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N° 251 - Septembre/Octobre 2015 NOS EXPERTS VOUS ACCOMPAGNENT EN FRANCE ET À L’INTERNATIONAL Systèmes d’exploitation - Génie civil Dossiers de sécurité et d’exploitation Équipements de sécurité Géotechnique Autoroute Bar - Boljare (Monténégro) Contrôle des études et supervision des travaux LA MAÎTRISE DE VOTRE PROJET, DE SA CONCEPTION À SA RÉALISATION Activité Infrastructures Tél. +33 1 49 04 55 00 [email protected] ingerop.fr Publicité_V4_sans-traits.indd 1 04/09/2015 15:35:34 SOMMAIRE/SUMMARY ORGANE OFFICIEL DE L’ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN OFFICIAL ORGAN OF THE FRENCH TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE ASSOCIATION Revue bimestrielle n° 251 Bi-monthly magazine Septembre/Octobre 2015 Dépôt légal 2 ème semestre 2015 www.aftes.asso.fr EDITORIAL 315 AFTES INFO 316 CHANTIERS / WORKSITES323 CHANTIERS / WORKSITES357 «Cross-City-Link» Zurich Démonstration de la fonctionnalité correcte du système de ventilation de détresse 361 Evolution des approches de la représentation des connaissances en géotechnique COMMUNICATION & ÉVÈNEMENTS TECHNIQUE / TECHNICAL 16ème Congrès Régional Européen de Mécanique des Sols et de Géotechnique. XVI ECSMGE 2015 R.M. Faure, N. Faure Changing approaches to representing knowledge of geotechnical design Clif Kettle, Ian Acremen London - The Crossrail project Compensation grouting 386 Rehan Yousaf, Jens Badde, Severin Wälchli Cross-City-Link Zurich Proof of proper functionality of the emergency ventilation system TECHNIQUE / TECHNICAL Londres - Le projet Crossrail Injections de compensation ASSOCIATIONS PARTENAIRES / PARTNER ASSOCIATIONS DÉLÉGATIONS RÉGIONALES 390 376 339 • Conférence « Dragon » Maurice Guillaud Bessac : 40 ans en souterrain • Journée technique «Tunneliers» Jean-Noël Lasfargue Alain Mercusot Réflexions générales sur le comportement et la conception des grandes cavernes souterraines François Laigle General considerations regarding the behaviour and design of large underground caverns Avis d’Experts de l’AFTES GT9 AFTES’ Experts’ report WG9 380 Produits et procédés d’étanchéité innovants AGENDA 392 Congrès, Colloques, Journées d’études Technical events Système d’étanchéité projeté et confiné MASTERSEAL 345 BESSAC ZI de la Pointe - 31790 SAINT-JORY Tel. : 33 5 61 37 63 63 E-Mail : [email protected] www.csmbessac.com Tunnelier à pression de terre construit par BESSAC pour le métro de Minsk (Biélorussie) - Diamètre 6,28 m Les articles signés n’engagent que la responsabilité de leur auteur. Tous droits de reproduction, traduction, adaptation, totales ou partielles sous quelques formes que ce soit, sont expressément réservés. Articles are signed under the sole responsability of their authors. All reproduction, translation and adaptation of articles (partly or totally) are subject to copyright. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 313 BÉTON PROJETÉ + ÉTANCHÉITÉ, DES TUNNELS MAÎTRISÉS Accélérateurs pour béton projeté Sigunit® Fibres pour béton projeté SikaFibre® Etanchéité des joints Sika Dilatec® Adjuvantation pour voussoirs Sika ViscoCrete® Membranes pour tunnels SikaPlan® Produits pour tunneliers : Sika Foam®, Sika Grease®, Sika Drill®… Service lecteur : [email protected] www.sika.fr Béton(s)Mag Sika Tunnel VO.indd 1 16/12/2014 15:07 EDITORIAL MODERNIZE OUR COMMUNICATION… The broad spectrum of activities covered by AFTES is well-illustrated in our autumn edition, which deals with RAJEUNIR NOTRE COMMUNICATION… Le large spectre des activités de l’AFTES se traduit dans cette édition d’automne par une forte diversité des thèmes traités : description de chantiers exceptionnels (City Cross Rail de Londres), réflexions techniques générales (cavernes de grandes dimensions), procédures de classement et de recherche de documents (avec un article atypique qui a nécessité d’y joindre un glossaire pour en permettre la compréhension !), rapports d’activité (conférences, groupes de travail), avis d’experts, sont ainsi au menu de ce numéro. En début d’année, le comité de rédaction a réfléchi à des améliorations de notre communication. Support papier ou numérique ? Ou les deux ? Nous nous sommes rendus compte que si certains articles se lisent facilement - par exemple sur une tablette ou un téléphone mobile d’autres, en revanche, nécessitent une lecture approfondie plus compatible avec une version papier. Aussi avons-nous finalement décidé… de ne rien changer et de continuer à éditer Tunnels & Espace Souterrain dans les deux formats. L’an prochain, nous éditerons les recommandations techniques des Groupes de travail sous forme de recueils séparés (à raison d’environ trois par an). Par voie de conséquence, T&ES deviendra trimestriel et, pour suivre l’actualité de plus près, les «news» seront publiées régulièrement sur le site internet de l’AFTES. Il est également prévu que la revue subisse en 2016 une opération de «relooking» ou tout simplement de rajeunissement. Cela fait, il ne restera plus alors qu’à rajeunir l’équipe de rédaction ! Cela devrait intervenir si possible l’an prochain et, en tout état de cause, avant notre Congrès de novembre 2017. L’appel d’offres est lancé… a wide variety of topics: this issue looks at exceptional worksites, with an article on the Crossrail project in London; more general technical concerns (large caverns); document classification and research procedures – with an unusual article that even required adding a glossary to aid understanding; reports from talks and working groups; and expert opinions. At the start of the year, the editorial committee met to consider how our communication could be improved. Should it be hardcopy or digital? Or both? We realized that while some articles would be easy to read on a tablet or smartphone, others called for more in-depth reading, and were thus more suitable for a hardcopy edition. The end result is that we have decided to keep everything as it is at present, and continue to publish Tunnels & Espace Souterrain in both formats. Next year, we’ll be publishing Working Group technical recommendations in the form of separate handbooks (around three per year). As a result, T&ES will be published quarterly; meanwhile, to keep you informed of current events, news will be published regularly on the AFTES website. We also plan to give the journal a more general overhaul – or at least a facelift – in 2016. Once that’s done, the next step will be to lower the average age of the editorial team! We hope this can be achieved next year, or in any event prior to our Congress in November 2017. Applications are now open... We trust you’ll enjoy this issue. Maurice Guillaud, Rédacteur en chef / Chief editor Bonne lecture ! Directeur de publication : Yann LEBLAIS - Rédacteur en chef : Maurice GUILLAUD - Comité de rédaction : Nicole Bajard, Responsable site AFTES - Anne BRISSAUD, Responsable communication NFM Technologies - Didier DE BRUYN, Vice-Président ABTUS - Michel DUCROT, Eiffage TP - Pierre DUFFAUT, Ingénieur-conseil - Frédéric PELLET, Mines-Paristech - Bernard FALCONNAT, Ingénieur-conseil - Jean-Paul GODARD, Cadre de direction honoraire RATP - Jean-Bernard KAZMIERCZAK, Inéris - Benjamin LECOMTE, VINCI Construction - Alain MERCUSOT, CETU / Secrétaire Général AFTES - Gilles PARADIS, SNCF IGOA Tunnels Jean PIRAUD, Antéa - Patrick RAMOND, Razel-Bec - Patrice SALVAUDON, Expert judiciaire - François VALIN, Comité MEP, AFTES - Michèle VARJABEDIAN, Systra - AFTES - Siège social : AFTES 15, rue de la Fontaine au Roi - 75011 PARIS - Tél. : +33 (0)1 44 58 27 43 - [email protected] - Adhésion : Secrétariat AFTES : Sakina MOHAMED - Site Web : www.aftes.asso.fr - Edition Spécifique : 33, place Décurel - F 69760 LIMONEST Maquette : Estelle PORCHET - Publicité : Catherine JOLIVET - [email protected] - Tél. : 33 (0)4 37 91 69 50 - Télécopie : 33 (0)4 37 91 69 59 - Abonnement : [email protected] TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 315 AFTES INFO CERN Large Hadron Collider Dernières nouvelles / Latest news Rénovation à Rouen Stoppage of the Oloron bypass La rénovation du tunnel bi-tube de la Grand Mare, de 1,5 km de long sur le contournement Nord-Est de Rouen, se poursuit avec le renouvellement des équipements. En effet, les équipements de radiocommunication, de détection d’incidents, de communication d’urgence, de signalisation, ainsi que les équipements électriques et informatiques associés au tunnel, seront rénovés au cours d’une période de 21 mois qui débutera au premier trimestre 2016. Le tunnel de la Grand Mare a été inauguré en 1992 et a été rénové par phases, les voies de circulation dans les deux tubes l’ayant été en 2014. All procedures for awarding studies of the Oloron-Sainte-Marie bypass, including the SerreSoeix tunnel, have been suspended. Jean-Jacques Lasserre, new President of the Pyrénées-Atlantiques department Council, announced that the department does not agree to participate in financing this € 90 million project. Renovation work in Rouen The renovation of the 1.5 km long Grand Mare twin-tube tunnel on the north-eastern Rouen bypass, goes on with the renewal of equipment; the radio-communication, incident detection, emergency communications, signalling equipment and also electrical and computer equipment related to the tunnel will be renovated over a period of 21 months as from the first quarter of 2016. The renovation works of Grand Mare tunnel, opened in 1992, were carried out in phases: traffic lanes in both tubes had been reconditioned in 2014. Nouveau tunnel du Chambon Le tunnel du Chambon sur la RD 1091 a été fermé en avril dernier suite à un glissement de terrain. Le département de l’Isère a annoncé que la meilleure solution était la construction d’un nouvel ouvrage. En effet, la réparation de la zone effondrée réduirait la section du tunnel et la consolidation de la voûte par injection de coulis de ciment présente des risques de pollution de la Romanche. Aussi, il est recommandé de construire un nouveau tunnel de 990 m de longueur, qui partirait du milieu du tunnel existant, côté Bourg d’Oisans, pour rejoindre le tunnel du petit Chambon, côté de La Grave. Le département essaye d’accélérer le projet avec l’espoir que le nouveau tunnel puisse ouvrir pour la saison hivernale 2016/2017. Son coût est estimé entre 20 et 25 millions d’euros. New Chambon tunnel The Chambon Tunnel on the department road #1091 was closed last April following a landslide. The department of Isère announced that the best solution was the construction of a new tunnel. Actually, repairing the collapsed area would reduce the section of the tunnel and the consolidation of the vault by cement grouting presents pollution risks for the river Romanche. So, it is recommended to build a new tunnel, 990 m long, which would start Arrêt du contournement d’Oloron Toutes les procédures d’attribution des études du contournement d’Oloron-Sainte-Marie, y compris le tunnel de Serre-Soeix, ont été suspendues. Le nouveau Président du Conseil Départemental des Pyrénées-Atlantiques, M. Jean-Jacques Lasserre, a annoncé que le département n’était pas d’accord pour participer au financement de ce projet de 90 millions d’euros. 316 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 from the middle of the existing tunnel, on the Bourg d’Oisans side, and join the Petit Chambon tunnel, near La Grave. The department is currently trying to speed up the project with the hope that the new tunnel can open for the 2016/2017 winter season. Its cost is estimated at 20 to 25 million Euros. Tranchée couverte d’Ours-Mons La direction régionale de l’équipement d’Auvergne devrait débuter prochainement la consultation pour la construction de la tranchée couverte de Ours-Mons de 120 m de long sur la RN88 au Puy-en-Velay. Les travaux préparatoires actuellement en cours par Razel-Bec devraient être achevés début 2016. Les travaux du contournement ont été repoussés plusieurs fois suite à des glissements de terrain ; les études complémentaires géotechniques ont été réalisées par BG Ingénieurs Conseils. The Ours-Mons cut-and-cover trench The Auvergne Regional Directorate of Equipment should soon begin inviting bids for the construction of the Ours-Mons 120 m-long cut-and-cover trench on the RN88 in Puy-en-Velay. Preparation works currently underway by Razel-Bec should be completed in early 2016. The bypass works were postponed several times due to landslides; complementary geotechnical studies were conducted by BG Consulting Engineers. Galerie de Siaix Le 21 août, le contrat pour la construction de la galerie de secours du tunnel routier de Siaix, de 1469 m sur la RN 90 en Savoie, a été confié à Eiffage TP; la section moyenne de la galerie est de 22 m2. Les travaux comprennent également la construction de 7 rameaux d’interconnexion AFTES INFO avec le tunnel, espacés de 200 m et de 12 m2 de section. Les travaux devraient durer deux ans. Le montant du contrat est de 20,3 millions d’euros. Siaix emergency gallery On August 21, the contract for the construction of the emergency gallery of the 1469 m-long Siaix road tunnel on the RN 90 in Savoy, was entrusted to Eiffage TP; the average section of the gallery is 22m2. The work also includes the construction of 7 smaller galleries, spaced 200 m and 12 m2 section, interconnecting the main gallery with the tunnel. Work is expected to last two years. The contract value is 20.3 million Euros. Grand Paris Ligne 18 Ligne 15 Consultation et appels d’offres pour la ligne 15 La consultation publique sur la ligne 15 Ouest du Grand Paris Express a débuté le 21 septembre et durera jusqu’au 29 octobre. La ligne 15 Ouest est une portion de 20 km et 9 stations entre les stations Pont de Sèvres et Saint Denis Pleyel, terminus des lignes 14, 16 et 17. D’autre part, la Société du Grand Paris a publié un appel d’offres pour la construction de la section Fort d’Issy Vanves – Villejuif Louis Aragon de la ligne 15. Les travaux comprennent la construction de 8 km de tunnel de 9,8 m de diamètre à excaver au tunnelier et le gros œuvre des stations Chatillon-Montrouge, Bagneux, Arcueil-Cachan, Villejuif-IGR et Villejuif-Louis Aragon. Les travaux de construction devraient démarrer l’an prochain et durer 6 ans. Consultation and tenders for Line 15 The public consultation for Line 15-West of the Grand Paris Express began on September 21 and will last until October 29. Line 15-West is a 20 kmlong/9 stations section between stations Pont de Sèvres and Saint Denis Pleyel, the terminus of lines 14, 16 and 17. On the other hand, the Société du Grand Paris has issued a call for tenders for the construction of the Fort d’Issy Vanves – Villejuif Louis Aragon section of line 15. The work includes excavation by a TBM of 8 km of 9.8m-dia tunnel and structural work of the Chatillon-Montrouge, Bagneux, Arcueil-Cachan, Villejuif-IGR and Villejuif-Louis Aragon stations. Construction is expected to begin next year and last for 6 years. Attribution sur la ligne 18 Le groupement SNC-Lavalin SAS (mandataire) / Algoe SA / Transamo (filiale de la Caisse des dépôts) a obtenu de la Société du Grand Paris le contrat d’assistance administrative, financière et technique pour la ligne 18 du grand Paris Express. Cette ligne de 35 km reliera l’aéroport d’Orly à la gare de Versailles-Chantiers et comprendra 10 stations. chy-Saint-Ouen et Saint- Lazare avec un avancement moyen journalier prévu de 12 mètres. Les travaux de construction sont réalisés par le groupement Eiffage Tp / Razel-Bec. D’ici la fin de l’année, une deuxième machine devrait être livrée afin de réaliser le creusement de la section entre Clichy-Saint-Ouen et Pleyel. Award on Line 18 The JV SNC-Lavalin SAS (leader) / Algoe SA / Transamo (a subsidiary of the Caisse des Dépôts) has been awarded by Société du Grand Paris the administrative, financial and technical assistance agreement for the Line 18 of the Grand Paris Express. This 35km-long/10 stations line will connect Orly Airport to Versailles-Chantiers station. Baptême sur la ligne 14 Le 9 septembre dernier, le tunnelier Herrenknecht de 8,92 m de diamètre, destiné à creuser la première section de l’extension de la ligne 14, a été baptisé Magaly. Ce tunnelier creusera à partir d’octobre une section de 3,6 km entre Cli- Christening on line 14 On September 9th, the 8.92 m-diameter Herrenknecht tunnel boring machine designed to excavate the first section of the line 14 extension, was christened and named Magaly. From October, this TBM will excavate a 3.6 km-long section between Clichy-SaintOuen and Saint-Lazare with a planned daily average progress of 12 meters. The construction works are carried out by the JV Eiffage Tp / Razel-Bec. By the end of the year, a second TBM should be delivered for the excavation of the Clichy- Saint-Ouen / Pleyel section. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 317 AFTES INFO International ROYAUME UNI / UNITED KINGDOM Préqualification en cours pour la HS2 Le 24 septembre, le Ministre britannique des Finances, M. George Osborne, a annoncé le démarrage de la procédure de préqualification pour la première phase de la ligne à grande vitesse de 230 km de longueur entre Londres et Birmingham, qui devrait être construite en souterrain sur 25% de son tracé. 