Tunnel de Violay

7/23/2019 Tunnel de Violay

http://slidepdf.com/reader/full/tunnel-de-violay 1/1144 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°230 - Mars/Avril 2012

L’autoroute A89 entre Balbigny (Loire) et La Tour de Salvagny

(Rhône) traverse les monts du Lyonnais et du Beaujolais. Un

tracé qui conduit ASF (Maître d’ouvrage) à réaliser des ouvrages

d’art complexes dont le tunnel de Violay (Figure 1).

Le tunnel de Violay est un ouvrage majeur qui permet de franchir,dans les monts du Lyonnais, des crêtes étagées de 800 à 900 m

d’altitude qui constituent la ligne de partage des eaux entre les

bassins versants de la Loire et du Rhône (Photo 1).

1 - Description de l’ouvrage-

Le tunnel de Violay est constitué de deux tubes unidirectionnels présentant une

distance entre piedroits de 27 m en section courante.

Les deux tubes présentent une pente unique de 0.72% descendante vers l’est

sur toute leur longueur.La longueur totale du tunnel est de 3900 m environ.

Le profil en travers de l’ouvrage terminé est composé de deux trottoirs, de

2 bandes dérasées de 1m, et de 2 voies de circulation de 3.50 m.

CONGRÈS INTERNATIONAL DE LYON 2011 M

Loïc THEVENOTEIFFAGE TP

Entre Loire et Rhône : le tunnel de Violay

From Loire to Rhône: the Violay tunnel

Figure 1 - Tracé de l’autoroute A89 entre Balbigny et

la Tour Salvagny / The route of the A89 motorway

between Balbigny and La Tour Salvagny.

Photo 1 - Vue d’ensemble des installations sur l’attaque Ouest / Overview of installations at

the Western attack point.

Between Balbigny (Loire) and La Tour de Salvagny (Rhône), the

A89 motorway crosses the Lyonnais and Beaujolais mountains.

This route has involved project owner ASF constructing complex

civil engineering works, including the Violay tunnel (see figure 1).

The Violay tunnel is a major infrastructure through the Monts duLyonnais, bypassing stepped ridges with altitudes of between

800 and 900 m. These are the watershed between the Loire and

Rhône catchment areas (see photo 1).

1 - Description of the infrastructure-

The Violay tunnel consists of two single-direction tubes with a standard distance

between side walls of 27 m.

The two tubes have a single gradient of 0.72%, descending eastwards, for

their entire length.The tunnel is approximately 3900 m long in total.

The cross-sectional profile of the completed structure consists of two

pavements, two 1 m shoulders, and two traffic lanes, each 3.50 m wide.


http://slidepdf.com/reader/full/tunnel-de-violay 2/11

145

MTUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°230 - Mars/Avril 2012

CONGRÈS INTERNATIONAL LYON 2011

Figure 2 - Coupe type section courante / Standard cross-section.

Le dévers est de 2.5% constant vers la droite en regardant le sens de circulation.

Les deux tubes constituant le tunnel sont reliés par 13 by-pass (6 by-pass

véhicules de secours et 7 by-pass piétons).

Les travaux souterrains comprennent également la réalisation d’un parking, de 2

garages, de 52 niches de sécurité, 24 niches d’incendie, une sous-station élec-trique, les blocs techniques en trottoir accueillant les fourreaux et les conduites

des réseaux secs et humides et les chambres de tirage de ces réseaux.

2 - Géologie-

Le tunnel traverse deux grandes unités géologiques séparées par la faille du Gantet.

A l’Ouest, l’Unité de Joux est constituée de terrains sédimentaires : siltites, grès,

pélites, conglomérats, sur les 1300 premiers mètres. Ces terrains sont injectés

de microgranites plus ou moins altérés (granophyres majoritairement). Au niveau

des discontinuités, la stratification du massif est globalement subhorizontale(pendage inférieur à 30°), tandis que la fracturation est plutôt subverticale

(pendage de 60 à 90°).

La faille du Gantet est un grand décrochement senestre lié à l’orogenèse

hercynienne (- 385 à -245 Ma). Elle est orientée NW/SE et sa largeur est de

130 m environ sur le tracé du tunnel. Les terrains y sont très fracturés voire

broyés et mylonitisés, associés à des argiles d’altération.

A l’Est, sur 2400m, le tunnel se situe dans l’Unité de Violay. Celle-ci est constituée

de roches volcanosédimentaires métamorphisées et de métapélites, également

injectées de microgranites plus ou moins arénisés, en filons subhorizontaux. La

schistosité montre un pendage variable (de 10 à 50°) et la fracturation est là

encore plutôt subverticale (pendage de 60 à 90°).

Alluvions / Alluvia

Arènes granitiques / Granitic sands

Siltites, grès, conglomérats et pélites (h1-2) /

Siltstone, sandstone, pelites and conglomerates

Métaspélites et andésites métamorphiques (tfv) /

Metaspelites and metamorphic andesites

Microgranites (“granophyres”) : silts et laccolites (Viséen) /

Microgranites (granophyres): silts and laccolites (Visean)

Microgranites porphyriques : roches filoniennes (post-Viséen) /

Porphyric microgranites: rock seams (post-Visean)

Figure 3 - Coupe géologique de l’ouvrage / Geological cross-section of the structure.

Brèche tectonique silicifiée / Silicified tectonic breach

Zones de faille / Fault areas

Sondage CETE (APS 1996) / Borehole

Sondage COFOR / HYDROGEOTECHNIQUE (2006/2007) / Borehole

There is a constant camber of 2.5% to the right in the direction of traffic.

The two tubes that make up the tunnel are linked by 13 bypasses (6 bypasses

for emergency vehicles and 7 pedestrian bypasses).

The underground works also include construction of the car park, 2 garages,

52 safety shelters, 24 fire shelters, an electrical substation, technical units inthe pavement to accommodate wet and dry network conduits and sheathing

and pull chambers for these networks.

2 - Geology-

The tunnel crosses two geological units separated by the Gantet fault.

