacoste et Romberg à réglageélectronique du niveau, modèle Dn° 156, permettant la lecture du mil-liardième de "g" avec une précisionde 2 à 3 microgals et la détectiond'anomalies à partir du centième demilligal environ,- Suite aux relevés de terrain les cor-rections habituelles (altitude, latitude,dérive instrumentale et luni-solaire)ont été calculées, conduisant à l'obten-tion des valeurs de l'anomalie de Bou-guer brute,- Pour cette étude, des correctionsspéciales ont été calculées en tenantcompte du tunnel et de la topographiede surface. Ces corrections ajoutéesaux précédents résultats conduisent àla valeur de l'anomalie de Bouguercorrigée,Compte tenu de la méthodologie demesures et de l'ensemble des correc-

tions apportées, les résultats obtenusont une précision de l'ordre de 0,5 cen-tième de milligaL

Reconnaissances effectuéesDans le cas d'un tunnel, les défauts demasse peuvent se situer au-dessus,au-dessous ou sur le côté de l'ouvrage,fl est donc nécessaire de réaliser lesmesures à différents niveaux Ainsi, lesmesures suivantes ont été réalisées :- Au niveau du radier de la demi-section supérieure : 3 profils parallèles,l'un dans l'axe du tunnel et 2 autres à4,50 m de part et d'autre.- En rein : 1 profil de chaque côté.L'ensemble des mesures a concerné323 stations gravimétriques.

Résultats obtenusL'exploitation des mesures a permis :- 1) De localiser le PM des anomalies(déficit ou excédent de masse, pré-somption de vide).- 2) De situer les anomalies par rap-port à l'excavation (voûte, radier, pié-droit ou rein).- 3) D'implanter les sondages à exécu-ter pour confirmer et reconnaître lesvides et pour déterminer les renfor-cements de soutènements nécessai-res.

Exécution des sondagesLes sondages destructifs définis à par-tir de l'étude microgravimétrique ontété exécutés selon la stratégie sui-vante :- 1) Exécution de sondages en petitdiamètre.- 2) En cas de reconnaissance de vide :- Réalésage pour observation aumoyen d'une caméra.- Eventuellement réalisation d'autressondages afin de déterminer l'exten-sion du vide.Ces sondages avaient pour longueur :- Zone cintrée- radier : 10 m à partir de la demi-section supérieure.- voûte et piédroit : 5 m.- Zone non cintrée- radier : 10 m à partir de la demi-section supérieure.- voûte : 10 m.- piédroit : 5 ou 10 m.En fonction des terrains rencontrés,ces sondages ont été prolongés au-delà des 5 et 10 m et dans tous les casau-delà des vides rencontrés.

Analyse des résultatsAfin d'avoir une vision globale de lagéologie du tunnel, ont été reportéssur le même document :- Les résultats de l'étude de microgra-vimétrie.- Les résultats de la campagne dereconnaissance.- Le synoptique du tunnel mention-nant les sections-types appliquées et

les principaux indices karstiques ren-contrés lors des phases d'excavation.L'analyse de ces éléments a permis deconstater :- Que les zones à anomalies micro-gravimétriques correspondaient dansla majeure partie des cas :- Soit à des zones qui avaient été cin-trées lors de l'excavation (faille, zonede broyage, faciès argileux).- Soit à des zones non-cintrées endemi-section supérieure mais qui ontdévoilé des karsts lors du terrasse-ment du stross.- Soit à des zones à faciès beaucoupplus argileux et qu'elles confirmaientdonc les observations faites lors del'excavation et les dispositions prisesdurant le chantier.- De définir le renforcement du soutè-nement de deux zones particulières :- Une zone non cintrée reprise en bou-lonnage secondaire.- Une zone cintrée reprise en injectionde béton de bourrage.- De vérifier et de confirmer, aprèsreprise de ces deux zones, qu'aucunvide important n'avait été laissé à l'ex-trados du soutènement provisoire.

4) CONCLUSIONS

L'expérience acquise sur le tunnel dela Bretelle de Monaco permet de cons-tater que les reconnaissances géophy-

siques exécutées à l'intérieur de l'ou-vrage et durant sa construction sontdes techniques :- Râbles ; elles permettent de répon-dre aux questions ou doutes que peutavoir tout Maître d'oeuvre sur la naturedes terrains et leur comportement du-rant la construction et tout Maîtred'ouvrage sur le comportement à longterme et donc sur la sécurité de l'ou-.vrage en service,- Rapides et peu contraignantes ; leurexécution n'entrave pas le déroule-ment du chantier puisqu'elles peuventêtre réalisées soit le week-end soitdurant les phases de travaux propicessans nécessiter ni de moyens lourds nid'arrêt de chantier et sans générer desproblèmes de sécurité,- fl s'agit également de techniques quipallient l'inadaptation ou la lourdeurdes moyens classiques de géophysi-que de surface à grande échelle em-ployés classiquement au stade desétudes d'avant-projet.Dans le cas présent elles ont permis :- De bien caler les soutènements parrapport à la géologie (PM de débutde la section G', reprise des soutène-ments dans les zones karstiques),- De maîtriser la quantité de sondagesde reconnaissance,- Et surtout, de s'assurer qu'aucun aléane subsiste dans la zone d'influence dutunnel.

PJc

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4

Fis 323 CORRELATION ETUDE MICR08RAVIMETRIOUEOBSERVATIONS EFFECTUEES EH SOUTERRAIN

Anomalie résiduelle en Cmgilta

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TUNNEL — MESURES ESI VCJTÏ

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TUNNEL

gÛZh, <f^n>Karsts repérés en terrassement

TETE NORD DU TUNNEL - MICROGRAVIMETRIE


Documents

LES RECONNAISSANCES - aftes.asso.fr · puis vérifier et adapter les sections types prévues pour le marché de creu-sement du tunnel, à l'aide d'un calcul ... tantn'avait été