Maîtrise d’œuvre de travaux en souterrain en région ... · La classe de résistance de la roche que doit ... Classe GTR : B5 h = 18,5 kN/m 3 h = 14,2 kN/m 3 W L = 26 % I

Résumé :Les auteurs font l’historique completde ce chantier de construction de la première galerie techniqueréalisée dans la zone Est de Reims.Ils décrivent les études préliminaires,les données géotechniques, le choixde la méthode d’excavation, lesmodèles utilisés pour le calcul dessoutènements (parois moulées etvoussoirs), les prévisions de tassements, les débits d’exhaureprévisibles, l’évaluation du coût des travaux, les procédures d’adjudication et les relations entre intervenants. L’article donneégalement les caractéristiques du tunnelier et des informations surles voussoirs, la sécurité sur chantier,les avancements, le planning des travaux, etc.

Abstract:PROJECT MANAGEMENT OF TUNNELLING WORKS IN THE REIMS AREA : THE CROIX-BLANDIN TECHNICALGALLERYThe paper summarizes the full storyof the first underground technicalgallery built in the Eastern part of Reims (France). The authors describe the preliminary design studies, the geotechnical data,the choice of the excavationmethod, the models used for thedesign of supports (diaphragm-wall,segments), the prediction of surfacesubsidence, the anticipated waterpumping rates, the cost estimate of the works, the bidding processand the relationship between all theinvolved parties. The paper also provides details on the TBM andassociated topics such as segments,safety, progress rate, time schedule,etc.

1 - INTRODUCTION

1.1. Origine du projetEn 1993, suite à décision de l’État de réali-ser le barreau Est reliant l’autoroute A4 à laRN 51, le district de Reims (aujourd’huiCommunauté d’Agglomération de Reimsou encore Reims Métropole) a confié à laSAEM Reims Développement (aujourd’huiAGENCIA) les études d’urbanisation desterrains agricoles situés à l’Est de la ville deReims, de part et d’autre de ce barreau à2x2 voies.

C’est dans ce cadre que s’inscrit la ZAC dela Croix Blandin, ainsi que le projet de gale-rie technique destiné à l’assainissement dece projet d’urbanisation.

A noter que cette ZAC accueille notam-ment la cité de l’Habitat, la Cité de l’Auto-mobile et le nouveau centre de tri de laPoste, parmi de nombreuses autres socié-tés du secteur tertiaire, artisanal et com-mercial. La forte poussée d’urbanisationactuelle de ce secteur de l’agglomérationrémoise, où la circulation automobile estdéjà très importante (présence d’un échan-geur avec l’A34), souligne tout l’intérêt dece projet d’assainissement en souterrain :

- minimisation de la gêne à l’usager pen-dant les travaux,

- atteinte des objectifs en termes de trans-fert des eaux pluviales et usées.

Les études préliminaires et d’avant projetsommaire ont examiné la possibilité depasser les réseaux EU et EP en surface avecdes postes de relevage et des bassins d’in-filtration ; cette conception n’a pas été rete-nue par le District de Reims, qui a optépour la réalisation d’une galerie profonde

afin notamment de conserver des écoule-ments gravitaires et d’éviter l’ouverture detranchées profondes sur de grands linéai-res. Par ailleurs, la galerie devait franchirune voie rapide 2x2 voies, ainsi qu'un fais-ceau de voies ferrées S.N.C.F.

Ces études préliminaires ont abouti à laconception, pour la collecte et le transit deseaux usées et pluviales de l’ensemble de laZAC, d’une galerie de 2,7 km de long, d’unpuits amont, d’un puits intermédiaire etd’un puits aval pour accéder à la galerie.

Le présent article présente la conception etla réalisation de la partie aval de cette gale-rie (750 ml environ), depuis le puits inter-médiaire jusqu’au puits aval.

2. CONCEPTION DU PROJET

2.1. Lancement de l’opérationLa Communauté d’Agglomération deReims (CAR) a notamment la compétenceEau et Assainissement pour le compte descommunes intégrées dans cette entité.