To the west, the Joux Unit consists of sedimentary rocks: siltstone, sandstone,

pelite and conglomerates for the first 1300 metres. These rocks have micro-

granite intrusions with varying degrees of alteration (mostly granophyres). In

terms of discontinuities, the stratification of the formation is mostly subhori-zontal (with an angle of dip of less than 30°) while fracturing is more subvertical

(with an angle of dip of between 60° and 90°).

The Gantet fault is a major sinistral fault linked to the Hercynian orogeny

(between 385 and 245 million years ago). It runs NW/SE and is approximately

130 m wide where the tunnel crosses it. The soil in this area is highly fractured

or even crushed and myolinitized, with alteration clays.

For a distance of 2400 m eastwards, the tunnel lies in the Violay Unit. This

consists of metamorphosed sedimentary volcanic rock and metapelites, also

with microgranite intrusions with varying degrees of arenization, in subhorizontal

seams. Schistosity shows a variable angle of dip (from 10 to 50°) and here too,

fracturing is mostly subvertical (angle of dip of between 60 and 90°).



46 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°230 - Mars/Avril 2012

3 - Soutènements-

Les caractéristiques géotechniques des diverses zones du massif traversées

par le tunnel ont conduit à retenir trois familles de soutènement à savoir :

Soutènement type 1 et 2 constitué de boulons et

de béton projeté

• Profil type 2.1

Boulonnage systématique à raison de 1 boulon/ 4 m2

Couche de béton projeté de 8 cm d’épaisseur (5 cm béton projeté fibré

+ 3 cm de béton projeté)

• Profil type 2.2 - profil 2.1 avec un renforcement composé :

D’un boulonnage intercalé au milieu de la maille précédente soit au final

1 boulon / 2 m2

D’une couche de béton projeté non fibré supplémentaire de 5 cm armé d’un

treillis soit une épaisseur de soutènement totale de 13 cm (5 cm béton projeté

fibré + 5 cm de béton projeté renforcé d’une nappe de treillis soudé + 3 cm

de béton projeté)

• Profil type 2.3

Boulonnage systématique à raison de 1 boulon / 2 m2

Couche de béton projeté de 13 cm d’épaisseur (8 cm béton projeté fibré +

5 cm de béton projeté)

Soutènement type 5 - profil cintré lourd

• Profil type 5.0

Boulonnage en fibre de verre du front (ancrages de 8 m de long avec un recou-

vrement de 4 m)

Béton projeté de confinement de 5 cm latéralement et au front.

Cintres HEB 180 espacés de 0.80 m à 1.50 m

Béton projeté en voûtelettes ou béton de blocage derrière blindage

Ancrage en pied droit avec deux boulons F 25 de chaque côté

• Profil type 5.1

Excavation par demi-section.Boulonnage en fibre de verre dans le front de la 1/2 section supérieure : ancrage

de 8 m de long avec un recouvrement de 4 m.

Béton projeté de confinement de 5 cm latéralement et au front de la 1/2 section

supérieure

Cintres HEB 180 à oreille espacés de 0.80 m à 1.50 m

Béton projeté en voûtelettes ou béton de blocage derrière blindage

Soutènement type 8 – profil cintré lourd avec

présoutènement par voûte-parapluie et éventuellement

radier contrevoûté

• Profil type 8.1 avec voûte parapluie divergente composée

de tubes pétroliers 109/127

Voûtes parapluie

3 - Supports-

The geotechnical characteristics of the various parts of the massif through

which the tunnel passes have led to three broad types of support being

chosen:

Type 1 and 2 supports, consisting of bolts and shotcrete

• Profile type 2.1

Systematic bolting with 1 bolt per 4 m2

Layer of shotcrete 8 cm thick (5 cm fibre-reinforced shotcrete + 3 cm of

shotcrete)

• Profile type 2.2: 2.1 type profile with reinforcements:

Bolting between the above arrangement, resulting in 1 bolt per 2 m2

Additional 5 cm layer of non-fibre-reinforced concrete reinforced with weldedwire mesh, resulting in a total support thickness of 13 cm (5 cm fibre-rein-

forced shotcrete + 5 cm shotcrete with wire mesh layer + 3 cm of shotcrete)

• Profile type 2.3

Systematic bolting, 1 bolt per 2 m2

13 cm layer of shotcrete (8 cm fibre-reinforced shotcrete + 5 cm shotcrete)

Type 5 support: heavy duty arch profile

• Type 5.0 profile

Face secured with fibreglass bolts (8 m long anchors with 4 m overlap)Confinement shotcrete, 5 cm laterally and on the face.

HEB 180 arch profiles spaced between 0.80 m and 1.50 m apart

Small shotcrete arches or blocking concrete behind shielding

Anchoring to side walls with two 25 mm diameter bolts either side.

• Type 5.1 profile

Half-section excavation

Fibreglass bolting of the face for the top half-section: 8 m long anchors with

4 m overlap.

Confinement shotcrete, 5 cm laterally and on the upper half-section of the

faceHEB 180 arch profiles with lugs spaced between 0.80 m and 1.50 m apart

Small shotcrete arches or blocking concrete behind shielding

Type 8 supports - Heavy duty arch profile with umbrella

arch pre-support and inverted arches beneath the slab in

some places

• Type 8.1 profile with splayed umbrella arch made of 109/127

pipeline tubing

Umbrella arches

Confinement shotcreteFace stabilised by 15 m long fibreglass bolts

Front excavated in half-sections

HEB 180 arch profiles with lugs spaced between 1 m and 1.20 m apart




147


Béton projeté de confinement

Stabilisation du front par boulons en fibre de verre de 15 m de long

Excavation du front par demi-section

Cintres HEB 180 à oreille espacés de 1.00 m à 1.20 m

Micropieux éventuels sous longrines de 1/2 section supérieureBéton projeté fibré

Profil 8.2 avec voûte parapluie divergente composée

de tubes pétroliers 109/127

Idem profil type 8.1 avec en plus :

Un radier contrevoûté de 15 cm sur la 1/2 section supérieure

Des drains en 1/2 section supérieure

Une contrevoûte cintrée (HEB 180) et bétonnée

La mise en œuvre de ce profil est envisagée pour les zones de mylonite et les

zones aquifères à fortes venues d’eau de la faille du Gantet.

