Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge · qu’après la pose d’un blindage de protection dans la boucle de retournement de la ligne 4 afin d’en maintenir

204 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°219 - Mai/Juin 2010

Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries ] M210

Résumé Après une présentation succincte des deux phases du prolongement au sud de Paris de la ligne 4 du métroparisien, le traitement des carrières réalisé en préalable à la phase 1 sera développé. En effet, le prolongement de la ligne 4 du métro parisien rencontre, dans sa première phase de 1470 mètresvers le sud, des carrières souterraines sur environ 50% de son tracé. Le traitement de ces carrières, réalisépar confortements à pied d’œuvre, a représenté plusieurs mois de travaux délicats dans des conditions trèscontraintes. Malgré ces comblements avec clavage soigné, des tassements de 15 à 25 mm en surface ontété observés. Ils s’expliquent par la « sur-exploitation » que nos anciens ont faite de ces carrières aujourd’huinon visitables. Une fois ces confortements de grande envergure terminés, les travaux du prolongement dela ligne 4 ont pu débuter courant 2008.

Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à MontrougeConfortement in situ de carrières souterraines

M

Principaux intervenants

• Maître d’ouvrage : RATP• Maître d’œuvre : XELIS

Lot 1 (Tunnel interstation Porte d¹Orléans Mairie de Montrouge)• Entreprise : Groupement BEC (mandataire)

+ Urbaine de Travaux + Solétanche BachyTunnels + Sotraisol

• Etudes d’exécution : internes au Groupement

Lot 2 (Station Mairie de Montrouge - Tunnel cul-de-sac et site de maintenance) • Entreprise : Groupement Razel

(mandataire) + Bilfinger & Berger• Etudes d’exécution : Groupement ANTEA

+ BG Ingénieurs conseils - Arcadis

1 - Présentation du projet-de prolongement de la ligne 4-du métro parisien au sud-de PARIS-

Construite au début du XX ème siècle, la ligne 4

du métro, qui relie la porte de Clignancourt au nord

à la porte d’Orléans au sud, demeurait une des

dernières lignes à être strictement parisienne.

Le contrat de plan Etat-Région 2003-2006 devait

permettre à cette ligne centenaire de franchir le

boulevard périphérique au sud et d’atteindre la ville

de Montrouge, dans une première phase de 1470 ml

en cours de réalisation depuis février 2008, puis

Bagneux dans une seconde phase.

L’ensemble du prolongement est souterrain (réali-

sation à ciel ouvert ou en souterrain suivant les

zones) et en grande partie sous l’espace public.

1.1 - Présentation des ouvragesde la phase 1Cette première phase de 1 470 m, qui représente

un investissement total de 169 M€, reliera à partir

de fin 2012 la porte d’Orléans à la nouvelle station

« Mairie de Montrouge », grâce à un tunnel à 2 voies

de 680 m de longueur pour une ouverture de 7,40

à 7,80 m.

Du point de vue géologique, les ouvrages en

souterrain sont situés hors nappe, dans un environ-

nement mixte généralement constitué de Marnes

et Caillasses en voûte et de Calcaires Grossiers en

radier. Cet horizon de Calcaires Grossiers a été par

le passé exploité pour la construction, grâce à des

carrières souterraines minant le sous-sol.

CHANTIERS M

Christophe BLOUETXelis

Carrière avant confortement.

204a215L4_Mise en page 1 22/06/10 13:53 Page204

205

M

TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°219 - Mai/Juin 2010

sa 1/2 section inférieure dans les calcaires gros-

siers fracturés. Ce tunnel est réalisé grâce à la

méthode de prédécoupage mécanique. Cette

méthode brevetée a été mise au point par Perforex

lors du creusement du RER dans les années 70.

