RReeccoommmmaannddaattiioonnss ddee … · L’A.F.T.E.S. recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte. 1 ... entrepreneurs et les constructeurs afin de les aider

Reconnaissances à l’avancement

pour les tunneliers

GT24R2F1

www.aftes.asso.fr

ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN

Organisation nationale adhérente à l’AITES

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ÈTUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°242 - Mars/Avril 2014 È TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°242 - Mars/Avril 2014 94

RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT24R2F1

Reconnaissances à l’avancement pour les tunneliers

Texte présenté parAlain ROBERT (CETU) - Animateur du Groupe de travail GT 24

Ont participé à l’élaboration du documentGianpino Walter BIANCHI (EG-Team) - Jean-Paul BLAIS (EDF Service Géologie-Géotechnique) - Pierre CACHAU (COFOR Département Sondages)

Thomas CAMUS (NFM Technologies) - Laurent CHANTRON (BG Ingénieurs Conseils SAS) - Michel CHOPIN (MC Consulting)Bruno COMBE (Bouygues Travaux Publics) - Pierre DE SLOOVERE (PDS Consult) - Cédric GAILLARD (CETU) - Pascal JOUCHOUX (SBTPCI)

Roland LAVIGUERIE (Antéa) - Éric MATHIEU (Eiffage) - Yves MENARD (CSM Bessac) - Nathalie MONIN (LTF SAS) Gilles PARADIS (SNCF Direction de l’Ingénierie) - Jean-Luc PILJAN (Systra) - Jacques TRICLOT (Egis-Tunnels) - Philippe VASKOU (Geostock)

Sont à remercier pour leur participation à la relecture du documentGilbert CASTANIER - Maurice GUILLAUD - Michel PRÉ - François RENAULT - Magali SCHIVRE - Pierre-Loïc VEYRON

L’A.F.T.E.S. recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte.

1 - Introduction 951.1 - Objet de la présente recommandation . . . . . . . . . . . . . . . . 951.2 - Public cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 951.3 - Limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

2 - Spécifi cités des méthodes mécanisées 952.1 - Méthodes peu adaptables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952.2 - Diffi cultés pour procéder à des reconnaissances à

l’avancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952.3 - Données de construction pour la vie de l’ouvrage. . . . . . . 962.4 - Faible retour d’expérience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3 - Management des Risques 963.1 - Appréciation des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973.1.1 - Identifi cation des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .973.1.2 - Analyse des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .993.1.3 - Évaluation des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .993.2 - Traitement des risques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 993.2.1 - Reconnaissances initiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .993.2.2 - Spécifi cations techniques pour la conception

de la machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1003.2.3 - Reconnaissances à l’avancement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

4 - Inventaire des moyens de reconnaissance 1014.1 - Méthodes directes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.1.1 - Observations directes à front ou en parement . . . . . . . . . . . .1024.1.2 - Paramètres « machine » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1024.1.3 - Méthodes directes par sondages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1034.2 - Méthodes indirectes de reconnaissance . . . . . . . . . . . . . 1034.2.1 - Remarques préalables sur les méthodes indirectes

de reconnaissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1034.2.2 - La sismique réfl exion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1034.2.3 - Le radar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1054.2.4 - La résistivité électrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106

4.3 - Autres méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.4 - Essais in situ complémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.5 - Adéquation des moyens aux besoins. . . . . . . . . . . . . . . . 107

5 - Recommandations 1095.1 - Études de conception

(jusqu’au document de consultation) . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2 - Dossier de consultation des entreprises . . . . . . . . . . . . . 1095.2.1 - Programme des reconnaissances à l’avancement . . . . . . . . .1095.2.2 - Exploitation et diffusion des résultats. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1105.2.3 - Analyse des offres et critères de choix . . . . . . . . . . . . . . . . . .1105.2.4 - Éléments de réponse obligatoires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1105.3 - Rémunération. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.4 - Exemple de démarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Annexe 1 - Bibliographie 114

Annexe 2 - Retour d’expérience de reconnaissances à l’avancement 114

2.1 - Arrivées d’eau très abondantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1142.2 - Rencontres de cavités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172.3 - Occurrence de blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172.4 - Occurrence de terrains décomprimés

ou de contrastes de compacité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172.5 - Rencontre d’éléments anthropiques . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Annexe 3 - Méthodes de reconnaissance 121Exemple de procédé : enregistrements de paramètres des sondages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Exemple de procédé : les méthodes sismiques . . . . . . . . . . . . 122Exemple de procédé : les méthodes radar . . . . . . . . . . . . . . . . 128Exemple de procédé : les méthodes électriques . . . . . . . . . . . 130Exemple de procédé : les autres méthodes . . . . . . . . . . . . . . . 131

Sommaire

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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°242 - Mars/Avril 2014 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°242 - Mars/Avril 2014 95


1 - Introduction

1.1 - Objet de la présente recommandation

L’objet de la présente recommandation est de fournir un complément

au texte de la recommandation « Les reconnaissances à l’avancement »

GT n° 24 – T.O.S. N° 209 – Septembre / Octobre 2008 [1] applicable aux

méthodes mécanisées mettant en œuvre un tunnelier. L’utilisation de la

présente recommandation suppose la connaissance du précédent texte du

GT n° 24-R1F1. La présente recommandation ne traite pas des opérations

d’auscultation effectuées depuis la surface (nivellement, inclinométrie, etc.),

absolument indispensables pour une bonne maîtrise des conditions de réali-

sation des ouvrages souterrains à faible profondeur, mais qui ne constituent

pas à proprement parler une reconnaissance à l’avancement.

1.2 - Public cible

Les maîtres d’ouvrage et les maîtres d’œuvre, afin de les alerter sur cer-

tains aspects tout à fait spécifiques aux méthodes mécanisées, ainsi que les

entrepreneurs et les constructeurs afin de les aider à proposer des réponses

techniques appropriées, explicites et correctement prises en compte dans

l’estimation du coût global lors de la remise de l’offre.

1.3 - Limites

La présente recommandation ne s’applique qu’aux méthodes mécanisées

faisant appel à un « tunnelier à appui radial ou grippeur » ou à un « bouclier

mécanisé » qu’il soit « ouvert » ou « fermé » [3]. Sont donc exclus les autres

types de machines : les machines à attaque ponctuelle et les aléseurs.

Cependant, les chantiers mécanisés nécessitent souvent (surtout en sites

urbains) la construction d’ouvrages particuliers permettant la mise en œuvre

de la machine. Ces ouvrages qui peuvent être des puits d’accès ou de sortie,

des galeries de montage ou de recul, etc. sont réalisés en méthode conven-

tionnelle et présentent des risques qui leur sont propres. En conséquence,

dans le chapitre 3 – cf. § 3.1.1 – consacré au management des risques, il

est présenté un encart destiné à attirer l’attention des projeteurs sur ces

ouvrages annexes qui ne représentent qu’une faible part des travaux mais

une importante source de risques à l’exécution.

2 - Spécificités des méthodes mécanisées

Par rapport aux méthodes conventionnelles, les méthodes mécanisées pré-

sentent plusieurs spécificités essentiellement liées à l’encombrement de la

zone du front à cause de la présence de la structure d’un tunnelier ou d’un

bouclier.

2.1 - Méthodes peu adaptables

Pour un chantier mécanisé, la machine (tunnelier ou bouclier) est conçue

et construite préalablement aux travaux en fonction des conditions géo-

techniques décrites dans les documents de consultation. Cette machine

construite en usine n’est que très peu modifiable après le lancement des tra-

vaux et son mode de fonctionnement demeure le même quelles que soient

les conditions réellement rencontrées. Ainsi et contrairement au cas des

méthodes conventionnelles où, au vu des résultats des reconnaissances à

l’avancement, il peut être apporté des adaptations significatives aux moyens

et méthodes mis en œuvre, les informations recueillies par les reconnais-

sances à l’avancement effectuées dans le cadre de méthodes mécanisées,

n’ont pas, sauf cas très rares où le tunnelier peut être légèrement modifié,

d’influence sur la méthode elle-même. Toutefois les informations ainsi re-

cueillies peuvent contribuer à des ajustements des paramètres de pilotage

du tunnelier notamment à l’approche d’une zone singulière ou permettre

de préciser les zones nécessitant des confortements ou renforcements de

terrain, en amont de l’excavation si le tunnelier a été conçu pour ce type de

travaux.

2.2 - Difficultés pour procéder à des reconnaissances à l’avancement

Le principe même de l’utilisation de tunneliers rend difficile la réalisation de

reconnaissances à l’avancement parce que :

• le front n’est que très difficilement observable (en dehors d’opérations

spécifiques nécessitant l’arrêt de l’avancement et un léger recul de la roue

de coupe), en consé-

quence il ne peut être

fait de levés géolo-

giques du front de ma-

nière systématique ni

totale. Cependant, les

boucliers à air com-

primé permettent une

observation (au moins

partielle) du front de

taille et les tunneliers

« roche dure » ne po-

sant pas de voussoirs

permettent une ob-

servation du terrain en

place à l’arrière de la

machine ;Figure 2.1 - Roue de coupe d’un tunnelier, vue de l’intérieur.

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• le tunnelier se situe au droit du front et il est quasi impossible d’amener

des machines performantes capables de réaliser, en un bref délai, des

sondages longs qu’ils soient destructifs ou carottés ; il faut donc avoir

prévu et incorporé dans le tunnelier lui-même une ou plusieurs sondeuses

qui en raison de l’encombrement sont nécessairement de dimensions

réduites et par suite présentent des performances limitées ;

• en cas de venues d’eau importantes et/ou sous forte pression, la réalisa-

tion de ces sondages est encore plus délicate et nécessite des équipe-

ments lourds et parfois complexes à mettre en œuvre ;

• les opérations de reconnaissance à l’avancement (mise en place et réali-

sation) nécessitent des arrêts de l’avancement du tunnelier plus ou moins

longs et plus ou moins nombreux qui pénalisent fortement l’avancement

moyen du tunnelier. Même si ces reconnaissances à l’avancement sont

réalisées préférentiellement pendant les phases de maintenance du tunne-

lier, elles affectent l’enchaînement des cycles et perturbent l’avancement ;

• enfin, même si les reconnaissances par géophysique présentent l’avan-

tage d’une durée de mise en œuvre nettement plus courte, l’exploitation

de leurs résultats avec recalage sur des données directes, nécessite un

certain délai qui implique un arrêt ou tout au moins un ralentissement de

la production jusqu’à ce que le chantier puisse disposer de ces résultats

et les incorporer dans le processus de décision concernant le pilotage de

la machine. En l’absence d’un tel arrêt, l’information recueillie risque de

se révéler inutile car trop tardive, la machine ayant déjà traversé la zone

investiguée.

Figure 2.2 - Détail du terrain et de la roue de coupe d’un tunnelier.

2.3 - Données de construction pour la vie de l’ouvrage

Une particularité du creusement mécanisé porte sur le fait que les tunne-

liers sont devenus de véritables machines de construction de tunnels inté-

grant les différentes fonctions nécessaires à la production d’un ouvrage fini,

livré totalement revêtu à la sortie de la machine ; de ce fait il n’est guère

possible d’avoir une information précise sur la présence d’anomalie

dans le terrain (amorce de fontis, karst, vide de dissolution, discontinuité,

susceptibles d’évoluer…), si ce n’est par l’intermédiaire des paramètres

« machine » enregistrés qui servent au « monitoring » lors de la progression.

Ces derniers renseignent sur l’aspect qualitatif des formations traversées

où les variations de la géologie se traduisent par une modification notable

d’un paramètre (poussée, couple, perte de fluide de confinement, etc.), mais

ne permettent pas d’apprécier l’homogénéité du massif encaissant et

ne renseignent pas sur son évolution possible autour de l’ouvrage. Dans

certains terrains spécifiques, tels que les horizons gypseux, les calcaires

karstiques, les marnes gonflantes…, les reconnaissances à l’avancement

permettent aussi de compléter les données de construction de l’ouvrage

et de programmer des traitements nécessaires si l’encaissant immédiat

de l’ouvrage présente des anomalies. Ces informations participent avec

l’ensemble des paramètres « machines » à la mise à jour du modèle géo-

technique et la rétro-analyse et ce même dans les tunneliers à confinement.

Ce retour d’expérience de la construction est indispensable pour la mainte-

nance durant la vie de l’ouvrage. Au droit des zones singulières, il peut être

mis en place à la construction des sections instrumentées pour suivre le

comportement de l’ouvrage et de l’encaissant.

2.4 - Faible retour d’expérience

L’étude bibliographique (cf annexe 1) révèle que le domaine des reconnais-

sances à l’avancement appliquées aux tunneliers est relativement pauvre

en publications détaillées explicitant clairement les méthodes employées :

principes, modes opératoires, matériels, performances et fiabilité, résultats

obtenus, temps de mise en œuvre, coûts, etc. Ainsi l’exploitation des don-

nées des fiches « Tunneliers AFTES » n’a fourni que très peu d’informations

sur le sujet des reconnaissances à l’avancement. Il apparaît également que

depuis le rapport EUPALINOS dont un chapitre traitait de ce sujet, il n’a été

fait que très peu de progrès et que les perspectives évoquées à l’époque ne

semblent pas s’être réalisées.

Cet état de fait résulte sans doute en partie des deux spécificités évo-

quées ci-dessus (§2.1 et §2.2), dans la mesure où les difficultés de mise

en œuvre ajoutées au très faible potentiel d’adaptation des méthodes n’in-

citent pas les constructeurs et les entrepreneurs à investir largement dans

la recherche et le développement dans ce domaine, sachant également que

chaque ouvrage est un cas particulier et que la ou les solutions appliquées

sur un projet ne le sont pas forcément sur un autre. Pour autant, quelques

expériences récentes sont mentionnées pour exemple en annexe 2.

Sour

ce :

NFM

3 - Management des Risques

Comme cela a déjà été mentionné, les méthodes mécanisées recourent

à des machines spécifiquement conçues et construites pour l’ouvrage à

réaliser. Il s’agit donc de machines dont les caractéristiques techniques, les

différents organes et les performances constituent le meilleur compromis

compte tenu des conditions géotechniques attendues afin d’obtenir le

meilleur rendement possible. Ces machines n’étant qu’extrêmement peu

Roue de coupe

Terrain en place

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modifiables après le début des travaux, il est primordial que la descrip-

tion des conditions géotechniques attendues soit la plus proche possible

des conditions réellement rencontrées, afin que la machine soit bien utili-

sée dans le domaine d’application pour lequel elle a été conçue. Aussi pour

s’assurer de concevoir et construire un tunnelier bien adapté (cadences es-

comptées atteintes et/ou pas de blocage majeur) aux conditions qui seront

réellement rencontrées, il convient que celles-ci soient préalablement très

bien reconnues tant en section courante qu’au droit des zones singulières.

Cet impératif confère à la conduite des reconnaissances géotechniques

et au processus de management des risques une importance encore plus

grande pour les méthodes mécanisées qu’elle ne l’est pour les méthodes

conventionnelles parce que l’enjeu en est plus important. En particulier, il

apparaît nécessaire de conduire la démarche de management des risques

jusqu’à atteindre un niveau de connaissance pour lequel le niveau de risque

résiduel est très faible. Pour ce faire il est préconisé d’appliquer la démarche

définie par la norme ISO 31 000 et la recommandation de l’AFTES du GT

n° 32 – portant sur la caractérisation des incertitudes et des risques géo-

logiques, hydrogéologiques et géotechniques [4] et qui comporte les deux

phases successives d’appréciation et de traitement du risque, l’apprécia-

tion se décomposant elle-même en trois sous-phases : l’identification des

risques, l’analyse des risques et l’évaluation des risques.