La CAR a confié à Agencia une mission demaîtrise d’ouvrage délégué pour l’urbani-sation de la ZAC de la Croix Blandin. Dansle cadre de cette urbanisation, Agencia alancé une consultation par appel d’offresouvert pour la maîtrise d’œuvre de concep-tion et de réalisation de la partie aval de lagalerie technique, à savoir un tronçon de750 m sur les 2,7 km prévus en phasefinale.

Le marché de maîtrise d’œuvre a été attri-bué à ANTEA en 2005 ; il est constitué deséléments de mission suivants :

Maîtrise d’œuvre de travaux en souterrain en région rémoise :

la galerie technique de la Croix Blandin

CHANTIERS

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 210 - NOVEMBRE/DECEMBRE 2008 475

B. DENIS - ANTEAP. MONTAGUT - CSM BESSAC

CHANTIERS Maîtrise d’œuvre de travaux en souterrain en région rémoise : la galerie technique de la Croix Blandin

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 210 - NOVEMBRE/DECEMBRE 2008476

Figure 1 : Vue en plan de la partie aval de la galerie

• PRO : études de conception de phaseprojet ;• ACT : Assistance au Contrat de Travauxcomprenant la rédaction du DCE et l’ana-lyse des offres travaux des candidats ;• VISA: visa des documents d’exécutiondes travaux ;• DET : Direction de l’exécution des tra-vaux ;• AOR : Assistance aux Opérations deRéception.

Il est à noter que la mission d’Ordonnance-ment, Pilotage et Coordination (OPC),généralement attribuée au Maître d’œuvreau titre des missions complémentaires, aété confié ici à une autre société spécialiséedans ce type de prestation.

2.2. Les études de conception Les études de conception ont compris plu-sieurs phases successives :

- Mise au point du programme de l’opéra-tion, - Elaboration du programme des investiga-tions géotechniques,- Synthèse géotechnique,- Modélisation et dimensionnement dessoutènements,- Plans des ouvrages,- Estimation du coût des travaux,- Etudes complémentaires.

2.2.1. Mise au point du programme de l’opération Cette phase a compris notamment :

• La détermination du diamètre fini de lagalerie au regard de la nécessité de la ren-dre visitable et circulable par un engin depetit gabarit ;

• La détermination du nombre de puits desecours : initialement il n’y avait qu’un seulpuits au centre du tracé aval ; au début de

Figure 2 : Vue aérienne du projet

la conception, un second puits a étéimplanté à la demande du Maître d’Ou-vrage afin de disposer d’un accès à chaquetiers du tracé ;

• La détermination de la nature et de laquantité des équipements requis pour l’ex-ploitation. Cette phase particulière requiertune bonne coordination avec le Maîtred’Ouvrage (futur exploitant), afin de com-prendre d’une part la finalité de l’ouvrageet la façon de l’exploiter. Les équipementssuivants ont notamment été étudiés :- Modalité de transfert des eaux usées etpluviales de la surface à la galerie située 10m plus bas,- Nature des équipements d’accès à lagalerie par le puits intermédiaire,- Nature des équipements de suivi d’ex-ploitation (chasse automatique, capteursde gaz, débitmètres…), - Nature des équipements d’exploitationproprement dits (éclairage, électricité, prised’eau AEP, système de communication).

2.2.2. Programmation des investigations géotechniquesANTEA a élaboré le cahier des charges desinvestigations géotechniques nécessairespour la conception du projet du point devue géotechnique et génie civil.

Le Maître d’Ouvrage Délégué a ensuitelancé une consultation spécifique pour cesreconnaissances qui comprenaient la réali-sation de sondages et d’essais en labora-toire : (voir tableau 1).