Elle consiste à réaliser, à l’aide d’une haveuse en

“lame de tronçonneuse”, des saignées sur le pourtour

de la galerie à terrasser. Ces saignées, emplies de

béton au fur et à mesure, constituent des prévoûtes

de 4 m de longueur dont le recouvrement varie en

fonction des conditions environnantes

Deux zones de l’interstation sont particulièrement

délicates à exécuter :

• Le tunnel courant sous le Périphérique :

pour ce tronçon d’environ 80 mètres, la couver-

ture des terrains entre la chaussée du Périphé-

rique et l’extrados de la voûte varie de 5,5 m à

7 m et est, par conséquent, extrêmement réduite.

Une difficulté supplémentaire résulte de la proxi-

mité immédiate d’un réseau d’assainissement

(ovoïdes de 2 m) du périphérique, dont le radier

tangente la clé de voûte du tunnel.

• Le tunnel courant sous les immeubles de

Montrouge : sur 150 ml environ, le tunnel se

situe approximativement à 7-8 m sous le niveau

supposé des fondations superficielles des

bâtiments. Situé hors des zones de carrières

reconnues, la rencontre avec d’anciens puits

abandonnés ne peut être exclue. Par ailleurs, le

comportement des immeubles anciens en

maçonnerie vis-à-vis des tassements différentiels

inévitables lors du creusement dans ce type de

projet reste difficile à prévoir.

- La station souterraine de Mairie de Montrouge

avec ses trois accès, située au cœur de Montrouge,

sous l’avenue de la République. La station est prin-

cipalement constituée d’un volume souterrain de

90 m de longueur par 13,50 m d’ouverture, soit un

diamètre terrassé d’environ 16 m. Sa situation en

partie sous les façades des immeubles, notamment

au droit des couloirs latéraux, avec une faible

couverture de 10 m, rend sa réalisation d’autant

plus délicate. Le contexte géologique, avec la

présence des carrières sur environ 30 % de la zone

et la présence d’un égout de 3 m2 de section situé

à 4 m au dessus de l’extrados de la voûte de la

station, ajoutent à la difficulté de réalisation.

- Le tunnel courant d’arrière station de 650ml

environ, dont la 1/2 section supérieure est située

dans les marnes et caillasses et la 1/2 section infé-

rieure dans les calcaires grossiers.

La problématique de ces ouvrages, qui sont à

construire dans le site urbain dense de la région

parisienne, est aggravée par la présence d’une

circulation très intense liée à la présence de deux

axes d’échanges routiers majeurs:

• Axe Est-Ouest : boulevard Périphérique, et

boulevards des Maréchaux,

• Axe Nord -Sud : Avenue du Général Leclerc et

Nationale 20 avec un fort trafic entre le sud de

Paris et les banlieues de Malakoff, Montrouge, et

Clamart (92).

Les ouvrages à construire en phase 1 sont les

suivants, du nord vers le sud :

- Les ouvrages de raccordement Appell et

Leclerc, à exécuter entièrement à ciel ouvert. Situés

dans les horizons des Sables de Beauchamp et des

Marnes et Caillasses, leur réalisation n’est possible

qu’après la pose d’un blindage de protection dans

la boucle de retournement de la ligne 4 afin d’en

maintenir l’exploitation.

- Les tunnels de Porte d’Orléans : il s’agit de

deux ouvrages de 7,80 m et 5,00 m de largeur,

implantés dans les Marnes et Caillasses. Leur exé-

cution se fait pour partie à ciel ouvert (côté nord),

sur respectivement 86 ml et 79 ml, et pour partie

en souterrain (côté sud), sur 40 ml et 64 ml. Les par-

ties à ciel ouvert nécessitent de traverser les Sables

de Beauchamp, avant de pénétrer dans les Marnes

et Caillasses. Dans leur partie exécutée en souter-

rain, les tunnels approchent la sous-face des Sables

de Beauchamp tandis que le tunnel à 2 voies en

souterrain vient au contact du radier d’un couloir

de la station Porte d’Orléans.

- L’ouvrage de raccordement et de ventilation

Koufra de 60 ml de longueur, de 10 à 14 m d’ou-

verture, avec le radier situé dans les carrières. Cet

ouvrage est, par suite de contraintes liées à l’envi-

ronnement, à construire en souterrain sous très fai-

ble couverture (inférieure à un diamètre) et

entièrement en zone de carrières. La mise en place,

préalablement au terrassement, d’un soutènement

provisoire spécifique dit « voûte parapluie », en

rigidifiant l’extrados terrassé tout en reportant lon-

gitudinalement les charges verticales, permet de

garantir des conditions d’exécution satisfaisantes

tout en minimisant les risques de fontis.