3.1 - Appréciation des risques

3.1.1 - Identification des risquesLe tableau ci-dessous présente les risques courants qui peuvent être ren-

contrés dans les chantiers mécanisés. Cette liste est non exhaustive et

à adapter à chaque projet. Certains de ces risques sont illustrés par un

exemple de chantier en annexe 2.

Source de risque Événements redoutés Conséquences

Incertitude sur les caractéristiques de la matrice

Valeurs de résistance supérieures aux prévisions Usure rapide (et casse) des outils et/ou des parties de la têtePerte de cadence

Valeurs de dureté supérieures aux prévisions Usure rapide (et casse) des outils et/ou des parties de la têtePerte de cadence

Valeurs d’abrasivité supérieures aux prévisions Usure rapide (et casse) des outils et/ou des parties de la têtePerte de cadence

Incertitude sur la composition minéralogique Teneurs en argile supérieures aux prévisions Collage des matériaux extraits dans la chambre et colmatage de la têteDifficultés de marinage dans la vis (tunnelier à pression de terre) ou dans les conduites (tunnelier pression de boue)Perte de cadence

Occurrence de formations asbestiformes Arrêt du tunnelier pour mise en œuvre de dispositions spécifiques : traitement des poussières, gestion du marin

Occurrence d’éléments radioactifs : Radon, Uranium Arrêt du tunnelier pour mise en œuvre de dispositions spécifiques, ventilation, gestion du marin

Incertitude sur l’homogénéité du sol/massif Occurrence de blocs non broyés par la roue Blocage du marinage (tunnelier pression de boue)Perte de cadenceArrêt du tunnelier

Difficultés de marinage et usure de la tête (pression de terre)Perte de cadenceArrêt du tunnelier

Rencontre de cavités vides (karst, vide de dissolution, cavité anthropique)

Chute de la pression de confinement, surconsommation de boueInstabilité de la machineDifficulté de grippageAbsence de butée des voussoirsPerte de cadenceArrêt du tunnelier

Occurrence de débourrage (karst en charge avec matériau solide, niveau sableux non consolidé)

Si tunnelier ouvert :Perte de cadenceArrêt du tunnelier

Rencontre d’éléments anthropiques (pieux de bois ou ferraillés, restes de structures construites)

Perte de cadenceArrêt du tunnelier pour traiter les obstacles

Incertitude sur le comportement mécanique du massif

Valeurs de convergences plus élevées que prévues Blocage ou serrage du tunnelier et/ou rupture des voussoirs

Chutes de blocs ou d’écailles Blocage de la roue de coupe ou serrage du tunnelier

Rencontre de zones fracturées ou faillées (terrain plus désorganisé, plus altéré, plus argilisé)

Difficultés de marinage (blocs, argiles) plus fortes que prévuFontisPerte de cadenceDifficulté de grippageArrêt du tunnelierDésordres en surfaceArrêt de l’avancement pour traitement du fontis

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Source de risque Événements redoutés Conséquences

Incertitude sur le comportement mécanique du massif

Rencontre de zones plus altérées que prévu (altération météoritique ou hydrothermale)

FontisPerte de cadenceDifficulté de grippageArrêt du tunnelierDésordres en surfaceArrêt de l’avancement pour traitement du fontis

Occurrence de terrain décomprimé FontisDésordres en surfaceDifficulté de grippageArrêt de l’avancement pour traitement du fontis

Occurrence de configuration présentant un très fort contraste de compacité

FontisDésordres en surfaceArrêt de l’avancement pour traitement du fontisCasses d’outils sur la roue de coupe

Incertitude sur les conditions hydrogéologiques Arrivées d’eau très abondantes et/ou sous forte charge Inondation du chantierPerte de cadenceArrêt du tunnelier

Eaux à température trop élevée Nécessité de refroidir les eaux avant de les rejeter dans le milieu naturel

Incertitude sur les conditions environnementales

Occurrence d’une arrivée de gaz (CH4, H2S, CO2….) à une teneur inacceptable

IntoxicationArrêt du tunnelier

Occurrence d’un dégagement instantané de gaz IntoxicationArrêt du tunnelierExplosion

Température géothermique trop élevée pour les conditions de travail

Besoin de réfrigérerArrêt tunnelierPerte de cadence

Cas particuliers des ouvrages annexes réalisés en méthode conventionnelle

Les risques liés aux ouvrages nécessaires à la mise en œuvre de la machine tels que puits d’accès, puits de sortie, galerie de recul, galerie de montage, y compris les ouvrages provisoires sont souvent insuffisamment pris en compte.

Dans le cadre d’un projet donné, ce sont les premiers ouvrages exécutés et ils sont fréquemment réalisés sous nappe.La réalisation des puits fait souvent appel à des techniques de soutènement, de type parois moulées, pieux sécants, palplanches ou à des soutènements plus légers réalisés après traitement des terrains par injection, rabattement, jet grouting, congélation, etc.Le terrassement des puits à l’abri des enceintes périmètrales ainsi réalisées met en évidence la nature des terrains rencontrés.Il s’agit alors de construire les galeries de recul et/ou de montage souvent nécessitées pour l’assemblage des différents éléments constituant le tunnelier (bouclier, jupe, train suiveur) ou pour permettre la vidange des trains de marinage et l’alimentation en voussoirs.La réalisation de ces galeries est confrontée à de nombreux risques :• ce sont les premiers ouvrages terrassés horizontalement (à l’opposé des puits) le plus souvent suivant

une méthode conventionnelle (fonçage, cintres et boisage) après traitement des terrains et après ouver-ture des enceintes étanches du puits ;

• ces travaux d’excavation ne bénéficient pas de la protection apportée par la machine qui limite les risques d’ensevelissement ou d’effondrement, d’arrivées d’eau, alors même qu’ils sont réalisés en tout début de projet avec des connaissances des caractéristiques géotechniques et hydrogéologiques du massif pas toujours suffisamment précises au droit de ces ouvrages.

C’est ainsi que de nombreux accidents (quelquefois mortels) se sont produits lors de la réalisation de ces galeries, tels que par exemple :• débourrage dans des galeries de recul• fortes venues d’eau et déformation de la voûte dans des galeries de recul ;• débourrage dans un puits lors de la sortie du tunnelier ;• débourrage puis déformation de la voûte d’une galerie dans les argiles plastiques ;• débourrage dans un puits dans des sables sous nappe ; effondrement à répétition dans une galerie de

recul.Il est donc préconisé de mener des reconnaissances initiales très détaillées au droit de ces ouvrages et de mener des études de conception très détaillées.

Figure 3.2 - Galerie de montage.

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Figure 3.1 - Puits d’accès.

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3.1.2 - Analyse des risquesL’analyse d’un risque est le processus mis en œuvre pour comprendre la

nature d’un risque et pour déterminer le niveau de risque – cf. définitions

norme ISO 31 000 –.

Concrètement, l’analyse d’un risque donné consiste à :

• imaginer, décrire et quantifier la conséquence pour le chantier de creuse-

ment de l’événement redouté associé au risque considéré, le plus souvent

en termes de coût et de délai ;

• quantifier la vraisemblance de cet événement redouté ;

• et déterminer le niveau de risque par combinaison de la conséquence et

de la vraisemblance.

À titre d’illustration, il est présenté ci-après un exemple correspondant à un

événement choisi dans le tableau précédent -cf. § 3.1.1. Identification des

risques -.

L’événement redouté E est l’occurrence de valeurs de convergence relative

très supérieures à celles attendues. La conséquence d’un tel événement

peut consister en un serrage puis un blocage du tunnelier nécessitant la

mise en œuvre de travaux spécifiques (galerie latérale jusqu’à la roue de

coupe, renforcement du terrain, traitement, etc.) pour permettre le redémar-

rage du tunnelier.

Il convient alors d’imaginer ces travaux nécessaires, de les décrire et d’en

estimer le coût ainsi que le coût résultant de l’allongement du délai global

induit par cette conséquence. Ainsi quantifiée la valeur de la conséquence

est CE.

Puis il convient de déterminer la vraisemblance de cet événement qui sera

d’autant plus élevée que les reconnaissances sont peu nombreuses, le

terrain mal connu et les valeurs de convergence attendues relativement

modérées. Exprimée sous forme d’une probabilité, la valeur de la vraisem-

blance sera VE (valeur comprise entre 0 et 1).

Le niveau de risque NRE est alors déterminé par le produit CE*VE = NRE.

3.1.3 - Évaluation des risquesL’évaluation d’un risque est le processus de comparaison des résultats de

l’analyse du risque avec les critères de risque retenus afin de déterminer si

le risque et/ou son importance sont acceptables ou tolérables – cf. défini-

tions norme ISO 31 000 – .

3.2 - Traitement des risques

De manière très simplifiée le traitement d’un risque vise à réduire la valeur

de sa vraisemblance ou la valeur de sa conséquence ou les deux en même

temps.

Lors des phases d’études procédent la mise au point du projet et jusqu’au

démarrage des travaux, les mesures de traitement sont essentiellement :

• d’une part les reconnaissances initiales destinées à fortement diminuer le

champ des incertitudes géologiques, hydrogéologiques et géotechniques

et à élaborer un modèle géotechnique détaillé ;

• les spécifications techniques pour la conception et la construction de la

machine de manière à ce que celle-ci soit en mesure de s’accommoder de

toutes les conditions géotechniques attendues et que ses performances

soient optimales sur la plus grande partie du linéaire de l’ouvrage projeté.

Après le démarrage des travaux les actions de traitement sont :

• les reconnaissances à l’avancement ;

• la mise en œuvre des dispositions techniques spécifiques prévues sur la

machine pour traiter les événements redoutés. Exemple « surcoupe » pour

traiter un phénomène de « convergence ».

3.2.1 - Reconnaissances initialesLa très faible adaptabilité du processus de creusement au tunnelier néces-

site une reconnaissance initiale approfondie pour fiabiliser le choix de la

machine d’une part et ne pas reporter l’achèvement de la connaissance de

l’encaissant en phase de réalisation d’autre part. La complémentarité des

reconnaissances initiales avec celles réalisées à l’avancement est certaine

en travaux souterrains, mais la forte industrialisation du creusement méca-

nisé, qui a permis d’améliorer nettement la productivité, amène à n’effectuer

les investigations complémentaires indispensables au creusement que de

façon occasionnelle et discontinue. Ainsi toute la connaissance (possible) du

massif nécessaire à la construction de l’ouvrage doit être acquise avant le

démarrage du creusement au tunnelier.

Pour ce faire, il est impératif (et plus encore que dans le cas général des

reconnaissances à l’avancement menées lors d’une excavation convention-

nelle [1]) de poursuivre les reconnaissances initiales jusqu’à être en mesure

de proposer un modèle géologique très détaillé et fiable. Les reconnais-

sances initiales doivent donc permettre :

• de caractériser les matériaux et les conditions géotechniques attendus

dans les différents tronçons individualisés en section courante ;

• d’identifier et d’appréhender le plus précisément possible les zones

singulières (contacts structuraux, variations de caractéristiques géoméca-

niques, etc.) afin de réduire leur niveau de risque.

Pour atteindre cet objectif, il est recommandé de recourir :

• aux techniques de reconnaissances les plus adaptées sans hésiter à faire

appel aux techniques moins couramment utilisées telles que certaines

méthodes de sismique (sismique réflexion à haute résolution, sismique en

forage, etc.) et les sondages dirigés ;

• aux sondages horizontaux de grande longueur aussi bien pour les ouvrages

profonds que les ouvrages plus superficiels. Cette technique est notam-

ment fortement recommandée pour les ouvrages urbains en raison d’une

part du fait qu’il s’agit d’une reconnaissance longitudinale parallèle à l’ou-

vrage et d’autre part du fait que l’encombrement de la surface ne permet

pas toujours une répartition optimale d’une série de sondages verticaux.

Il est bien évident que l’objectif du risque résiduel « minime » est beaucoup

plus facile à atteindre pour des tunnels implantés à faible profondeur parce

que la proximité de la surface rend les techniques et méthodes de recon-

naissances plus aisées et moins coûteuses à être mises en œuvre. Par

« faible profondeur » nous entendons quelques dizaines de mètres (jusqu’à

80 ou 100 mètres) sachant par ailleurs que pour les travaux en excavation

mécanisée, un tunnel est considéré comme profond à partir du moment où

la charge hydraulique devient supérieure à 35 ou 40 mètres, seuil au-de-

là duquel les interventions en hyperbarie deviennent très pénalisantes.

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Selon les sites et les conditions hydrogéologiques, la limite entre tunnels

superficiels et tunnels profonds se situe donc entre 35 et 80 mètres (voire

plus) selon la hauteur de charge d’eau. Pour ces tunnels peu profonds, il

devrait être donc, théoriquement, possible de s’affranchir quasi totalement des

reconnaissances à l’avancement, grâce à une démarche de management

des risques rigoureusement appliquée et à la réalisation de toutes les

reconnaissances initiales jugées nécessaires pour le traitement des risques.

Pour les tunnels plus profonds et notamment les tunnels sous forte

couverture (qui sont en général les plus longs) l’objectif du risque résiduel

« minime » est quasi impossible à atteindre sauf en réalisant une galerie de

reconnaissance préalablement à la conception et à la construction du tun-

nelier. Une telle galerie peut être réalisée soit en méthode conventionnelle

(délais importants) soit également en méthode mécanisée mais en petite

section. Cette dernière solution est bien adaptée lorsque la galerie fait partie

intégrante de la méthode d’exécution (avant trou pour créer une surface de

dégagement à l’abattage à l’explosif en zone urbaine ou alésage au tunnelier

de grand diamètre ou aléseur) ou dans les cas où cette galerie peut être

intégrée à l’ouvrage définitif comme galerie technique ou galerie de sécurité.

À défaut d’une galerie de reconnaissance, les sondages profonds (dirigés

ou non) associés à de la géophysique et à une synthèse géologique régio-

nale approfondie constituent l’essentiel d’un programme de reconnaissance

visant notamment la localisation des changements de lithologie et les zones

aquifères.

3.2.2 - Spécifications techniques pour la conception de la machineLes spécificités techniques du tunnelier doivent répondre et surmonter

l’ensemble des événements redoutés de manière à éviter ou limiter les

problèmes en cours de creusement.

Le tableau ci-après recense des éléments de conception susceptibles d’être

retenus en fonction de quelques événements ou conséquences redoutés.

3.2.3 - Reconnaissances à l’avancementLes reconnaissances à l’avancement effectuées dans le cadre d’un chantier

mécanisé visent à :

• caractériser les incertitudes résiduelles (principalement des zones singu-

lières), afin d’adapter le pilotage de la machine et prendre toute disposi-

tion nécessaire en conséquence pour se prémunir contre tout événement

potentiellement dangereux ;

• assurer la préservation et le bon fonctionnement de la machine ;

• assurer la sécurité du chantier, du personnel et du matériel.

En préalable à l’inventaire des moyens de reconnaissance à l’avancement

développé ci-après (voir paragraphe 4), il n’est pas inutile de rappeler que

certaines dispositions décrites dans la recommandation précédente [1] de-

meurent applicables dans le cadre d’un chantier mécanisé.

C’est notamment le cas pour la réalisation de sondages effectués depuis une

niche latérale au tunnel (ou à la galerie). L’excavation d’une telle niche offre

un volume suffisant pour y installer une sondeuse capable de procéder à des

sondages carottés de grande longueur et éventuellement sous conditions

hydrogéologiques fortement contraignantes (nécessité d’un B.O.P, Blow Out

Preventer). Cette disposition permet dans le cadre d’un chantier en méthode

conventionnelle de réaliser la reconnaissance sans perturber la production,

l’installation de sondage étant en dehors du chantier de creusement.