41 km de tunnels bi-tube de diamètre interieur compris entre 7,5 et 8,5 m seront creusés au tunnelier et la ligne comprendra également 16 km de tranchées couvertes. Dix machines seront nécessaires pour construire les sections en tunnel qui ont été alloties de la manière suivante : - Sud 1 (S1) entre Hampstead Road Bridge à Euston et la gare d’Old Oak ; cette section de 8,2 km comprend le tunnel d’Euston de 7,3 km ; deux machines seront utilisées. Le coût pour ce lot est estimé entre 814 millions d’euros et 1,2 milliard d’euros. - Sud 2 (S2) entre la gare d’Old Oak et Harvil road sur une longueur de 25,8 km ; cette section comprend le tunnel de Northolt de 13,4 km de long; quatre tunneliers seront utilisés. Mott Macdonald et URS ont réalisé les études des tunnels de Northolt et d’Euston. Le coût du lot S2 varie entre 1,15 et 1,9 milliard d’euros. - Central 1 (C1) entre Westerly Nord et Heath Sud sur 22 km comprenant le tunnel des Chiltern de 15,8 km de long ; il sera creusé par deux tunneliers. Les études ont été réalisées par Atkins. Le coût du lot est estimé entre 1 et 1,7 milliard d’euros. - Le lot Nord 1 (N1) démarre à Mill Ponds et se termine à la gare de Curzon Street à Birmingham ; cette section de 39,5 km comprend le tunnel d’Itchington Wood de 1,5 km et celui de Bromford de 2,8 km ; un tunnelier sera nécessaire pour chacun des tunnels. Les études du tunnel d’Itchington Wood ont été réalisées par le groupement Capita Symonds/Ineco et celles du tunnel de Bromford par ARUP. L’estimation du coût varie entre 1,2 et 2 milliards d’euros. Les appels d’offres devraient être publiés au printemps prochain pour une attribution fin 2016 ou début 2017 ; les travaux de creusement pourraient démarrer en 2018. Ongoing prequalification for HS2. On September 24, George Osborne, Chancellor of the Exchequer, announced the start of the prequalification process for the first phase of the 230 km long high speed line (HS2) between London and Birmingham, which should be running underground about 25% of its length. 41 km of twin-tube tunnels of an inside diameter between 7.5 and 8.5 m, will be excavated by a TBM; the line will also include 16 km of cut-and-cover trenches. Ten machines will be required to construct the tunnel sections which have been allotted as follows: - South 1 (S1) from Hampstead Road Bridge in ESPAGNE / SPAIN 318 Euston to the Old Oak Station; this 8.2 km section includes the 7.3 km Euston tunnel; two shields will be used. The cost for this lot is estimated at between 814 million euros and 1.2 billion euros. - South 2 (S2) from Old Oak station to Harvil road over a length of 25.8 km; this section includes the 13.4 km long Northolt tunnel; four TBMs will be used. Mott Macdonald and URS did the project studies for the Northolt and Euston tunnels. The cost of the lot S2 varies between 1.15 and 1.9 billion euros. - Central 1 (C1) between North Westerly and South Heath over 22 km including the 15.8 km long Chiltern tunnel; it will be excavated by two TBMs. Studies were made by Atkins. The cost of the lot is estimated at between 1 and 1.7 billion euros. - Lot 1 North (N1) starts at Mill Ponds and ends at Curzon Street Station in Birmingham; this 39.5 km section includes the 1.5 km Itchington Wood and the 2.8 km Bromford tunnels; a TBM will be necessary for each tunnel. Studies for the Itchington Wood tunnel have been carried out by the JV Capita Symonds / Ineco and those for the Bromford tunnel by ARUP. The estimated cost is between 1.2 and 2 billion Euros. Tenders should be published next spring for a late 2016 or early 2017 award; excavation work could start in 2018. ALGÉRIE / ALGERIA Plus de 5 milliards pour le ferroviaire Attribution Le ministère espagnol des Travaux Publics a donné des détails sur le budget de 5,46 milliards d’euros destiné au ferroviaire pour l’année 2016. La priorité a été donnée au réseau à grande vitesse pour lequel 3,68 milliards d’euros seront investis. Au total 2,24 milliards seront attribués à la LGV entre Madrid et la Galice, dont la section de 53,7 km Ourense-Vigo sera construite en souterrain sur 76 % du tracé grâce à 7 tunnels d’une longueur cumulée de 41 km. L’Agence Algérienne Nationale des routes, ANA, a attribué au groupement Cosider TP / Indra le contrat d’amélioration des équipements technologiques du tunnel de Boïra, de 1,3 km de longueur situé sur l’autoroute Est-Ouest. La société publique Cosider TP a choisi Indra comme partenaire pour l’intégration et la mise en place d’un système centralisé de contrôle intégrant différents Systèmes de Transports Intelligents (STI). Le projet prévoit d’adapter les systèmes aux normes de qualité et de sécurité européennes pour: la détection automatique des incidents, la vidéo surveillance, la signalisation, la détection incendie, les communications, l’éclairage, le contrôle et la ventilation. Les travaux devraient durer 15 mois pour un montant estimé à 11 millions d’euros. Over 5 billion for the railways Contract award The Spanish Ministry of Public Works gave details on the 5.46 billion euros budget allocated to railways for 2016. Priority was given to the high-speed network for which 3.68 billion euros will be invested. In total 2.24 billion will be allocated to the high-speed line between Madrid and Galicia; the 53.7 km-long Ourense-Vigo section will be built underground over 76% of the route through seven tunnels over a total length of 41 km. The Algerian National Roads Agency, ANA, has awarded the JV Cosider TP / Indra the contract for improvement of technological equipment in the 1.3 km-long Boïra tunnel located on the East-West highway. The public company Cosider TP has chosen Indra as a partner for the integration and setup of a centralized control system integrating various Intelligent Transportation Systems (ITS). The project plans to adapt the systems to European quality and safety standards for the automatic incident detection, video surveillance, signaling, fire detection, communications, lighting, control and ventilation. The work should last 15 months; the estimated cost is 11 million euros. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 AFTES INFO TURQUIE / TURKEY Percement à Istanbul Breakthrough in Istanbul Le 22 août, après 16 mois de travaux, le creusement de la section de 3,34 km de l’autoroute Bosphore Eurasie, permettant de traverser le Bosphore, a été terminé. Ce tunnel sous-marin a été excavé avec un tunnelier mixshield Herrenknecht de 13,7 m de diamètre. Sur chaque rive, il est connecté à la surface par deux tunnels de 1 km de long chacun réalisés par des méthodes conventionnelles, côté Asie, et en tranchée couverte, côté Europe. Les travaux sont exécutés par le groupement Yapi Merkezi / SK Engineering & Construction. La mise en service de cette autoroute de 14,5 km est prévue pour la fin de l’année prochaine. On August 22, after 16 months of work, the excavation of the 3.34 km long section of the Eurasia Bosphorus highway, allowing to cross the Bosphorus strait, was completed. This underwater tunnel was excavated with a 13.7 m-diameter Herrenknecht mixshield TBM; on each side, it is connected to the surface by two 1km-long tunnels excavated either by conventional methods (on the Asian side) or by a cut-and-cover trench (European side). The work is performed by the JV Yapi Merkezi / SK Engineering & Construction. The commissioning of this 14.5 km highway is scheduled for the end of next year. SUISSE / SWITZERLAND Tunnel à Bâle Tunnel in Basel L’Office fédéral des routes prévoit de publier prochainement un appel d’offres pour les études préliminaires en vue de construire un tunnel bi-tube d’environ 4 km sur l’autoroute A2 entre Birsfelden et l’échangeur de Wiese à Bâle. Ce nouveau tunnel fait partie du programme de suppression des ralentissements et devrait faciliter le trafic sur cette section surchargée de l’A2. Des appels d’offres différents seront publiés en octobre pour la gestion du projet, les études de conception, les études géotechniques et les équipements de sécurité et de ventilation. La solution du tunnel devrait augmenter le coût du projet d’environ 276 millions d’euros pour un budget total estimé à 1,1 milliard. The Federal Roads Office plans to issue shortly a tender for the preliminary studies of an approx. 4km-long twin-tube tunnel on the A2 motorway between Birsfelden and the Wiese interchange in Basel. This new tunnel, part of the slowdowns elimination program, should facilitate the traffic on this overbusy section of the A2. Various tender calls will be published in October for the project management, design engineering, geotechnical studies and safety and ventilation equipment. This solution with a tunnel should increase the project cost by about € 276 million for a total budget estimated at € 1.1 billion. Démarrage des tests dans le tunnel du Gothard- Avancement du Ceneri Au tunnel de base du Gothard, les tests d’intégration globale ont démarré le 18 août dernier. La totalité des équipements ferroviaires devrait être installée d’ici la fin octobre, et plus de 3000 essais seront réalisés sur l’ensemble des 57 km du tunnel avant la mise en service commerciale prévue en décembre 2016. Dans le tunnel du Ceneri, l’excavation est terminée à 96 %, il manque simplement une portion de 750 m jusqu’à Vigana. Start of tests in the Gotthard tunnel – Progress in the Ceneri tunnel Or the Gotthard base tunnel, the overall integration tests began on 18 August. All railway equipment should be installed by the end of October and more than 3,000 tests will be conducted over the 57 km of the tunnel before commissioning in December 2016. In the Ceneri tunnel, 96% of the excavation is achieved; only 750 m to Vigana remain to be excavated. Nouveaux tunnels au CERN ? Le CERN prévoit de rénover les installations de son accélérateur de particules, le LHC (Large Hadron Collider). Les travaux comprendront l’excavation de deux puits de 100 mètres de profondeur et 12 m de diamètre, des cavernes pour de nouveaux équipements et 800 m de tunnels et galeries, nécessaires pour accéder aux deux halls expérimentaux. Ils seront réalisés pendant que le LHC est à l’arrêt car les physiciens craignent que les vibrations dues à la construction n’altèrent le bon fonctionnement du LHC. La consultation des entreprises devrait intervenir fin 2016 ou début 2017. New tunnels for the CERN? CERN (European Organization for Nuclear Research) plans to renovate its particle accelerator LHC (Large Hadron Collider). The work will include the excavation of two 100 m-deep / 12 m-diameter shafts, caverns for new equipment and 800 m of tunnels and galleries needed to access the two experiment halls. Works will be carried out while the LHC is stopped because physicists fear that vibrations due to the construction would affect the proper operation of the LHC. Contractors should be called end of 2016 or early 2017. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 319 AFTES INFO Augmentation de la capacité du Lötschberg Protection incendie pour CEVA L’administration des chemins de fer suisses et le canton de Genève en charge de la ligne Cornavin-Eaux Vives-Annemasse (CEVA) ont confié à l’entreprise Martin Sanitaires SA la fourniture et l’installation des équipements anti-incendie dans les tunnels, tranchées couvertes et sorties de secours de la ligne de 16,4 km qui reliera Genève à la frontière française. Le montant du contrat est de 5,2 millions d’euros. Fire protection for CEVA The administration of the Swiss Federal Railways and the Canton of Geneva in charge of the Cornavin-Eaux-Vives-Annemasse (CEVA) railway line has entrusted to SA Martin Sanitary the supply and installation of fire-fighting equipment in the tunnels, cut-and-cover trenches and emergency exits of the 16.4 km line which will link Geneva to the French border. The contract value is 5.2 million euros. Les études pour l’augmentation de la capacité du tunnel de base du Lötschberg devraient démarrer l’an prochain. Une section de 21 km du tunnel sur 34,6 km n’est qu’à une voie et les études devraient déterminer la faisabilité d’étendre la section à deux voies soit complètement soit en partie. Le coût des deux options est estimé à 928 millions d’euros pour une extension totale et 551 millions pour une extension partielle. Les études devraient être disponibles début 2017. Increase of the Lötschberg capacity Studies to increase the capacity of the Lötschberg base tunnel should start next year. A 21 km section of the 34.6 km long tunnel has only one track and the studies should assess the feasibility of extending the two-track section either in whole or in part. The cost of the two options is estimated at 928 million euros for a full extension and 551 million for a limited extension. The studies should be available early 2017. Espace souterrain / Underground space Un prix pour la Canopée des Halles Lors d’une cérémonie qui s’est déroulée à Istanbul et récompensant 13 projets européens, la Canopée des Halles s’est vue remettre le prix d’excellence dans la catégorie “centres commerciaux” décerné par l’ECCS Steel Design. Le jury qui a décerné ce prix décrit le projet comme « un exemple impressionnant d’un design hors du commun basé sur la réutilisation des structures existantes ». Le jury poursuit : « Le quartier des Halles, situé au cœur de Paris et qui était amené à disparaître, se voit ainsi donner une nouvelle vie. (…) Le design est à la fois classique et moderne avec un jeu de transparence intéressant et des formes qui s’accordent parfaitement avec l’architecture de Paris. » Ce projet, dont Ingérop réalise la maîtrise d’œuvre technique (architectes : P. Berger et J. Anziutti), constitue une porte d’entrée dans Paris, et un nouveau cœur pour le Forum des Halles. Il vise à refondre l’identité du lieu pour atteindre la dimension d’une œuvre contemporaine, digne du voisinage architectural et culturel du centre de Paris. Conçu en 3D sur l’emprise urbaine du “Carreau des Halles”, site contraint, complexe et très fréquenté (1 million de personnes s’y pressent chaque jour), il est construit sans interrompre les activités du plus grand centre commercial et de la plus grande gare souterraine d’Europe. Award for the Paris-Les Halles Canopy At a ceremony held in Istanbul to reward 13 European projects, the Paris-Les Halles Canopy project received the Award of Excellence (in the “shopping centers” category) from the European Convention for Constructional Steelwork. The jury described the project as «an impressive example of an unusual design based on the reuse of existing structures». The jury also said: «The Halles district, located in the heart of Paris and originally brought to disappear, will have a new life (...).The design is both classic and modern with an interesting transparency scheme and shapes that fit perfectly with the architecture of Paris «.This project, carried out by Ingérop for the technical engineering (architects: P .Berger and J. Anziutti), is a gateway to Paris, and a new heart for the Forum des Halles. It aims to recast the identity of the place so as to reach the size of a contemporary work, worthy of the architectural and cultural neighborhood of central Paris. Designed in 3D within the urban constrained, complex and overbusy site of the «Carreau des Halles» (1 million people passing there dayly), it is built without interrupting the activities of the largest shopping mall and largest underground station in Europe. Hommage à Pierre Berger Vendredi 23 octobre dernier, alors que nous mettions sous presse, le Groupe de BTP Eiffage a annoncé le décès, suite à une crise cardiaque, de son président-directeur général Pierre Berger, âgé de 47 ans. Il avait succédé au fondateur Jean-François Roverato à la tête d’Eiffage en août 2012. Les pensées des nombreux membres de l’AFTES qui ont connu Pierre Berger vont à son épouse, ses enfants, ses proches et à tous les collaborateurs du Groupe Eiffage. Dans la prochaine édition de T&ES, nous évoquerons la carrière de ce brillant ingénieur, polytechnicien et diplômé de l’Ecole des Ponts & Chaussées, qui, avant de rejoindre Eiffage, avait été président de Vinci Construction Grands Projets. 