- Le tunnel courant d’interstation, de 7,40 m

à 7,80 m d’ouverture et d’environ 450 ml de

longueur. Sa 1/2 section supérieure est pour

l’essentiel située dans les Marnes et Caillasses et

- Les ouvrages annexes : l’ouvrage d’épuisement

Romain Rolland, la Baie d’Aération Motorisée (BAM)

au nord de la station, le poste de redressement par-

tiellement enterré, l’ouvrage de ventilation Verdier,

le site de maintenance en cul-de-sac avec son

accès pompier et personnel ainsi que ses deux

issues de secours. Chacun de ces ouvrages est

constitué d’un puits et d’un rameau de dimensions

variables en fonction de la destination de l’ouvrage.

1.2 - Présentation des ouvragesde la phase 2La seconde phase comprend la création de deux

stations : Verdun Sud et Bagneux, et d’un centre de

dépannage et de nettoyage des trains en arrière

station.

Ainsi, cette seconde phase du prolongement de la

Ligne 4, d’une longueur totale de 2 km environ,

comporte pour l’essentiel :

• un tunnel courant à deux voies,

• un tunnel d’arrière gare permettant le stockage,

la maintenance et le nettoyage des trains,

• deux stations comportant des quais de 95 m

de longueur : station Verdun Sud à Montrouge

(92) et station Bagneux (92),

• des ouvrages en ligne : ouvrage de ventilation,

poste de redressement, baie d'aération motorisée

(BAM), ouvrage d’accès pompiers, accès et

issues de secours pour le personnel d’exploitation

et de maintenance.

En tracé, le prolongement phase 2 démarre sous

l'avenue de Verdun à Montrouge, puis se poursuit

dans Bagneux. Après avoir traversé l’avenue Marx

Dormoy, il emprunte l'avenue de Stalingrad, le

passage Chateaubriand et toute l'avenue Henri

Barbusse.

2 - Traitement des carrières-de la phase 1-

Hormis les premiers 160 m de tunnel et les deux

ouvrages de raccordement à la boucle de retour-

nement de Porte d’Orléans, qui sont des ouvrages

cadres réalisés à ciel ouvert ou sous platelage,

l’intégralité du prolongement, tunnel et station, se

fait en souterrain par des méthodes convention-

nelles, grâce à cinq puits d’attaque répartis sur

l’ensemble du tracé.

CHANTIERSProlongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge - Confortement in situ de carrières souterraines ]



CHANTIERS M

[ Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge - Confortement in situ de carrières souterraines

Profil en long géotechnique du projet au droit du boulevard périphérique.


207

M



ajoutant ainsi des incertitudes quant à leur locali-

sation exacte et surtout leur état. Sur environ la

moitié du tracé, l’ouvrage à construire se situe soit

directement au niveau de la carrière, soit à proximité

immédiate, à quelques mètres au-dessus du ciel*.

Afin que les travaux d’excavation des ouvrages

définitifs se déroulent dans les meilleures conditions

possibles, un traitement préalable était nécessaire.

Par ailleurs, les contraintes apportées par la voûte

Les ouvrages en souterrains sont situés dans les

Marnes et Caillasses en voûte et les Calcaires

Grossiers en radier.

Parmi ces horizons bien connus du bassin pari-

sien, les Calcaires Grossiers ont la particularité

d’avoir été exploités jusqu’au XIX ème siècle pour

l’extraction de matériaux de construction. Les

carrières situées sur le tracé du prolongement

présentent la particularité de ne pas être visitables,

de décharge au niveau des piédroits du futur tunnel

imposaient, pour la sécurité des excavations, mais

également pour la pérennité des ouvrages, de

réaliser un confortement parfaitement maîtrisé de

la zone environnante.