Il n’en est pas tout à fait de même en chantier mécanisé parce que la vi-

tesse d’avancement du tunnelier est beaucoup plus rapide que ne l’est celle

d’un front de taille en méthode conventionnelle et est quasiment du même

ordre de grandeur que celle de la reconnaissance (avancement moyen d’un

sondage carotté étant de l’ordre de 1 mètre/heure). Aussi dans la pratique

en chantier mécanisé, cette disposition n’est retenue que pour détecter la

localisation et la nature exacte d’une zone critique assez loin en avant du

front, l’avancement de la machine étant soit arrêté soit fortement dégradé.

La reconnaissance effectuée dans le cadre du chantier de creusement de la

galerie hydraulique de Salazie-Amont (voir annexe 2) constitue un exemple

de mise en œuvre d’une telle disposition.

Événements ou conséquences redoutés Exemples de prise en compte par la conception machine

Fontis / Tassements Mesure de la quantité de matériau excavéFontimètreMesure et enregistrement : volume/pression injection mortier bourrage

Cavités Sondage à l’avancementPassages pour foreuses et outils nécessaires pour le traitement de terrainContrôle des pressions de confinement

Usure Dispositifs de protection, de contrôlePossibilités de maintenanceOutils d’usure renforcésTémoin d’usure de tête, de racleur

Collage / colmatageDifficulté marinage

Géométrie de la tête d’abattageDispositifs spécifiques améliorant la circulation des matériaux dans la chambre d’abattage et/ou l’adjuvantation (à adapter selon le mode de fonctionnement pression de terre / boue / mode ouvert…)

Blocage(roche convergente)

Géométrie adaptée du bouclier (longueur/conicité…)Différents dispositifs pour obtenir une surcoupe importantePoussée et couple surdimensionnés (conséquence sur les voussoirs)Injection latérale de lubrifiant

Élémentsanthropiques

Passages pour foreuses et outils, accès depuis bouclierGéométrie des ouvertures de la tête d’abattage (taille / calibrage…)Ergonomie de la chambre pour faciliter les interventions

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Lorsqu’à l’inverse, les reconnaissances sont réalisées depuis l’intérieur du

tunnel (ou de la galerie), c’est à dire depuis l’avant du tunnelier, les méthodes

et moyens de reconnaissance sont très fortement contraints par l’exiguïté

de l’espace disponible et par les exigences de la production. Il convient donc

d’adapter ces moyens et méthodes aux conditions particulières des tunne-

liers et réciproquement de concevoir ceux-ci en intégrant les dispositions

permettant de faciliter la mise en œuvre des méthodes et moyens envisagés.

Sachant que le front n’est que très difficilement observable (en dehors

d’opération spécifique nécessitant l’arrêt de l’avancement et un léger recul

de la roue de coupe), les reconnaissances consistent essentiellement en :

• la prise en compte des paramètres d’avancement de la machine ;

• des sondages réalisés au travers de la roue de coupe ou de la jupe du

tunnelier ;

• des sondages réalisés depuis des niches latérales ainsi que décrit précé-

demment [1] ;

• des méthodes géophysiques adaptées ;

• parfois sur l’utilisation d’un système de mesure (par exemple tiges téles-

copiques) du vide annulaire de type fontimètre pour détecter les sur-ex-

cavations et les vides.

Figure 3.3 - Sondeuse de reconnaissance axiale.

Figure 3.4 - Sondeuse de reconnaissance inférieure.

Lorsque la reconnaissance à l’avancement s’avère nécessaire, c’est à dire

lorsqu’il a été identifié des risques résiduels présentant un niveau de risque

important, il convient :

• de déterminer pour chaque risque identifié, les méthodes de reconnais-

sances les plus pertinentes pour détecter et/ou caractériser l’occurrence

des événements redoutés, le choix du type de reconnaissance devant être

adapté à la problématique et au contexte (voir § 4) ;

• de décider lors de la conception de la machine, des spécifications tech-

niques à adopter sur la machine pour permettre la mise en œuvre des

méthodes choisies.

Le programme des reconnaissances doit être défini en respectant les consi-

dérations générales suivantes :

• Le programme de mesure et les sections à reconnaître sont définis de

telle sorte que les résultats attendus puissent être considérés comme re-

présentatifs.

• Les mesures ne doivent pas être faussées par l’activité du chantier.

• La fréquence des mesures est déterminée en fonction de la variabilité

des valeurs.

• L’exploitation et la distribution des données sont assurées par un système

garantissant à toutes les parties prenantes au projet d’avoir les données

en temps réel voire légèrement différées afin que les prises de décisions

soient rapides.

Le retour d’expérience semble montrer que le recours à une reconnaissance

à l’avancement à caractère systématique sur toute la longueur de l’ouvrage

constitue l’exception. Ceci s’explique sans doute par le fait, déjà évoqué,

que les opérations de reconnaissance perturbent fortement l’avancement

(arrêt complet, de 4 à 6 heures pour un sondage destructif de 40 mètres de

longueur par exemple), ce qui est souvent en contradiction avec l’objectif

de réduire le délai global et celui d’éviter les arrêts pour avoir un meilleur

comportement des terrains excavés. Ainsi dans la très grande majorité des

cas la reconnaissance à l’avancement est limitée à des zones particulières

identifiées soit lors des reconnaissances initiales soit lors de la réalisation.

À titre d’exemple, certains chantiers où il a été réalisé une reconnaissance à

l’avancement sont présentés en annexe 2.

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4 - Inventaire des moyens de reconnaissance

Les méthodes de reconnaissance à l’avancement sont peu nombreuses,

avec peu de retour d’expérience et semblent n’avoir que peu progressé de-

puis le Projet EUPALINOS. Pour autant, l’inventaire suivant fait une synthèse

de l’état actuel de nos connaissances sur le sujet. Par ailleurs, dans le cadre

du projet NeTTUN soutenu par la Commission Européenne (Septième Pro-

gramme Cadre pour la Recherche, le Développement Technologique et la

Démonstration sous la Convention de Subvention 280712), il est engagé un

travail de recherche visant le développement d’un système de prédiction de

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terrain avec les objectifs suivants : le couplage de méthodes géophysiques

complémentaires pour acquérir les données, l’interprétation automatisée

des données brutes et le fonctionnement en temps masqué sans impact sur

l’avancement du tunnelier.

4.1 - Méthodes directes

4.1.1 - Observations directes à front ou en parementLes observations à front sont limitées au travers des ouvertures de la roue

de coupe durant les opérations de maintenance. Elles ne sont possibles que

pour les tunneliers ouverts. Ces observations ponctuelles ne permettent pas

pour autant d’effectuer un levé détaillé du front, du fait de l’encombrement

du tunnelier. Ces observations sont plus utiles à la mise en place du soutè-

nement qu’au pilotage du tunnelier.

Dans le cas de tunneliers sans soutènement (roche dure à grippeurs),

comme à Rizzanese en Corse par exemple, les levés géologiques effectués

en parement apportent une connaissance précise mais qui n’est utile que

pour la vie et l’exploitation de l’ouvrage ou encore pour la conception et la

réalisation postérieures d’un autre ouvrage parallèle ou proche.

Dans le cas de tunneliers de type bouclier, l’analyse du marinage (pesage

marin, examen des cuttings) apportent des informations moins précises

qu’un levé de parement mais sont tout aussi utiles pour identifier les for-

mations creusées, les changements de terrain ou encore pour contrôler les

volumes excavés. Les interventions dans la tête pour des reconnaissances

visuelles sont très limitées (conditions hyperbares, limitées aux mainte-

nances, problème de sécurité…).

Figure 4.1 - Vue du parement tunnelier roche dure.

4.1.2 - Paramètres « machine »Les tunneliers bénéficient quasi systématiquement d’un système d’enregis-

trement des paramètres liés au creusement.

Il s’agit de programmes d’aide à la navigation (pouvant passer en mode

automatique avec action sur les pressions de vérins), de suivi en temps réel

d’une chaîne d’acquisition des données des paramètres mécaniques, des

fluides et solides (marin, bentonite, boue, eau, polymères, volume, densi-

té…) et de visualisation des courbes de tendance.

De ce fait, les paramètres enregistrés sont extrêmement nombreux (près

d’un millier).

L’avancement des tunneliers en roche dure est tout particulièrement dépen-

dant de la résistance et du degré de fracturation du terrain ; de ce fait les

paramètres à suivre dans le cadre d’une reconnaissance sont :

• la vitesse d’avancement (mm/min)

• le couple (kN.m)

• le pas de pénétration (mm)

• la poussée sur la tête (kN)

• la poussée totale (kN)

• l’énergie (MJ/m3)

On peut aussi travailler sur des couples de paramètres (par exemple pous-

sée/pénétration, frottement sur bouclier…).

Ces paramètres sont aussi dépendants de l’usure des outils. Cette remarque

est à prendre en compte avant de fournir une interprétation hâtive de ces

enregistrements.

En confinement, la rhéologie de la boue ou du cake et l’interaction sol/confi-

nement sont des éléments à contrôler (par exemple, suivre la rhéologie de

la boue et les pertes dans le terrain permettent d’appréhender de façon

grossière la fracturation globale et l’ouverture des fractures du massif).

Dans tous les cas, l’examen des produits de marinage ainsi que leur pesage

en continu constituent également un moyen de suivre le contexte géolo-

gique traversé et de contrôler les volumes de terrain excavés.

Le guidage de la machine (déviation, montée ou plongement) est aussi lié

à un changement des conditions géologiques/géotechniques de l’environ-

nement.

Ces informations sont visibles sur le tableau de bord du tunnelier. Elles

doivent être partagées (au moins pour les paramètres les plus importants),

via un réseau informatique, entre les spécialistes de l’entreprise mais aussi

de la maîtrise d’œuvre ou du maître d’ouvrage. Pour une application opti-

male, le maître d’ouvrage doit avoir précisé dans son DCE* les modalités

d’échange attendues : nature des données, format, fréquence, etc.

L’interprétation géologique/géotechnique qui en découle est ensuite réalisée

par corrélation avec les conditions attendues (coupe prévisionnelle) et par

analogie avec des conditions déjà rencontrées précédemment.

La variation de certains paramètres peut être annonciatrice de changements

dans le terrain : poussée, usure des outils de coupes… Il serait intéressant

d’étudier en temps réel ces variations de paramètres (indépendamment de

leur fonction première d’aide au pilotage) avec comme objectif principal de

voir dans ces variations de paramètres l’indice d’un changement prochain

dans le terrain et donc d’alerter sur un risque potentiel ou probable.

Toutefois il ne s’agit pas à proprement parler de reconnaissances à l’avan-

cement (ni même au droit du front) parce que les matériaux correspondant

aux données exploitées (paramètres machines) ont déjà été excavés et se

situent donc en arrière du front ! Cependant l’analyse à l’avancement de

ces données permet de faire des recoupements et de valoriser le retour

d’expérience pour en faire un élément d’aide à la décision dans la poursuite

du pilotage du creusement.

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*DCE : Dossier de Consultation des Entreprises

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RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT24R2F1So

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4.1.3 - Méthodes directes par sondagesComme déjà rappelé – cf § 3.2.3. – les principes des méthodes de recon-

naissances par sondages sont identiques à ceux présentés dans la recom-

mandation précédente [1] et certaines dispositions qui y sont décrites de-

meurent applicables dans le cadre d’un chantier mécanisé (exemple de la

Galerie de Salazie, annexe 2).

Cependant les machines de forage utilisées sur les tunneliers ont leurs spé-

cificités en raison de la place (réduite) disponible derrière le bouclier ou

derrière la jupe. Ceci impacte la dimension, la puissance, l’orientation de

la reconnaissance, la nature des tiges utilisées et la longueur des recon-

naissances. Bien qu’il soit possible d’effectuer des sondages destructifs ou

carottés, l’emploi de sondages destructifs est beaucoup plus courant du fait

de la rapidité d’exécution et de la simplicité de la méthode. Le temps consa-

cré à la reconnaissance est ainsi plus compatible avec les temps consacrés

à la maintenance. Pour autant, dans le cas de reconnaissances spécifiques,

le sondage carotté est à privilégier. Dans ce cas cela nécessitera sans doute

l’intervention d’un entreprisse spécialisée afin d’assurer l’obtention de

carottes de bonne qualité.

Le principe d’une reconnaissance par sondage est d’avoir prévu à la concep-

tion du tunnelier l’emplacement d’une ou plusieurs sondeuses, disposées en

arrière de la tête, permettant de réaliser :

• des sondages inclinés à travers la jupe d’une quarantaine de mètres de

longueur. Ces sondeuses peuvent également permettre de réaliser du

boulonnage de dièdre rocheux (changement inclinaison forage) ;

• des sondages axiaux à travers la roue de coupe sur des longueurs de

40 mètres environ.

Les enregistrements des paramètres de forage sont collectés et analysés.

Les cuttings sont observés et éventuellement conservés. A ce titre, il peut

être utile de prévoir des dispositifs pour les collecter à la sortie du sondage.

Comme dans la précédente recommandation, ces sondages peuvent être

complétés par quelques diagraphies (gamma-ray en particulier) pour préci-

ser et compléter la seule description géologique des cuttings.

Figure 4.2 - Sondeuse de reconnaissance (en jaune).

4.2 - Méthodes indirectes de reconnaissance

4.2.1 - Remarques préalables sur les méthodes indirectes de reconnaissanceLes reconnaissances à l’avancement visent à détecter, le plus loin possible

en avant du front de taille, l’occurrence de conditions géotechniques diffé-

rentes de celles régnant au droit du front et susceptibles de nécessiter à

court ou moyen terme des adaptations dans le pilotage de la machine. En

dehors des méthodes directes par prélèvement d’échantillons et caractéri-

sation en laboratoire, les variations de conditions géotechniques ne peuvent

être détectées que par la mise en évidence de contrastes révélés par des

mesures physiques à distance.

Trois techniques pour détecter des contrastes dans le terrain sont dispo-

nibles, elles s’appliquent directement au front :

• l’étude de la propagation du champ de contraintes généré par la source

sismique : la sismique par réflexion sur les discontinuités, les blocs ou

les vides du fait des différences de vitesse de propagation dans ces dif-

férentes entités ;

• l’étude de la propagation du champ électromagnétique : le radar, égale-

ment par réflexion sur les discontinuités, les blocs, ou les vides, du fait des

différences de permittivité électrique dans ces différentes entités ;

• la forme du champ électrique et magnétique, généralement par mesures

de la résistivité électrique à condition que ce que l’on cherche présente un

contraste de résistivité.

L’idéal est de pouvoir « calibrer » ces mesures par croisement avec des

zones reconnues par sondages carottés.

Mais le retour d’expérience et l’analyse de la bibliographie montrent que

le plus souvent l’application de telle ou telle technique demeure limitée à

un exemple de cas isolé et avec des résultats plus ou moins probants (cf.

Annexes 1 et 2). Il apparaît en effet que les difficultés techniques de mise en

œuvre, d’exploitation et d’interprétation n’ont pas permis à ce jour d’iden-

tifier une méthode, ou une combinaison de méthodes, susceptible d’être

recommandée de manière quasi universelle. Ceci est en partie dû au fait que

des conditions géométriques et/ou géotechniques différentes ne fournissent

pas nécessairement des contrastes de vitesse de propagation (sismique ou

radar) ou des contrastes des résistivités. La démarche normale serait donc,

en première phase, l’identification et la localisation des contrastes ou ano-

malies, puis en seconde phase d’essayer de leur attribuer une signification

géologique, cette seconde opération étant généralement beaucoup plus dif-

ficile que la première.