4 - Les travaux-

L’ordre de service notifié par ASF au groupement d’entreprises Eiffage TP

(mandataire) Dodin Campenon Bernard (gérant) le 28 janvier 2009 a lancé la

phase préparation et installation de chantier.

Cette étape a duré 6 mois et a permis de réaliser les entrées en terre sous

voûtes-parapluies sur les deux têtes et de mener à bien les installations dechantier (de 15300 m2 chacune) comprenant notamment pour chaque tête :

une centrale à béton, les bureaux, les cantonnements, les ateliers /magasins,

le stockage de l’émulsion pour l’avancement par minage et la station de

traitement des eaux d’exhaure du tunnel d’une capacité de 100 m3 /h.

Le premier tir de mine a eu lieu le 26 août 2009 dans le tube nord de l’attaque

ouest.

Au 1er septembre 2010, l’effectif total du personnel travaillant sur le chantier

du tunnel de Violay était de 370 personnes environ, y compris sous-traitants,

prestataires et personnel en intérim.

Les quatre équipes de production du tunnel travaillent en 3 X 8 heures, 6 jours

sur 7, du lundi 6 heures au samedi 22 heures sur chacun des 2 X 2 frontsd’attaque.

5 - Modes opératoires et matériels-

Le tunnel de Violay est réalisé par abattage à l’explosif, la présence d’habitations

à proximité des têtes a contraint le chantier à ne pas utiliser ce procédé la nuit

entre 21 h et 7 h sur les 450 premiers mètres à la tête ouest et sur les 250

premiers mètres à la tête est.

La foration des trous de mines est réalisée à l’aide d’un robofore à trois bras

automatisé. Cette prestation est sous-traitée à l’entreprise Robodrill.Les plans de tir sont établis sur le chantier. Chaque volée comporte actuellement

135 mines qui sont séquencées grâce aux détonateurs NONEL. La charge totale

pour une volée de 5,80 m est d’une tonne d’émulsion pompable (système MORSE).

Micropiles sometimes used beneath top half-section longitudinal beams

Fibre-reinforced shotcrete

Type 8.2 profile with splayed umbrella arch made of

109/127 pipeline tubing

Same as profile type 8.1 plus:

15 cm slab with inverted arch above top half section

Drains for top half section

Concreted HEB 180 inverted arch profile

This profile has been envisaged for use in areas with mylonite and aquiferous

areas with high water ingress in the vicinity of the Gantet fault.

4 - Works-

The order to proceed was issued by ASF to the contractor consortium headed

up by Eiffage TP with Dodin Campenon Bernard (managing contractor) on

January 28, 2009, launching the preparation and site installation phase.

This phase lasted six months, during which the entrances, beneath umbrella

canopies at both tunnel heads, were made, and to complete worksite installa-

tions (15,300 m2 each). For each tunnel head, these included the following:

a concrete unit, offices, boundary fencing, workshops/stores, storage of the

emulsion for explosives work, and the water discharge treatment unit, with

capacity of 100 m3

/h.The first explosive blast took place on August 26, 2009 in the western attack

point’s northern tube.

As of September 1,2010, a total of approximately 270 personnel were working

on the Violay tunnel worksite, including subcontractors, providers and temporary

workers.

The four tunnel production teams work in three eight-hour shifts six days a

week, from 6am on Monday to 10pm on Saturday, at each of the 2x2 attack

points.

5 - Operating methods and materials-

The Violay tunnel is being built by explosive blasting. The presence of housing

close to the tunnel heads has meant this procedure cannot be used between

9pm and 7am for the first 450 m at the western head and the first 250 m at

the eastern head.

Blast holes are drilled by means of an automated triple-boom excavator. This

work was subcontracted to Robodrill.

Blasting plans are drawn up on site. Each blast involves 135 charges sequenced

using NONEL detonators. The total charge for a 5.80 m blast uses one tonne

of pumpable emulsion (MORSE system).

Sequencing makes it possible to split the blast into instantaneous charges inorder to take vibration considerations into account. At present, the vibrations

recorded are beneath regulatory thresholds and the limits set by the tender.

Vibrations due to blasting are checked using seismographs installed on homes





Le séquençage permet de fractionner le tir en charge instantanée apte à res-

pecter les contraintes de vibration. Actuellement, les vibrations enregistrées

sont inférieures aux seuils de la réglementation et aux seuils plus contraignants

imposés par le marché. Les vibrations des tirs de mines sont contrôlées à l’aide

de sismographes installés sur les habitations situées sur le tracé du tunnel.Un bureau d’études spécialisé dans les contrôles sismiques fait l’analyse des

enregistrements des vibrations au titre du contrôle externe du groupement.

Le tir produit environ 500 m3 de marin. Le marinage est conduit à l’aide de trois

pelles BRØYT (deux sur la tête est). Ces pelles sont assistées par un chargeur

CATERPILLAR 966 sur chaque tête. Le transport du marin vers les zones de

dépôts est sous-traité à l’entreprise La Pyrénéenne qui gère la flotte de

tombereaux CATERPILLAR A 730. Le marin mis en dépôt est utilisé par les entre-

prises de terrassement pour la confection des remblais de l’autoroute A89.

Des pelles-tunnel Liebherr équipées de fraise assurent la purge du front, de la

voûte et des piedroits.

L’avancement est sécurisé par des boulons, du béton projeté ou des cintressuivant les profils décrits plus haut.

Les bétons fournis par le groupement SATM / Lafarge sont fabriqués sur les

centrales à béton de chaque tête.

La mise en œuvre du béton projeté se fait à l’aide de robot béton de marque

Normet Spraymec 9150 WP.