A un traitement par injection depuis la surface, dont

les emprises doivent s’adapter aux ouvrages

existants (immeubles et réseaux) mais surtout dont

la maîtrise n’est pas toujours garantie dans des

carrières non accessibles, les concepteurs ont

préféré conforter les carrières en accédant physi-

quement dans les zones à traiter.

La méthode consiste à créer des puits ou des gale-

ries de petite section pour atteindre les zones à

conforter, puis à creuser à la main dans les remblais

de carrière en place des galeries de hauteur

souvent inférieure à 2 mètres et à remplacer

progressivement ces remblais de faibles caracté-

ristiques par un mortier de ciment de 8 à 10 MPa

coulé en place par plots successifs. Le clavage du

ciel de la carrière est obtenu par remplissage en

béton projeté ou par injection de coulis de ciment.

Le soutènement durant les travaux est assuré tout

d’abord par le maintien du plus grand nombre

possible de piliers à bras* et par la mise en place

de rondins de bois entre la sole* et le ciel de la

carrière. Les travaux de terrassement par plots

réduits, remplis de mortier au fur et à mesure,

permettent de n’avoir en permanence qu’une faible

surface ouverte et de travailler dans des conditions

de sécurité acceptables.

Extrait de la carte de l’Inspection Générale des Carrières (IGC) avec le projet en superposition.

Mode d’exploitation des carrières de Calcaires Grossiers.

Tunnel de 14 m d’ouverture.



CHANTIERS M


rigoureusement traiter les zones les plus sollici-

tées par la voûte de décharge ou le radier du futur

tunnel. Cette méthode permet ainsi de réduire

considérablement les risques de désordres à long

terme dans la zone d’influence du projet, désordres

pouvant conduire à des tassements en surface

voire des fontis.

• Maîtrise des quantités : les plots de mortier,

coffrés grossièrement, permettent un suivi précis

de la géométrie des confortements, ce qui présente

le double avantage de garantir l’intégralité du

confortement projeté, mais aussi d’éviter l’écou-

lement gravitaire du coulis vers des parties non

concernées par le projet, augmentant d’autant

les quantités mises en œuvre.

Néanmoins, bien qu’effectuée par plots réduits, la

purge des remblais et leur remplacement par du

La méthode consistant à purger les remblais de

faibles caractéristiques et à les remplacer par des

plots de mortier présentait plusieurs avantages :

• Reconnaissances : l’accès physique aux car-

rières par des puits ou galeries de petites sections

permet une reconnaissance in situ de premier

ordre de la qualité des remblais, du ciel et des

soutènements existants (hagues*, piliers à bras).

Cet accès permet également d’effectuer un levé

topographique précis, indispensable dans les cas

de carrières non accessibles dont la géométrie

indiquée sur les cartes de l’Inspection Générale

des Carrières (IGC) est parfois imprécise.

• Qualité du traitement : s’il est plus ouvrageux

et plus long qu’un traitement par injection, le

confortement in situ permet, grâce au contrôle

de résistance du mortier et du clavage en ciel, de

mortier a provoqué des tassements en surface sen-

siblement supérieurs à ceux anticipés pour ce type

de travaux. On a ainsi observé, sous 15 à 20 mètres

de couverture, des tassements cumulés atteignant

ponctuellement des valeurs supérieures à 15 mm,

avec des vitesses maximales dépassant 5 mm en

une semaine. Ces valeurs extrêmes ont heureuse-

ment été relevées au niveau du square du Serment

de Koufra ne présentant aucune structure sensible

en surface. On sait que de telles valeurs sont plutôt

observées lors d’excavations de section importante.

Ces mouvements supérieurs aux prévisions ont

pu être expliqués par les observations faites au

cours de l’avancée dans les remblais. Il est apparu

en effet que ces carrières avaient été exploitées

pour l’essentiel sans laisser de piliers intacts ; au

fur et à mesure de l’avancement du front de taille,

qui restait soutenu par des « piliers à bras », les

carriers laissaient le ciel de la carrière s’affaisser

sur les remblais mis en place à quelques mètres

en arrière ; cet affaissement provoquait la rupture

par flexion de la dalle de ciel (exactement comme

une exploitation minière par « longue taille », dont

le toit est « foudroyé » derrière le soutènement

marchant). Cet affaissement avait pour consé-

quence la rupture de la plupart des piliers à bras

destinés à soutenir le ciel, la mise en appui de la

dalle de ciel sur les remblais en place, et bien sûr

des tassements en surface.