En conséquence, les considérations développées ci-après - présentation

des techniques et tableau d’adéquation - donnent des orientations quant à

l’adéquation du principe de mesure des techniques proposées à la détection

de l’événement redouté mais ne fournissent pas d’information relative aux

dispositions de mise en œuvre.

Celles-ci sont succinctement présentées dans les fiches descriptives des

méthodes données en annexe 3. En revanche, ces fiches ne donnent aucune

indication quant aux coûts et délais. En ce qui concerne ces coûts et ces

délais, il est conseillé de consulter directement les opérateurs sur la base du

programme de reconnaissance pour obtenir des informations actualisées et

adaptées au chantier.

4.2.2 - La sismique réflexionPrinc ipes

La sismique réflexion étudie les réflexions d’ondes sismiques sur des miroirs,

exactement comme en optique (ou plus généralement en électromagnétique).

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Cette technique est extrêmement utilisée par les pétroliers, mais à des pro-

fondeurs supérieures à 1000 mètres. À ces profondeurs les ondes réflé-

chies arrivent en quelques centaines de millisecondes, durée suffisante pour

identifier les ondes réfléchies qui arrivent significativement après les ondes

directes et les ondes réfractées.

A faible profondeur, la sismique réflexion est peu utilisée car sur une dis-

tance de quelques dizaines de mètres, l’onde réfléchie arrive dans le paquet

d’ondes réfractées et ne peut être visible qu’après un traitement lourd et une

multiplication des tirs.

En galerie souterraine, le traitement permettant d’identifier les ondes

réfléchies est un peu plus facile du fait que les terrains de surface, dits lents,

ne sont pas traversés et que des dispositifs permettant de multiplier les tirs

peuvent être mis en place.

Pour déterminer la vitesse de propagation de l’onde réfléchie ou réfractée en

compression comme en cisaillement, il est préférable d’utiliser des disposi-

tifs de mesure assez longs.

En tunnel, comme par définition les galeries sont longues, il est naturel

d’utiliser la galerie dans sa longueur. Toutefois, c’est surtout au front que

l’on a besoin de renseignements, et au front de taille on ne dispose que du

diamètre de la galerie pour installer un dispositif.

D’autres paramètres sont à prendre en compte :

• Le champ de contraintes généré par la source sismique se propage sans

difficulté dans le terrain, mais s’atténue avec la distance ; le recours à

l’explosif est utile, mais présente parfois des inconvénients pour l’envi-

ronnement.

• La vitesse de propagation de l’onde de compression (onde P) est plus éle-

vée que celle de l’onde de cisaillement (onde S) ; l’onde de compression

arrive donc toujours avant l’onde de cisaillement qui est de ce fait peu

visible.

• La source sismique peut produire plus ou moins d’ondes de compression

ou d’ondes de cisaillement.

• Il n’y a pas de procédé permettant simplement de différencier les ondes de

réfraction et les ondes réfléchies sur des courtes distances sans disposer

de nombreux capteurs largement répartis et il n’y a pas de procédé détec-

tant seulement l’onde de compression ou l’onde de cisaillement.

• La taille des structures détectables dépend de leur forme, de leur distance

à la source, de la vitesse de propagation dans le terrain, du contraste

entre leur propre vitesse de propagation et celle du terrain, du contenu

en fréquence d’un signal émis et filtré, du bruit et de leur appartenance

à une famille (un ensemble de blocs se détecte alors qu’un bloc isolé ne

se détecte pas). Pour donner un ordre de grandeur, un bloc de 2 mètres

de diamètre à 10 mètres du front est probablement difficilement détec-

table surtout dans un terrain de vitesse sismique élevé. Le même bloc à 3

mètres du tunnelier dans un terrain argileux est détectable plus facilement

sous réserve d’une bonne disposition de capteurs.

Les différents procédés de reconnaissance sismique décrits en annexe

3 constituent en fait des choix différents par rapport à ces différentes

contraintes.

Dispositif sismique idéal

L’idéal serait de pouvoir installer un dispositif sismique au front du tunnel,

forcément solidaire du tunnelier, mais découplé de lui au moment des en-

registrements et permettant de parfaitement analyser les ondes réfractées

et réfléchies, les ondes de compression et les ondes de cisaillement de

manière à obtenir des vues du terrain et de déterminer les caractéristiques

sismiques, élastiques et visqueuses du terrain. C’est malheureusement

difficile à imaginer car sur des courtes distances les ondes P, les ondes S,

les ondes réfractées et les ondes réfléchies ne sont pas nettement séparées.

Dans la figure 4.3, la partie de gauche montre un dispositif apparemment

idéal mais irréaliste car les lois de l’optique géométrique sont telles qu’il

est impossible d’obtenir une vue complète de l’interface. La partie de droite

montre en pointillé des zones non détectables et en continu des zones

détectables ; un ou plusieurs récepteurs peuvent être ajoutés à l’arrière

pour enrichir l’information. L’information complète sur une transition

sismique dans les terrains ne peut être obtenue, elle est forcément limitée

aux interfaces qui renvoient les ondes réfléchies (ou réfractées) vers le front

du tunnelier.

Toutefois le tunnelier présente un avantage car sa tête tourne et un dispositif

solidaire de la tête peut situer dans l’espace le plan de l’interface, ce que ne

peut faire un simple dispositif sismique immobile. En ajoutant des capteurs

latéralement dans la galerie les possibilités de détection sont améliorées.

Des informations complémentaires à l’interprétation des mesures peuvent

être apportées en travaillant sur :

• les ondes de compression puis les ondes de cisaillement, celles-ci n’ayant

pas le même comportement dans un fluide.

• le contenu fréquentiel du signal, d’autant que le facteur distance joue peu

car plus les fréquences sont élevées plus le matériau est intrinsèquement

continu et de caractéristiques visco-élastiques élevées.

• les atténuations d’onde liées à la viscosité.

Figure 4.3 - Réflexions sismiques aux interfaces.

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Les dispositifs suivants représentent des choix faits parmi les options dis-

ponibles.

Dispositifs sismiques possibles

Compte tenu des contraintes évoquées, tous les dispositifs techniques

connus actuellement appartiennent à l’un des types suivants et schématisés

en figure 4.4 :

• Type 1 latéral - réflexion : C’est de la sismique réflexion ; les géophones

sont étalés dans l’axe de la galerie ; le signal est produit par de l’explosif

mis dans des forages courts réalisés depuis la galerie et assez éloignés

du front. Comme l’onde réfractée arrive la première, elle est utilisée pour

calculer la vitesse de propagation de l’onde de compression. Un proces-

sus itératif permet d’affecter une vitesse correcte aux ondes réfléchies et

de déterminer la forme et la position des réflecteurs. Inconvénients : la

visibilité vers l’avant du tunnelier est réduite et l’explosif engendre des

contraintes vis-à-vis de la sécurité.

• Type 2 frontal et latéral - réflexion : C’est le même système que

précédemment en ajoutant un dispositif sismique au front du tunne-

lier. Pour intéresser la zone du front la source ne doit pas en être trop

éloignée et ne permet donc pas l’utilisation d’explosif. Le dispositif installé

est moins long que dans le type latéral. L’emploi d’une source mécanique

conduit généralement, à terrain équivalent, à des fréquences plus élevées

qu’avec l’explosif. On obtient ainsi une meilleure résolution mais une

profondeur d’investigation plus faible.

• Type 3 frontal - réflexion : Le dispositif sismique est uniquement installé

au front du tunnelier. La source sismique est optimisée pour produire des

hautes fréquences, ce qui améliore la capacité de détection. C’est typique-

ment le schéma du cas idéal, mais avec ses possibilités réduites par les

lois de l’optique géométrique (cf. ci-dessus).

• Type 4 frontal - réfraction (pour mémoire) : En utilisant un émet-

teur moins puissant, seules les données de l’onde directe ou de l’onde

réfractée sont transmises et exploitées. Cela permet de reconnaître la

zone désorganisée sur les premiers décimètres en avant du front de taille.

Résultats

Les résultats fournis par ces quatre procédés comprennent tout ou partie

des informations suivantes :

• Profil des ondes P et plus rarement des ondes S au droit du dispositif ;

• Profil des paramètres mécaniques du terrain, dérivé à partir de la vitesse

des ondes P et S ;

• Caractérisation géométrique des réflecteurs principaux ;

• Représentation en 2D (plan et sections) ainsi qu’en schémas 3D mon-

trant l’intensité et la distribution du coefficient de réflectivité du secteur

investigué.

Comme souligné précédemment, les dispositifs les plus longs (types 1 et 2)

et qui utilisent l’explosif fourniront des résultats loin devant et sur le côté du

tunnel (plusieurs dizaines de mètres en avant du front, voire jusqu’à 100 –

150 mètres dans les meilleures conditions). Celui limité à la tête du tunnel

(type 3 : choc du marteau de plus haute fréquence) sera plus précis, mais

plus local.

4.2.3 - Le radarPrincipes

Le radar est une autre méthode de propagation, celle du champ électroma-

gnétique qui renseigne sur les contrastes électromagnétiques, la permittivité

électrique en l’occurrence, liés à la nature même du matériau et non à ses

propriétés mécaniques.

Les lois de l’optique géométrique sont rigoureusement identiques pour le

radar et la sismique, les longueurs d’onde sont du même ordre de grandeur.

Les différences sont les suivantes :

• Le sol est un milieu peu favorable pour le radar, car le terrain conduit

l’électricité ce qui en ferait un « semi-conducteur » si le terme n’avait pas

une autre signification. Plus le terrain est conducteur (argileux), plus l’onde

radar est atténuée, l’atténuation du signal en fonction de la distance est

beaucoup plus importante avec le radar qu’avec la sismique. Les portées

ne dépassent pas 5 mètres même si l’on peut trouver des cas favorables.

L’avantage du radar est qu’il travaille dans un monde qui ignore les com-

Figure 4.4 - Différents procédés de reconnaissance sismique.

Les informations

spécifiques sur

chacun de ces

procédés sont

présentées en

Annexe 3.

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portements mécaniques, ce qui lui permet d’être intégré dans la roue de

coupe du tunnelier.

• La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques est unique, la

composante magnétique du champ se propage à la même vitesse que

la composante électrique à la différence du champ de contraintes qui se

déplace à une vitesse différente suivant que la déformation est trans-

versale (onde S) ou longitudinale (onde P) à la direction de propagation.

L’image radar est donc plus propre, moins bruitée et plus facilement im-

médiatement exploitable.

Ainsi une argile et un calcaire se différencient grâce à leurs caractéristiques

électromagnétiques différentes. Il n’en va pas de même pour un sable sec

et un calcaire qui ne se différencient guère d’un point de vue électroma-

gnétique.

Dispositif radar

Des quatre schémas de la Figure 4.4 concernant la sismique, les deux

premiers doivent être éliminés du fait que l’atténuation du signal radar est

trop forte pour permettre cette géométrie d’acquisition. Le quatrième sché-

ma qui présente la réfraction n’est pas exploitable car l’onde directe entre

l’émetteur et le récepteur est trop puissante et représente en pratique un

bruit à éliminer. Seul le schéma de gauche de la figure 4.5 est à retenir pour

le principe d’un dispositif radar.

Une conséquence de la forte atténuation de l’onde est que sa capacité de

détection des petits objets décroît avec la distance de ces objets. Les hautes

fréquences sont très rapidement atténuées mais donnent des informations

précises sur les petits objets, les basses fréquences nécessaires pour dé-

tecter à plus de 5 mètres ont une capacité moindre de détection des petits

objets.

Résultats

La simplicité du dispositif est telle que les résultats ont un aspect identique

à ceux de radar de forages ou de forages dirigés ; le signal ne comprenant

pas de superposition ondes réfléchies-ondes réfractées, ondes P – onde S,

les résultats sont des images plus ou moins grossières du terrain, dépendant

essentiellement des contrastes électromagnétiques et de l’importance du

traitement du signal effectué.

4.2.4 - La résistivité électriquePrincipes

Les méthodes de résistivité électrique mesurent la forme et l’évolution d’un

champ électromagnétique statique produit par des électrodes A et B. (fig.

4.6) Une tension U est mesurée sur des couples d’électrodes (M-N, P-Q) ain-

si qu’une intensité I entre deux électrodes (A-B). Ceci permet de calculer des

résistances R, assez facilement pour des résistivités apparentes (pseudo-

résistivité) et beaucoup plus difficilement pour des résistivités « vraies ».

Il n’y a pas d’onde, donc pas de notion de distance parcourue, de vitesse de

propagation, de surface réfléchissante, de géométrie à proprement parler.

Le résultat est une variation continue et plus ou moins forte de la valeur

du champ de résistivité apparente et seule l’interprétation détermine une

frontière.

Pour être utile en reconnaissance à l’avancement il faut que la structure

recherchée présente un volume important et présente un fort contraste de

résistivité avec le milieu encaissant. Le cas type est la poche volumineuse

d’argile (résistivité 0,1 à 10 Ohm.m) au milieu d’un encaissant franchement

calcaire (résistivité supérieure à 1000 Ohm.m), présentant un rapport de

résistivité de l’ordre de 1000.

Dispositif électrique focalisé

Les systèmes électriques consistent en un équipement de la roue de coupe

et de la jupe du tunnelier permettant de faire des mesures de résistivité et

de polarisation en avant du front de taille. Les mesures sont effectuées au

moyen d’électrodes fixées sur des molettes électriquement isolées de la

roue de coupe et sur la jupe du tunnelier puis une électrode retour renvoyée

très à l’arrière dans la partie revêtue de voussoirs. Les données sont ren-

voyées en surface où se fait, après un calibrage, le traitement des résultats

et leur interprétation.

Des électrodes en surnombre sont ajoutées pour obliger le champ élec-

trique à se comporter comme sur le schéma inférieur de la figure 4.6 et non

comme sur le schéma supérieur. Les lignes de courant (en rouge) pénètrent

plus profondément dans le terrain et forment en 3 dimensions des faisceaux

qui peuvent s’étendre jusqu’à 10 mètres de profondeur. C’est ce qu’on

appelle le dispositif électrique focalisé.

Figure 4.5 - Un seul procédé de reconnaissance radar (à gauche) ; ajouter une antenne latéralement (à droite) semble impossible, distance trop longue.

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Figure 4.6 - En haut : dispositif de résistivité électrique classique – En bas : dispositif de résistivité électrique focalisé.

En haut sur la Figure 4.6, un dispositif classique est présenté avec les élec-

trodes de courant qui produisent le champ ; la résistivité est calculée à partir

des mesures de tension effectuées entre les électrodes M et N ou P et Q

pour un courant circulant entre les électrodes A et B. En bas sur cette même

Figure 4.6, le même système est schématisé avec cette fois plusieurs élec-

trodes de courant obligeant les lignes de courant reliant A et B à se déformer

et à pénétrer plus dans le terrain en face du point de mesure. Si le schéma

est correct il n’entend pas représenter fidèlement le comportement réel du

champ électrique. En trois dimensions, des couronnes d’électrodes alterna-

tivement chargées positivement et négativement sont mises en place, ce

qui produit un faisceau de lignes de courant, que des électrodes de tension

mesurent par ailleurs.

Résultats

C’est le résultat d’un traitement dans lequel interviennent des traitements

mathématiques lourds ; le résultat n’est pas une image mais des variations

de champs matérialisés par des équipotentielles, comme un champ hydros-

tatique par exemple.

Une telle méthode peut détecter des graviers résistants dans une matrice

conductrice (argile) si la quantité de gravier est suffisante ; en aucun cas

elle ne peut détecter des graviers dans une

matrice sableuse, ou un boulder isolé dans

de l’argile d’autant que près du tunnelier

cette méthode ne peut être insensible à sa

masse métallique.