320 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 AFTES INFO Congrès No Dig International A ce congrès qui s’est tenu à Istanbul du 28 au 30 septembre, ont assisté plusieurs représentants de la FSTT, parmi lesquels Jean-Marie Joussin, Jean-Michel Bergue et Patrice Salvaudon. Ils ont rencontré le Professeur Nuh Bilgin, président de la Turkish Tunnelling Society qui, dans son français parfait, nous a promis d’assister à notre prochain Congrès AFTES, en novembre 2017, à Paris Porte Maillot.Increase of the Lötschberg capacity Several representatives of FSTT (French Society for Trenchless Tunneling), namely Jean-Marie Joussin, Jean-Michel Bergue and Patrice Salvaudon attended the No Dig International Congress held in Istanbul on 28-30 september. They met with Prof. Nuh Bilgin, Chairman of the Turkish Tunnelling Society, who – in a perfect French- promised to attend the next AFTES Congress to be held in Paris, Porte Maillot, in Nov 2017. From left to right : Dr Hanifi Copur, Technical University, Istanbul and vice-president TTS, Patrice Salvaudon, ADEPE, member of AFTES, Dr Nuh Bilgin, Technical University, Istanbul and Chairman of TTS, Jean-Marie Joussin, FSTT. Remise de prix / Award Lors de sa Tunnel Expo Conference 2015 à Istanbul, l’Association Turque des Tunnels a remis son Prix spécial au Dr Levent Ozdemir pour l’ensemble de sa carrière et pour ses importantes contributions aux progrès réalisés en matière de construction mécanisée de tunnels. Dr Ozdemir est professeur honoraire de la Colorado School of Mines (1977-2009) ; il est aujourd’hui responsable de la session de formation Tunnels/Microtunnels/Amélioration des sols qui se tient chaque année à Golden, Colorado. Ont également été récompensés : Dr Nick Barton pour sa contribution dans le domaine de la Mécanique des roches et Dr Guner Gurunca pour son action sur la sécurité dans les mines. The Turkish Tunneling Society bestowed its Lifetime Achievement Award to Dr. Levent Ozdemir at the recent 2015 Tunnel Expo Conference in Istanbul. The award is for making significant contributions to the advancement of Mechanized Tunneling Industry. Dr Ozdemir is a past professor at the Colorado School of Mines (1977-2009) ; he is now course director/ co-director for the Tunneling Short Course, Microtunneling Short Course and Ground Improvement Short Course, held annually in Golden, Colorado. Also receiving awards were Dr. Nick Barton for his contributions to the field of Rock Mechanics and Dr. Guner Gurtunca for his contributions to Mine Safety. Receiving awards at the 2015 Tunnel Expo Conference in Istanbul were Levent Ozdemir, Guner Gurtunca (second from left) and Nick Barton (right). They are shown with Prof. Nuh Bilgin, President of Turkish Tunneling Society. Les lauréats : Levent Ozdemir, Guner Gurtunca (2ème à partir de la gauche) et Nick Barton (à droite). Au centre Prof. Nuh Bilgin, président de la Turkish Tunneling Society. Communiqué Les conférences des « Mardis de l’AFTES » sur notre site internet Nous rappelons à nos lecteurs qu’ils peuvent trouver sur le site internet de l’AFTES (dans l’onglet conférences et visites) les présentations des conférenciers qui ont donné leur accord pour publication (ce qui est généralement le cas), notamment celles des 4 premières séances de l’année 2015 : 10 février 2015 29 septembre 2015 • Le Maroc par Charafa Chebani, Directrice Pôle CFCIM-Business France à la Chambre Française de Commerce et d’Industrie du Maroc, • L’évolution de la recommandation du GT 25 sur maîtrise économique et la contractualisation par JF Thibault, retraité Eiffage, et Andrew Bourget, EGIS Tunnels. • La Turquie, par Nadir Bentata, Business France • L’actualisation de la recommandation du GT 8 sur les traitements de terrain, par Michel Chopin (MC Consulting) • L’espace souterrain de Paris, par Blaise Souffaché, Professeur de géophysique 31 mars 2015 • Présentation de la partie Sud de la ligne M15, par la Société du Grand Paris 16 juin 2015 • le projet CIGEO/ANDRA de Bure, par Alain Harman, chef de projet CIGEO, • L’Indonésie, la Malaisie et Singapour, par Sébastien Vincente, Caroline Pelaez-Hue et Estelle DAVID, Business France. Notre dernier « Mardi » de l’année se tiendra le 8 décembre 2015, avec la présentation du prolongement de la ligne 11 du métro de Paris par Myriam Fontaine-Boullé, RATP. Nous remercions très sincèrement tous les conférenciers pour leur intervention et leur autorisation de publier leur diaporama. Nous rappelons aussi que l’AFTES est intéressée par tout nouveau projet de communication technique qui pourrait être présentée dans le cadre de ces « réunions du Mardi ». Philippe Millard, Délégué régional Ile-de-France de l’AFTES TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 321 CHANTIERS/WORKSITES Londres - Le projet Crossrail Aperçu de la situation actuelle Injections de compensation permettant le contrôle des tassements dus aux excavations de tunnels London - The Crossrail project Current overview Compensation grouting to control tunnelling induced settlements Clif KETTLE Soletanche Bachy Group Le Projet Crossrail figure parmi les projets d’infrastructure les plus importants jamais entrepris au Royaume-Uni avec une enveloppe budgétaire totale disponible de 14,8 milliards de livres sterling. Ce projet permettra de réduire la durée des trajets à travers Londres, réduire la congestion, assurer de meilleures connexions de transport, et ainsi permettant de transformer la façon dont les gens se déplacent dans la capitale anglaise. Le projet offrira de nombreux avantages pour Londres et le RoyaumeUni en matière de réhabilitation, de développement commercial et de création d’emplois, et de stimuler le développement des opérations de creusement de tunnels et des compétences qui s’y rattachent, indispensables pour l’avenir de l’industrie. 1 - Aperçu de la situation actuelle Crossrail est coparrainé par le Ministère des Transports britannique et Transport for London (l'organisme public responsable des transports en commun de la ville de Londres et du Grand Londres). Crossrail (CRL) est le plus grand projet de construction d’Europe – les travaux ont démarré en Mai 2009 et actuellement plus de 10.000 personnes travaillent sur plus de 40 chantiers. • À ce jour, plus de 62 millions d’heures de travail ont été réalisées sur le projet Crossrail. • Crossrail va transformer le réseau ferroviaire londonien, augmentant sa capacité de 10 %, soutenant la régénération et réduisant les temps de trajet à travers la ville. • La ligne Crossrail s’étendra sur plus de 100 km depuis Reading et Heathrow à l’ouest via des nouveaux tunnels traversant le centre de Londres jusqu’à Shenfield et Abbey Wood à l’est. Entreprises et intervenants Client : Transport for London (TfL) Équipe d’Exécution : Crossrail (CRL) Contractant Principal : BBMVB JV (Balfour Beatty, Morgan Sindall, Bemo Tunnelling, Vinci Grands Projets, Bachy Soletanche) Ian ACREMEN Bachy Soletanche Ltd La version originale anglaise de cet article est parue récemment dans la revue Travaux que nous remercions, ainsi que les auteurs, de nous avoir permis de le publier ici en version bilingue. The Crossrail Project is among the most significant infrastructure projects ever undertaken in the UK with a total funding envelope available of £14.8bn. It will improve journey times across London, ease congestion, and offer better connections, changing the way people travel around the capital. The project will also provide many benefits for London and the UK in terms of regeneration, business development, and employment creation, and promote the development of the tunnelling market and tunnelling skills vital to the future of the industry. 1 - Current overview Crossrail is jointly sponsored by the Department for Transport and Transport for London. Crossrail (CRL) is Europe’s largest construction project - work started in May 2009 and there are currently over 10,000 people working across over 40 construction sites. • Over 62 million working hours have been completed on the Crossrail project so far. • Crossrail will transform rail transport in London, increasing capacity by 10%, supporting regeneration and cutting journey times across the city. • The Crossrail route will run over 100km from Reading and Heathrow in the west, through new tunnels under central London to Shenfield and Abbey Wood in the east. • There will be 40 Crossrail stations including 10 new stations at Paddington, Bond Street, Tottenham Court Road, Farringdon, Liverpool Street, Whitechapel, Canary Wharf, Custom House, Woolwich and Abbey Wood. Contractors and stakeholders Commissioning Client: Crossrail (CRL) Delivery Team: Crossrail (CRL) Main Contractor: BBMVB JV (Balfour Beatty, Morgan Sindall, Bemo Tunnelling, Vinci Grands Projets, Bachy Soletanche) TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 323 CHANTIERS/WORKSITES • Crossrail desservira 40 stations y compris 10 nouvelles stations à Paddington, Bond Street, Tottenham Court Road, Farringdon, Liverpool Street, Whitechapel, Canary Wharf, Custom House, Woolwich et Abbey Wood. • Crossrail permettra le déplacement de 1,5 million de personnes supplémentaires à 45 minutes du centre de Londres et permettra de relier les principaux quartiers de bureaux, loisirs et affaires – Heathrow, West End, the City, Docklands – favorisant le développement économique. •C rossrail entrera en service dans le centre de Londres à partir de la fin 2018. Selon les estimations, 200 millions de passagers par an devraient utiliser la ligne Crossrail. • Le projet offre une opportunité considérable d’améliorer et de réorganiser les réseaux de services publics vieillissants (Figure 1). 1.1 - Travaux en cours • A u total, huit tunneliers sont actuellement utilisés pour la construction de 26 miles (42 km) de nouveaux tunnels ferroviaires de 6,2 m de diamètre à travers le centre de Londres à des profondeurs allant jusqu’à 40 m. Le creusement des tunnels est actuellement achevé à plus de 90 %. • Les travaux de construction sont à mi-chemin de leur achèvement dans les nouvelles stations phares du centre de Londres et des Docklands. • La réalisation du projet Crossrail permettra de créer des milliers d’opportunités commerciales et d’emplois y compris 400 programmes d’apprentissage. • Au plus fort des opérations, les tunneliers visent à atteindre un avancement d’environ 100 mètres/ semaine. Au fur et à mesure de l’avancement, sont mis en place 324 Figure 1 - Réorganisation et amélioration des installations de services publics / R e-routing and upgrading of services. les anneaux de voussoirs préfabriqués – 250.000 voussoirs seront utilisés pour les 42 kilomètres de tunnels. • 4,5 millions de tonnes de matériaux excavés pour le creusement des tunnels seront transportés sur l’île de Wallasea dans l’Essex où ils seront utilisés pour la création d’une réserve naturelle de 1.500 acres pour la RSPB (Société royale pour la protection des oiseaux). 1.2 - Crossrail, emplois et chaine logistique • Au cours du projet, on prévoit au moins 75.000 opportunités commerciales, générant suffisamment de travail pour maintenir l’équivalent de 55.000 emplois à temps plein. • Ce n’est pas seulement Londres et la région sud-est qui bénéficieront du projet Crossrail. Des entreprises venant de tout le pays et de toutes TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 • Crossrail will bring an extra 1.5 million people to within 45 minutes of central London and will link London’s key employment, leisure and business districts – Heathrow, West End, the City, Docklands – enabling further economic development. • T he first Crossrail services through central London will start in late 2018 - an estimated 200 million passengers/ year will use Crossrail. • The project is providing a major opportunity for upgrading and re-routeing ageing utility networks (Picture 1). 1.1 - Current construction activity • A total of eight tunnelling machines are being used to construct 26 miles (42km) of 6.2m diameter new rail tunnels under central London at depths of up to 40 m. Tunnelling is now over 90% complete. • Construction work has reached the halfway mark on flagship new Crossrail stations in central London and Docklands. • The delivery of Crossrail will create thousands of business and job opportunities including 400 apprenticeships. • At peak, the tunnelling machines aim for around 100 metres of tunnelling progress per week as the tunnelling machines move forward, precast concrete segments are built in rings behind - 250,000 tunnel segments will be used to line the 42 kilometres of tunnels. • 4.5 million tonnes of excavated material from the tunnels will be shipped to Wallasea Island in Essex where it will be used to create a new 1,500 acre RSPB nature reserve. 1.2 - Crossrail, jobs and supply chain • Over the course of the project, there is expected to be to be at CHANTIERS/WORKSITES tailles en profiteront également - 38 % sont basées à Londres, 62 % sont en dehors de Londres, et 58 % sont des petites et moyennes entreprises. 1.3 - Compétence et création de doctrine • Au moins 400 postes d’apprentissage seront créés grâce au projet Crossrail. • L’académie britannique des tunnels et travaux souterrains ou « TUCA » (Tunnelling and Underground Construction Academy) est un centre de formation dédié favorisant le développement des compétences essentielles requises pour travailler dans les secteurs du creusement de tunnels, de la construction souterraine et des infrastructures. Crossrail, créateur de TUCA en 2011, contribue au développement de nouvelles qualifications et de normes en matière d’hygiène et sécurité pour l’ensemble du secteur. • Crossrail travaille en partenariat avec les industries, organismes professionnels et autres organisations qui ont besoin de travailleurs qualifiés en travaux souterrains, afin de garantir que les installations et le système de formation de TUCA correspondent aux besoins de l’industrie. • Crossrail a besoin de TUCA pour combler la pénurie de maind’œuvre ayant les compétences nécessaires pour réaliser son programme. TUCA s’assure que toutes les personnes travaillant en milieu souterrain sur les sites Crossrail ont le niveau de formation correspondant au certificat TSC (Tunnel Safety Card) avant d’être autorisé à travailler en milieu souterrain ou sur tout site de Crossrail. • TUCA contribue à soutenir l’économie britannique en dotant les travailleurs des compétences spé- cialisées requises pour satisfaire la demande de travail dans cette région. • CRL a mis en place un système de carte sécurité-tunnels (TSC) en réponse aux besoins de l’industrie pour une formation normalisée en matière d’hygiène et de sécurité en milieu souterrain. • En mars 2010, CRL a créé un service d’offres d’emplois en partenariat avec le centre britannique pour l’emploi « Job Centre Plus ». Cela permet que des nouvelles opportunités d’emploi soient publiées efficacement et que les candidats disposant des compétences appropriées puissent être rapidement identifiés pour de nouvelles fonctions. En avril 2014, Crossrail avait déjà créé plus de 2900 nouveaux emplois, avec 94 % de locaux dont 20 % étaient au chômage. 1.4 - Durabilité • Les entrepreneurs prenant part au projet dépassent les objectifs de recyclage initialement fixés, avec plus de 92 pour cent des déchets de démolition et de construction réutilisés de manière avantageuse. • Plus de 98 pour cent des matières excavées sont recyclées, dont une large majorité utilisée pour la création d’une réserve naturelle de la RSPB sur l’île de Wallasea dans l’Essex. • Le développement d’une nouvelle méthode d’évaluation environnementale par l’organisme de recherche en construction (Building Research Establishment Environment Assessment Method ou « BREEAM ») permet d’évaluer la performance environnementale des nouvelles stations souterraines de Crossrail. • Le choix des matériels roulants du projet Crossrail comprend des exigences liées à la récupé- least 75,000 opportunities for businesses, generating enough work to support the equivalent of 55,000 full time jobs. • It’s not just London and the South East that will benefit from Crossrail. Companies around the country and of all sizes are winning business – 38% are based in London, 62% are outside London, and 58% are small-medium sized businesses. Centre Plus in March 2010. This ensures that new job opportunities are efficiently advertised, and that candidates with relevant skills can quickly be identified for new roles. By April 2014, Crossrail had created over 2900 new jobs, of which 94% were filled by local people, 20% of whom were previously unemployed. 1.4 - Sustainability 1.3 - Skills and legacy • At least 400 the Apprenticeships will be created by Crossrail. • The Tunnelling and Underground Construction Academy (TUCA) is a purpose-built training facility that supports the key skills required to work in tunnel excavation, underground construction and infrastructure. By building and establishing TUCA, Crossrail is contributing to the development of new qualifications and Health and Safety standards across the industry. • Crossrail is working with industry, professional bodies and other organisations with a requirement for skilled underground workers, to ensure that the facilities and training at TUCA are aligned with the needs of the industry. • Crossrail needs TUCA to address the shortage of people with the necessary skills to work on the programme. TUCA will ensure that all people working underground on Crossrail sites achieve the Tunnel Safety Card (TSC) before working underground on any Crossrail site. • TUCA will support the UK economy by equipping workers with the specialist skills they need to meet the demand for labour in this area. • CRL established an accredited Tunnel Safety Card (TSC) in response to an industry need for standardised tunnelling health and safety training. • CRL established a Jobs Brokerage Service in partnership with Job • Contractors across the project are exceeding recycling targets with more than 92 per cent of demolition and construction waste beneficially reused. • More than 98 per cent of excavated material recycled with the vast majority being used to create to a RSPB nature reserve at Wallasea Island in Essex. • Development of a new Building Research Establishment Environment Assessment method (BREEAM) for evaluating the environmental performance of new below ground Crossrail stations. • Crossrail rolling stock procurement includes requirements relating to regenerative braking, energy consumption and weight limits. • All lorries delivering to Crossrail sites are required to carry additional safety features and regular drivers must undergo additional road safety training. • Measures implemented to track ethical sourcing of material through the supply chain. • Four Crossrail construction sites win a Considerate Contractor Scheme National Award. 