L’ensemble de ces reconnaissances avaitpour but :

• De reconnaître le terrain au niveau altimé-trique du passage de la galerie ;

• De préciser les caractéristiques méca-niques des matériaux pour le dimensionne-ment des soutènements ;

• De permettre le suivi, durant toute ladurée du projet, de la nappe de la craieinterceptée par la galerie, en recoupantnotamment ces mesures avec le suivi piézo-métrique effectué par ailleurs par le BRGMdans ce secteur.

puits avalSC2

2.2.3. Synthèse géotechniqueSur la base des résultats de ces reconnais-sances et de nombreuses recherchesbibliographiques, ANTEA a élaboré unesynthèse géotechnique du tracé. Cette syn-thèse a comporté les étapes suivantes :

• Compilation et analyse critique de l’en-semble des caractéristiques géoméca-

niques disponibles, en vue d’établir letableau des caractéristiques géoméca-niques retenues pour le DCE ;

• Définition du contexte hydrogéologiqueenvironnant ;

• Recensement du bâti environnant ;

• Recherche bibliographique des vestigesde guerre et des sites archéologiques ;

• Élaboration d’une maquette géotech-nique comprenant :

- Vue en plan avec implantation du bâti,des voiries, des réseaux, des sondages et

du tracé de la galerie ;

- Profil en long avec report des sondages,des couches de sols et de leurs caractéris-tiques mécaniques.

Le tableau de synthèse des paramètresgéotechniques est le suivant :

La classe de résistance de la roche que doitrencontrer le tunnelier suivant la classifica-tion AFTES est donc R5a (roche de très fai-ble résistance). La couverture maximalevarie le long du tracé de 7 à 18 m environ

Ces données ont permis de préconiser uneméthode d’excavation au tunnelier à confi-nement.

2.2.4. Dimensionnement des soutènements Sur la base de la synthèse géotechnique, ila ensuite été procédé au dimensionnement

des différents soutènements :

• Dimensionnement de la paroi moulée dupuits intermédiaire et du soutènement dupuits aval à l’aide du logiciel RIDO v4.10,développé par la société RFL :

- Pour le puits intermédiaire, paroi mouléed’épaisseur 60 cm avec une fiche de 2 m,

- Pour le puits aval, blindage provisoire rec-tangulaire constitué de profilés métalliqueset de bois, puis soutènement définitif enbéton armé ;

• Dimensionnement des voussoirs sur labase des recommandations AFTES(méthode convergence confinement) et àl’aide du logiciel Tunren développé par lasociété Terrasol : voussoirs de 20 cm d’é-paisseur, pour une convergence pouvantatteindre 0,5 cm environ et une extrusionau niveau du front de taille atteignant 6 mmenviron sans pression de confinement ;