4.3 - Autres méthodes

L’instrumentation des outils de coupe d’un

bouclier permet de mesurer en temps

réel l’usure de ces outils et l’effort appli-

qué sur ceux-ci. En fonction de cette usure et de la poussée mesurée par

ailleurs, il est possible de suivre l’évolution des caractéristiques des terrains

rencontrés. Le procédé permet d’établir des cartographies du front taille

qui est en train d’être excavé et d’organiser au mieux les interventions de

maintenance.

Comme l’exploitation des « paramètres machine », les informations

fournies par l’instrumentation des outils de la roue de coupe ne constituent pas

réellement une reconnaissance à l’avancement puisque les terrains concer-

nés sont excavés concomitamment à l’enregistrement, mais ces données

permettent de détecter des variations dans le comportement des matériaux

rencontrés et éventuellement inciter à modifier les paramètres de pilotage

de la machine ou alerter sur la probabilité d’occurrence d’un événement

redouté.

4.4 - Essais in situ complémentaires

Les essais in situ complémentaires tels que les essais hydrogéologiques,

les essais dilatométriques ou les mesures de contraintes par stimulation

hydraulique des fractures ne sont pas mis en œuvre sur des chantiers au

tunnelier. Ils sont rappelés ici pour mémoire en cas de rencontre d’une ano-

malie particulière qui nécessiterait des reconnaissances plus poussées,

probablement en lien avec un fonctionnement en marche dégradée du

tunnelier. Il est rappelé que les détails techniques sont présentés dans la

précédente recommandation [1].

4.5 - Adéquation des moyens aux besoins

Le tableau ci-après présente l’adéquation des méthodes de reconnais-

sances à la détection des événements redoutés pour les tunneliers ouverts

et confinés.Figure 4.7 - Usure des outils de coupe.

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5 - Recommandations

Le présent chapitre se décompose en quatre parties concernant :

• le rappel du rendu des études de conception,

• le contenu du document de consultation,

• le principe de la rémunération,

• et un exemple de démarche.

5.1 - Études de conception (jusqu’au document de consultation)

Compte tenu des difficultés d’exécution des reconnaissances à l’avance-

ment à partir d’un tunnelier largement évoquées précédemment, il apparaît

que l’objectif de lever toutes les incertitudes avant le lancement de la réa-

lisation des travaux doit être expressément recherché et si possible atteint.

Pour ce faire il est recommandé de procéder conformément aux recom-

mandations AFTES n° GT32.R2F1 [4] en mettant en œuvre le processus de

management des risques dès le tout début des études, et en en respectant

la méthodologie, à savoir :

• élaborer un modèle géologique prévisionnel à chaque phase d’étude et

notamment dès la toute première, même si les données sont largement

incomplètes ;

• identifier très tôt les incertitudes majeures sur lesquelles devront être

concentrées les principales actions de reconnaissance destinées à réduire

le niveau de risque ;

• procéder de manière itérative en ne définissant une nouvelle campagne de

reconnaissances qu’après avoir :

- totalement exploité la précédente,

- en avoir synthétisé les résultats dans le modèle géologique prévisionnel

actualisé,

- identifié, analysé et apprécié les risques afin de déterminer les ac-

tions de traitement à entreprendre. Les actions de traitement consistent

comme indiqué ci-avant -cf. § 3.2.1 et 3.2.2 – essentiellement en des

reconnaissances spécifiques et des spécifications techniques pour la

conception de la machine.

Si en dépit de tous ces efforts le niveau des risques résiduels demeure élevé

parce que certaines reconnaissances n’ont pu être exécutées en raison de

contraintes environnementales ou d’urbanisme par exemple ou bien parce

que leur multiplication était irréaliste en raison de la grande profondeur ou

de très fortes difficultés d’accès en surface, il convient de faire reposer les

mesures de traitement visant à réduire le niveau des risques résiduels sur

les reconnaissances à l’avancement et sur les spécifications techniques

telles que définies au § 3.2.2.

L’étape de management des risques s’avère incontournable pour justifier la

nécessité de reconnaissances à l’avancement.

5.2 - Dossier de consultation des entreprises

Dans le document de consultation établi par le maître d’ouvrage doivent

figurer les mesures de traitement des risques résiduels identifiés à l’achève-

ment des études de conception lors de la finalisation du registre des risques.

Ces mesures de traitement des risques résiduels à mettre en œuvre lors de

la réalisation comportent :

• les spécifications techniques jugées nécessaires et devant être intégrées

à la conception et à l’équipement de la machine de creusement,

• et les reconnaissances à l’avancement.

Les reconnaissances à l’avancement ainsi que les spécifications techniques

jugées nécessaires pour réduire le niveau des risques résiduels doivent être

précisément définies dans les documents de consultation de manière à ce

que les candidats soient en mesure de tenir compte de ces exigences dans

leur offre. Néanmoins, lors de la mise au point du marché, ces spécifications

peuvent être ajustées, d’un commun accord entre les acteurs du projet. De

la même manière les obligations de l’entreprise quant aux procédures envi-

sagées pour le pilotage du chantier doivent être précisées dans le document

de consultation et éventuellement amendées lors de la mise au point du

marché.

En ce qui concerne les reconnaissances à l’avancement, le document de

consultation doit précisément indiquer :

• le programme des reconnaissances à l’avancement,

• l’ensemble des procédures d’exploitation et de diffusion des résultats de

ces reconnaissances,

• la méthode d’analyse des offres des candidats et les critères techniques

de choix,

• la liste des éléments de réponse devant figurer obligatoirement dans

l’offre du candidat (sous peine d’élimination en cas d’absence).

5.2.1 - Programme des reconnaissances à l’avancementEn cohérence avec l’appréciation des risques, l’identification des risques

résiduels et avec les spécifications techniques de la machine, le programme

des reconnaissances à l’avancement figurant dans les documents de

consultation doit :

• définir l’objectif de chaque action de reconnaissance, c’est à dire l’infor-

mation recherchée (valeur à mesurer, indice à détecter, etc.) pour per-

mettre la réduction du niveau de risque,

• délimiter la zone où chaque action doit être mise en œuvre et fixer la

fréquence de mise en œuvre au sein de la zone indiquée, préciser no-

tamment s’il s’agit d’une reconnaissance systématique ou au contraire

ponctuelle dédiée à une zone singulière,

• définir le cas échéant les zones « tests » au sein desquelles il sera pos-

sible de calibrer les méthodes indirectes par croisement des résultats de

sondages carottés.

• décrire le type de méthode à mettre en œuvre si celle-ci est suffisamment

éprouvée par l’expérience ou à défaut expliciter l’objectif à atteindre de

manière à stimuler l’innovation et l’expérimentation de nouveaux procédés.

Si les trois premiers points sont relativement faciles à satisfaire (les élé-

ments sont fournis par l’appréciation des risques), il n’en est pas de même

pour le quatrième visant à choisir une (ou des) méthode (s) et en définir les

dispositions de mise en œuvre.

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En effet plusieurs facteurs contribuent à cette difficulté.

• Comme déjà mentionné, il n’existe pas de « méthode miracle » et chaque

projet constitue un cas d’espèce. Les actions de reconnaissances peuvent

être très variables d’un projet à l’autre selon la nature et le niveau des

risques résiduels considérés et nécessitent donc la définition d’un pro-

gramme spécifique à chaque cas. En conséquence, il est à chaque fois né-

cessaire de procéder à une analyse de l’adéquation des méthodes dispo-

nibles et des dispositions de leur mise en œuvre spécifiques, sachant que

en dépit de leur aptitude théorique certaines méthodes peuvent s’avérer

inadaptées compte tenu des contraintes de mise en œuvre. Notamment, il

convient de s’assurer de la compatibilité du délai de rendu de l’interpré-

tation des reconnaissances à l’avancement avec la vitesse d’avancement

du tunnelier.

• Les dispositions de mise en œuvre des méthodes envisagées doivent être

définies alors que la conception même de la machine avec laquelle les tra-

vaux seront réalisés n’est que dégrossie lors de l’élaboration du dossier de

consultation des entreprises. Ces dispositions doivent être précises tout

en étant souples pour pouvoir être prises en compte par les entreprises

candidates dans leurs offres sans pour autant en avoir évalué les impacts

de manière détaillée.

Ainsi, la définition du programme des reconnaissances à l’avancement se

déduit d’une part de l’analyse des risques en ciblant les actions nécessaires

pour permettre une réduction effective du niveau des risques résiduels et

d’autre part des spécifications techniques exigées pour la machine de ma-

nière à assurer la cohérence entre les objectifs et les moyens.

Enfin ce programme des reconnaissances finalisé lors de la mise au point

du marché doit être un document « vivant » et demande à être adapté en

fonction de l’avancement des travaux afin de tenir compte de :

• toutes les informations recueillies dans le cadre du chantier,

• et l’actualisation de l’appréciation des risques résiduels établie dans le

cadre du « suivi des risques » à partir de ces informations.

La stratégie des reconnaissances à l’avancement doit donc être adaptée

afin de rester en adéquation avec les conditions rencontrées lors des tra-

vaux. Ces adaptations sont à déterminer dans le cadre des actions d’exploi-

tation et de diffusion des résultats traitées ci-après.

5.2.2 - Exploitation et diffusion des résultatsLes objectifs de l’exploitation et de la validation des reconnaissances pour

le pilotage du chantier ne sont pas fondamentalement différents pour une

méthode mécanisée avec tunnelier de ce qu’ils sont en méthode conven-

tionnelle ; aussi pour l’essentiel les procédures décrites dans la recom-

mandation précédente – AFTES n° GT24-R1F1 : « Les reconnaissances à

l’avancement », § 3 – restent-elles pertinentes.

Ainsi le document de consultation doit indiquer explicitement les procé-

dures d’exploitation et de valorisation des données recueillies à l’avance-

ment et notamment la diffusion et le partage des données entre l’entreprise

et le maître d’œuvre (ou le concepteur du projet) ainsi que les dispositions

organisationnelles retenues pour procéder d’un commun accord aux prises

de décisions résultant de l’exploitation des données quant aux éventuels :

• ajustements à apporter au pilotage du chantier ;

• adaptations au programme des reconnaissances évoquées ci-dessus.

Le document doit en particulier préciser les dispositions organisationnelles

qui devront être mises en œuvre en cas de crise comme l’occurrence d’un

événement redouté identifié dans les risques.

Cependant, le chantier au tunnelier se distingue parce que :

• La vitesse d’avancement de la machine est telle que l’exploitation, l’in-

terprétation, le partage des connaissances et l’application au pilotage du

chantier doivent être réalisés en un laps de temps extrêmement court ;

• Les « paramètres machine » apportent de nombreuses informations sur

les conditions de fonctionnement et d’avancement – cf. § 4.1.2.–. Ces

données, en très grand nombre, sont très clairement orientées vers le

pilotage, la maintenance et la sauvegarde de la machine et de l’environne-

ment mais l’analyse des variations de certains de ces paramètres permet

de détecter également des changements dans les conditions géotech-

niques.

En conséquence, les procédures décrites en §3 de [1] et rappelées ci-avant

sont à adapter :

• d’une part, pour autant que faire se peut, prendre en compte les « para-

mètres machine » dans la prévision des conditions d’avancement ;

• et d’autre part, pour mettre en place une organisation, notamment en

terme de moyens humains, apte à traiter extrêmement rapidement les

données disponibles (cf § 5.2.4. ci-après).

En revanche l’exploitation différée des reconnaissances et la rétro-analyse,

sont tout à fait les mêmes que ce soit pour un chantier mécanisé au tun-

nelier ou pour un chantier en méthode conventionnelle, il convient donc de

se reporter à la recommandation précédente - cf. « AFTES n° GT24-R1F1 -

§ 3.2 et 3.3 [1].

5.2.3 - Analyse des offres et critères de choixLe règlement de consultation (RC) détermine la méthode d’analyse des

offres ; il précise la liste des critères de choix des offres et la pondération de

ces critères dans la notation globale.

Il est recommandé pour les reconnaissances à l’avancement :

• qu’un sous-dossier spécifique aux reconnaissances à l’avancement

figure explicitement dans le mémoire technique de l’offre des candidats,

ce sous-dossier dont le contenu est défini au RC, constitue le « projet de

reconnaissance » du candidat, il doit faire l’objet d’une analyse spécifique

et d’une pondération propre ;

• que le critère technique de choix des offres comprenne un sous-critère

propre au « projet de reconnaissance » et que le poids de ce sous-critère

soit significatif dans la note technique de l’offre.

5.2.4 - Éléments de réponse obligatoiresIl s’agit des éléments de réponse que le candidat doit obligatoirement pré-

senter dans son offre en respectant la forme imposée par le règlement de

consultation. Ils se présentent généralement sous la forme d’une note tech-

nique détaillée répondant explicitement au programme des reconnaissances

à l’avancement.

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Sans être exhaustive la liste ci-après fournit quelques-uns de ces éléments

obligatoires pour chaque nature de prestation de reconnaissance :

• l’appropriation de l’objectif de l’action de reconnaissance, c’est à dire de

l’information recherchée pour permettre la réduction du niveau de risque,

• la définition de la zone et de la fréquence de mise en œuvre de l’action de

reconnaissance, en indiquant notamment s’il s’agit d’une reconnaissance

systématique ou au contraire ponctuelle dédiée à une zone singulière,

• la description de la méthode envisagée pour la mise en œuvre, celle-ci

étant soit directement déterminée dans le dossier de consultation (DCE),

soit proposée par le candidat dans le respect des exigences du document

de consultation,

• la description des dispositions organisationnelles nécessaires à la réa-

lisation des actions de reconnaissance et leurs impacts sur la conduite

des travaux,

• la liste détaillée des personnels impliqués dans le processus de reconnais-

sance (nom, curriculum vitae, qualification, fonction et temps de présence

sur le site …),

• la description des documents à fournir pour la diffusion des résultats (si la

forme n’est pas définie dans le document de consultation).

L’ensemble de ces éléments présentés dans son offre par le candidat consti-

tue le « projet de reconnaissance » qui a vocation (pour l’offre retenue) à être

intégré au contrat après aménagement éventuel lors de la mise au point du

marché entre le maître d’ouvrage et le titulaire.

5.3 - Rémunération

Pour garantir des prestations de reconnaissance de qualité, il convient d’en

assurer une rémunération correcte. En conséquence le bordereau de prix et

le détail estimatif doivent comporter un chapitre spécifique consacré aux

reconnaissances à l’avancement et suffisamment détaillé.

Chacune des actions de reconnaissance doit être individualisée selon sa

nature et rémunérée spécifiquement en fonction de la fréquence ou/et de la

longueur de mise en œuvre.

La rémunération doit couvrir :

• la préparation et la réalisation de la prestation à l’avancement,

• l’interruption de l’avancement (perte de production),

• le dépouillement et l’exploitation des résultats.

La prestation d’ingénierie géotechnique visant à étudier l’impact éventuel

des résultats obtenus sur le pilotage du chantier doit faire l’objet d’une ré-

munération différente éventuellement globalisée au sein d’une prestation

complète d’ingénierie géotechnique (mission G3 au sens de la norme NFP

94-500).

5.4 - Exemple de démarche

La démarche générale à réaliser peut être ainsi synthétisée en deux étapes

principales (Figure 5.1) :

1. Avant le creusement (Études de

conception) :

Les reconnaissances à réaliser pendant

les études de conception doivent in-

clure les relevés de surface, l’exécution

d’investigations géophysiques, l’exécu-

tion de forages carottés ou destructifs

avec diagraphies et enregistrements de

paramètres, l’exécution de puits et/ou

galeries de reconnaissances, la réalisa-

tion d’essais in situ et/ou en laboratoire.