1.5 - Property impact • Research undertaken by property consultants GVA shows that from 2008 to 2013, 41% of planning applications within a kilometre of a Crossrail station cited the new TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 325 CHANTIERS/WORKSITES ration d’énergie au freinage, à la consommation d’énergie et aux limites de poids. • Tous les camions livrant sur les sites Crossrail sont tenus d’être munis de dispositifs de sécurité additionnels et les conducteurs habituels doivent suivre une formation additionnelle de sécurité routière. • Des mesures sont mises en œuvre pour assurer un approvisionnement éthique en matières premières tout au long de la chaîne logistique. • Quatre chantiers Crossrail ont été récompensés par le Prix national de la Prévention (Considerate Contractor Scheme National Award). 1.5 - Impact sur l’immobilier • Les recherches menées par le consultant en immobilier GVA démontrent qu’entre 2008 et 2013, 41 % des demandes de permis de construire à moins d’un kilomètre d’une station Crossrail ont fait référence à la nouvelle ligne ferroviaire pour justifier la procédure d’investissement, équivalant à environ 3 millions de pieds carrés d’espace résidentiel, commercial et de vente. • Selon des recherches effectuées pour Crossrail par GVA, Crossrail pourrait, entre 212 et 2021, contribuer à la création de 5,5 milliards de livres sterling de valeur ajoutée aux propriétés résidentielles et commerciales le long de son parcours, y compris la livraison de plus de 57.000 nouveaux logements et 3,25 millions de mètres carrés d’espaces commerciaux. • Au cours de la décennie à venir, la valeur des bureaux commerciaux situés à proximité des stations Crossrail dans le centre de Londres va augmenter de 10 pour cent en valeur de capital au-dessus d’une projection de référence déjà en hausse. 326 • Les valeurs en capital des biens résidentiels devraient augmenter immédiatement de 25 pour cent à proximité des stations Crossrail dans le centre de Londres, et de 20 pour cent dans la périphérie, également au-dessus d’une projection de référence déjà en hausse. • Des investissements immobiliers importants pourraient avoir lieu dans divers quartiers notamment à Canary Wharf, Farringdon, Whitechapel, Abbey Wood, Custom House, Ealing Broadway, Southall et Woolwich. • Crossrail a d’ores et déjà un impact sur les décisions d’investissement immobilier en particulier dans le centre de Londres, et cet impact de Crossrail sur le marché de l’immobilier résidentiel va aussi s’étendre sur le Berkshire et l’Essex. 1.6 - Avantages d’ordre général railway as a justification for the development proceeding, equating to around 3 million square feet of residential, commercial and retail space. • Crossrail could help create £5.5 billion in added value to residential and commercial real estate along its route between 2012 and 2021, according to research for Crossrail by GVA, including the delivery of over 57,000 new homes and 3.25 million square metres of commercial space. • Commercial office values around Crossrail stations in central London will increase over the next decade, with an uplift of 10 per cent in capital value above an already rising baseline projection. • Residential capital values are projected to increase immediately around Crossrail stations in central London by 25 per cent, and by 20 per cent in the suburbs, again above a rising baseline projection. • Significant property investment could take place at locations including Canary Wharf, Farringdon, Whitechapel, Abbey Wood, Custom House, Ealing Broadway, Southall and Woolwich. • Crossrail is already having an impact on property investment decisions particularly in central London, and the the impact of Crossrail on residential property market will also extend out to Berkshire and Essex. Capacité accrue •C rossrail va augmenter de 10 % la capacité ferroviaire de Londres - la plus forte augmentation depuis la Seconde Guerre Mondiale. Cela permettra de réduire la congestion et d’assurer des conditions de transport plus favorables. • La congestion dans plusieurs stations de métro londoniennes sera réduite, y compris dans celles ne se trouvant pas sur la ligne Crossrail – telle que la station Oxford Circus. 1.6 - General benefits Meilleure connectivité • Crossrail va améliorer la connectivité : la ligne va permettre aux hommes d’affaires de se déplacer plus facilement dans Londres, pour rencontrer des clients et négocier avec les fournisseurs. • En outre, Crossrail va rendre plus facile l’accès aux passerelles Increased capacity • Crossrail will increase London’s rail capacity by 10% - the largest increase since World War 2. This will reduce congestion and allow for more comfortable journey conditions. • Congestion at many London Underground stations will be reduced, even for those that are TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 not on the Crossrail route – such as Oxford Circus. Improved connectivity • Crossrail will improve connectivity: it will make it easier for businesses to move about London, to meet clients and negotiate with suppliers. • Moreover, Crossrail will make accessing our major international gateways like London Heathrow more accessible - for instance, the journey time from London Heathrow to the City of London (Liverpool Street) will fall from 55 to 32 minutes. • Crossrail will increase the number of people who are able to access employment destinations throughout London. This will enable businesses to access the people with the skills they need to be able to compete and succeed, and to open up new employment opportunities for individuals. • Overall, Crossrail will bring 1.5 million more people within a 45 minutes commute of the existing major employment centres of the West End, the City and Canary Wharf (up from five million currently). • This improved connectivity will also be designed to help people with restricted mobility. New Crossrail stations will have step-free access from platform to street level and for the majority of interchanges with other London Underground and national rail services: 95% of journeys are forecast to have a step-free origin and destination station. 1.7 - Project timeline and milestones 2014: The contract for Crossrail’s new high-capacity rolling stock was awarded in February 2014. The contract for the Crossrail Train CHANTIERS/WORKSITES internationales majeures telles que l’aéroport de Heathrow ; par exemple, la durée de trajet entre l’aéroport de Heathrow et la City de Londres (Liverpool Street) va être réduite de 55 à 32 minutes. • Crossrail va permettre une augmentation du nombre de gens capables d’accéder à des lieux de travail situés dans la ville de Londres. Cela va permettre aux entreprises d’atteindre des personnes ayant les compétences dont elles ont besoin, leur permettant ainsi d’être plus compétitives et prospères, ainsi que d’ouvrir de nouvelles opportunités pour les individus. • Globalement, Crossrail permettra le déplacement de 1,5 million de personnes supplémentaires sur une distance équivalente à 45 minutes de transport depuis les grands centres d’emploi existants de West End, la City et Canary Wharf (en plus des cinq millions actuels). • Cette meilleure connectivité va également être conçue pour aider les personnes à mobilité réduite. Les nouvelles stations Crossrail vont bénéficier d’un accès de plain-pied entre le niveau du quai et de la rue ainsi que la majorité des connexions avec d’autres services de métro londonien et de chemins de fer nationaux : on prévoit que 95 % des trajets auront une station de départ et d’arrivée munie d’un accès de plain-pied. 1.7 - Calendrier et étapes cles du projet 2014 : Le contrat pour le nouveau matériel roulant à haute capacité de Crossrail a été signé en février 2014. Le contrat pour la concession d’exploitation des trains de Crossrail (Crossrail Train Operating Conces- sion ou « CTOC ») a été accordé à MTR Corporate (Crossrail) Ltd en juillet 2014. En fin 2014, la vaste majorité des 26 miles de tunnels Crossrail ainsi que les principaux travaux d’ingénierie civile étaient presque finalisés. 2015-2017: Les principaux aménagements des stations et tunnels se poursuivent ainsi que la rénovation majeure du réseau ferroviaire existant par Network Rail pour l’adapter aux services Crossrail. 2017: Le premier matériel roulant neuf de Crossrail commencera à remplacer les trains de banlieue existants. 2018: D’ici la fin 2018, les premiers trains Crossrail seront mis en service sur la section de tunnel traversant le centre de Londres. 2019: D’ici la fin 2019, toute la ligne Crossrail sera en opération. 1.8 - Activité de Bachy Soletanche Bachy Soletanche a été impliqué dans la prestation de services géotechniques sur plusieurs projets Crossrail, soit en tant que sous-traitant soit comme partenaire à part entière en tant que co-entreprise. Les chantiers incluent des travaux de pieux jointifs ou sécants, parois moulées, mini pieux, tubes foncés, consolidation des sols ainsi que d’importants travaux d’injections de compensation permettant le contrôle des tassements dus aux excavations des tunnels dans les trois grandes stations de Liverpool Street, Whitechapel et Bond Street. Les activités en cours consistent principalement dans le contrôle des tassements aux stations de Liverpool Street et de Bond Street, le creusement de tunnels et le contrôle des tassements à Whitechapel Operating Concession (CTOC) was awarded to MTR Corporate (Crossrail) Ltd in July 2014. By the end of 2014, the vast majority of Crossrail’s 26 miles of tunnelling and the major civil engineering works was nearing completion. 2015-2017: Major fit-out of stations and tunnels continues as does the major upgrade of the existing rail network for Crossrail services by Network Rail. 2017: The first new Crossrail rolling stock will start to replace existing suburban trains 2018: In late 2018, the first Crossrail services will start through the central London tunnel section. 2019: In late 2019, the full Crossrail service will be operating. 1.8 - Bachy Soletanche activity Bachy Soletanche have been involved in providing geotechnical services on several Crossrail projects, either as subcontractor or as a full joint-venture partner. Works have included secant and contiguous piling, diaphragm walling, mini-piling, pipe roofing, soil consolidation, and extensive compensation grouting to control tunnelling induced settlements at three major stations - Liverpool Street, Whitechapel, and Bond Street. Current activity is principally the settlement control at Liverpool Street and Bond Street stations, the tunnelling and settlement control at Whitechapel having been completed in August 2014. (Picture 2) Crossrail C510: Liverpool Street & Whitechapel Station Tunnels On this project Bachy Soletanche supports the BBMV joint venture (comprising Balfour Beatty, Bemo Tunnelling, Morgan Sindall and VINCI Construction Grands Projet) constructing the Liverpool Street and Whitechapel Crossrail station platform enlargement tunnels using spray concrete lining (SCL) techniques. The C510 contract works include the construction of two 250m long platform tunnels, a 250m passenger concourse tunnel, and associated cross-passages and escalator tunnels beneath the future Crossrail stations at both Liverpool Street and Whitechapel. The work requires the excavation of circa 240,000m³ of material from the tunnelling works, much of this below prestigious buildings in the City of London. Since contract award in January 2011 the C510 works have been faced with a number of challenges associated with working on very confined and restricted sites nestled amongst a residential community at Whitechapel, and in working surrounded by prestigious listed heritage structures at Finsbury Circus in the City of London. The BBMV team has worked through such challenges and have to date substantially completed the tunnel excavation and primary spray concrete lining (SCL) works at both stations. Parts of the excavations are the largest ever constructed in London Clay. (Picture 3). Completion of the primary SCL works at Whitechapel in 2014 has allowed two 1,000 tonne tunnel boring machines (TBM), “Elizabeth” and her sister machine “Victoria”, to break into the eastbound and westbound platform tunnels respectively at Whitechapel. These TBMs are completing the longest tunnel drive on the Crossrail project, from Limmo Peninsula near Canning Town to Farringdon, a distance of 8.3km (5.2 miles). “Elizabeth” transited through Whitechapel on schedule and she arrived at Liverpool Street in January 2015. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 327 CHANTIERS/WORKSITES ayant été finalisés en août 2014. (Figure 2). Crossrail C510: Tunnels des stations de Liverpool Street & Whitechapel Sur ce projet, Bachy Soletanche apporte son appui au Groupement BBMV (comprenant Balfour Beatty, Bemo Tunnelling, Morgan Sindall et Vinci Construction Grands Projet) impliqué dans la construction des tunnels d’élargissement des voies aux stations Crossrail de Liverpool Street et de Whitechapel réalisée à l’aide de techniques de béton projeté (ou SCL, de l’anglais « spray concrete lining »). Les travaux du contrat C510 comprennent la construction de deux tunnels de station de 250m de longueur, d’un tunnel de hall de passagers de 250m, de galeries de communication et de tunnels d’escaliers mécaniques au-dessous des futures stations Crossrail à Liverpool Street et Whitechapel. Les travaux exigent l’excavation d’environ 240.000 m3 de matériaux provenant du creusement des tunnels, dont une grande partie se situe sous des bâtiments de prestige de la City de Londres. Depuis l’attribution du contrat en janvier 2011, les travaux du projet C510 ont été confrontés à un certain nombre de défis associés au fait de travailler sur des sites de construction à espace très confiné et restreint, nichés au milieu d’un quartier résidentiel à Whitechapel, ainsi qu’au fait de travailler entouré de constructions historiques classées à Finsbury Circus dans la City de Londres. Le partenariat BBMV a relevé de tels défis et a, à ce jour, achevé en grande partie les travaux d’excavation des tunnels et de revêtement en béton projeté (SCL) dans chacune des deux stations. Certaines parties des excavations 328 Crossrail • Valeur totale de 15 milliards de livres sterling / €15 billion total value • > 200 bâtiments à protéger par injection de compensation – nombreux bâtiments historiques et/ou significatifs / >200 buildings to protect by compensation grouting, many historic and/or important • Tout au long du projet > € 100 millions en injection de compensation, > € 60 millions en instrumentation et systèmes de surveillance / Across the project >€100 million of compensation grouting, >€60 million in instrumentation & monitoring • Crossrail C51 : € 25 millions en injection de compensation / €25 million compensation grouting • Crossrail C315 : € 2,5 millions en consolidation des sols / €2.5 million ground consolidation • Rénovation Station Bond Street / Bond Street St Upgrade : € 6 millions en injection de compensation / €6 million compensation grouting • SolData : € 20 millions en surveillance structurale et géotechnique / € 20 m structural & geotechnical monitoring Figure 2 - Travaux d’injection de coulis exécutés par Bachy Soletanche pour Crossrail / Bachy Soletanche grouting works for Crossrail. comptent parmi les plus importantes jamais réalisées dans l’argile de Londres. (Figure 3). La finalisation des travaux préliminaires de SCL à Whitechapel en 2014 a permis à deux tunneliers de 1000 tonnes (ou TBM pour « tunnel boring machine »), baptisés « Elizabeth » et « Victoria », de rejoindre les tunnels des voies Est et Ouest respectivement à Whitechapel. Ces TBM sont en train de terminer l’excavation du tunnel le plus long de tout le projet Crossrail, s’étendant de Limmo Peninsula près de Canning Town à Farringdon, sur une distance de 8,3 km (5,2 miles). « Elizabeth » a transité par Whitechapel dans les délais prévus et est arrivée à Liverpool Street en janvier 2015. Le chantier est à présent concentré sur le site de la station Liverpool Street où des travaux d’étanchéité et de SCL sont en cours, en préparation de la réception du deuxième TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Work is now focussed on the Liverpool Street station site where waterproofing and secondary SCL work is ongoing in preparation for receiving the second TBM from Whitechapel. Tunnel excavation work is due to recommence in 2015 with the escalator connections into Broadgate and Moorgate, situated to the east and west of the station respectively. Such tunnel excavation works will not be possible without the ongoing support of compensation grouting. 