Le groupement d’entreprises Eiffage TP/Dodin Campenon Bernard possède sur

chaque tête deux boulonneurs mécanisés SANDVIK DS510-C permettant de

mettre en œuvre soit des boulons SWELLEX soit des boulons en HA25.

6 - Les revêtements-

Le respect de la date de livraison de l’ouvrage au mois de février 2012 impose

d’anticiper la réalisation des voûtes avant la percée des deux tubes. Le groupe-

ment Eiffage TP/Dodin Campenon Bernard a équipé le chantier avec 6 coffrages

de voûtes de 12,50 m; 3 commenceront les bétons depuis l’attaque est du tunnel

et 3 depuis l’attaque ouest moins avancée en linéaire excavé en raison de la

plus faible qualité des terrains traversés et notamment de la faille du Gantet.

Les galeries de liaison, espacées de 300 m, permettent de dévier la ventilation

et les circulations d’engins d’un tube vers l’autre rendant tour à tour disponibles,

pour la seule réalisation de l’étanchéité et des bétons, des linéaires entre inter-

tubes de plusieurs centaines de mètres.

located along the tunnel route. A design firm specialising in seismic controls

analyses the vibration logs to provide external control of the consortium’s work.

Each blast generates some 500 m3 of muck. Mucking is carried out using three

BRØYT excavators (two at the eastern head). These excavators are assisted by

a CATERPILLAR 966 loader at each head. Muck transport to storage areas issubcontracted to La Pyrénéenne: the latter manages the fleet of CATERPILLAR

A 730 dump trucks. The stored muck is used by the earthworks contractors to

make backfill for the A89 motorway.

Liebherr excavators with cutters clear the front, crown and side walls.

Progress is secured with bolts, shotcrete and steel arches using the profiles

described above.

Concrete, supplied by the SATM/Lafarge consortium, is manufactured in the

concrete units located at each head.

The shotcrete is applied using a Normet Spraymec 9150 WP concreting

machine.

The Eiffage TP/Dodin Campenon Bernard consortium has two SANDVIK DS510-Cmechanised bolting machines to install SWELLEX and HA25 bolts.

6 - Linings-

The infrastructure is due to be delivered in February 2012. This involves

planning for the arch sections to be installed prior to breakthrough of the tubes.

The Eiffage TP/Dodin Campenon Bernard consortium installed six 12.50 msectional formwork units for arch segments. Three will start concreting from

the tunnel’s eastern end and the three others from the western end. The

distance excavated at this end is less, due to the poor soil quality and more

particularly the Gantet fault.

The link galleries, spaced 300 m apart, allow ventilation and plant traffic to

move between the two tubes, freeing up the other tube for waterproofing and

concreting of sections several hundred metres in length between galleries.

The theoretical thickness of the lining is 30 cm. The arch segments are not

reinforced.

The concreting has been organised in three shifts, which should enable

one section per day per formwork unit to be completed. However, the largenumber of non-standard geological sections have involved the teams making

large formwork end covers (see photo 3), which has slowed the pace of arch

concreting.


Photo 2 - Boulonnage des parements scellés à la résine /

Bolting the linings sealed with resin.

Photo 3 - Masque d’un by-pass / Bypass cover.



149


L’épaisseur théorique du revêtement est de 30 cm et les voûtes ne sont pas

armées.

L’organisation des bétonnages en trois postes doit permettre la réalisation d’un

plot par jour et par outil coffrant. Les nombreux hors-profils géologiques contrai-

gnent cependant les équipes à réaliser des masques d’about de coffrage trèsimportants (voir photo 3) ce qui ralentit le rythme des bétons de voûtes.

7 - Quelques chiffres-

• Tube sud :

Durée d’excavation, y compris les traitements spécifiques sur l’accident

géologique de la faille du Gantet : 26 mois.

• Tube nord :

Durée d’excavation : 24 mois.

8 - Contraintes environnementales-

Le tunnel de Violay est implanté dans une zone vallonnée, où la présence de

cours d’eau sensibles à proximité (présence d’écrevisses à pattes blanches

dans le Gand et le Bousuivre notamment), une faune et une flore précaires

imposent une synergie entre la construction et la nature.

ASF (Maître d’ouvrage), EGIS Tunnel (Maître d’œuvre) et le groupement Eiffage

TP/Dodin Campenon Bernard se sont engagés au travers du Plan de Respect

de l’Environnement à respecter les contraintes environnementales qu’exigeaitle site, en matière de qualité de l’eau rejetée dans le milieu naturel, de pollution

des sols et de l’air, de traitement des déchets en limitant les nuisances aux

riverains.

Ainsi, deux stations de traitement des eaux (une sur chaque tête) épurent

l’eau d’exhaure du tunnel et la recyclent, le surplus d’eau traitée étant rejeté

dans le milieu naturel. Un suivi continu des paramètres de contrôles (matières

en suspension, hydrocarbures et pH) permet d’assurer un rejet sans impact

pour le milieu naturel (voir photo 4).

7 - Some figures-

• South tunnel:

Digging duration, including specific treatments for geological accident

in the Gantet's fault: 26 months

• North tunnel:

Digging duration: 24 months

8 - Environmental considerations-

The Violay tunnel is located in a hilly area, with sensitive watercourses close

by (home to white-clawed crayfish in the Gand and Bousuivre); fragile fauna

and flora call for particular synergy between construction and nature.

ASF (the Project Owner), EGIS Tunnel (Project Manager) and the EiffageTP/Dodin Campenon Bernard consortium have committed to the Environmental

Care Plan to abiding by the environmental constraints called for by the site.

These relate to the quality of water discharged into the natural environment,

soil and air pollution, waste treatment, and minimising disruption to

neighbours.

Two water treatment stations (one at each head) purify tunnel waste water and

recycle it, with excess treated water discharged into the natural environment.

Continuous monitoring of control parameters (suspended matter, hydrocarbons

and pH values) has made it possible to ensure that discharges have no impact

on the natural environment (see photo 4).

9 - The Gantet fault: dealing with subsidence-

in the southwestern tube at metre post 1362-

An incident occurred on Friday March 4, 2011 at 10pm, in the southern tube,

shortly after the shift changeover as excavation was drawing to a close.