Comme déjà indiqué, le but de ces recon-

naissances initiales est de construire un

modèle géologique et géotechnique de

référence sur lequel le processus de ma-

nagement des risques s’applique. Ce mo-

dèle devra identifier clairement quelles

sont les incertitudes résiduelles qui sub-

sistent avant le creusement.

2. Pendant le creusement :

L’analyse des différentes méthodes d’in-

vestigation à l’avancement montre qu’on

ne dispose pas d’une méthode unique qui,

seule, permettrait d’identifier et caractéri-

ser les événements redoutés. Les limites

des différentes méthodes d’investigation,

en termes de profondeur d’investigation, Figure 5.1 - Schéma de synthèse de l’approche générale recommandée pour les reconnaissances pendant les étapes de conception et creusement des ouvrages en souterrain.

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Figure 5.2 - Exemple de démarche pendant le creusement de terrains rocheux.

de fiabilité des informations fournies et de capacité de caractériser un objet

géologique du point de vue géométrique, hydrogéologique et géotechnique

font que le meilleur choix consiste bien souvent en une combinaison de

plusieurs méthodes. En particulier, comme illustré dans la figure suivante,

on recommande l’application conjuguée de :

• Méthodes indirectes (§ 4.2) dans un premier temps (Figure 5.2) : les avan-

tages de ces types d’investigation sont liés principalement :

- à la profondeur d’investigation (jusqu’à 70-100m) selon le dispositif

utilisé,

- à la capacité de fournir des données et des informations sur une zone

autour de l’axe du tunnel (en 2D ou en 3D),

- à un impact mineur, vis-à-vis du temps d’exécution de l’essai, sur

l’avancement du tunnelier.

• Méthodes directes (§ 4.1) dans un deuxième temps (Figure 5.2) : ces

méthodes, notamment l’exécution de forages carottés ou destructifs avec

diagraphies et/ou enregistrement des paramètres, permettent d’identi-

fier la position et les caractéristiques géotechniques et hydrogéologiques

d’un objet géologique et par suite de décider des mesures correctives

les mieux adaptées (Phase 3 de la Figure 5.2). Cependant la profondeur

d’investigation qui peut être atteinte de manière réaliste par ces méthodes

est assez limitée, de l’ordre de 30 – 50 m. De plus l’information fournie par

ces méthodes est ponctuelle : même dans le cas d’une application systé-

matique de ce type d’investigation, le volume de sol ou de roche reconnu

est limité par rapport à la section d’excavation. L’efficacité des forages est

donc optimale s’ils sont combinés avec les méthodes indirectes.

Par contre les limites des méthodes indirectes sont de ne pas fournir d’in-

dications univoques sur la nature et les caractéristiques géotechniques

des objets géologiques investigués et de ne pas permettre le prélèvement

d’échantillons.

Les méthodes de reconnaissance indirectes doivent donc être choisies en

fonction du contexte géotechnique. Elles peuvent être réalisées avec une

cadence régulière et leur exécution définie dans le programme des recon-

naissances à l’avancement doit être intégré dans le cycle de production de

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Figure 5.3 - Exemple de démarche dans le creusement de terrains meubles avec l’application de méthodes d’investigation indirectes (Phase 1) dans le but de mieux planifier l’application des mesures de mitigation les plus adaptées (Phase 2).

la machine. Cette démarche permet d’éviter l’avancement dans des condi-

tions géologiques inconnues.

Cette démarche méthodologique s’applique particulièrement bien en tunnel

en milieu rocheux. La Figure 5.2 présente un exemple d’application de la

méthodologie à la détection d’une faille en milieu rocheux.

Les méthodes d’investigations indirectes de sismique réflexion évoquées

dans les Figure 5.2 et Figure 5.3 ci-après : TSP, TRT, ISIS, SSP ou similaires

sont présentées en annexe 3.

Lorsque les terrains ne permettent pas la réalisation de sondage à l’avan-

cement (terrain meuble aquifère par exemple), la démarche décrite ci-des-

sus n’est pas applicable à cause des difficultés logistiques et pratiques. La

démarche qui peut être recommandée se fonde alors sur les activités suivantes :

• utiliser des méthodes d’investigation indirectes (par exemple SSP -

Sonic Soft ground Probing- ou similaire - voir annexe 3 ; Phase 1 dans la

Figure 5.3) pour identifier d’éventuels événements redoutés, par exemple :

l’occurrence de gros blocs (creusement dans des dépôts alluvionnaires) ou

l’occurrence de roche dure dans une section de creusement (creusement à

proximité d’un contact irrégulier entre socle et dépôts meubles de couverture) ;

• utiliser les résultats de ces reconnaissances pour ajuster les mesures de

traitement à appliquer à la poursuite du creusement et pour redéfinir le

planning en y intégrant par exemple les arrêts pour maintenance ainsi que

d’éventuelles interventions hyperbares pour mise en œuvre des mesures

identifiées (Phase 2 dans la Figure 5.3). t

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AnnexesAnnexe 1 - Bibliographie

[1] AFTES, Recommandations du GT24-R1F1, 2008. « Les reconnaissances à l’avancement » – Tunnels et Ouvrages Souterrains n° 209, p.320-365.

[2] AFTES, GT4, 2004. « Fiches signalétiques des chantiers mécanisés ».

[3] AFTES, Recommandations du GT4R3F1, « Choix des techniques d’excavation mécanisée ».

[4] AFTES, Recommandations du GT32R2F1, « Caractérisation des incertitudes et des risques géologiques, hydrogéologiques et géotechniques » – Tunnels et

Espace Souterrain n °232, p.274-314.

[5] Chantier SNCF – RER – Eole- Tunnelier « Martine » : Cylindre électrique – Réflectométrie RADAR – Rapport n° 1 -96 – A3 1 SNCF.

[6] Chantier SNCF – RER – Eole- Tunnelier « Martine » : Matériel – Sondage axial de 55 m de longueur + sondages obliques plus courts au travers de la jupe –

Rapport n° 13 – 97 - A3 2 SNCF.

[7] Chantier SNCF – RER – Eole- Tunnelier « Martine » : Résultats Réflectométrie RADAR – Cylindre électrique - Rapport n° 14 - 97 - A3 3 SNCF.

[8] Chantier SNCF – RER – Eole- Tunnelier « Martine » : Réflectométrie RADAR dans des forages destructifs provisoirement tubés et réalisés à travers la roue

de coupe grâce à des sas spéciaux. Rapport n° 32-99 - A3 4 SNCF.

[9] Chantier SNCF – RER – Eole-Tunnelier « Martine » : Synthèse - Rapport n° 44- 2000– A.3 EOLE.

[10] Chantier RATP - METEOR : Cylindre électrique - Rapport n° 3 - 97 - A3 2 RATP – Hors sujet.

[11] Métro de SIDNEY – Système CATSBY : Traitement des données sur Tunneliers - Rapport n° 28 - 98 - A2 BOUYGUES.

[12] Métro de SIDNEY – Système CATSBY : Traitement des données sur Tunneliers - Rapport n° 48 – 2000 - BOUYGUES.

[13] BPNL– Tunnel de CALUIRE : Analyse des vibrations du tunnelier pour détecter l’occurrence de cavités ou/et de zones faibles - - Rapport n° 29 – 98 - A 2 bis -

BOUYGUES – Résultats prometteurs, quelle suite a été donnée ?

[14] Aménagement Cleuson-Dixence : Tunnelier Double Jupe - Equipement postérieur au début des travaux- Forages destructifs de plus de 100 m de lon-

gueur réalisés au travers du revêtement de l’ouvrage (pas de possibilité de foration à travers la roue de coupe), glissière fixée sur les voussoirs, Réflec-

tométrie RADAR + Gamma-Ray – Conclusion « peu adaptée pour Cleuson-Dixence, plus facile avec un plus grand tunnelier » - Rapport n°16-97 - A3 4

Bonnard&Gardel.

[15] Synthèse Bibliographique sur les méthodes utilisant la roue de coupe - ANTEA - : Rapport n° 47- 99 ANTEA – Ce rapport recense les méthodes suivantes :

• Analyse des vibrations cf. BPNL Tunnel de Caluire,

• TSP 202 (Tunnel Seismic Prediction) et SSP 202 (Sonic Soft Ground Probing System) de la société AMBERG,

• Dispositif Shield Pilot de la société HAZAMA (ondes soniques + ondes de Rayleigh SASW),

• Radar sur roue de coupe (Skanska AB),

• Méthode HSP (Horizontal Seismic Profiling) – INAZAKI,

• Méthode TEM (Transient Electro Magnetic method) – WADA.

[16] Procédé BEAM (Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring) - Équipement de la roue de coupe et de la jupe permettant de faire des mesures de résistivité

et de polarisation en avant du front de taille.

[17] Procédé TSP – Amberg Technologies AG - Nouvelles applications depuis 1999 (Rapport ANTEA) ?

[18] Société HERRENKNECHT

• Procédé ISIS (Integrated Seismic Imaging System),

• Procédé SSP (Sonic Softground Probing) – Cf. SSP 202,

• Procédé MWD (Measurement While Drilling) – deux sondeuses pour des sondages inclinés de 45 m de longueur,

• Procédé BORATEC (BOrehole RAdar TEChnologie) – Radar en forages : Réflectométrie, crosshole, tomographie.

[19] Procédé Mobydic - Instrumentation embarquée dans les outils de coupe.

Annexe 2 - Retour d’expérience de reconnaissances à l’avancement

A titre d’illustrations, quelques exemples de reconnaissance des principaux

évènements redoutés.

2.1 - Arrivées d’eau très abondantes

LGV Est Tunnel de Saverne

Les sondages sont réalisés avec une foreuse ATLAS COPCO 1838 installée

sur le tunnelier HK S670. C’est une foreuse mobile à roto percussion avec

des tiges de 6 pieds. Elle peut être positionnée sur l’érecteur ou dans le

bouclier comme pour notre cas - elle peut être déplacée sur 120 °.

Sur les 4 km de creusement du tunnel V1, dix-neuf sondages de 20 à

50 m de longueur, avec récupération des « cuttings » de chaque tige, ont été

exécutés ; soit sur une longueur totale de 600m environ. Ils ont permis de :

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• détecter le cas échéant les conditions géologiques suivantes : faille des

Vosges et les failles, poches de sable, venues d’eau potentielles en parti-

culier au niveau du vallon de Langthal ;

• reconnaître le terrain au droit des intertubes ;

• reconnaître les changements de faciès et de formations géologiques

(Muschelkalk, Grès vosgien, Conglomérat principal et Grès intermédiaires

du Buntsandstein).

Un enregistrement et un suivi des paramètres pendant le forage ont été

systématiquement effectués. Afin de pouvoir interpréter les sondages, les

pressions du sondage ont été fixées : poussée à 50 bars, percussion à 80

bars, et rotation 100 bars. Ce sont uniquement les variations de vitesse

d’avancement qui donnent les informations sur le terrain rencontré.

Les durées du sondage sont comprises entre 3h et 4h (Préparation : environ

1h ; Forages de 40 m réalisés environ en 2h30, de 20m environ en 1h20 ;

Retrait des tiges: environ 0h30). Ces sondages ont été inclus dans la mesure

du possible pendant les cycles de maintenance et en particulier pour les

changements de molettes.

Le traitement des données a été fait avec le logiciel fourni par Herrenknecht

(logiciel ICS Trend Analyzer 3.0) et avec un tableur informatique et l’interpré-

tation des données est faite pour plus de compréhension « à la main » (voir

l’exemple ci-dessus). Une bonne corrélation a été relevée entre la « vitesse

d’avance pendant le sondage » et la « poussée par molette pendant le creu-

sement ».

DSD West Drainage Tunnel (Hong Kong)

Excavation du tunnel principal de drainage des eaux pluviale de DSD-West

Drainage à Hong Kong, réalisée par la Joint Venture Dragage Hong Kong

(BYTP) – Nishimatsu.

Le tunnel principal de 10,5 km de longueur comporte deux sections, l’une de

diamètre intérieur ID1 = 6,25m et de longueur 3,9 km, l’autre de diamètre

intérieur ID2 = 7,25m et de longueur 6,6km.

La géologie traversée est constituée de granite et de tuff (origine volcanique)

pouvant localement être affectés par une fracturation importante le long des

8 failles majeures identifiées et une couverture pouvant atteindre 300m.

C’est une roche dure à très dure, creusée avec 2 tunneliers « double

shields », le premier de 7,2m de diamètre et le second de 8,3m de diamètre.

Le tunnel est un tunnel drainé. Néanmoins, pour des raisons environnemen-

tales, le débit de fuite cumulé est limité à 300 l/min au portail.

Cela a conduit le client à exiger des sondages réalisés préalablement

à l’avancement des tunneliers et sur la totalité du projet. A l’aide de 2 son-

deuses positionnées à l’arrière de l’érecteur à voussoirs, 2 sondages, de

longueur 60 m maximum avec recouvrement sur précédents de 10 m mi-

nimum ont donc été systématiquement réalisés. Pour chaque sondage, un

critère maximum de débit d’eau a été fixé (0,2l/min/m soit max 1l/min/5m).

Dans le cas de dépassement des critères, des forages supplémentaires et

des injections ont été réalisés de façon à réduire le débit d’eau en dessous

des seuils définis.

Figure 2 - Tunnel de Saverne - sondage n°14 - courbe de vitesse d’avancement.

Figure 1 - Sondeuse dans le bouclier du tunnelier de Saverne.

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La figure ci-dessus montre les sondeuses positionnées sur leur support mo-

bile à l’arrière de l’érecteur à voussoir et les zones sur le bouclier, au travers

desquelles l’accès pour forage au-devant du tunnelier est possible.

Au total, près de 25% de la longueur totale du projet a fait l’objet de traite-

ment.

Les opérations de sondages à l’avancement pouvant durer jusqu’à 1 poste

complet et celles de forage et d’injections jusqu’à 6 postes, les cadences

d’avancement des tunneliers ont fortement été affectées, entre 240 et 300

m/mois suivant les tunneliers.

Galeries de Salazie (La Réunion)

L’excavation des 2 galeries (Aval et Amont) s’est déroulée dans une série

volcanique basique constituée de basaltes zéolitisés (ou non), de brèches,

de scories, de tufs et de paléosols. Cette série est recoupée par de nombreux

dykes et a présenté localement des zones serpentinisées avec son cortège

de minéraux et de gaz nocifs. Les venues d’eau, pérennes, ont atteint 350

l/s (galerie aval) et 470 l/s (galerie amont) et ont nécessité l’arrêt des 2 tun-

neliers roche dure. Les arrivées d’eau se sont produites derrière les dykes

avec un effet de compartiments.

Devant la faible distance à excaver avant le percement, la galerie aval a été

terminée en méthode traditionnelle à l’explosif.

Par contre, la galerie amont a nécessité :

• La réalisation d’une niche pour des sondages de reconnaissance longs

équipés de sas (mesure de débit et de pression).

• Le tunnelier pour ce tunnel de petite dimension (Ø 3,60m) a été mis hors

eau pour l’entretien.

• L’excavation d’une partie du linéaire en méthode traditionnelle pendant le

temps d’immobilisation du tunnelier.

• Une fois le tunnelier reparti, une reconnaissance systématique à l’avan-

cement avec des forages moyens de 125 m (longueur prévue pour re-

connaitre une semaine de production), ayant pour but d’investiguer la

présence d’eau et réalisés par forage destructif. La réalisation de ces

sondages nécessite des préparations spécifiques et entraine au total un

minimum d’une journée d’arrêt de tunnelier.