En un point donné, on peut penser que le tassement

se stabilisait pour l’essentiel lorsque le front de taille

s’était éloigné de 10 à 20 m. Mais comme les rem-

blais étaient constitués de déchets d’exploitation

Terrassement des remblais à la main. Soutènement de rondins entre plots bétonnés.

Bétonnage d’un plot de confortement.


209

M



hétérogènes, mal compactés et en contact discon-

tinu avec le ciel, ils constituaient un appui compres-

sible qui a probablement continué à tasser pendant

plusieurs décennies. L’impact en surface n’était

sans doute guère ressenti pour la simple raison qu’à

l’époque de l’exploitation, Montrouge n’était qu’un

village au milieu de la campagne.

Aujourd’hui, il est intéressant de noter que la dalle

formant le ciel de ces carrières est souvent affectée

d’une forte pente (jusqu’à 12 %) à l’approche d’une

masse de Calcaire Grossier non exploitée ; cette

masse constitue en effet une zone d’appui non

compressible, par opposition aux remblais ; de son

côté, la dalle de ciel présente souvent une fractu-

ration parallèlement au front de taille, conséquence

des efforts de flexion qu’elle a subis.

On comprend ainsi qu’en perturbant un équilibre

fragile, le terrassement des remblais, même par

plots réduits, a immédiatement engendré une réac-

tion du ciel et des terrains sus-jacents, expliquant

par là-même les tassements observés en surface.

Les confortements sont aujourd’hui terminés, et les

travaux de creusement ont pu débuter au-dessus

de carrières « fiabilisées » par ces travaux prépa-

ratoires de grande envergure.t

MÉCANISME DE DÉGRADATION DU TOIT D’UNE CARRIÈRE

1 - Ouverture de la carrière

2 - Flexure du banc de roche et affaissement du toit de la carrière

3 - Ciel tombé

MMM-Glossaire-

• Ciel de carrière : dalle de calcaire compétente et non exploitée, destinée

à soutenir les terrains sus-jacents à la carrière.

• Pilier à bras : poteau constitué de moellons de calcaire, monté par les

carriers pour soutenir le ciel.

• Sole : radier de la carrière.

• Hague : remblai maintenu par un mur de pierres sèches imbriquées les

unes dans les autres.

Ciel fléchi contre la masse.


SummaryAfter a short presentation of the two extension phases of the Paris underground Line 4 South of Paris, thisdocument details the works applied to quarries prior to phase 1.Indeed, in its first phase over 1470 metres to the South, the extension of line 4 of the Paris undergroundcrosses subterranean quarries over about 50% of its path. Treating these quarries, by reinforcement on site,resulted in several months of delicate works in highly constrained conditions. In spite of precise keying filling, 15 to 25 mm subsidence was observed on the surface. This is due to the “overexploitation” of thesequarries by our forefathers, non longer visitable today. Once these major reinforcements complete, the line4 extension works were launched in 2008.

Extension of line 4 of theParis underground in MontrougeOn site reinforcement of subterranean quarries

M

Main interveners

• Project Owner: RATP• Project Manager: XELIS

Package 1(interstation tunnel Porte d’Orléans - Mairie de Montrouge)• Contractor: JV BEC (main contractor) +

Urbaine de Travaux + Solétanche BachyTunnels + Sotraisol

• Execution surveys: internal to the JV

Package 2(Mairie de Montrouge station - Dead-end tunnel and maintenance site)• Contractor: JV Razel (main contractor) +

Bilfinger & Berger• Execution surveys: JV ANTEA +

BG Engineers - Arcadis

1 - Presentation of phase 1-of the South extension of-the Paris underground line 4-

Built in the early XXth century, the underground

line 4, connecting Porte de Clignancourt in the North

to Porte d’Orléans in the South of Paris, was one of

the last lines to be strictly limited to Paris. The

State-Region 2003-2006 development plan allows

this centennial line to cross the internal ring road

(i.e. Périphérique) in the south to reach the town of

Montrouge, in a first phase of 1470 ml in construc-

tion since February 2008, then Bagneux in a second

phase.