2 - Settlement mitigation by compensation grouting 2.1 - General Compensation grouting is a technique which is becoming more and more widespread for controlling tunnelling-induced settlements associated with excavations in urban areas. During tunnel excavation, by whatever method, there is always a surplus volume excavated, the ”face loss”. This face loss volume, which can vary from 0.5 to 3% of the tunnel excavation volume depending upon the tunnelling method, initiates localised relaxation above the tunnel which migrates progressively to the surface and gives rise to settlements, which can create undesirable slopes and deflections and ultimately damage, to existing infrastructure, structures, and utilities. There are a number of geotechnical processes which can be used to prevent this tunnelling induced settlement, some of which are preventative and can be executed prior to tunnelling, some of which are executed post--tunnelling to correct for the induced displacements. Many of these techniques require too much time or too much access to implement within an urban environment. Compensation grouting is therefore generally employed where access for CHANTIERS/WORKSITES Figure 3a, 3b - Tunnel réalisé en SCL à Whitechapel, et représentation schématique de la taille de l’axe vertical du tunnel / Whitechapel SCL Tunnel, and sketch indicating the size of the ‘cod’s mouth’ break-out. TBM provenant de Whitechapel. Les travaux d’excavation de tunnel devraient reprendre en 2015 avec les connexions d’escaliers mécaniques vers Broadgate et Moorgate, situés respectivement à l’est et à l’ouest de la station. De tels travaux d’excavation de tunnel ne seraient pas réalisables sans l’aide continue des injections de compensation. 2 - Atténuation des affaissements de terrain par injections de compensation 2.1 - Général L’injection de compensation est une technique qui devient de plus en plus utilisée pour le contrôle des tassements de terrain dus aux excavations de tunnel dans les zones urbaines. Lors de l’excavation des tunnels, quelle que soit la méthode employée, il y a toujours une sur-excavation qui correspond à la perte de volume en front de taille qui, pouvant varier entre 0,5% et 3% du volume d’excavation du tunnel selon la méthode de creusement, déclenche un mouvement localisé au-dessus du tunnel qui se propage progressivement vers la surface et déclenche ainsi des tassements de terrain, pouvant alors causer des déformations de terrain indésirables et finalement endommager les infrastructures, structures et installations existantes. Il existe un certain nombre de pro- preventative works is not available, or where the degree of displacement and induced damage predicted during tunnelling is unacceptable. The technique is to replace the face loss at depth below the affected structures by injecting a self-hardening grout or slurry in parallel with the tunnelling works, so that the surface displacements are kept to a minimum. The objectives are: • to re-compact the soil at depth, as close as possible to the source of the relaxation, try to restore the original stresses and equilibrium • maintain the structure within predefined limits for total settlement, slope, and deflection in order to minimise both the structural and cosmetic effects • avoid excessive cycles of settlement TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 329 CHANTIERS/WORKSITES cédés géotechniques qui peuvent être utilisés pour empêcher ce type de tassement de terrain, dont certains sont de nature préventive et peuvent être mis en œuvre avant de commencer le creusement, tandis que d’autres sont exécutés après le creusement en tant que mesures de correction des déplacements provoqués. Bon nombre de ces techniques demandent trop de temps ou une trop grande emprise pour être mises en œuvre dans un environnement urbain. L’injection de compensation est généralement employée lorsque l’accès pour les travaux préventifs n’est pas disponible, ou lorsque le degré de déplacement et les dommages causés pendant le creusement ne sont pas acceptables. La technique consiste à compenser la perte de volume sous la zone affectée en injectant un coulis de ciment auto-durcissant en même temps que progresse l’excavation, de façon à ce que les déplacements en surface soient réduits au minimum. Les objectifs consistent à: • re-compacter le sol à une profondeur aussi proche que possible de l’origine des tassements, essayer de restaurer les contraintes et équilibres d’origine ; • maintenir la structure dans des limites prédéfinies pour les tassements, inclinaisons et déformations maximaux afin de minimiser à la fois les effets structurels et superficiels ; • éviter des cycles de tassement et soulèvement excessifs risquant and heave which might induce stresses in the structure Compensation grouting has proven itself to be extremely effective in a wide range of soil conditions, and for a wide range of structures of varying degrees of stiffness and physical condition. It is a technique which requires a total control over the process at all stages, including for: • establishment of soil geotechnical parameters • establishment of tunnelling geometry and construction sequence • generation of total and partial settlement control plots for each stage of excavation • surface settlement prediction for each individual structure • induced damage assessment for each individual structure, • establishment of limiting values for settlement, slope, and deflection for each individual structure, including establishment of trigger values for partial displacements, with appropriate response measures • installation of manual and real-time surface and structural monitoring • design and installation of the borehole array and grout delivery system • pre-conditioning of the ground to improve its competence in advance of tunnelling, in order to prime the system and ensure rapid response from the active compensation grouting • provision of adequate equipment and personnel resource, management and control systems, Crossrail Critères de contrôle de tassements - Structures de surface Settlement Control Criteria - Surface Structures Aucun Déplacement / No Displacement Aucune incidence / No Issues Tassement uniforme / Even Settlement Aucune incidence sur la structure, mais prendre garde pour les installations utilitaires / No issues for structure, but beware utilities Limites fixées en mm ou définies par les limites fixées pour les installations utilitaires / Limits set in mm or defined by limits set for utilities Déplacement différentiel / Differential displacement Taux de Déflection / Deflection ration Risque d’être critique selon l’état de la structure et le type de construction / May be critical depends on condition of structure and type of construction Souvent beaucoup plus critique, exige davantage d’information sur la structure / Often much more critical, requires more detailed information on structure Les limites ont été définies entre 1/500 et 1/3000. La limite CRL est =1/1000 pour le tassement, 1/2000 et 5mm max. pour le soulèvement / Limits have been set in range 1/500 to 1/3000. CRL limit is = 1/1000 for settlement, 1/2000 and 5mm max. for heave La limite CRL définie à 1/2000 c.à.d. 0,5 x tassement différentiel / CRL limit is set at 1/2000 ie 0.5 x diff. settlement Figure 4 - Exigences de performance définies concernant les inclinaisons et déformations / S pecified performance requirements for slope and deflection. 330 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 CHANTIERS/WORKSITES de provoquer des contraintes dans la structure en parallèle avec les opérations de creusement. L’injection de compensation s’est avérée extrêmement efficace pour une large gamme de conditions de sol, et pour une grande variété de structures à degrés variables de rigidité et de condition physique. C’est une technique qui nécessite un contrôle total à toutes les étapes du processus, y compris pour : • l’établissement des paramètres géotechniques du sol ; • l’établissement de la géométrie du creusement de tunnel et la séquence de construction ; • la création de zones- témoins de contrôle de tassements total et partiel pour chaque étape de l’excavation ; • la prédiction du tassement de surface pour chaque structure individuelle ; • la prédiction des dommages qui pourraient être provoqués pour chaque structure individuelle ; • l’établissement des valeurs limite de tassement, inclinaison et déformation pour chaque structure individuelle, y compris l’établissement des valeurs limites pour les déplacements, ainsi que les mesures d’urgence appropriées ; • l’installation de systèmes de surveillance manuels et en temps réel de la surface et de la structure ; • la conception et installation d’un ensemble de forages et d’un système d’injection du coulis ; • le pré-conditionnement du terrain permettant d’améliorer ses capacités avant l’excavation, facilitant l’amorçage du système et assurant une réponse rapide du coulis d’injection de compensation ; • la provision adéquate d’équipements et de ressources humaines, de systèmes de gestion et de contrôle, de systèmes de surveillance et d’enregistrement, afin de gérer l’injection de compensation Le projet Crossrail représente d’importants défis pour l’entrepreneur. Les défis techniques fondamentaux comprennent notamment en ce qui concerne : • le contrôle des tassements de terrain pour assurer la protection des structures et installations importantes ; • la mise en application des spécifications Crossrail complexes et détaillées ; • les structures à fondations mixtes, de sensibilités diverses, historiques et complexes ; • les structures prestigieuses et historiques, partie prenante influente ; • les installations et infrastructures datant de l’ère victorienne – 120150 ans ; • l’impact de l’injection de compensation sur les infrastructures et installations souterraines ; • la gestion de différentes spécifications pour bâtiments, tunnels LUL (London Underground Ltd), équipements divers ; • l’évaluation des tassements de terrain et des dommages potentiels ; • l’échelle du projet et la disponibilité des ressources. À la station de Liverpool Street, on avait prédit un tassement total de terrain allant jusqu’à 120mm. Les contraintes d’accès à la surface ont été sévères, et la décision a été prise de construire une galerie d’injection à une profondeur de 20 m au-dessus du niveau d’excavation du tunnel principal, depuis lequel un total de 12.000 m de tubes d’injection de coulis mesurant jusqu’à 70m de longueur ont été installés horizontalement afin de couvrir toute la zone et surtout les structures désignées comme devant être protégées. (Voir Figures 5, 6 et 7). monitoring and reporting systems, to manage active compensation grouting in parallel with tunnelling For Crossrail there are significant challenges for the contractor. The core technical challenges include • Settlement control for key structures and utilities • Application of complex and detailed Crossrail specifications • Structures with mixed foundations, diverse sensitivity, complex structural history • Prestigious & historic structures, influential stakeholders • Victorian era utilities and infrastructure 120-150 yrs • Impact of compensation grouting on underground infrastructure and utilities • Management of different specifications for buildings, LUL tunnels, utilities • Assessment of potential settlement and damage • Project scale and availability of industry resource Picture 4. At Liverpool Street station, total predicted settlements of up to 120mm were predicted. The surface access constraints were severe, and a decision was taken to construct a 200m long grouting gallery at a depth of 20m, some 20m above the main tunnel excavations, from which a total of 12,000 m of compensation grout injection pipes of up to 70m in length have been installed horizontally to cover the area and structures designated as requiring protection. (Pictures 5, 6, and 7) 2.2 - Work Quantities To date, a total of circa 6500m³ of grout have been injected for settlement control, out of a predicted total of almost 8000m³ (see below). Pre-conditioning grouting commenced in 2012, and active compensation grouting has been continuing throughout the duration of the tunnelling works, which are nearing completion. The final and most critical areas of tunnelling will be excavated during 2015, and these include to escalators rising up from the main tunnel levels to connect with the new and existing station boxes at the surface. Whitechapel Drilling: • 64 No. TaMs; 3214m installed • 3,775m2 area of array Grouting: • P reconditioning: 66m3 of grout injected • Active compensation grouting: 162m3 of grout injected • Grout jacking: 223m3 of grout injected Liverpool Street Drilling: • East Adit: 121 No. TaMs; 5751m installed • West Adit: 118 No. TaMs; 6217m installed • Blomfield: 48 No. TaMs; 1785m installed • 26,542m2 area of combined array Grouting (to 20th February 2015): • P reconditioning: 261m3 of grout injected • Active compensation grouting: 2,335m3 of grout injected • Grout jacking: ~5 000m3 of grout injected 2.3 - Monitoring Working closely with BBMV and the Ground Engineering Team, Sol Data has implemented a sophisticated system of instruments and reference targets to allow, via their GEOSCOPE WEB database, multiple access and remote monitoring of the movements of structures as the work progresses. This ensures informed decisions are made in respect of the tunnelling and compensation TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 331 CHANTIERS/WORKSITES Géologie / Geology Terrain artificiel / Made ground Dépôts de terrasse fluviale / River terrace deposits Argile de londres / London clay Groupe lambeth / Lambeth group Sables thanet / Thanet sands Figure 5 - Chantier de Finsbury Circus - emprise des forages d’injection de coulis réalisés à partir de la galerie / Finsbury Circus worksite - injection pipe coverage from grouting adit. Figure 6 - Chantier principal de Finsbury Circus, indiquant le puits principal d’accès pour le creusement du tunnel, la galerie d’injection, la ligne de métro HCL, la centrale de coulis SCL, et l’emprise de stockage des déblais / M ain worksite at Finsbury Circus, indicating main access shaft for tunnelling, grouting adit, HCL metro line, SCL batching plant, and spoil handling area / stockpile. 332 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 CHANTIERS/WORKSITES Figure 7 - Vue latérale de la galerie d’injection et de l’ensemble des forages ainsi que la zone de traitement du sol à Electra House / Lateral view of grout galley and borehole arrays, and ground treatment array at Electra House. 2.2 - Quantités de travaux À ce jour, un total d’environ 6500 m3 de coulis a été injecté pour le contrôle des affaissements, sur un total prévu de presque 8000 m3 (voir ci-après). Une injection de coulis de pré-conditionnement a été initialisée en 2012, et un coulis compensatoire actif a été injecté tout au long de la durée des travaux de percement de tunnels, dont la réalisation est presque achevée. Les zones finales et les plus critiques du processus de creusement seront excavées en 2015, et ces zones incluent l’ascension des escaliers mécaniques depuis le niveau du tunnel principal afin de connecter la nouvelle partie de la station à l’actuelle à la surface de la rue. Whitechapel Forage : • 64 No. Tubes-à-manchettes (TaMs); 3214 m installés • Superficie de 3,775 m2 d’injection de coulis : Pré-conditionnement : 66m3 de coulis injecté • Coulis de compensation active : 162 m3 de coulis injecté • Coulis de soulèvement : 223 m3 de coulis injecté Liverpool Street Forage : • Sortie est: 121 No. TaMs; 5751m installés • Sortie ouest : 118 No. TaMs; 6217m installés • Blomfield : 48 No. TaMs; 1785 m installés • Surface traitée de 26,542 m2 tous coulis confondus Coulis (à mi-2015): • Pré-conditionnement : 261 m3 de coulis injecté • Coulis de compensation active : 2,335 m3 de coulis injecté • Coulis de soulèvement : environ 5 000 m3 de coulis injecté Figure 8a, 8b - Opérations de forage et d’injection de coulis dans la galerie / Drilling and grouting operations in the grouting adit. Figure 9a - Puits d’accès à Finsbury Circus (notez la galerie d’injection à mi-hauteur), et 9b forage de décompression / 9 a - Access shaft at Finsbury Circus (note grout adit at mid-depth), and 9b - depressurisation drilling. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 333 CHANTIERS/WORKSITES 2.3 - Surveillance Grâce à sa collaboration étroite avec les partenaires BBMV et l’équipe d’ingénieurs géotechniciens, SolData a été en mesure de mettre en place un système sophistiqué d’instruments et de points de référence permettant, via leur base de données GEOSCOPE WEB, une surveillance à distance et à accès multiples des mouvements des structures à mesure que les travaux avancent. Cela permet de prendre des décisions en toute connaissance de cause concernant les travaux de creusement et d’injections de compensation. À ce jour, les mouvements de la ligne Hammersmith & City ainsi que les bâtiments de la zone de Finsbury Circus continuent d’être bien contrôlés grâce aux injections de compensation, toutes les infrastructures étant maintenues dans les limites prédéfinies de tolérance de mouvements. Depuis plus de 30 ans, le Groupe Bachy Soletanche a développé des outils et logiciels de conception, contrôle, surveillance, et analyse concernant les travaux d’injection. Ceux-ci commencent avec un programme de modélisation en 3-D des structures et installations existantes, de la géologie, de l’ensemble des forages, et de la géométrie des zones d’injections. D’autres éléments de la suite de logiciels traitent du pilotage automatique de la pompe d’injection et de l’observation en temps réel des données d’injection de coulis, l’établissement d’une base de données sur laquelle des paramètres d’injection peuvent être programmés et dont les données d’injection peuvent être recueillies et analysées, et une interface graphique sur laquelle les données d’injection peuvent être présentées graphiquement pour une analyse rapide et simulation par les 334 ingénieurs en charge des travaux d’injection. Ces programmes ne sont pas seulement rentables au plan de la réduction des moyens de gestion et de contrôle sur le terrain ; ils permettent également à l’équipe sur place d’avoir un très haut degré de contrôle sur les tassements dus au creusement des tunnels ainsi que sur les opérations de réduction de ces tassements de terrain. Ils apportent aussi un cadre de référence logique pour l’enregistrement et l’analyse des mouvements structurels et fournissent la traçabilité et la visibilité nécessaires qui sont essentielles pour le Client, lui permettant de démontrer la qualité du contrôle des opérations de creusement du tunnel aux tierces parties intéressées. (Figure 10). Au cours des 10 dernières années Bachy Soletanche s’est consacré, en particulier, au développement de COGNAC, un logiciel de conception spécifiquement configuré pour grouting works. To date, movement of the Hammersmith & City metro line and the specified buildings within Finsbury Circus continue to be well controlled by compensation grouting; with all structures being held within specified tolerance. For over 30 years Bachy Soletanche have been developing design, control, monitoring, and analysis tools and software for grouting works. These commence with a programme for 3-D modelling of existing structures and utilities, the geology, the borehole array, and the injection geometry. Other elements of the software suite deal with the computer piloting of the grout pump and real-time observation of grouting data, the establishment of an injection database where injection parameters can be programmed and injection data can be collected and analysed, and a graphical interface where injection data can be presented graphically for rapid analysis and simulation by the grouting engineer. These programmes are not only cost effective in reducing technical and management resource on site, but allow the site team to have a very high degree of control of the tunnelling induced settlements and the settlement mitigation operations. They also provide the logical reference framework for recording and analysing structural movements and providing the necessary traceability and visibility which are essential for the Client to demonstrate the control of the tunnelling operations to third party stakeholders. (Picture 10). Over the past 10 years Bachy Soletanche has, in particular, been developing COGNAC, a design software package specifically configured for compensation grouting. This program models each individual element of the tunnel advance in 1m increments, and together with the established geotechnical parameters for the soil, and the tunnelling contractor's predictions for the percentage of face loss, generates a settlement contour plot for each individual tunnel advance. The settlement contours, combined with accurate XYZ Fenêtre sur la galerie d’injection de coulis / Window onto grouting gallery Ordinateur avec accès au logiciel geoscope web (identique à surface office) / Geoscope web computer (identical to surface office) Ordinateur avec accès au logiciel spice (montrant l’injection) / Spice computer (showing injection) Communication par radio / Radio communications Fiches de vérification manuelle (système de sauvegarde) / Manual check-sheets (back-up system) Figure 10 - Injection de coulis et poste de contrôle dans la galerie d’injection / Grout injection and monitoring control station in the grouting adit. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Logiciel visu spice / Visuspice CHANTIERS/WORKSITES les injections de compensation. Ce programme modélise chaque élément individuel de l’avancement du tunnel par segments de 1m, et conjointement avec les paramètres géotechniques définis pour le sol, ainsi que les prévisions du pourcentage de surcoupe établies par l’entreprise en charge du creusement du tunnel, il génère un tracé de contours de tassement pour chaque segment de l’avancement du tunnel. Les contours des niveaux de tassement, combinés avec des coordonnées XYZ pour chacun des points d’injection permettent aux programmes d’injection de coulis d’être préparés à l’avance, prêts à être activés dès le démarrage d’un segment. Cette méthode de prédiction permet d’injecter le coulis de compensation le plus tôt possible, et aide à minimiser les tassements et, par conséquent, elle permet de minimiser les déplacements différentiels cycliques ainsi que les variations de contrainte susceptibles de causer des dommages aux structures avoisinantes. (Figure 11). Un des éléments clés de tout projet d’injection de compensation, étant donné que les injections s’effectuent en parallèle avec d’autres activités, est la coordination entre l’entreprise en charge du creusement du tunnel, l’ingénieur responsable de la surveillance, l’entreprise pour les travaux d’injection, le client et autres parties intéressées. Une réunion quotidienne est essentielle pour s’assurer que toutes les activités sont coordonnées et que chaque entrepreneur connaît les activités en cours à proximité de son propre champ d’action de façon à éviter des conflits entre activités différentes, qu’ils soient d’ordre logistique ou technique. À chaque réunion quotidienne, toutes les parties font un compte Figure 11 - Représentation graphique du programme COGNAC en parallèle avec l’avancement du tunnel / G raphical representation of COGNAC programme in parallel with tunnel advance. rendu de leur activité au cours des dernières 24 heures et présentent leur programme pour les 24 heures suivantes afin que tous puissent donner leur accord. Pour que la réunion puisse être menée efficacement, l’ingénieur en charge des injections de compensation devra résumer graphiquement ses opérations et propositions permettant une compréhension rapide de la situation et une appréciation des propositions de travaux à venir. (Figure 12). coordinates for each of the injection ports allows the active compensation grouting programmes to be prepared in advance ready to be activated upon commencement of the tunnel element in question. This predictive approach enables active compensation to start at the earliest possible moment, helps minimise the migration of relaxation to the surface, and consequently, minimises the cyclical differential displacements and stress variations which generate damage to structures. (Picture 11). 2.4 - Éléments clés de l’injection de compensation One of the key elements of any compensation grouting scheme, because the injections are running in parallel with other activities, is the daily meeting between the tunnelling contractor, monitoring contractor, grouting contractor, client, and other interested parties. This daily meeting is essential to ensure that all activities are coordinated and each contractor understands what work is taking place in the vicinity of his own operations so that clashes between activities, whether logistical or technical, can be avoided. At the daily meeting all parties report on the activity for the previous 24 hours Lorsqu’elle est soigneusement planifiée et exécutée, l’injection de compensation peut être un outil extrêmement puissant pour aider à la réalisation de projets complexes de tunnels dans un environnement urbain. A plusieurs occasions où l’injection de compensation a été utilisée, il aurait été impossible d’effectuer les travaux sans cette technique, ou alors des moyens alternatifs auraient été trop coûteux, rendant le rendant le projet non rentable. and present their programme for the succeeding 24 hours so that approval can be gained from all parties. In order for the meeting to be conducted efficiently, the compensation grouting engineer must summarise graphically his operations and proposals to enable a rapid understanding of the current situation and an appraisal of the proposals for future work. (Picture 12). 2.4 - Key elements of compensation grouting Carefully planned and executed, compensation grouting can be an extremely powerful tool to assist in delivering complex tunnelling projects in an urban environment. On many occasions where compensation grouting has been used it may have been impossible to construct the works without this technique, or alternative means may have been prohibitively expensive, making the development non-viable. Compensation grouting has been carried out with success on many sites in Europe and North America, proving itself to be a flexible process which TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 335 CHANTIERS/WORKSITES and concept for the works. The key elements for delivering compensation grouting must be planned early and be in place before any settlement-inducing construction commences so that the provision for compensation grouting must be an integral part of the overall project. The installation and planning of compensation grouting works, the essential structural monitoring, cannot be added in to the project as an afterthought – there would simply be no time or access to implement a successful programme once construction starts and surface settlement begins develop. Figure 12 - Extrait d’un programme de réunion technique quotidienne exposant en détail les travaux prévus pour les prochaines 24 heures / Extract from daily technical meeting - detailing the work programme proposed for the following 24 hours. 336 nécessaires pour mettre en œuvre un programme efficace une fois le chantier de tunnel démarré et alors que les tassements de terrain auraient commencé à se développer en surface. can adapt to changes in the construction design and programme. However, the basic provision for compensation grouting on any project must be considered from the outset, to be included in the global design, programming, Figure 13 - Exemple de rapport quotidien indiquant les injections et les réactions en surface au cours des dernières 24 heures / Example of daily report indicating injections and surface response over the previous 24 hours. CROSSRAIL C510 - WHITECHAPEL & LIVERPOOL STREET STATION TUNNELS Liverpool street – conduits d’accès géotechniques / Geotechnical Adits Rapport cumulatif / Cumul report Instrumentation de surveillance en surface et en sous-sol / Volume injecté pour cumul : 6521.43 l Surface & basement monitoring instrumentation Grounted volume for Cumul: 6521.43 l Ensemble du site / Whole site Base de contours / Basis of contours: Poste de nuit du 08/11/12 moins poste de nuit du 07/11/12 Volume: Nightshift of 08/11/12 minus nightshift of 07/11/12 Coupe / Cut: 6929 l coulis de correction / c.à.d. médiane du 08/11/12 19:00hrs au 09/11/12 07:00hrs moins Remplissage / Fill: 14035 l Injection de Légende / Key :` i.e. median of 08/11/12 19:00hrs to 09/11/12 07:00hrs minus Corrective Grounting médiane du 07/11/12 19:00hrs au 08/11/12 07:00hrs GJ25 - GJ27 Cumul de coulis injecté / median of 07/11/12 19:00hrs to 08/11/12 07:00hrs cumul ground injected TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Méthode géostatique de krigeage utilisée pour établir les contours / Soulèvement maximal / Kriging method used to establish contours Maximum heave: 1,8mm RP SHR LP LC LB RL Aucune mesure affichée / No reading Données rejetées / Discarded data Les valeurs positives indiquent le soulèvement / Positive indicates heaves Les valeurs négatives indiquent l’affaissement (mm) / Negative indicates settlement (mm) L’injection de compensation a été mise en œuvre avec succès sur un grand nombre de chantiers en Europe et en Amérique du Nord, s’avérant être une approche flexible qui peut s’adapter aux changements intervenant dans les projets et programmes de construction. Cependant, sur tous les projets, les dispositions principales relatives aux injections de compensation doivent être prises en considération dès le départ, afin d’être inclues dans la conception, la programmation et la conduite globale des travaux. Afin de mener à bien un chantier d’injection de compensation, les éléments clés doivent être planifiés à l’avance et doivent être en place avant que toute activité de construction susceptible d’entraîner des tassements de terrain ne soit mise en œuvre, de telle sorte que les dispositions pour les injections de compensation fassent partie intégrante du projet. L’installation et la planification de ces travaux, la surveillance de l’état des structures ne peuvent pas être ajoutés au projet après coup : il n’y aurait simplement plus le temps ou l’accessibilité CHANTIERS/WORKSITES L’injection de compensation peut s’avérer être une technique coûteuse à mettre en œuvre, et par conséquent, lors de la phase de planification du projet, d’autres alternatives possibles doivent être envisagées puis soit rejetées soit adoptées à la place des injections de compensation. L’application de ce procédé et son acceptation par le client dépendent de la possibilité de fournir ainsi des solutions économiques pour le projet. À la station Whitechapel, des méthodes alternatives ont été employées sur certaines structures, y compris le vérinage de colonnes sur la structure en acier d’un parking à plusieurs niveaux, des micropieux sous un centre sportif scolaire, et même aucune mesure n’a été mise en œuvre dans le cas d’un immeuble résidentiel pour lequel seuls des dommages esthétiques avaient été prédits ; la solution choisie dans le cas de cet immeuble a été d’inclure dans le projet les coûts des travaux de réparation et de réfection éventuels une fois le projet achevé. 3 - Travaux complémentaires Dans le cadre des travaux à la station Liverpool Street, Bachy Soletanche a également mis en œuvre un programme intensif d’injection de coulis d’imprégnation sur le chantier d’Electra House, qui est situé entre Finsbury Circus et le chantier de Moorgate. Le but de l’imprégnation de coulis est de consolider les dépôts de Terrasse Fluviale qui se trouvent directement au-dessus de l’Argile de Londres et directement au-dessus du tunnel du futur escalier mécanique qui sera construit par BBMV en 2015. Le tunnel de l’escalier mécanique rejoindra les tunnels des voies de Liverpool Street au nouvel espace de vente de billets de la ligne Cross- rail en cours de construction par d’autres intervenants à Moorgate, et sera en partie excavé en amont depuis la couche d’Argile de Londres jusqu’aux sables et graviers très perméables de la Terrasse de Graviers. L’escalier mécanique passera juste 2m au-dessous d’un collecteur majeur, 4m au-dessous du sous-sol d’un bâtiment sensible et important, et 5m au-dessus des tunnels de la ligne de métro Nord (« Northern Line »). L’injection de coulis dans les dépôts de Terrasse Fluviale est une condition préalable au creusement de tunnel afin d’assurer que le futur escalier mécanique à niveau peu profond puisse être excavé en toute sécurité et afin de garantir que le mouvement des structures dans la zone d’influence du tunnel soit maintenu dans des limites acceptables. Au terme du processus d’injections d’imprégnation, une voûte-parapluie sera construite au niveau de la couronne du futur tunnel afin de fournir un support additionnel pour les travaux de construction de l’escalier mécanique. Une fois les travaux de consolidation et de tubes foncés achevés, l’excavation pourra commencer avec cette protection supplémentaire fournie par le réseau d’injections de compensation. (Figure 14a et 14b). Les travaux d’injections de compensation aux stations Liverpool Street, Whitechapel et Bond Street ont été un véritable succès quant à la limitation des déplacements de surface, suffisamment pour maintenir les structures, infrastructures et services utilitaires dans les limites de tolérance prédéfinies, et ont permis également la consolidation du terrain après excavation afin d’éviter un tassement à long terme. Ce tassement à long terme est actuellement traité sur les bâtiments au cas par cas et cela continuera d’être le cas dans les mois à venir. Compensation grouting can be an expensive technique to implement, and therefore at the project planning stage other viable alternatives must be considered in full and either rejected, or adopted in place of, compensation grouting. The future application of this process and acceptance by the client depends on providing visible cost-effective solutions for the project. At Whitechapel station alternative works have been used on certain structures, including column jacking on the steel frame of a multi-storey car park, mini piling to the local sports centre and school, and even no action at all in the case of an apartment block predicted to suffer only light cosmetic damage. The solution in the case of the apartment block was to build into the project the cost of the repair and remedial works once project is complete. 