Figure 3 - TDSD West Drainage Tunnel (Hong Kong) - Sondeuses de reconnaissance.

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Figure 4 - Galerie de Salazie (La Réunion)_Galerie Amont : Sondages longs équipés de sas (niche de reconnaissance au niveau du bouclier).

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2.2 - Rencontres de cavités

Par cavités, sont entendus aussi bien les vides francs que les cavités avec

remplissage.

Les cavités rencontrées peuvent être de plusieurs origines et se présenter

sous des formes diverses.

Parmi les cavités d’origine naturelle, on retiendra particulièrement les

cavités ou les réseaux karstiques et les vides de dissolution. D’autres types

de cavité peuvent être d’origine anthropique, comme d’anciennes carrières

abandonnées par exemple.

Les risques liés à la présence de cavités rencontrées lors du creusement

au tunnelier peuvent se révéler relativement importants et dépendent no-

tamment :

• de la forme, de la dimension et de la position de la cavité par rapport au

tunnel ;

• du remplissage ou non de la cavité rencontrée et, dans le cas d’une cavité

remplie, du fait que ce remplissage soit en charge ou non.

Les cavités de faible dimension par rapport au tunnel mais d’extension im-

portante peuvent poser des difficultés, en particulier dans le cas de l’utilisa-

tion de tunneliers à pression de boue car la bentonite peut alors migrer dans

les vides du terrain ce qui induit une perte du confinement du front.

La rencontre d’une cavité de dimension importante par rapport au tunnel

pose la question de la stabilité de l’ouvrage et notamment de sa portance

dans le cas où la cavité se situe en partie basse (à noter qu’un cas défa-

vorable peut correspondre à celui d’une cavité de grande dimension non

interceptée lors du creusement du tunnel mais se situant à faible distance

sous le niveau de celui-ci).

Enfin, dans le cas d’une cavité remplie et «en charge», le risque est lié, d’une

part au débourrage du remplissage lorsque le tunnelier intercepte la cavité,

et d’autre part à un mauvais rétablissement de la continuité hydraulique une

fois le tunnel terminé (risque de mise en charge de l’ouvrage).

EOLE et les ouvrages du SIAPP

En région parisienne, pour EOLE et les ouvrages du SIAAP, c’est essen-

tiellement au moyen de sondages à l’avancement systématiques ou non

que s’est faite la détection de vides francs en avant du front (voir § 2.4 de

l’annexe 2).

2.3 - Occurrence de blocs

L’incertitude liée à la position et aux dimensions de blocs peut représenter

un risque notamment pour le creusement avec tunnelier à pression de terre

ou de boue.

La détection de blocs est essentiellement réalisée par reconnaissance indi-

recte (voir §4.2. méthodes indirectes de reconnaissance).

Les paramètres à prendre en compte sont : la dimension des blocs, leur

continuité, la matrice (rocheuse ou tendre), le contraste de nature des blocs

avec leur encaissant qui peut induire des contrastes de caractéristiques

électromagnétiques (résistivité, permittivité...).

Les cas favorables pour les méthodes sismique réflexion sont les bancs

continus de blocs dans une matrice tendre du fait qu’il y a un bon coefficient

de réflectivité et qu’il y aura réflexion sur toutes les fréquences donc sans

perte d’énergie.

Ce cas est également favorable pour le radar, à plus faible distance, à condi-

tion que la matrice ne soit pas trop argileuse.

La méthode BEAM est adaptée pour détecter des blocs (électriquement ré-

sistants) dans une matrice argileuse (conductrice). Dans les autres cas, la

détection est moins évidente.

2.4 - Occurrence de terrains décomprimés ou de contrastes de compacité

Prolongement de la Ligne 12

Le tunnel foré du prolongement de la ligne 12 du métro parisien, entre la

Porte de la Chapelle et la Mairie d’Aubervilliers, est établi principalement

dans le Calcaire de Saint-Ouen, les Sables de Beauchamp et les Marnes et

Caillasses. Dans le nord/est de Paris, ces deux dernières formations peuvent

contenir du gypse plus ou moins dissous. La présence de vides ou de zones

décomprimées de grandes extensions n’est donc pas à exclure.

Afin de ne pas pénaliser l’avancement du tunnelier, il a été décidé de renfor-

cer les reconnaissances initiales dans la zone potentiellement gypseuse du

projet. Le grand nombre de sondages destructifs et pressiométriques a per-

mis de révéler des zones décomprimées qui ont été traitées par injection pré-

alablement au passage du tunnelier. Malgré tout, un emplacement avait été

réservé à l’arrière de la tête du tunnelier pour l’installation d’une sondeuse.

Figure 5 - Galerie de Salazie (La Réunion) - Tableau récapitulatif des sondages de reconnaissance à l’avancement.

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EOLE - RER E (Paris)

A Paris, le tunnel intergare de la ligne EOLE (RER E), construit en 1993-96,

qui assure la liaison entre les gares Magenta et Haussmann St Lazare est

un ouvrage bitube de 1670 m de longueur, réalisé au tunnelier de 7,40 m de

diamètre d’excavation, dans des terrains hétérogènes sous nappe.

A l’époque l’analyse de risque n’avait pas été formalisée par un Plan de

Management des Risques, comme le prescrit l’actuel fascicule 69 du CCTG

Travaux, mais une mission d’expertise avait été chargée de se prononcer sur

les risques géotechniques inhérents aux terrains traversés et aux risques

technologiques liés au tunnelier.

L’attaque au tunnelier depuis le puits de démarrage (162 Faubourg St Denis)

au droit de l’entonnement sud de la gare Magenta, amenait à commencer

le creusement dans les Sables de Beauchamp, d’abord en pleine face, puis

en front mixte avec les Marnes & Caillasses, puis entièrement dans ces

dernières et enfin dans le Calcaire Grossier en pleine face.

La stabilité du front n’était pas garantie dans les Sables de Beauchamp

sous nappe. De plus, la rencontre de variations brutales de faciès dans les

Sables de Beauchamp (lentilles gréseuses, horizons marneux…) ou de ma-

tériaux de résistances et de perméabilités très contrastées sur les fronts

mixtes, la traversée de vides ou de zones décomprimées correspondant à

des dissolutions du gypse dans les Marnes & Caillasses, la présence des

constructions anciennes (puits), faisaient partie des risques identifiés qui ont

amené à concevoir la machine en conséquence. Ces situations particulières

qu’il convenait de connaître et d’anticiper et l’obligation de maitriser les

tassements en site urbain (immeubles de qualité variable, voiries multiples,

réseaux souterrains nombreux), ont conduit à retenir une machine à confi-

nement par pression de boue, avec une tête équipée d’outils mixtes (pics

et molettes) et d’un concasseur, et à prévoir des reconnaissances de façon

systématique à l’avancement.

Ces reconnaissances à l’avancement, réalisées lors des arrêts programmés

de creusement (travail en 10 postes, puis 16 postes/semaine), avaient pour

objet de reconnaître une couronne de terrain enveloppant le tunnel sur

environ 5 m d’épaisseur et de disposer en permanence d’une reconnais-

sance dans les terrains traversés.

La consistance de ces reconnaissances était la suivante :

• Un forage destructif axial (Ø 74 mm), de 55 m de longueur, avec enre-

gistrement des paramètres de foration (vitesse d’avancement, poussée

sur l’outil, couple de rotation, pression d’injection du fluide de forage),

permettant de couvrir l’avancement moyen hebdomadaire en ménageant

un recouvrement de 5 m sur le sondage précédent. Deux sas étaient

aménagés à cet effet pour assurer l’étanchéité en partie centrale de la

cloison de la chambre. Les forages étaient réalisés durant le week-end,

hors période de creusement, avec un train de tiges en aluminium. Un tube

PVC (Ø 41 mm) équipait le forage afin de réaliser les mesures diagra-

phiques et géophysiques.

• Six forages destructifs périphériques (Ø 74 mm), de 20 m de longueur,

inclinés à 15° par rapport à l’axe de l’ouvrage et renouvelés tous les 10 à

15 m pour s’adapter aux variations journalières du linéaire de creusement.

Pour cela le tunnelier était équipé de 12 réservations à la périphérie de la

jupe. Ces forages étaient réalisés de nuit durant le troisième poste, ou à

l’occasion d’arrêts momentanés du creusement.

• Des investigations géophysiques par radar géologique ont été menées dans

le forage axial, à l’aide d’une antenne de forage spécifique (Ø 36 mm) de

1,25 m de longueur, de fréquence d’émission 160 MHz. Quatre passages

successifs de l’antenne radar, avec des orientations décalées de 90° dans

le tube PVC, étaient nécessaires pour localiser une anomalie. En l’absence

d’anomalie, les forages étaient injectés à travers le train de tiges lors de

son retrait.

• Les données de radar géologique étaient complétées par des mesures de

diagraphie différée Gamma ray (sonde Ø 32 mm) destinées à repérer les

zones argileuses absorbant les ondes radar.

Figure 6 - EOLE - Tunnelier VOEST ALPINE PDS 740.

Figure 7 - EOLE – Positionnement des réservations pour les sondages de reconnaissance.

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Figure 8 - TDSD West Drainage Tunnel (Hong Kong) - Sondeuses de reconnaissance.

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Les opérations de reconnaissance axiale (forage et géophysique) nécessi-

taient une immobilisation du matériel durant 6 à 12 h.

Ces reconnaissances ont bien permis, à plusieurs reprises, de détecter des

zones de terrain déconsolidé pour lesquelles les paramètres de fonctionne-

ment de la machine ont pu être adaptés en conséquence. Cependant le re-

tour d’expérience sur l’exécution de ces reconnaissances a mis en évidence

certaines difficultés de réalisation :

• La mauvaise étanchéité des sas des forages périphériques en partie haute

de la tête du tunnelier,

• La mise en place parfois laborieuse du tubage métallique préalable de 2

à 3 m de longueur destiné à l’étanchéité au front pendant les opérations

de sondage,

• L’éboulement du trou de forage axial long dans les terrains instables, ne

permettant pas d’équiper le forage pour les mesures géophysiques,

• La mise en place souvent pénible des tubes PVC pour les mesures diagra-

phiques et géophysiques,

• Le plongement du forage axial long, et la nécessité de réaliser des me-

sures de trajectographie de forage,

• Le recouvrement des sondages successifs, souvent mis en défaut compte

tenu du temps de réalisation imparti et de l’avancement du tunnelier,

• Le dépassement du temps alloué à la réalisation des forages périphé-

riques, lors du creusement en 3 postes/jour,

• L’interprétation des résultats de reconnaissance, souvent difficile à mener

en temps réel,

• Le manque de contraste par réflectométrie radar des horizons traversés,

ne permettant pas toujours d’avoir des certitudes sur une anomalie po-

tentielle.

A noter également que des essais de mesures au cylindre électrique ont été

réalisés en forage, mais les difficultés dans l’application de cette méthode

au contexte géologique du site n’ont pas permis de poursuivre ces mesures.

Des adaptations de cette technique devraient désormais être opération-

nelles pour la reconnaissance en forage de terrains meubles et aquifères.

2.5 - Rencontre d’éléments anthropiques

La détection d’éléments anthropiques (obstacles) est souvent associée à des

ouvrages situés à faible profondeur (site urbain). Les méthodes sismiques

en haute fréquence et le radar peuvent dans certains cas détecter ces obs-

tacles. Si les éléments anthropiques sont métalliques la détection magné-

tique est très puissante mais à très faible distance.

Prolongement de la ligne 12 du métro parisien à Mairie d’Aubervilliers

(2010)

• Lors du creusement un tube métallique crépiné d’un ancien sondage est

sorti de la chambre d’abattage du TBM.

• Deux jours plus tard, une nouvelle fois le tunnelier entre en contact avec

un tube métallique créant des dégâts importants sur la roue de coupe et

sur toute la chaîne du convoyeur (bande du tapis arraché). On retrouvera

des morceaux de ce tube et des morceaux de molettes sur le convoyeur

à bande.

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Figure 9 - Métro Ligne 12- Paris, molette endommagée et tube métallique.

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Une intervention en hyperbarie a été nécessaire pour réparer la roue de

coupe (changement de 13 molettes) ainsi que des opérations sur la chaîne

des convoyeurs pour atteindre le puits d’arrivée du tunnelier.

Hong Kong

Sur le chantier de WIL703 à Hong Kong pour la prolongation du métro, le

tracé du tunnel vient interférer avec le fond d’un puits qui a été bétonné.

Cela a pu être détecté par le système Mobydic au travers de la mesure de

l’effort appliqué sur les molettes d’abattage. Le contraste entre zone ro-

cheuse environnante de très forte résistance (couleur blanche et rouge) et le

puits de résistance relative plus faible (couleur vert clair) est montré sur la

figure ci-dessous. On peut même apercevoir au milieu de la zone vert clair

des traces rouges foncées relatives aux armatures rencontrées dans la zone

bétonnée du puits.

Figure 10 - Hong Kong – Cartographie de font de taille établi par le procédé Mobydic.

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Annexe 3 - Méthodes de reconnaissance

Exemple de procédé : enregistrements de paramètres des sondages.

Type de méthode Directe, Paramètres d’enregistrement des forages

1 - Méthode MWD : Measurement While Drilling (HERRENKNECHT)

2 - Type de tunnelier Tout type de tunnelier

3 - Investigation Longueur des forages – 40 – 45 m max

4 - PrincipeL’observation de la variation des paramètres de sondages permet de relever des indices indiquant la position des transitions entre couches de sols ou de roches de natures différentes. La combinaison de certains de ces paramètres permet parfois d’approcher la variation de certains paramètres mécaniques des terrains.

5 - Équipement

Position des sondeuses de reconnaissance : trois emplacements sont habituellement utilisés :- sondeuse dans l’axe et à travers la roue de coupe- sondeuse arrière placée derrière la jupe du tunnelier- sondeuse inférieure située dans la zone de l’érecteur de voussoirs

Figure 11 - Position des sondeuses de reconnaissance.

Système de mesure (enregistreur et un ensemble de capteurs disposés sur la machine)Logiciel de traitement des paramètres de forages.

6 - Fonctionnement L’appareil de mesure enregistre les paramètres machine fixés par l’opérateur et ceux dépendant de la réponse du terrain lors de l’exécution du sondage.

7 - Caractéristiques géotechniques mesurées

Vitesse d’avancement, pénétration, vitesse de rotation, poussée, identification des cuttings, venue d’eau, présence de cavité

8 - Observations -

9 - Exemples d’investigations

LGV Est tunnel de Saverne

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Type de méthode Sismique réflexion

1 - Méthode

TSP 203+ (Amberg)Type 1 : Latéral

2 - Type de tunnelier Tunnelier ouvert plus favorable.Tunnelier simple jupe : nécessite de forer à travers les voussoirs.

3 - Investigation Investigation sur 100-160 m en avant du front

4 - PrincipeSismique réflexion classique avec pour principe que les interfaces obliques observées latéralement recoupent l’axe du tunnel. La méthode est en principe bien adaptée pour détecter les failles présentant des contrastes de modules d’élasticité ; elle est moins bien adaptée sur les galets et les blocs, et devient inopérante quand la taille de ceux-ci devient trop petite.

5 - Équipement

Des sondages courts horizontaux et transversaux sont réalisés derrière la jupe du tunnelier dans lesquels sont introduites les charges explosives ; d’autres forages réalisés radialement en couronne sont équipés de géophones. Schématiquement :- Source : explosif dans 24 forages de 2 m de long environ (en jaune dans le schéma ci-dessous) environ et de 4 cm de diamètre.- Réception : Les géophones (en rouge) sont installés en couronne sur au moins deux sections dont une en arrière du dispositif.