The entire extension is subterranean (construction

in the open air or underground according to the

zones) and mostly under public space.

1.1 - Presentation of structuresThis first phase over 1 470 m, a total investment

of 169 M€, will connect from late 2012 Porte

d’Orléans to the new “Mairie de Montrouge” station,

through a 2-lane 680m long tunnel with an opening

of 7.40 to 7.80 m.

In terms of geology, the underground structures are

above the ground table, in a mixed environment

usually made of Marl at the top and coarse limestone

at raft level. This coarse limestone horizon was used

in the past for construction, through underground

quarries mining the subsoil.

Christophe BLOUETXelis

Quarry before reinforcement.


WORKSITES M


M

204


211

M


WORKSITESExtension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries ]

of the gallery to excavate. These cuts, filled with

concrete gradually, make up 4m long pre-arches

with a covering varying according to neighbouring

conditions.

Two interstation zones are particularly delicate to

produce:

- The tunnel running under the Périphérique:

for this section over about 80 meters, land cove-

rage between the Périphérique pavement and

the back of the arch ranges from 5.5 m to 7m,

which is extremely thin. An additional difficulty

results from the immediate proximity of a

sewage network (2m ovoids) of the Périphé-

rique, with a raft foundation tangent with the

tunnel keystone.

- The tunnel running under the buildings in

Montrouge: over about 150 ml, the tunnel is

located about 7-8 m below the presumed level

of the superficial foundations of the buildings.

Located outside known quarry zones, older

abandoned wells may be encountered. Also, the

behaviour of older masonry buildings under dif-

ferential settlements unavoidable when digging

this type of project remains difficult to plan.

• The Mairie de Montrouge underground

station with its three access points, located at

the heart of Montrouge, under avenue de la

République. The station is mainly made of an

underground volume 90 m long by 13.50 m ope-

ning, i.e. an excavated diameter of about 16 m. Its

location, partially under the façades of buildings,

particularly straight to the lateral corridors, with a

thin coverage of 10 m, makes its construction

even more delicate. The geological context, inclu-

ding quarries over about 30 % of the zone and a

3 m2 cross-section sewer located 4 m above the

back of the station arch, add to the difficulty of the

work.

• The current station back tunnel over about

650ml, with the upper 1/2 cross-section located

in marls and the lower 1/2 cross-section in coarse

limestone.

• Auxiliary structures: the Romain Rolland

dewatering structure, the Motorized Venting Bay

(BAM) north of the station, the partially buried

rectifier station, the Verdier ventilation structure,

the dead-end maintenance site, with fire-fighter

and staff access, as well as its two emergency

exits. Each structure is made of a shaft and a

branch with dimensions varying according to the

structure’s purpose.

The problem with these structures, to be construc-

ted in the dense urban area of the Paris region, is

aggravated by the presence of highly intense traffic

due to the presence of two major road intersections:

• East-West axis: boulevard Périphérique and

boulevard des Maréchaux,

• North-South axis: Avenue du Général Leclerc

and Nationale 20, with intense traffic between

south of Paris and suburbs in Malakoff,

Montrouge, and Clamart (92).

The structures to be built in phase 1 are the fol-

lowing, from north to south:

• The Appell and Leclerc linking structures,

to be fully constructed in the open air. Located in the

horizons Beauchamp sands and Marls, their execu-

tion is possible only after laying protection armouring

in the loop track of line 4 to maintain its operation.

