TUNNELS

Tunnels au bouclier en terrain meuble

Les boucliers sont des tunneliers dont la structure soutient les parois du tunnel excavé et protège ainsi les postes de travail. Selon le type de bouclier, les postes de creusement, mais aussi d'évacuation des déblais et même de pose du revêtement définitif du tunnel, peuvent être mécanisés.

Les boucliers les plus légers sont constitués de lances métalliques qui retiennent les parois latérales de l'excavation. La partie frontale (ou front de taille) n'est pas soutenue et doit donc rester stable par elle-même. Dans les terrains les plus meubles, en particulier lorsqu'ils sont situés sous le niveau de la nappe phréatique, les boucliers utilisés se présentent sous la forme d'une coque cylindrique en acier soutenant les parois latérales de l'excavation. La partie frontale de la machine est constituée d'une roue de coupe qui est mise en rotation et excave le terrain sous l'effet de la poussée de vérins longitudinaux situés en arrière du bouclier. Ces vérins prennent appui sur le revêtement du tunnel mis en place à l'arrière de la machine.

Afin d'assurer la stabilité du front de taille, il peut être nécessaire de lui appliquer une pression de fluide, dite pression de confinement. Les premiers boucliers à confinement utilisaient de l'air comprimé pour exercer la pression sur le front de taille. Pour des raisons techniques, ce système ne permet pas d'assurer un confinement suffisant sous des charges d'eau supérieures à 25 mètres environ. Au-delà, on utilise la technique du tunnelier à pression de boue. La boue, constituée d'un mélange d'eau et d'argile (bentonite) en suspension, est mise sous pression dans un compartiment, la chambre d'abattage, situé à l'avant du bouclier. La roue de coupe excave le terrain qui tombe dans la chambre d'abattage. Le mélange boue/terrain abattu est évacué vers la surface au moyen de conduites dimensionnées en fonction de la taille maximale des blocs pouvant passer à travers des ouvertures de la roue de coupe. Au besoin, un concasseur peut être installé dans la chambre d'abattage, mais, si les blocs sont de grosse taille, il faut procéder à leur destruction manuelle en intervenant directement au front de taille soit sous pression d'air comprimé, soit après avoir stabilisé le sol par un traitement adapté. Une fois renvoyé à la surface, ce mélange est traité par centrifugation puis filtration afin de séparer les deux constituants. La boue recyclée est réinjectée vers le bouclier. Les usines nécessaires au traitement sont relativement encombrantes et coûteuses. Les boucliers à pression de boue ont l'avantage sur les boucliers traditionnels de limiter les tassements générés en surface à des valeurs faibles, compatibles avec la stabilité des bâtiments, d'où leur intérêt pour les tunnels en site urbain.

Une autre technique de bouclier à confinement, dite à pression de terre, utilise directement le matériau excavé pour mettre en pression le front de taille. Le matériau mis en pression est extrait de la chambre d'abattage au moyen d'une vis sans fin. Elle évacue les déblais vers l'arrière du bouclier et assure la perte de charge entre la pression de confinement à laquelle ils étaient soumis dans la chambre et la pression atmosphérique qui règne à l'arrière de la machine. Si les caractéristiques du terrain ne permettent pas d'assurer une pression homogène sur le front de taille, on lui incorpore des adjuvants dans la chambre d'abattage. Ces derniers se présentent généralement sous forme de mousse. Une attention particulière est apportée à leur biodégradabilité.

Sur le chantier du tunnel sous la Manche, le bouclier à pression de terre T4 d'un diamètre de creusement de 5,75 mètres, du côté France, a battu sous terre les records connus d'avancement[...]