Figure 12 - Schéma de la méthode TSP.

6 - Fonctionnement

Les ondes sont réfléchies sur des accidents comme les failles par exemple et sont enregistrées par les récepteurs disposés autour du tunnel. Comme l'onde réfractée arrive la première, elle est utilisée pour calculer la vitesse de propagation de l'onde de compression, comme celle de l'onde de cisaillement. Un processus itératif permet d'affecter une vitesse correcte aux ondes réfléchies et de déterminer la forme et la position des réflecteurs.


Les ondes P et S sont exploitées pour obtenir les caractéristiques élastiques des matériaux.Le module de Young dérivé des résultats de la TSP permet d’effectuer un zonage du massif et ainsi de mieux localiser les réflecteurs principaux.

8 - Observations

Amberg vend le dispositif mais celui-ci nécessite la présence d’un géologue/ingénieur sur place pour interpréter les données. Cette interprétation nécessite beaucoup d’expérience de la part de la personne chargée du traitement car les résultats de TSP aboutissent de manière générale à plusieurs solutions de formes et de vitesses. Ce type de reconnaissance est à mener systématiquement sur le linéaire du tunnel de manière à évaluer les résultats par un processus d’analyse itératif (retour d’analyse entre la géologie rencontrée et la prédiction TSP). Cette analyse est plus facile en méthode conventionnelle que lorsqu’elle est utilisée avec des tunneliers.La méthode TSP présente des limites lorsque le plan d’orientation des réflecteurs et le plan axial du tunnel forment un l’angle trop petit (< à 15 ou 20 °). La vision du terrain est bonne de 50 à 60 m devant la tête du tunnelier.

Exemple de procédé : les méthodes sismiques

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Tunneliers ouverts, rocher :- Suisse - Gotthard – zone de la Piora (environ 9 m diamètre)- Islande : Kahranjukar (7,3 m diamètre)- Pérou : Olmos (5,3m diamètre)- Espagne – PajaresTunnelier confiné :- Koralm (Autriche)

Figure 13 - Résultats TSP - tunnel de Koralm.

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1 - Méthode

ISIS : Integrated Seismic Imaging System (HERRENKNECHT)Type 2 : Frontal et latéral

2 - Type de tunnelier Tunnelier ouvert plus favorable.Tunnelier simple jupe : nécessite de forer à travers les voussoirs.

3 - Investigation Investigation sur 100-150 m en avant du front

4 - Principe Sismique réflexion classique avec pour principe que les interfaces obliques observées latéralement recoupent l’axe du tunnel. La principe est identique à la méthode Amberg, mais des marteaux d’impact sont utilisés à la place de l’explosif.

5 - Équipement

- La source est constituée d’un ou deux marteaux pour générer les impacts sur le massif. Source frontale si le bouclier permet le passage du marteau (bras repliable) et / ou source latérale.

- Les récepteurs sont des géophones placés au rocher dans forages de 2 m de long environ.

Figure 14 - Schéma de la méthode ISIS.

6 - Fonctionnement

Les ondes sont réfléchies sur des accidents comme les failles par exemple et sont enregistrées par les récepteurs disposés autour du tunnel. Comme l’onde réfractée arrive la première, elle est utilisée pour calculer la vitesse de propagation de l’onde de com-pression, comme celle de l’onde de cisaillement. Un processus itératif permet d’affecter une vitesse correcte aux ondes réfléchies et de déterminer la forme et la position des réflecteurs.Des tirs multiples sont nécessaires pour obtenir une évaluation correcte des vitesses sismiques.


Vitesses sismiques et carte des interfaces entre les couches ; essentiellement latéralement mais par extrapolation partiellement à l’avancement.

8 - Observations

Une personne est mise à disposition par le fournisseur pour la durée de la mesure (acquisition + traitement).Ce système a été développé pour les tunneliers « roche dure ». La méthode est intégrée dans le cycle d’avancement du tunnelier puisqu’il s’effectue en même temps que la pose des voussoirs.


TBM ouverts, rocher :- Écosse – Glendoe -mise en évidence de faille- Allemagne : Blessberg – mise en évidence de karst

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1 - Méthode

TRT - Tunnel Reflection TomographyType 2 : Frontal et latéraldéveloppée par NSA Engineering (Golden, Colorado)

2 - Type de tunnelier Tunnelier ouvert plus favorable.Tunnelier simple jupe : nécessite une bonne continuité entre les voussoirs et le terrain.

3 - Investigation La profondeur d’investigation peut être comprise entre 50 et 150 m (en roche avec caractéristiques moyennes et bonnes, respectivement) avec une source magnéto-restrictive.

4 - Principe

La méthode TRT se fonde sur l’émission d’ondes sismiques en proximité du front de taille et sur l’enregistrement des ondes réfléchies. L’interprétation des caractéristiques des ondes réfléchies permet d’identifier et caractériser du point de vue géométrique les discontinuités présentes dans le massif rocheux. La méthode est identique aux méthodes TSP ou ISIS mais elle englobe plus le front de taille et s’étale moins loin dans la galerie.

5 - Équipement

L’essai TRT possède un large choix de sources sismiques : charges explosives, une masse battante ou en alternative un système magnétostrictif représenté par un cylindre de 46 mm de diamètre et de 300 mm de longueur qui est appliqué directement sur l’amas rocheux et peut produire signaux avec une fréquence compris entre 300 et 3000 Hz.Le dispositif permet une interprétation en trois dimensions car il est constitué de plusieurs lignes de capteurs et d’émetteurs en galerie.

Figure 15 - Schéma d’acquisition : 8 sources et 10-12 récepteurs sont nécessaires.

6 - Fonctionnement Les ondes sont réfléchies sur des accidents comme les failles et sont enregistrées par les récepteurs disposés autour du tunnel.

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Les résultats fournis par l’essai comprennent :- Profil des ondes P et S au droit de l’axe du tunnel ;- Profil des paramètres mécaniques de la roche dérivé à partir de la vitesse des ondes P et S ;- Caractérisation géométrique des réflecteurs principaux (discontinuités dans l’amas rocheux) ;- Représentation en 2D (plan et sections) ainsi que en schémas en 3D qui montrent l’intensité et la distribution du coefficient de réflexion du secteur investigué.

8 - ObservationsL’acquisition peut être réalisés en 4-5 heures (installation des accéléromètres et levé géométrique : 2 heures environ ; exécution de l’essai : 2-3 heures environ. L’élaboration des données est faite par un logiciel développé par la société NSA Engineering pour cette méthode d’investigation.


Ce procédé a été utilisé pour le tunnel ferroviaire d’Unterwald en Autriche

Figure 16 - Exemple de résultats fournis par l’essai TRT avec distribution en 2D du coefficient de réflectivité.

Figure 17 - Exemple de résultats fournis par l’essai TRT avec distribution en 3D du coefficient de réflectivité.

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1 - Méthode

SSP : Sonic Softground Probing (HERRENKNECHT)Type 4 : Frontal


3 - Investigation Investigation à environ 40 m en avant du front selon son concepteur

4 - PrincipeCe système a été développé pour les tunneliers à confinement mixte et il est confiné à la tête du tunnel. Il ne permet pas d’obtenir des coupes sismiques à grande distance mais il est mieux adapté pour détecter des blocs dans des sols fins et meubles (détection de boulder) avec une résolution de l’ordre de 30 à 40 cm.

5 - Équipement

Le dispositif, installé de façon permanente sur la roue de coupe, est constitué d’une ou deux sources (S : marteau de choc) et de récepteurs (R1 à R4)

Figure 18 - Schéma de la méthode SSP.

6 - FonctionnementLes ondes sont réfléchies sur des accidents comme les failles et sont enregistrées par les récepteurs disposés sur la roue de coupe.


Interface entre les différents horizons et vitesse de propagation sismique des différentes entités.

8 - Observations Une personne est mise à disposition par le fournisseur pour la durée de la mesure (acquisition + traitement).


Tunnelier en terrains meubles (alluvions essentiellement) :1 à Leipzig, 1 à Hambourg, 1 à Rotterdam, 3 à Cologne, 1 à Singapour

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Type de méthode Radar en forage et Tomographie radar

1 - Méthode BoRaTec : BOrehole RAdar TEChnology (HERRENKNECHT)


3 - Investigation Limitée par la longueur des forages – 40 – 45 m max

4 - Principe Cette méthode radar permet à la fois de faire de la réflexion, de la transparence simplifiée (émetteur dans un forage et récepteur dans l’autre), et de la tomographie radar.

5 - Équipement

Des sondages sont réalisés en avant du bouclier (diamètre mini 60 mm). Les investigations radar sont menées dans ces forages suivant un ou plusieurs modes :- en réflexion,- en transparence simplifiée entre forages avec trajets non redondants appelée dans cet exemple « cross-hole ».- en transparence entre forages avec trajets multiples (tomographie),

Figure 19 - Schéma de la méthode BORATEC.

6 - Fonctionnement

En réflexion : le dispositif fonctionne comme un radar traditionnel c’est-à-dire avec un émetteur et un récepteur sur la même sonde.En transparence simplifiée ou en tomographie : l’émetteur est dans un forage et le récepteur est dans l’autre.Le traitement du signal est différent suivant les modes d’utilisation.


Ce système permet de détecter des failles, des karsts.

8 - Observations En version tomographie radar, la portée est plus grande puisqu’il n’y a pas de retour de l’onde vers la sonde émettrice. Elle peut sans doute atteindre la plupart des diamètres usuels de tunnelier (10 à 12 m).

9 - Exemples d’investigations Hambourg (Allemagne) : 4 ème tunnel sous l’Elbe

Exemple de procédé : les méthodes radar

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Type de méthode Radar en tête de forage

1 - Méthode Radar While Drilling (RWD) – Ingegneria dei Sistemi


3 - Investigation La distance d’investigation dépend de la fréquence de l’antenne et peut aller jusqu’à environ 6 mètres avec des antennes basse fréquence à l’avant et sur le côté de la tête forage.

4 - Principe Deux antennes radar sont installées sur une tête spéciale de forage, l’une vers l’avant l’autre latéralement. La mesure est effectuée lorsque le forage est arrêté.

5 - Équipement

Une antenne émettrice-réceptrice est montée sur la tête d’outil, une seconde latéralement. Les deux antennes peuvent soit travailler indépendamment, soit servir de récepteur pour l’autre. L’antenne radar frontale est entourée par la chaîne portant les outils de forage.Les antennes peuvent avoir différentes fréquences.

Figure 20 - Sonde radar RWD.

6 - Fonctionnement Ce radar émet des ondes vers l’avant du micro-tunnel, les ondes réfléchies sont enregistrées par l’antenne réceptrice.


- Changements de nature de terrain,- Discordances électromagnétiques : failles, ruptures, changement de couches.

8 - Observations C’est un outil intermédiaire entre le radar de forage classique et le radar de tunnelier du fait qu’il travaille sur un outil de coupe rotatif.


Les résultats montrent une succession de sable, gravier et bancs argileux.

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Figure 22 - Sonde radar RWD.Figure 21 - Coupe radar.

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Exemple de procédé : les méthodes électriques

Type de méthode Électrique

1 - Méthode

BEAM (Bore Tunneling Electrical Ahead Monitoring) (BEAM)


3 - Investigation Le procédé « BEAM » consiste en équipement de la roue de coupe et de la jupe du tunnelier permettant de faire des mesures de résistivité et de polarisation en avant du front de taille.

4 - Principe Un courant électrique alternatif est injecté dans le sol sur différentes fréquences, des résistivités sont calculées sur ces différentes fré-quences. L’interprétation repose sur l’analyse du rapport des résistivités avec comme objectif de détecter des contrastes de résistivité.

5 - Équipement

Des électrodes sont fixées sur des molettes électriquement isolées de la roue de coupe et sur la jupe du tunnelier. Une électrode retour est installée très en arrière dans la partie revêtue de voussoirs.Le matériel comprend un émetteur de courant alternatif pouvant travailler sur différentes fréquences et une unité de lecture de tensions et d’intensité qui calcule les résistances apparentes sur différentes fréquences.Les calculs de champs électriques, très complexes, sont effectués en surface sur des calculateurs puissants.

6 - Fonctionnement

Le système produit un courant électrique qu’il canalise dans le terrain en utilisant des couronnes d’électrodes alternativement chargées positivement et négativement. Certaines de ces électrodes servent uniquement à canaliser le courant électrique des autres électrodes, forçant le courant électrique à pénétrer plus profondément dans le terrain. Le courant électrique canalisé peut s’apparenter à des faisceaux d’où le nom de « beam ».

Figure 23 - Schéma de la méthode BEAM.


Un champ électrique statique produit par le système Beam est mesuré ; comme toute caractéristique électrique, elle est uniquement fonction de la nature du terrain.La forme du champ électrique est modifiée par la présence d’une entité électrique conductrice dans un terrain résistant ou d’une entité électrique résistante dans un terrain conducteur. Plus les contrastes du champ sont importants plus la mesure est significative.L’interprétation est améliorée par des relations liant la porosité et les résistivités obtenues sur les différentes fréquences.

8 - Observations

Le procédé nécessite de forts contrastes de résistivité et des entités présentant un volume important. Elle détecte normalement bien les poches d’argiles dans du calcaire, et dans une moindre mesure des horizons massifs de boulders dans une argile électrique-ment conductrice.Ce n’est pas de la propagation comme les méthodes radar ou sismique ; il n’y a donc pas de vitesse de propagation, de notion d’interface et de caractéristiques géométriques précises.

9 - Exemplesd’investigations

Brenner

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RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT24R2F1Exemple de procédé : les autres méthodes

Type de méthode Instrumentation des outils de coupe

1 - Méthode Mobydic (BOUYGUES)


3 - Investigation Outils de coupe instrumentés par un système d’acquisition électronique

4 - Principe

Ce système peut être mis en œuvre sur les tunneliers y compris ceux en mode confiné (pression de boue >3.5bars). Il permet non seulement de connaître l’état de fonctionnement et d’usure des molettes d’abattage et ainsi mieux organiser leur maintenance, mais aussi d’établir une cartographie de l’état de la face d’excavation. Ceci permet d’adapter les paramètres d’avancement du tunnelier en fonction de la géologie rencontrée, par exemple en limitant la pénétration en terrain mixte (dur/mou) pour réduire le risque de casse des molettes d’abattage ou bien de déterminer les zones karstiques.

5 - Équipement

Le procédé Mobydic® consiste à équiper une partie des molettes d’abattage de capteurs permettant la mesure en temps réel des paramètres suivant :• la vitesse de rotation ;• la charge appliquée sur la molette ;• la température à l’intérieur de l’outil ;• l’accélération.

Figure 24 - Écorché Figure 25 - Électronique de molette instrumentée d’acquisition

6 - Fonctionnement L’instrumentation fonctionne durant toute la durée de l’avancement du tunnelier.


Mobydic est comparable à une diagraphie instantanée, plus communément appelée « paramètres de sondage ». Les informations géotechniques recueillies sont du même type que celles des paramètres de forage. L’accéléromètre renseigne localement sur la réponse locale du terrain, celle-ci est très élevée en cas de vide ou de terrain particulièrement dur.

8 - Observations La mesure de l’accélération et de la charge appliquée sur la molette est plutôt une méthode géodynamique (interaction sol-structure entre le terrain et les molettes) que géophysique.

9 - Exemplesd’investigations

Ci après, une diagraphie du front construite à partir des efforts radiaux appliqués sur les molettes (Projet MTR703 Hong-Kong). Cette vue est directement accessible au pilote du tunnelier et permet d’observer un front mixte (terrain dur / terrain mou).

Figure 26 - Diagraphie du front de l’effort radial appliqué aux molettes.

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Notes :

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