3 - Complementary works Within the works for Liverpool Street station, Bachy Soletanche has also implemented an intensive programme of permeation grouting at the Electra House site, which is located between Finsbury Circus and the neighbouring Moorgate Box site. The purpose of the permeation grouting is to consolidate the River Terrace deposits which lie directly above the London Clay and directly above the future escalator tunnel which BBMV will construct in 2015. The escalator tunnel will connect the Liverpool Street platform tunnels to the new Crossrail ticket hall being constructed by others at Moorgate, and will in part be excavated uphill from within the London clay and into the highly permeable sands and gravels of the Terrace Gravel horizon. The escalator will pass just 2m below a major trunk sewer, 4m below the basement of a sensitive and important building, and 5m above the existing Northern line to tunnels. Grouting of the River Terrace deposits is therefore a prerequisite to tunnelling to ensure the future shallow level escalator can be mined in complete safety and to ensure movement of structures within the zone of influence of the tunnel is maintained within acceptable tolerance. On completion of the permeation grouting a pipe arch will be constructed above the crown of the future tunnel to provide further support to the escalator works. Once the consolidation and pipe roofing works are completed, tunnelling will commence with the additional protection provided by the compensation grouting array. (Pictures 14a, 14b). The compensation grouting works at Liverpool Street, Whitechapel, and Bond Street station have been extremely successful in limiting surface displacements sufficiently to maintain structures, infrastructure, and utilities within specified tolerances, and also allow for post-excavation consolidation of the ground to avoid long-term consolidation settlement. This longterm settlement is being addressed on a building by building basis and will continue during the coming months. Throughout the C510 and Bond Street works the two Joint Ventures have received a number of commendations, including Considerate Constructors National Award. The judges praised the works at C510 for displaying the highest levels of consideration towards the public, its workforce and the environment through adherence to the Scheme’s five-point Code of Considerate Practice, namely: • care about appearance • respecting the community • protecting the environment • securing everyone’s safety • valuing their workforce The success of the Crossrail C510 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 337 CHANTIERS/WORKSITES Caisson Moorgate / Moorgate box Mur et Structure de Grue à portique / Dwall and Crane Gantry structure Electra House - Sous-sol de NEXT / Electra House - NEXT Basement Tunnels de la ligne de métro Hammersmith & City Line en service / Hamersmith & City Line Running Tunnels Terrain artificiel / Made Ground Dépôts de Terrasse Fluviale / River Terrace Deposits 1m de bordure avec LC / 1m LC boundry Argile de Londres/ London Clay (LC) Collecteur de Goswell Street / Goswell Street Sewer Caisson Moorgate et Electra House Réseau d’imprégnations de coulis / Moorgate Box and Electra House Permeation Grouting Arrays Tunnels de la ligne de métro Northern Line en service / Northem Line Running Tunnels Sur l’ensemble des travaux du projet C510 et de la station Bond Street les deux groupements d’entreprises ont reçu un certain nombre de distinctions, dont le Prix national de l’entrepreneur pour la prévention (Considerate Constructors National Award). Les juges ont fait l’éloge des travaux effectués par les entreprises sur le projet C510 pour avoir démontré un niveau élevé de prise en compte du public, de sa main-d’œuvre et de l’environnement par leur adhésion aux cinq points du Code de Bonne Pratique du Projet, à savoir: 338 • L ’attention portée à la présentation • Le respect pour la communauté • La protection de l’environnement • La sécurité à tous les niveaux • La valorisation de la main-d’œuvre Le succès du projet Crossrail C510 sera mesuré à l’aune de nombreux indicateurs, mais en définitive, la réalisation de tunnels en toute sécurité, au niveau de qualité requis, dans les délais et budget fixés, tout en contrôlant et surveillant les tassements de terrain dus à l’excavation, reste le principal objectif. t TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 project will be measured against a wide range of indicators but ultimately completing the tunnels safely, to the required quality, on programme and to budget, while controlling and managing tunnel induced settlement from a ground engineering perspective, are the primary goals. t Figures 14a, 14b Excavation de l’escalier mécanique dans Moorgate box, entre l’égout collecteur et la ligne de métro Northern Line / Escalator excavation breaking into Moorgate box, between trunk sewer and Northern Line metro. TECHNIQUE/TECHNICAL Réflexions générales sur le comportement et la conception des grandes cavernes souterraines General considerations regarding the behaviour and design of large underground caverns François LAIGLE EdF, CIH De grandes cavernes souterraines continuent à être creusées dans le monde dans des massifs rocheux et à des profondeurs souvent de plusieurs centaines de mètres. Ces ouvrages sont souvent associés à des aménagements hydroélectriques, en particulier à des Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP), qui nécessitent d’installer pour des fonctions de pompage, le matériel électromécanique en profondeur par rapport au niveau aval. Mais ces grandes cavernes profondes peuvent aussi avoir d’autre finalités, avec des fonctions de stockage et de protection militaires, ou encore pour abriter des expérimentations scientifiques comme dans le tunnel du Fréjus, Super-Kamiokande au Japon [Yamatomi 1999], avec une caverne de 40 m de portée à 1000 m de profondeur, ou encore les cavernes du projet CERN-LHC au début des années 2000 [Laigle 2000 ; Laigle 2001]. Par rapport à des tunnels ou galeries, ouvrages linéaires présentant des sections transversales pouvant se rapprocher du cercle, forme optimale dans les ouvrages souterrains, les grandes cavernes ont en commun des caractéristiques bien spécifiques : • Des géométries qui ne sont que très rarement circulaires, et qui ne peuvent généralement pas être qualifiées d’optimales vis-à-vis des critères de stabilité en souterrain. Elles présentent souvent des parements plans sur de grandes hauteurs, ou avec occasionnellement des courbures très faibles. • Des dimensions généralement décamétriques, que ce soit sur la portée de la voûte ou sur la hauteur de la cavité. Les portées peuvent varier entre une dizaine et une trentaine de mètres. Dans de rares exceptions, elles peuvent être beaucoup plus grandes, comme ce fut le cas de la caverne olympique Throughout the world, large underground caverns are still being excavated in rock formations at depths of up to several hundred metres. These structures are often connected to hydroelectric developments, particularly Energy Transfer Pumping Stations (‘Stations de Transfert d’Energie par Pompage’, STEP). Pumping operations call for electrical and mechanical equipment to be installed at a considerable depth compared to the upstream level. However, large deep-level caverns may also have other purposes: storage, military protection, or the accommodation of scientific experiments, as in the Fréjus tunnel, Super-Kamiokande in Japan [Yamatomi 1999] (with a 40 m-span at a depth of 1000 m), or the CERNLHC project caverns of the early 2000s [Laigle 2000; Laigle 2001]. Tunnels and galleries are linear structures with near-circular cross-sections that are ideal for underground works. By contrast, large caverns present a number of high specific characteristics: • Their geometry is seldom circular, and cannot generally be described as optimum in terms of underground stability criteria. They often feature linings rising to a great height that are flat, or sometimes only very slightly curved. • The relevant dimensions are usually in the tens of metres, be it the span of the roof or the height of the cavity. Spans may vary from 10 m up to 30 m. In some rare instances, they may be larger still, for instance the Olympic cavern in Gjovik, Norway, with a span of 61 m. •They are often located at considerable depths, ranging from tens to hundreds of metres – most of them, fortunately, in high-quality rock formations. • In the light of their dimensions and geometry, it is very rare for them to be able to have rigid support or lining structures such as arch profiles or concrete coatings. As a TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 339 TECHNIQUE/TECHNICAL de Gjovik en Norvège, avec une portée de 61 m. • Elles sont souvent localisées à de fortes profondeurs, de quelques dizaines à quelques centaines de mètres, heureusement, dans leur grande majorité, dans des massifs rocheux de bonne qualité. • Compte tenu de leurs géométrie et dimensions, elles ne peuvent que très rarement être soutenues par des structures de soutènement ou de revêtements rigides (cintres, revêtements en béton). Ceci impose souvent l’utilisation de soutènements légers, ce qui revient implicitement à compter sur le massif rocheux pour assurer sa propre stabilité. • Il existe de nombreuses connections entres les cavernes et les galeries adjacentes d’accès, d’amenée, d’évacuation, générant de nombreuses intersections d’ouvrages de dimensions très différentes. • Elles nécessitent des méthodes de creusement en section divisée, avec des phasages d’excavation souvent complexes, basés à la fois sur une recherche d’optimisation des méthodes et cadences, mais aussi sur des considérations géotechniques relatives aux conditions de stabilité des ouvrages en phase provisoire. • Ce sont des ouvrages qui ne sont généralement pas très longs (quelques centaines de mètres), et donc moins sujets à des variations et hétérogénéités de la géologie. Ces quelques caractéristiques mon trent que les grandes cavernes sont des ouvrages à part entière dans le monde des travaux souterrains, et qu’elles doivent être conçues selon des critères spécifiques pouvant s’écarter de ceux retenus pour les ouvrages linéaires. Cet article a pour vocation de présenter quelques réflexions sur la conception de ces cavernes, en par- 340 ticulier de rappeler quelques grands principes à intégrer dans le cadre des études de tels ouvrages, et de présenter les approches de dimensionnement les plus usuelles. Ces propos seront illustrés par quelques études récentes menées par EDF dans le cadre du développement de nouveaux projets EDF, mais aussi dans le cadre de prestations d’assistance pour d’autres Maitres d’Ouvrages à l’international, concernant des cavernes en cours de creusement ou en projet. Expérience des grandes cavernes hydroélectriques à EDF EDF exploite aujourd’hui environ 37 aménagements présentant des cavernes souterraines abritant des turbines ou turbines-pompes, sous des charges hydrauliques variant d’une cinquantaine de mètres à 1200 m pour l’usine de la Bathie. Ces ouvrages ont été creusés dans des faciès géologiques variés, depuis des milieux cristallins de type granites ou amphibolites, jusqu’à des configurations moins favorables comme des marnes ou des schistes houillers. Figure 1 - Coupe de la caverne du Sautet / Sautet cavern (cross-section) - France. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 result, lightweight supports are often called for, the implication being a dependency on the rock formation to provide its own stability. • There are many connections between caverns and adjacent access, supply, and discharge galleries, resulting in a large number of intersections between structures of highly different dimensions. • These call for split-section excavation methods, with excavation phasing that is often complex, based both on the search for the best possible methods and rates of progress, and on geotechnical considerations relating to the stability of structures during the temporary phase. • Such structures are not usually very long (typically several hundred metres) and therefore less subject to geological variations and diversity. This brief overview of characteristics shows that in the world of underground works, large caverns are structures in their own right, and that they must be designed according to specific criteria that may be very different from those adopted for linear structures. This article is designed to present some thoughts on the design of these caverns and in particular to review a number of broad principles to be incorporated in the design of such structures, as well as presenting the most widely used design approaches. It is illustrated by a number of recent studies conducted by EDF in the development of new EDF projects, and others forming part of consultancy work for other international Clients, for caverns that are currently projected or being excavated. Experience from large hydroelectric caverns for EDF At present, EDF operates some 37 structures involving underground caverns housing turbines or pump turbines, subject to hydraulic loads ranging from some 50 m to 1200 m for the La Bathie power station in Savoie. These structures have been excavated in a variety of geological facies, ranging from granite or amphibolite crystalline environments through to much less favourable configurations involving marl or coal shale. These caverns have spans ranging from 10-25 m (in the case of the Montézic cavern), with the exception of the Sautet power station (figure 1), which has a width of 36.5 m, but a height of only 25 m, giving it a geometry similar to that of a metro station. The oldest Figure 2 - Coupe de la caverne de Brommat I / Brommat I cavern (cross-section) - France. TECHNIQUE/TECHNICAL Ces cavernes ont des portées variant d’une dizaine de mètres jusqu’à 25 m, dans le cas de la caverne de Montézic, si on fait exception de l’usine du Sautet (figure 1) qui a une largeur de 36,5 m, mais une hauteur de seulement 25 m, ce qui lui confère une géométrie proche d’une station de métro. La plus vieille caverne est celle de Brommat I (figure 2), creusée en 1933 dans des granites, d’une largeur de plus de 21 m. La plupart de ces cavernes, creu- stabilité définitive sur la base d’un système de boulonnage et de béton projeté. cavern is Brommat I (figure 2), excavated in 1933 in granite, with a width of over 21 m. Les cavernes actuellement en cours de réalisation dans le cadre d’un projet sous Maitrise d’Ouvrage EDF sont celles de l’aménagement de Romanche-Gavet. Les excavations des 2 cavernes sont en cours de finalisation, avec une portée de 19m pour la caverne abritant les turbines et de 15 m pour celle abritant les Most of these caverns, excavated in good-quality formations, have been constructed using side walls with little support, but very often with lightly reinforced concrete arch linings, designed to take on the vertical loads and spread them to the roof supports. One such example is the Sisteron cavern (figures 3 and 4) excavated in the mid-1970s in To date, only the Montézic cavern (Aveyron) (figures 5 and 6), completed in the early 1980s, does not have any roof lining; studies were undertaken to have the best possible geometry in order to ensure definitive stability on the basis of a system of bolts and sprayed concrete. There are caverns currently under construction with EDF as Client for the Romanche-Gavet development in Isère. Excavation of the two caverns is Figure 4 - Photo du creusement de la caverne de Sisteron / Photo taken during excavation of the Sisteron cavern - France. Figure 3 - Coupe type de la caverne usine de Sisteron / Sisteron power plant cavern: typical cross-section - France. sées dans des massifs de bonne qualité, a été réalisée avec des longpans faiblement soutenus mais présentent très souvent un revêtement en voûte en béton faiblement armé, conçu pour reprendre les charges verticales en les reportant vers les appuis de voûte. Un exemple est la caverne de Sisteron (figures 3 et 4), creusée au milieu des années 70 dans un massif marneux, pour laquelle seul un soutènement par boulons, béton projeté et quelques tirants précontraints avait été installés en longpans. Jusqu’à présent, seule la caverne de Montézic (figures 5 et 6), réalisée au début des années 80, ne présentait pas de revêtement en voûte et une recherche d’optimisation de la géométrie a été faite afin d’assurer sa Figure 5 - Vue de la caverne de Montézic /View of the Montézic cavern - France. transformateurs. Ces 2 ouvrages sont excavés dans un massif d’amphibolite, présentant de bonnes caractéristiques mécaniques, et la stabilité de l’ouvrage est assurée par un système de soutènement définitif composé de boulons et de béton projeté. Figure 6 - Coupe type de la caverne de Montézic / M ontézic cavern: typical cross-section - France. a marly formation, for which the only support was bolts, sprayed concrete and some prestressed anchors installed on the side walls. currently being finalised: the caverns housing the turbines and transformers have spans of 19 m and 15 m respectively. These two structures are being TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 341 TECHNIQUE/TECHNICAL Cette expérience acquise a été et est mise au service d’autres Maitres d’Ouvrages à l’International, pour le développement de nouvelles installations souterraines. A la fin des années 90, EDF a été chargé en partenariat avec le bureau britannique Knigh-Piesold des études et de la maitrise d’œuvre complète pour la réalisation des ouvrages du lot 1 du projet CERN-LHC. Il s’agissait de concevoir les structures souterraines des futures installations destinées à la détection du bozon de Higgs. Les excavations les plus grandes consistaient en 2 cavernes imbriquées, de portées respectives 22 m et 34 m. Ces ouvrages étaient creusés dans la molasse du bassin Genevoix, à une centaine de mètres de profondeur, dans des terrains relativement hétérogènes, présentant des horizons argilo-marneux ayant de faibles caractéristiques mécaniques, sensibles aux phénomènes de comportement différé et de gonflement. Les grandes dimensions, la géométrie des ouvrages et leurs proximités, le tout associé à un état des contraintes initiales défavorable, ont conduit à mettre en œuvre pour les soutènements une conception basée sur la Nouvelle Figure 7 - Vue de la caverne principale de Gavet en cours de creusement / View of the main Gavet cavern during excavation - France. Méthode Autrichienne (NATM) particulièrement bien adaptée dans ce contexte des grandes cavernes. Le soutènement, uniquement composé de l’association de 20cm de béton projeté et d’un système de boulonnage passif à ancrage réparti, a donné entière satisfaction. Données statistiques sur les cavernes hydroélectriques Experience gained in this manner has been made available to other international Clients for the development of new underground installations. In the late 1990s, EDF was tasked, along with « International Water Power & Dam Construction » a présenté en 2009 une synthèse des cavernes souterraines existantes ou en construc- Figure 8 - Vue du creusement de la caverne UX15 du projet CERN-LHC / View of the excavation of CERN-LHC project cavern UX15 - Genève - Suisse. 