• Porte d’Orléans tunnels: They are two struc-

tures, 7.80 m and 5.00 m wide, implanted in the

Marls. Their construction is performed partially in

the open air (north side), over 86 ml and 79 ml

respectively, and partially underground (south

side), over 40 ml and 64 ml. The open air sections

cross the Beauchamp sands before entering the

Marls. As for the underground construction

section, the tunnels approach the subface of the

Beauchamp sands, whereas the tunnel with 2

underground lanes is in contact with the raft foun-

dation of the Porte d’Orléans station.

• The Koufra connection and ventilation struc-

ture over 60 ml long, from 10 to 14 m opening

has its raft foundation located in the quarries. This

structure, due to environmental constraints, is to

be built underground under very low coverage

(less than a diameter) and fully in the quarry zone.

Before starting the earthworks, the implemen -

tation of a specific temporary support called

“umbrella arch”, by rigidifying the back excavated

while carrying over vertical loads longitudinally,

guarantees satisfactory conditions of performance

while minimizing risks of subsidence.

• The current interstation tunnel, from 7.40 m

to 7.80 m opening and about 450 ml length. Its

upper 1/2 cross-section is mostly located in the

Marls and its lower 1/2 cross-section in fractured

coarse limestone. This tunnel is built using the

mechanical pre-cutting method. This patented

method was developed by Perforex when digging

the RER in the 70s. It consists in producing, with

a “chainsaw blade” type cutter, cuts on the outline

1.2 - Presentation of phase 2structuresThe second phase includes the creation of two sta-

tions: Verdun Sud and Bagneux, and a train repair

and cleaning centre in the back station.

This second phase of the Line 4 extension, with a

total length of about 2 km, includes the following

main work:

• a current two-lane tunnel,

• a back station tunnel for train storage, mainte-

nance and cleaning,

• two stations with 95 m long platforms: Verdun

Sud in Montrouge (92) and Bagneux (92),

• structures on line: ventilation structure, rectifying

station, motorized venting bay (BAM), fire-fighter

access, access and emergency exit for operating

and maintenance staff.

In terms of route, extension phase 2 starts under

avenue de Verdun in Montrouge, then continues in

Bagneux. After crossing avenue Marx Dormoy, it fol-

lows avenue de Stalingrad, passage Chateaubriand

and the entire avenue Henri Barbusse.

2 - Treatment of phase 1-quarries-

Except for the first 160 m tunnel and two structures

linked with the Porte d’Orléans loop track, which

are frame structures built in the open air or under

decking, the entire extension, tunnel and station, is

implemented underground using conventional

methods, thanks to five attack shafts distributed

over the entire route.



WORKSITES M

[ Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries

Geotechnical long profile of the project beside the boulevard Périphérique.


213

M



the excavation work of the final structures in the

best possible conditions, prior treatment was

required. Also, the constraints imposed by the

discharge vault on the level of the side walls of the

future tunnel imposed, to secure the excavations,

but also to ensure durability of the structures, to

implement a perfectly controlled reinforcement of

the surrounding zone.

Instead of a treatment by injection from the surface,

with footprints to be adapted to existing structures

(buildings and networks), but mostly with control

not always guaranteed in non accessible quarries,

the engineers preferred reinforcing the quarries by

The underground structures are located in the Marls

on the arch and coarse limestone for the raft foun-

dation.

Among these well-known horizons of the Paris

basin, coarse limestone has the particularity of

having been used until the XIXth century to extract

construction materials. The quarries located on the

route of the extension are not visitable, hence

adding uncertainty as to their precise location, and

more particularly their condition. Over about half of

the route, the structure to construct is located

directly on the level of the quarry, either in close

proximity, a few meters above the roof*. To perform

physical access to the zones to be processed. The

method consists in creating small cross-section

shafts or galleries to reach the zones to reinforce,

then dig manually fillings in the quarry instead of

galleries often below 2 metres high, and replace

gradually these low specification fillings with 8 to

10 MPa cement mortar cast on site by successive

blocks. Keying the quarry roof is obtained by filling

with shotcrete or cement grout injection. Supporting

during the works is ensured first by maintaining the

largest possible number of columns* and installing

wooden billets between the sole* and the quarry.