Following the fall of the residual central section of the most recently excavated

part of the face, night shift workers observed falling material that was fine

enough to pass through the self-dril ling bolts used for forepoling, in the crown,

between 10 o’clock and 1 o’clock. This hourglass-type flow

increased rapidly. The shotcrete machine that was already onsite to protect the first layer of shotcrete prior to installation

of the next arch segment was immediately switched on. Des-

pite these efforts, material continued to fall faster and faster,

with the self-drilling tubes designed to prevent this type of

collapse bending under the weight of rocks several tens of

centimetres across (photo 5).


Photo 4 - Station de traitement des eaux /Water treatment station..




9 - Faille du Gantet - le traitement du fontis rencontré-

dans le tube sud ouest pm 1362-

Le vendredi 4 mars 2011 à 22h00 dans le tube sud ouest peu de temps aprèsla relève, alors que l’excavation se termine, les mineurs du poste de nuit obser-

vent en voûte dans le secteur 10h00 / 13h00, après l’éboulement de la partie

résiduelle centrale du front excavée en dernier, des chutes de matériaux suffi-

samment fins pour passer au travers des boulons auto-foreurs assurant le fore-

poling. Rapidement le débit de ce sablier augmente. Le robot à béton projeté

déjà sur place pour assurer la projection de la première couche de béton projeté

avant la pose du cintre suivant est aussitôt mis en route. Malgré leurs efforts

la chute des matériaux s’accélère, des blocs pluri-décimétriques tordent sous

leurs poids les tubes auto-foreurs destinés à

prévenir ces éboulements (photo 5).

A 23h00, l’ingénieur de poste comprend que lasituation ne sera plus maitrisable et ordonne le

remblaiement complet de la section avec le

marin précédemment évacué. Plus de 500 m3

de matériaux seront remblayés dans la nuit. Le

lendemain, le chantier parachève la mise en

sécurité de la zone avec la mise en place d’une

protection du remblai avec une couverture de

béton projeté armé d’une nappe de treillis

soudé (photo 6).

La situation est désormais complètement sous

contrôle, le temps de la réflexion commence.

At 11pm the shift engineer decided that the

situation was no longer controllable and orde-

red complete backfilling of the section with

the previously removed muck. Over 500 m3 of

materials were backfilled overnight. The next

day, work to make the area safe was comple-

ted, with the installation of a backfill protection

with a shotcrete lining, reinforced with a layer

of welded wire mesh (photo 6).

Once the situation had been brought under

control in this way, it was time to carry outan assessment.


Photo 5 - Tentative de blocage du fontis /

Attempting to halt the subsidence.

Photo 6 - Mise en sécurité après remblaiement total de la galerie /

Making the area safe after complete backfilling of the tunnel.

Retour sur les procédés de creusement et de soutènement

mis en œuvre au moment de cet accident géologique :

L’avancement des deux tubes, sud-ouest et nord-ouest, se poursuit depuis

déjà plusieurs dizaines de mètres en profil de type P8.3 (adaptation renforcée

du profil 5.0) : excavation en pleine section avec mise en œuvre d’un soutè-

nement composé de cintres HEB 180 espacés de 1 m, boulonnage du frontavec des boulons en fibre de verre de 12 m (maillage 1,40 m x 0,70 m) et

protection de la voûte (fore-poling) avec 18 boulons autoforeurs de 6 m espa-

cés de 70 cm renouvelés tous les 3 m. L’excavation est réalisée en pleine

section avec une pelle mécanique.

Le suivi géologique du chantier est renforcé, les équipes du chantier savent

qu’elles traversent la zone reconnue de la faille du Gantet. Un sondage vertical

réalisé depuis la surface dans le cadre des investigations préalables aux

travaux quasiment à l’aplomb du tube sud est au PM 1355 confirme la

nature des terrains traversés. Les lectures optiques de convergences et de

mouvements des parements de la galerie ne traduisent aucun déplacement

significatif.Enfin compte tenu de l’orientation de la fracturation du massif, le tube nord

ouest rencontre avec une quinzaine de mètres d’avance, les terrains traversés

ultérieurement par le tube sud-ouest.

The excavation and support procedures used at the time of

the geological accident were examined.

Work had progressed in both the south-western and north-western tubes

for several tens of metres using P8.3 profiles (a reinforced variant of profile

5.0). This involved full-section excavation and supports consisting of HEB

180 arch profiles spaced 1 m apar t, bolting the cutting face with 12 m fibre-glass bolts (1.40 m x 0.70 m spacing) and protecting the crown, using

18 self-drilling bolts 6 m long spaced 70 cm apart, with the process repeated

every 3 m. Full section excavation was carried out, using a mechanical

excavator.

The geological monitoring of the worksite had been reinforced, since the work-

site personnel knew they were crossing the Gantet fault area. A vertical borehole

drilled from the surface as part of the preliminary investigations prior to works

almost immediately above the south-eastern tube at metre post 1355 had

confirmed the type of soil to be encountered. Optical convergence and tunnel

lining movement readings had shown no significant displacement.

Lastly, given the orientation of the formation fracturing, the north-western tubetended to encounter soil types previously passed through in the south-western

tube, some fifteen metres earlier.

No water ingress was observed despite the overburden being only about



151


Aucune venue d’eau n’a été observée bien que la couverture soit faible, de

l’ordre de 45 m, et qu’en surface coule le ruisseau du Gantet ayant donné

son nom à la faille éponyme.

Description de l’éboulement

Date : dans la nuit du 4 au 5 mars 2011 (début à 22 h)

• Vidange d’un compartiment limité par deux discontinuités subverticales

sensiblement perpendiculaires à l’axe : épaisseur de l’ordre de 2 m et remon-

tant jusqu’en surface

• Arrêt de la vidange suite au remblaiement complet du tunnel au front

• Fontis en surface (photo 7) observé le lundi 7 mars : 3 m de diamètre, 1,5

m de profondeur. Pas d’évolution significative depuis. Localisation : à la

verticale du tunnel (cohérent avec le pendage

général de la faille du Gantet de 70° est).