Sondages Type d’essai Essais en laboratoire Ouvrages

SC1

SP1

SP2

SD1

Sondages carottés + pose piézomètre

+ essais Lugeon

Sondages pressiométriques + pose piézomètre

Sondage destructif + pose piézomètre

+ essais Lugeon

5 descriptions physiques

3 essais triaxiaux

2 essais compression simple

3 essais compression

puits intermédiaire

puits de ventilation et de secours n°1

puits de ventilation et de secours n°2

au droit de la galerie

Formations superficielles Craie altérée Craie saine fissurée

Identification physique

�h = 17,8 kN/m3

�d = 18 kN/m3

Classe GTR : B5

�h = 18,5 kN/m3

�h = 14,2 kN/m3

WL = 26 % Ip = 6,25 %n = 44 %

�h = 19,5 kN/m3

�h = 15 kN/m3

n = 40 %

Paramètres pressiométriques

EM = 7,5 MPa,PLM* = 0,6 MPa

EM = 55 MPa,Pl* = 4 MPa

EM = 120 MPa,Pl* = 5 MPa

Paramètres mécaniquesPas d’essai disponibleC’ = 0 kPa, � = 25 °

Rc = 2 MPa (matériau sain)C’ = 15 kPa, � = 30 °

Rc = 3 MPa (matériau sain)C’ = 85 kPa, � = 33 °

Epaisseur de 0 à 1,5 m De 1,5 à 3,5 m Au-delà de 3,5 m

Ka 0,41 0,33 0,29

Kp 2,46 3,00 3,39

Tableau 2 : Synthèse des paramètres géotechniques

Tableau 1 : Programme de reconnaissances

2.2.6. Estimation du coût des travauxLe coût d’objectif fixé par le Maître d’ou-vrage délégué lors de la consultation demaîtrise d’œuvre était issu des étudesd’AVP. Au vu des adaptations du pro-gramme lors de la conception et du délaiécoulé entre le chiffrage AVP et la finalisa-tion du DCE, le chiffrage détaillé par postea été entièrement revu et révisé sur unebase de prix conforme à la date de lance-ment de la consultation du marché de tra-vaux.

Cette estimation a servi de base au juge-ment des offres pour la notation sur le cri-tère des prix. Les autres critères pris encompte étaient notamment la valeur tech-nique de l’offre et l’optimisation du délaid’exécution de l’ouvrage.



• Estimation des tassements en surfacesous la voie ferrée à l’aide du logicielFLAC3D développé par la société ITASCA :tassements attendus inférieurs au mm.

• Estimation des débits d’exhaure à l’aidedu logiciel SEEP3D : en fonction des hypo-thèses faites sur la perméabilité de la craie(perméabilité de fracturation) et sur leniveau de la nappe, les débits attendus aufront sont compris entre 17 et 63 m3/h.

2.2.5. Plans des ouvrages Sur la base des plans papier de l’AVP,ANTEA a réalisé l’intégralité des plans deconception des ouvrages et équipementsau format Autocad, dans le but de les join-dre au Dossier de Consultation des Entre-prises. Ces plans comprennentnotamment :- La vue en plan et les coupes du puits inter-médiaire équipé,- La vue en plan, le profil en long et le pro-fil en travers type de la galerie,- Le vue en plan et les coupes du puits aval,- Le plan des installations de chantier

Figure 3 : Modélisation sous FLAC 3D des tassements au passage du tunnelier

Figure 4 : Coupe de la galerie

Figure 5 : Coupe du puits intermédiaire

2.2.7. Études complémentairesDans le cadre de son rôle de conseil,ANTEA a consulté les entités suivantes :

• CRAM du Nord-Est pour les questions detravail en milieu confiné,

• Réseau Clé de Sol pour répondre auxbesoins d’informations du Maître d’Ou-vrage – exploitant.

Ces informations ont permis au maîtred’ouvrage d’adapter le programme de l’o-pération et de rédiger les procédures d’ex-ploitation de la galerie compte tenu de lasécurité des personnes. Ces complémentsont été fournis en liaison avec le Coordon-nateur Sécurité et Protection de la Santé(CSPS), sans évidemment que la Maîtred’œuvre se substitue à ce dernier.

2.3. Description des ouvragesen fin de conceptionEn fin de conception, les caractéristiquesdu projet étaient les suivantes :

• Galerie de diamètre 2,50 m, de longueur750 m, creusée au tunnelier à confinementdans la craie saine, sous nappe (avec gale-rie de recul en phase travaux pour le mari-nage des déblais)

• Un puits amont circulaire, réalisé en paroimoulée de 12 m de diamètre et de 20 m deprofondeur

• Un puits aval rectangulaire réalisé entechnique traditionnelle de section 9 m x 4 met de 7 m de profondeur

• 2 puits de secours de section circulaire de1 m de diamètre de 8 à 12 m de profon-deur

• Équipements électriques et hydrauliquespour l’exploitation de l’ouvrage, qui doitêtre assurée par le service Assainissementde la CAR.