Earthworks in small blocks, filled gradually

with mortar, allows having only a very small open

surface at a time, and working in acceptable safety

conditions.

Abstract from the map of the Inspection Générale des Carrières (IGC) with the project overlaid.

Tunnel with 14 m opening

Mode of use of Coarse limestone quarries.



WORKSITES M

[ Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge - On site reinforcement of subterranean quarries

or raft foundation of the future tunnel. This

method allows reducing considerably the risks of

long term disorders in the zone of influence of the

project, likely to lead to surface compaction, even

subsidence.

• Control over quantities: roughly formed mortar

blocks allow precise control of the geometry of

reinforcements, offering the double benefit of

guaranteeing the entire reinforcement planned,

while also avoiding gravity flowing of the grout to

parts not concerned by the project, increasing the

quantities used.

Nevertheless, although constructed with smaller

blocks, emptying fillings and replacing them with

mortar caused surface settlements slightly larger

than expected for this type of work. We observed,

under 15 to 20 meters coverage, additional

The method consisting in emptying low specification

fillings and replacing them with mortar blocks offe-

red several benefits:

• Surveys: physical access to the quarries by

small cross-section wells or galleries allows top

quality on site surveying of fillings, the roof and

existing supports (hagues*, columns). This also

allows precise topographic recording, indispen-

sable for quarries not accessible with a geometry

indicated in the maps of the Inspection Générale

des Carrières (IGC) which is sometimes impre-

cise.

• Processing quality: although labour intensive

and longer than injection techniques, thanks to

resistance check of mortar and keying in roof, on

site reinforcement ensures rigorous processing

of the highly solicited zones by the discharge arch

settlements reaching punctually values above

15 mm, with maximum rates exceeding 5 mm over

a week. Fortunately, these extreme values were

recorded in the Serment de Koufra square with no

sensitive structure on the surface. We know that

such values are observed more often when

excavations have a large cross-section. These

movements exceeding plans were explained by

observations made while processing fillings. It

seems these quarries were used mainly without

leaving columns intact ; throughout progress of the

working face, which remained supported by

columns, quarries left the quarry roof lower onto the

fillings laid a few meters back ; this collapse broke

the roof slab by flexion (exactly as in “long cut”

mining, with a roof “crushed” behind running

support). This collapse broke most columns

designed to support the roof, laying the roof slab

onto existing fillings, and of course surface

subsidences.

At a given point, the collapse probably stabilized

when the working face was 10 to 20 m away. But

as filling was made of mixed operating waste, poorly

compacted and in discontinuous contact with the

roof, it made up a compressible bearing point which

probably continued collapsing for several decades.

The impact on the surface was probably hardly felt,

mainly because at the time of operation, Montrouge

was merely a countryside village.

Today, it is interesting to note that the slab forming

the roof of these quarries often has a sharp slope

(up to 12 %) at the approach of a non used coarse

limestone mass. Indeed, this mass is a non

Hand filling earthworks. Supporting billets between concrete blocks.

Concreting a supporting block.


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M



compressible bearing zone, as opposed to fillings ;

on its side, the roof slab often including fracturing

parallel with the working face, due to the flexion

loads it has incurred.

We understand that by disturbing a fragile balance,

the filling earthworks, even by small blocks,

generated an immediate reaction of the roof and

overlaying grounds, explaining subsidences observed

on the surface. Reinforcements have now been com-

pleted, and the digging work could start above quarries

“secured” by this major preparatory work. t

QUARRY ROOF DEGRADATION MECHANISM1 - Opening of the quarry

2 - Rock bed flexure and collapse of the quarry roof

3 - Fallen roof

Ciel fléchi contre la masse.

MMM-Glossary-

• Quarry roof: competent and unused limestone slab

supporting ground overlaying the quarry.

• Columns: posts made of limestone rubble, constructed by

the quarry workers to support the roof.

• Sole: raft foundation of the quarry.

• Hague: filling held by a wall in dry stones imbricated

together.


Documents

Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge · qu’après la pose d’un blindage de protection dans la boucle de retournement de la ligne 4 afin d’en maintenir