• Nature des terrains : matériau anguleux àcomportement plutôt granulaire, « sec »,

ayant « coulé » entre les enfilages en

boulons autoforeurs Ø 32 mm, espacement

67 cm

• Volume estimé du tas éboulé : 300 à 400 m3

foisonné => section de la cheminée infé-

rieure à 10 m2 sur une hauteur de 45 m soit

en moyenne : largeur 5 à 10 m et épaisseur

1 à 2 m

• Pas de venues d’eau observées dans le tas

d’éboulis et de remblais, couvert de bétonprojeté et percé de barbacanes

• Convergences : à partir du 4 ou 5 mars petite reprise des convergences,

de l’ordre de 5 mm, visible sur les profils jusqu’au PM 1315 environ.

Mesures de protection immédiates :

• Blocage du front par remblaiement avec du marin (530 m3 environ)

• Mise en place d’un treillis soudé et de béton projeté sur toute la surface, avec

barbacanes

• Pose de 3 lits de boulons autoforeurs de longueur minimale 6 m, jusqu’à

12 m (plus un poussé à 22 m à titre de reconnaissance : terrain « plus dur »à partir de 17 m).

Description des travaux de confortement préalables au

franchissement de la zone du fontis

• Phase 1 : Réalisation de sondages carottés

Cinq sondages carottés de 14 m environ et un sondage destructif de 21 m

ont été réalisés pour comprendre la géométrie de la zone impactée par le

fontis.

Ces sondages ont été très délicats à réaliser en raison du manque de cohésion

et de la nature boulante des terrains traversés. Ils ont cependant permis demieux appréhender le développement de la zone déstabilisée par ce fontis.

La réalisation de ces sondages a nécessité une semaine à laquelle il convient

d’ajouter une semaine pour la mobilisation de matériel spécifique.

45 m deep, with the Gantet stream that gives its name to the fault running

overhead.

Description of the collapse

Date: during the night of March 4-5, 2011 (commencing at 10pm)

• Subsidence of a section limited by two subvertical discontinuities virtually

perpendicular to the tunnel axis: thickness of approx. 2 m, reaching to the

surface

• Subsidence halted following complete backfilling of the tunnel at the cutting

face

• Surface subsidence (photo 7) observed on Monday, March 7: 3 m in diameter

and 1.5 m deep. No significant changes since. Location: vertically above the

tunnel (consistent with the general angle of dip

of the Gantet fault, 70° eastwards).

• Soil type: angular material, mostly granular,“dry”, that “poured” between the 32 mm

diameter self-drilling bolts spaced 67 cm

apart

• Estimated volume of subsidence: 300 to

400 m3 bulked => chimney cross-section

of less than 10 m2 for a height of 45 m, i.e.

average dimensions of 5-10 m wide and

1-2 m thick

• No observable water ingress in the pile of

talus and backfill, covered with shotcrete

and weep holes drilled through• Convergence: from March 4-5 there was a

slight return of convergence, of about 5 mm, visible on profiles approximately as

far as metre post 1315.

Immediate protective measures:

• The face was blocked with approximately 530 m3 of muck

• Welded wire mesh and shotcrete with weep holes were put in place across

the entire area

• Three beds of self-drilling bolts of between 6 m and 12 m in length were

installed, plus one drilled to a distance of 22 m for survey purposes: “harder”soil was found after 17 m.

Description of reinforcement works prior to passing through

the area of subsidence

• Phase 1: Borehole surveys

Five borehole surveys approximately 14 m deep and a 21 m-long destructive

survey were carried out to understand the geometry of the zone affected by

the subsidence.

These boreholes were very difficult to complete due to the lack of cohesion

and the instability of the soil passed through. However, they made it possibleto have a better understanding of the unstable area created by this subsidence.

It took a week to carry out these boreholes plus an additional week to mobilise

the specific plant required.


Photo 7 - Vue du fontis débouchant en surface (juste avant mise

en sécurité) / View of the subsidence at surface level (immediately

prior to being made safe).




• Phase 2 : Réalisation d’auréoles d’imprégnation de la zone

éboulée avec mise en place de renforts métalliques tubulaires

sur une hauteur de 6m environ au dessus de la calotte du tunnel.

Exécution de forages de longueur variable allant de 6 à 18 m en fonction de

l’observation des paramètres de foration et de la géométrie pré-observée dela « cheminée », de manière à créer des bulbes d’imprégnation et donner de la

cohésion aux matériaux éboulés.

La foration est réalisée avec un taillant ∅115. Des tubes de diamètres 70/89

sont ensuite enfilés dans les trous. Ces tubes ont deux trous de 1 cm de diamètre

tous les mètres sur les 6 derniers mètres en fond de trou.

Une fois les tubes mis en place sur un secteur, l’injection débute du bas vers le

haut de la calottede façon à faire progresser le coulis de bas en haut.

Le coulis d’injection est composé d’un mélange de ciment, eau et bentonite,

fixé initialement dans un rapport pondéral C/E = 1/1 et 3 % de bentonite pour

les 2000 premiers litres puis dans un rapport C/E = 1.3/1 et 3 % de bentonite

pour les litres suivant.La pression d’injection est fixée à 6/7 bars en entrée de tube.

La quantité à injecter par tube est limitée à 4 000 l maxi pour les auréoles

périphériques A et D. Les tubes composant les auréoles B et C sont injectés

jusqu’à ce qu’ils montent en pression, quelle que soit la quantité. De la même

manière que pour les auréoles A et D, les 2000 premiers litres de coulis ont un

dosage pondéral C/E= 1/1 bentonite dosé à 3% puis au-delà C/E 1.3/1 et

bentonite dosé à 3 %.

Ces paramètres ont été ajustés en fonction des observations effectuées en

cours d’opération.

En cas de résurgence par un des autres tubes, l’injection a été stoppée et effec-

tuée par un autre tube plus éloigné.