3. ATTRIBUTION DU MARCHÉDE TRAVAUXSur la base du dossier de projet, le dossierde consultation des entreprises a été éla-boré par ANTEA, et l’appel d’offres lancéen décembre 2006 par le maître d’ouvragedélégué. ANTEA a procédé à l’analyse des offres eta recommandé de retenir celle du groupe-ment CSM Bessac – Solétanche Bachy –SCREG Est. Cette offre proposait de porterà 3,08 m le diamètre intérieur de la galeriesans augmentation du prix, grâce à la réuti-lisation d'un tunnelier existant.Le maître d’ouvrage a suivi les recomman-dations d’ANTEA et a attribué le marché àce groupement pour un montant d’environ7,1 M2 HT.La répartition technique entre chaquemembre du groupement est la suivante : - CSM BESSAC (mandataire) : creusementde la galerie, ouvrages de génie-civil etfourniture et pose des équipements.- SOLÉTANCHE BACHY : réalisation de laparoi moulée,- SCREG Est : terrassements, évacuationdes déblais et déviation des réseaux,

4. PHASE TRAVAUX

4.1. Relations entre les intervenants durant les travauxLe fonctionnement entre les différentsintervenants dans le cadre de l’exécutiondu marché de travaux est le suivant :

• Sur la base de la liste prévisionnelle desdocuments d’exécution fournie pendant lapériode de préparation, le mandataire dugroupement d’entreprises diffuse les docu-ments d’exécution via un bordereau spéci-fique établi par l’OPC. Cette diffusion

concerne : le maître d’œuvre, le contrôleurtechnique, le maître d’ouvrage exploitant,le maître d’ouvrage délégué et le CSPS ;

• Sur la base des éléments transmis,chaque intervenant fait part de ses éven-tuelles observations au mandataire via lebordereau OPC puis il est procédé auxmodifications nécessaires avant d’aboutirau document Bon Pour Exécution (BPE).

Un tableau de suivi de l’ensemble desdocuments transmis par bordereau a étémis en place afin de suivre régulièrementl’état de validation des documents d’exé-cution par rapport à la réalisation desouvrages. De la même façon, il a été tenuet mis à jour régulièrement un planning deremise des documents d’exécution et unplanning de réalisation des travaux afin devérifier la bonne coordination entre étudesd’exécution et réalisation des ouvrages.

L’une des particularités du projet est defaire passer la galerie sous la voie SNCFreliant Reims à Châlons-en-Champagne.Cette particularité a nécessité la mise enœuvre de moyens spécifiques :

• Suivi en temps réel des déplacements dela voie ferrée avant, pendant et après lepassage du tunnelier, la tolérance en tasse-ment des voies SNCF en exploitation étanttrès faible (inférieure à 5 mm). Les déplace-ments observés par le théodolite motorisén’ont jamais dépassé 2 mm et sont restésconforme aux prévisions du modèle de laphase Conception.

• Par ailleurs, une convention spécifique depassage sous la voie SNCF a été passéeentre RFF et Reims Métropole en vue de lacession du tréfonds de la galerie.

4.2. Principales caractéristiquesdes travaux

4.2.1. Tunnelier



Figure 6 : coupe de principe de l’aménagement

Puits intermédiaires

Galerie technique : L = 755 m ; Ø 2500 mm

Puits d’accès 1

Puits d’accès 2

Puits aval

4.3. Comparaison conception –réalisationLes débits effectivement observés au frontde taille de la galerie de recul ont étémesurés en période de nappe relativementhaute à une valeur d’environ 6m3/h soitune valeur inférieure à celle estimée lors dela modélisation durant la phase PRO bienque dans le même ordre de grandeur.

L’observation des fronts de taille (galerie derecul et front de taille au niveau du tunne-lier) a mis en évidence un massif homogène



• Caractéristiques principales du tunnelier :Fabricant : CSM BESSACPrincipe d'abattage : Attaque ponctuelle (+ godet)Mode de confinement : Air compriméGéométrie du bouclier :Longueur hors-tout : 9,15 mDiamètre extérieur : 3,65 mPoids : 80 TInstallation électrique :Puissance électrique totale installée du tun-nelier : 325 kWDispositif de confinement :Mode de confinement : Air compriméPression maximale de service : 250 kPaDispositif de poussée :Force maxi de poussée : 11 300 kNNombre de vérins : 8Course des vérins : 1 700 mmVitesse de progression : 300 mm/minuteDispositif d'extraction des déblais :Type : Vis sans finLongueur hors tout : 7,30 mDiamètre : 495 mmCapacité : 100 m3/hErecteur :Préhension des voussoirs : Visseuse hydrauliqueVitesse de rotation : 3,5 tours/minCapacité de levage : 30 kN