Les tubes par lesquels la résurgence s’est produite ont été obstrués puis lavés

après légère prise du coulis de manière à être réutilisés.

A noter que certains tubes (20 % environ) ont été ancrés dans le front réputé

en place (tubes de 12 à 15 mètres).

Dans ces cas, après foration, ces tubes ont été retirés et une série de perforations

a été effectuée sur le tube au niveau présumé de la cheminée.

Les tube sont été ensuite réintroduits et l’injection a été réalisée comme indiquéci-dessus, l’imprégnation se faisant alors à la fois par l’extrémité du tube et par

l’auréole de trous constituée.

200 m3 de coulis auront été injectés à la fin de cette phase.

• Phase 2: Injection arrays for the collapsed area were installed

in addition to tubular steel reinforcements, to a height of

approximately 6 m above the tunnel roof.

Boreholes with lengths of between 6 and 18 m depending on the survey

borehole findings and the previously observed geometry of the “chimney” werecarried out, in order to create injection spaces and provide cohesion for the

collapsed material.

Drilling was carried out using a 115 mm rotary drill bit. 70/89 diameter tubes

were then inserted into the holes. These tubes had holes 1 cm in diameter

every metre for the last 6 metres at the end of the hole.

Once the tubes had been installed for a given sector, injection was commenced

from bottom to top of the roof to push the grouting from bottom to top.

Injection grouting consisted of a mixture of cement, water and bentonite, initially

with a 1/1 cement/water weight ratio plus 3% bentonite for the first 2000 litres,

then a 1.3/1 water/cement ratio with 3% bentonite thereafter.

Injection pressure at the tube input was set at 6/7 bar.The quantity to be injected was limited to a maximum of 4,000 l for edge arrays

A and D. The tubes making up arrays B and C were injected until the pressure

rose, irrespective of quantity. Similarly as for arrays A and D, the first 2,000 l

of grouting had a cement/water dosage of 1/1 by weight plus 3% bentonite

and 1.3/1 cement/water plus 3% bentonite thereafter.

These parameters were adjusted on the basis of observations carried out during

the course of works.

In the event of resurgence via one of the other tubes, injection was halted and

recommenced via another tube further away.

Tubes through which resurgence occurred were blocked and washed after the

mortar had taken slightly, so they could be re-used.Some 20% of the tubes were anchored in the face deemed to be sound (bet-

ween 12 and 15 metres long).

In this case, after drilling, these tubes were withdrawn and a series of holes

drilled in the tube corresponding to where the chimney was thought to be.

The tubes were then reintroduced and injection carried out as explained above.

Injection took place via the tube end and the array of holes constituted in

this way.

200 m3 of grouting had been injected by the end of this phase.

• Phase 3: Drainage.

5 drains were installed at the plug head.Drainage of the chimney took place between installation of array D and arrays

B and C during the injection phase.

These drains were sealed for the first 9 metres.

Summary:

Installation of array A

Installation of array D

Drainage of chimney

Installation of array B and then array C

• Phase 4: Verification of injectionThe aim was to assess whether the resulting cohesion was adequate.

Injection was checked as the various injection arrays were carried out and

throughout drilling of holes for the tightening phase.


Photo 8 - Travaux de confortement au PM 1362 /

Reinforcement works at metre post 1362.



153


• Phase 3 : Drainage.

Mise en place de 5 drains en tête du bouchon.

La réalisation du drainage de la cheminée a eu lieu entre la réalisation de

l’auréole D et la réalisation des auréoles B et C de la phase d’imprégnation.

Ces drains ont été scellés sur les 9 premiers mètres.

Récapitulatif :

Réalisation auréole A

Réalisation auréole D

Réalisation drainage de la cheminée

Réalisation auréole B puis C

• Phase 4 : Contrôle de l’imprégnation.

Le but est de vérifier si la cohésion résultante est suffisante.

Le contrôle de l’imprégnation se fait au fur et à mesure de la réalisation des

différentes auréoles d’imprégnation et tout au long des forations pour les trousde la phase de serrage.

• Phase 5 : Serrage de la zone éboulée : réalisation d’auréoles

intermédiaires avec tubes à manchettes à injecter IRS

Exécution de trois auréoles de forages de longueur 15 m, 16 m et 16 m et

diamètre 90 – 101 mm en rotation à l'air avec un outil adapté aux terrains

détectés.

Dans les cas des terrains durs, la foration est réalisée avec un marteau fond

de trou.

Des tubages provisoires sont utilisés dans les cas d'instabilité des forages.

Le forage est équipé de tubes à manchettes métalliques Ø 42/49 munis de2 manchettes par mètre.

Le coulis de gaine est constitué d’un mélange de ciment, eau et bentonite dans

un rapport pondéral de : E/C = 1/1, bentonite dosée à 5 % par rapport au poids

du ciment.

Une fois cette opération terminée, on réalise une injection IRS sous pression en

deux temps à travers le tube à manchettes:

L’IRS (injection répétitive et sélective) se fait en débutant par les man-

chettes au dessus de la zone cintrée (i.e. : à partir du début du tube vers

le fond). L’ordre des injections se fait en opérant des piedroits vers l’axe

du tunnel.

• Premier temps : coulis dans un rapport 1.3/1/0.02

i) injection de toutes les manchettes paires

ii) injection de toutes les manchettes impaires

Dans les deux étapes, arrêt de l'injection après :

- soit 300 - 400 litres de coulis par manchette;

- soit pression maxi atteinte 30 bar. (15 bar pour les manchettes les plus

proches de la calotte du tunnel : sur 5m pour l’auréole G, sur 4m pour l’auréole

F et sur 3 m pour l’auréole E)

• Deuxième temps : injection des manchettes qui n’ont pas atteint la pression

de refus pendant le premier temps. Coulis dans un rapport E/C= 1/1 dosé à 2 %de bentonite.

i) injection de toutes les manchettes paires

ii) injection de toutes les manchettes impaires

• Phase 5: Tightening the collapsed area: intermediate arrayswere installed using RSI sleeve pipes

Three arrays with borehole lengths of 15 m, 16 m and 16 m and diameters of

between 90 – 101 mm, were air-drilled using an appropriate tool for the soil

detected.