Obturateur du front de taille :Type : Volets métalliquesNombre de volets : 4 Force unitaire des vérins de fermeture : 250 kNTemps de fermeture totale : 15 secondes

4.2.2. SoutènementAnneaux de 3,08 m de diamètre intérieur,de type universel, composés de 6 voussoirsen béton armé de 0,23 m d’épaisseur :

• 3 voussoirs courants, rectangulaires,

• 2 voussoirs de contre-clé,

• 1 voussoir de clé.

Ces anneaux universels permettent deréaliser des courbes (par le positionnementvariable de la clé) pouvant atteindre desrayons de courbure de l'ordre de 120 m derayon. Les courbes réalisées sur ce chantieront des rayons compris entre 280 m et200 m.

4.2.3. SécuritéL’importance des travaux a engendré latenue chaque trimestre, sous la présidencedu CSPS, d’un Collège inter-entreprises(CISSCT) regroupant l’ensemble des inter-

venants du projet ainsi qu’un représentantde la CRAM et de l’Inspection du Travail.Des visites ponctuelles impromptues ourégulières du Maître d’œuvre ont contribuéà la bonne application des règles de sécu-rité.

Par ailleurs, le groupe GRIMP51 du Servicede Défense Incendie et de Secours (SDIS)de Reims a pu effectuer durant les travauxdeux exercices de simulation d’évacuationd’un blessé du tunnelier jusqu’à la surface.Cette collaboration en phase travaux est leprolongement de la concertation établie enphase conception avec le SDIS, qui avaitété consulté à propos de la nature et dufonctionnement des deux puits de secours.

Figure 7 : Descente du tunnelier dans le puits intermédiaire

Figure 8 : La galerie technique

Figure 9 : Les installations du puits de travail

mais relativement diaclasé, conforme à lasynthèse géotechnique. L’extraction et lemarinage de ce matériau fut conforme auxprévisions. Le matériau extrait sous nappeet mariné ressortait sous forme relative-ment pâteuse.

Les estimations d’avancement journalierpour le creusement de la galerie ont puêtre tenues en phase travaux (cf. Figure 10).

4.4. Interactions avec les autresmarchésDans le cadre du raccordement desréseaux d’assainissement de la ZAC à lapartie aval de la galerie technique, unsecond marché de travaux a été lancé parAgencia consistant à raccorder les réseauxde la ZAC en cours d’aménagement aupuits intermédiaire par le creusement d’unréseau EP et d’un réseau EU par micro-tun-nelier pour le passage sous l’autoroute.

Le raccordement des réseaux amont à lagalerie technique s’est déroulé lors de laphase travaux, après la fin du creusementde la galerie et la sortie du tunnelier. Ceraccordement a néanmoins nécessité lacoordination des deux marchés de travaux.

Le groupement CSM Bessac a procédé aupercement par carottage sécant de la paroimoulée du puits intermédiaire à mi-hau-teur, afin de permettre la sortie du micro-tunnelier dans ce puits pour arrivée desréseaux amont EU et EP

4.5. Déroulement des travauxLe graphique ci-dessous montre la progres-sion du creusement de la galerie tech-nique.

A la date de rédaction du présent article,les travaux de génie civil sont quasimentachevés et la pose des équipements est encours.

Les auteurs remercient MM. J. SESTI, C.RENAUX (Agencia) et A. VEYRAT, JCINGLARD (Reims Métropole), de les avoirautorisés à publier le présent article.



Figure 10 : Graphique montrant la progression de l’excavation de la galerie technique

Avancement de l’excavation

Documents

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