In the event of hard soil, drilling took place using a down-the-hole hammer.

Temporary tubing was used where the drill holes were unstable.

The drill hole was then fitted with 42/49 diameter steel sleeve pipes with two

pipes per metre.

The sheath grouting was composed of a mix of cement, water and bentonite

with the following weight ratio: water/concrete = 1/1 with 5% bentonite by

cement weight.Once this had been completed, RSI injection under pressure was carried out

in two phases using the sleeve pipes:

Repetitive Selective Injection (RSI) was carr ied out starting with the pipes above

the area with arch profiles (i.e.: from the start of the tube towards the bottom).

Injections progressed by installing uprights along the line of the tunnel.

• Initially: grouting with a ratio of 1.3/1/0.02

i) even-numbered sleeve pipes injected

ii) odd-numbered sleeve pipes injected

During both stages, injection was halted as follows:

- after 300 - 400 litres of grouting per sleeve pipe

- or when pressure reached a maximum of 30 bar (15 bar for the sleeve pipesnearest the tunnel roof: a distance of 5m for array G, 4m for array F and 3 m

for array E)

• Subsequently: injection of sleeve pipes that had not reached refusal pressure

initially. Grouting used had a water/cement ratio of 1/1 with 2% bentonite.

i) injection of all even-numbered sleeve pipes

ii) injection of all odd-numbered sleeve pipes

During both stages, injection was halted as follows:

- after 200 - 300 litres of grouting per sleeve pipe

- or when pressure reached a maximum of 50 bar (15 bar for the sleeve pipes

nearest the tunnel roof: a distance of 5m for array G, 4m for array F and 3 m

for array E)Injection grouting consisted of a mixture of cement, water and bentonite, initially

fixed in a 1.3/1 cement/water weight ratio plus 2% bentonite by concrete

weight.


Figure 4 - Vue d’ensemble du confortement au PM 1362 /

General view of reinforcement works at metre post 1362.



54 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN °230 M /A il 2012

Dans les deux étapes, arrêt de l'injection après :

- soit 200 - 300 litres de coulis par manchette;

- soit pression maxi atteinte 50 bar. (15 bar pour les 2 manchettes les plus

proches de la calotte du tunnel : sur 5m pour l’auréole G, sur 4m pour l’auréole

F et sur 3 m pour l’auréole E)

Le coulis d’injection est composé d’un mélange de ciment, eau et bentonite

dans un rapport pondéral de E/C=1,3/1, bentonite dosée à 2% par rapport au

poids du ciment

A la fin des injections les tubes sont lavés et pourront être équipés de barres

d’acier HA 25 ou 32 mm scellés.

• Phase 6 : Réalisation de sondage de contrôle

Deux sondages carottés de 50 ml, réalisés avec une foreuse wire-line permet-

tront de reconnaitre le terrain jusqu’au PM 1400 au-delà de la zone éboulée.

• Phase 7 : Réalisation de voûte parapluie

L’excavation en demi-section avec radier cintré contre-voûté reprendra alors

à l’abri de voûtes parapluie constituées de tube pétroliers de 89 mm de diamètre

et 10 mm d’épaisseur et espacés de 40 cm à l’axe.

Conclusion-

Le tunnel de Violay est aujourd’hui achevé. Le problème des effondre-

ments rencontrés lors du franchissement de la faille de Violay a posé

un véritable défi technique. Les travaux de consolidation auront duré3 mois, jusqu’à début juin 2011.

Cependant, la traversée de cette zone difficile n’aura été qu’une des

difficultés rencontrées par les 550 personnes du Groupement Eiffage

TP/Dodin Campenon Bernard et leurs sous-traitants. Le défi le plus

significatif de cet ouvrage majeur aura été de coordonner simultanément

les 24 postes de travail différents nécessaires pour réaliser un tunnel

en méthode conventionnelle, sans aucun compromis sur la sécurité et

avec la barre haut placée quant au respect des considérations environ-

nementales. t

At the end of injection work, the tubes are washed and can be fitted with sealed

25 mm or 32 mm HA 25 steel bars.

• Phase 6: Inspection borehole

Two survey boreholes 50 lm long were carried out with a wire-line drill in order

to survey the soil as far as metre post 1400, beyond the collapsed area.

• Phase 7: Construction of the umbrella canopy

Half-section excavation with a slab with counter-arch will then recommence,

protected by umbrella canopies made of pipeline tubing 89 mm in diameter

and 10 mm thick, spaced 40 cm apart along the centreline.

Conclusion-

The Violay tunnel is now completed. Dealing with the subsidenceencountered during the crossing of the Gantet fault was a challenge.

The reinforcement operations were completed at begining of June 2011,

i.e. 3 months.

However, passing through this faulted area is only one of the difficulties

faced by the 550 people working for the EIFFAGE TP / DODIN CAMPENON

BERNARD consortium and their subcontractors. The most significant

challenge for this major infrastructure is to coordinate the 24 worksta-

tions simultaneously carrying out all the operations called for when

building a tunnel using the conventional method, without compromising

on security and setting the bar high in terms of environmental conside-

rations. t


Principaux intervenants• Maître d’ouvrage : ASF

• Maître d’œuvre : Egis Tunnel

• Groupement d’Entreprises : Eiffage TP, Dodin Campenon Bernard

• Etanchéité : GCC

• Ventilation : ECE Cogemacoustic

• Pelles-tunnel : Liebherr France

• Explosifs : Nitro-Bickford

• Cintres : CMC

Main contributors• Project owner: ASF

• Project manager: Egis Tunnel

• Consortium: Eiffage TP, Dodin Campenon Bernard

• Watertightness: GCC

• Ventilation: ECE Cogemacoustic

• Tunnel loaders: Liebherr France

• Explosives: Nitro-Bickford

• Rings supports: CMC

Documents

Tunnel de Violay