342 excavated in an amphibolite formation with good mechanical characteristics; stability of the structure is by means of a definitive support consisting of bolts and sprayed concrete. design firm Knight-Piesold, with complete project management and design work to build the CERN-LHC Workpackage 1 structures. This involved designing the underground structures for the facilities designed to detect the Higgs boson. The largest excavations involved 2 interlocking caverns, with spans of 22 m and 34 m respectively. These structures were excavated in Geneva Basin Molasse at a depth of some 100 m, in relatively diverse soil featuring clay/marl horizons with poor mechanical characteristics and high sensitivity to delayed behaviour and swelling. The large dimensions of the structures, their geometry and proximity, and the initial unfavourable stress conditions, led to a concept based on the New Austrian Tunnelling Method (NATM) for the supports, particularly suited to this context of large caverns. The support, consisting solely of a combination of 20 cm sprayed concrete and a system of passive bolting with distributed anchors, has proved wholly satisfactory. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Figure 9 - Vue du creusement de la caverne USA15 du projet CERNLHC / View of the excavation of CERN-LHC project cavern USA15 - Genève - Suisse. Profondeur (m) / Depth (m) tion, dans plus de 75 pays. Au total, 800 cavernes sont recensées. Une brève analyse de cette base de données montre que : • Indépendamment du type de machine installée, la portée des cavernes évolue avec la puissance unitaire, comme l’illustre la figure 10. Ainsi, pour des groupes de 100 à 200 MW, la largeur moyenne des cavernes est de 20 à 22m. • Sur 800 cavernes, seules 26, soit moins de 4%, ont une portée supérieure ou égale à 30 m. Parmi ces ouvrages, il convient de citer la caverne des groupes du projet de Nant de Drance (figure 11), en Suisse, dont la construction s’est terminée récemment, et qui atteint 32m de portée à son maximum, à plus de 600m de profondeur [Balmer 2013]. • La plus grande caverne hydroélectrique recensée a une portée de 35 m. Il s’agit de l’aménagement de Cirata, en Indonésie, construit en 1985. Cette caverne est réalisée dans des roches basaltiques, à une profondeur de l’ordre de 100 m. • La profondeur moyenne de ces cavernes sous le terrain naturel varie entre quelques dizaines de mètres et 700m environ (figure 11). Il n’apparaît pas de tendance marquée entre la largeur des Largeur caverne m / Cavern width TECHNIQUE/TECHNICAL Figure 10 - Evolution de la largeur de la caverne en fonction de la puissance unitaire / Cavern width vs. unit power. Données mondiales / Worldwide data Cavernes EDF / EDF caverns Enreg. (données mondiales) / Log. (worldwide data) Puissance unitaire groupe MW / Generator unit power, MW ouvrages et leur profondeur, car de nombreux paramètres entrent en compte, et en particulier le contexte géologique. Mais on constate que pour des profondeurs dépassant 500m, les portées se limitent généralement à une vingtaine de mètres. Là aussi, le projet de Nant de Drance apparaît comme exceptionnel pour ces ouvrages souterrains, puisqu’il s’agit d’une des rares cavernes de plus de 30m de portée, localisée à une telle profondeur. La plus profonde, avec une dimension similaire, est celle de Kannagawa, au Japon, creusée dans des rhyolites, d’une portée de 33 m, située à une profondeur de 500 m. Tehri (India) (NTPC) Statistical data on hydroelectric caverns In 2009, “International Water Power & Dam Construction” presented an overview of all existing underground caverns and those under construction, in over 75 countries. In all, 800 caverns are listed. A brief analysis of this database reveals the following: • Independently of the type of machinery installed, cavern span increases with unit power, as shown in figure 10. For 100-200 MW generators, the average width is 20-22 m. • Only 26 of the 800 caverns – less than 4% – have spans greater or equal to 30 m. These structures include the generator cavern for the Nant de Drance project (figure 11), Switzerland, for which construction was recently completed, with a maximum span of 32 m at a depth of over 600 m [Balmer 2013]. • The largest hydroelectric cavern listed has a span of 35 m: the Cirata development, in Indonesia, built in 1985. This cavern was constructed in basalt, at a depth of some 100 m. • The average depth of these caverns beneath natural ground varies between a few tens of metres and some 700 m (figure 11). There does not seem to be any marked correlation between the width of structures and their depth; a large number of parameters are involved, in particular the geological context. However, Nant de Drance (CH) (Nant de Drance SA) Portée (m) / Span (m) Figure 11 - Evolution de la largeur de la caverne en fonction de la profondeur / Cavern width vs. depth. Figure 12 - Vue de la caverne de Nant de Drance en cours de creusement / View of the Nant de Drance cavern during excavation - Suisse. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 343 TECHNIQUE/TECHNICAL Deux cavernes, n’apparaissant pas sur ce graphe, ont une profondeur de 1500 et 1600 m. Il s’agit des cavernes de Tyin2 (Norvège) et d’Ardal (Suède), donc très probablement excavées dans des massifs rocheux de très bonne qualité. Ainsi, des cavernes hydroélectriques peuvent effectivement être réalisées à très forte profondeur, mais leur faisabilité dépend en premier lieu de la nature de la roche encaissante. Les deux ouvrages cités précédemment sont creusés dans des roches compétentes. Est actuellement en cours d’excavation la caverne de Tehri, dans le nord de l’Inde, qui atteint 26 m de portée, sous 500 m de profondeur, dans un massif de phyllithes présentant des caractéristiques mécaniques fortement anisotropes. Sur le plan géologique et géotechnique, la plupart de ces ouvrages sont excavés dans des massifs rocheux qualifiés de « moyens » à « bons », avec des indices Q-NGI variant en moyenne entre 0.7 et 5, et RMR de l’ordre de 40 à 60. De telles caractéristiques permettent généralement d’envisager des soutènements relativement souples, basés sur l’association d’un boulonnage et d’un béton projeté. Seules quelques cavernes hydroélectriques ont été creusées dans des roches de très mauvaise qualité. Ce fut le cas pour EDF lors de la construction de l’aménagement de la Saussaz. Cet ouvrage fut excavé en 1973 dans un massif de schiste houiller du Briançonnais, avec une largeur de 17m sous 200 m de couverture. Cet ouvrage présenta rapidement, dés le début des excavations, des convergences importantes, nécessitant la mise en œuvre de revêtements en béton très épais, des butons entre parements, et un phasage de creusement très lent et complexe. 344 Géométrie des cavernes hydroélectriques Sauf spécifications bien particulières liée à leur destination, les cavernes souterraines présentent généralement des géométries élancées, adaptées dans le cas des ouvrages hydroélectriques au matériel électromécanique installé. Ceci leur confère souvent des géométries allongées dans la direction verticale, avec des longpans plans et de grandes hauteurs (plusieurs dizaines de mètres en phase d’excavation). La géométrie et les dimensions de ces longpans sont défavorables vis-à-vis des conditions de stabilité de l’ouvrage. Zone décomprimée, ces grands piédroits sont exposés à un risque d’instabilité de dièdres potentiellement de grande taille. Exposés au champ des contraintes horizontales, souvent plus élevées que les contraintes verticales, ces grands parements induisent des reports de charge en voûte et en radier. Si ces concentrations de contraintes peuvent parfois nécessiter un soutènement localisé du radier [Laigle 2001], il est souvent délicat de venir renforcer les soutènements de la voûte s’il s’avère que l’impact de ces contraintes dans le massif a été mal évalué. Ce sont enfin des zones où une « théorique » zone « plastifiée » s’étendra profondément dans le massif, étant associée à des convergences plus importantes qu’en voûte. Considérer de telles géométries a essentiellement pour but une recherche de limitation des volumes d’excavation, mais ne correspond pas à une optimisation de la forme vis-à-vis de critères géomécaniques. Relativement à ces considérations, il est alors préférable de chercher à arrondir la forme de la section transversale, en donnant TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 for depths in excess of 500 m, spans generally do not exceed 20 m or so. Here too, the Nant de Drance project appears as being exceptional for this type of underground structure, being one of the rare caverns with a span of over 30 m to be located at such a depth. The deepest, with similar dimensions, is that at Kannagawa, Japan, excavated in rhyolite, with a span of 33 m and located at a depth of 500 m. Two caverns not shown on this graph have a depth of 1500 and 1600 m respectively. They are the Tyin2 cavern (Norway) and Ardal (Sweden), meaning that they are most probably excavated in very high-quality rock formations. It follows that hydroelectric caverns may indeed be built at very great depths, but their feasibility depends first and foremost on the nature of the surrounding rock. The two structures mentioned above have been excavated in competent rock. By contrast, the Tehri cavern in northern India, with a span of 26 m and a depth of 500 m, is being excavated in a phyllith formation featuring highly anisotropic mechanical characteristics. In geological and geotechnical terms, most of the structures are excavated in rock formations classified as “average” to “good”, with NGI-Q indexes ranging on average between 0.7 and 5, and an RMR rating of between 40 and 60. Such characteristics mean that relatively flexible support can generally be used, based on a combination of bolting and sprayed concrete. Only a very few hydroelectric caverns have been excavated in very poor quality rock. One such example is the construction of La Saussaz for EDF. This structure was excavated in 1973 in Briançonnais coal shale (Savoie), with a width of 17 m beneath a 200 m overburden. Right from the start of excavation work, this structure featured major convergence, requiring the use of very thick concrete linings, stays between linings, and extremely slow and complex excavation phasing. The geometry of hydroelectric caverns Except in the case of a particular specifications relating to their purpose, underground caverns generally feature tall, slim geometry, appropriate for the electrical and mechanical equipment installed in hydroelectric structures. This often results in a predominantly vertical structure, with flat side walls and considerable heights (several tens of metres during excavation). The geometry and dimensions of these side walls are unfavourable in terms of structural stability. In areas of stress release, these large side walls are exposed to the risk of potentially large and unstable rock wedges. Exposed to the horizontal stress field, with stresses often greater than the vertical stresses, these large linings entail load distribution to the roof and floor. This concentration of stress may sometimes require local support for the floor [Laigle 2001], but it is often difficult to reinforce the roof supports if it is found that the impact of this stress in the formation has been poorly evaluated. These are also areas in which a “theoretical”, “plastified” zone will extend to a considerable depth in the formation, combined with greater convergence values than the roof. The main purpose of envisaging this type of geometry is to minimise excavation quantities, but this does not necessarily result in the ideal shape in terms of geo-mechanical criteria. As far as these considerations go, it is preferable to attempt to round the shape of the transverse cross-section, making the side walls, and even the end-walls, concave. This is what was done in the main cavern at Nant de Drance, with the advantage that this minimised disruption in the stress field, reduced TECHNIQUE/TECHNICAL Figure 13 - Section de la caverne de Kops II (http://www.jaegerbau.com) / P art of the Kops II cavern - Autriche. une concavité aux longpans, voire aux tympans. C’est ce qui a été réalisé pour la caverne principale de Nant de Drance, avec comme avantage de limiter la perturbation du champ des contraintes, de réduire les concentrations locales de ces dernières, et de limiter les volumes des dièdres potentiellement instables. Choisir une telle géométrie a bien entendu un impact sur les coûts, mais aussi sur la conception interne du génie civil et des équipements de l’ouvrage. Si cette évolution dans la forme transversale des cavernes améliore évidemment les conditions de stabilité des ouvrages, il faut aussi relativiser sa nécessité dans de très nombreuses configurations, pour lesquelles des longpans verticaux restent une solution acceptable, limitant les volumes d’excavation et nécessitant des soutènements similaires ou très légèrement majorés. Ces géométries sont à réserver à des ouvrages excavés dans des milieux présentant des faibles caractéristiques mécaniques, po- Figure 14 - Section de la caverne de Nant de Drance [Seingre 2011] / Cross-section of the Nant de Drance cavern - Suisse. tentiellement convergents, ou alors exceptionnels relativement au critère “Profondeur⊗Résistance⊗Dimensions”. Pathologies et mécanismes d’effondrement Classiquement, comme tous les ouvrages souterrains creusés dans des massifs rocheux, les mécanismes de ruine potentiels associés au comportement géomécanique du milieu, sont pilotés soit par la rhéologie du massif alors assimilé à un milieu continu (ou continu « équivalent »), soit par la structuration du massif, en considérant alors le milieu comme discontinu et présentant un comportement discret. Identifier quel est le mode prépondérant de comportement de l’ouvrage en phase d’excavation est une étape indispensable de l’analyse, car cela conditionne bien sûr les méthodes de calcul, mais aussi et surtout le type de soutènement qui sera mis en œuvre, sa justifica- local concentrations of stress, and also minimised the size of potentially unstable rock wedges. Of course this choice of geometry had an impact on costs, as well as on the internal design of the structure’s civil engineering and equipment. While this change to the transverse shape of caverns clearly improves the stability of the structures, it should be borne in mind that it is not strictly necessary in a great many configurations, in which vertical side walls are still an acceptable solution, minimising excavation quantities and calling for similar or only very slightly increased supports. This type of geometry should be used for structures excavated in potentially convergent environments presenting poor mechanical characteristics, or ones that are exceptional in terms of the “depth- strength-dimensions” criterion. Pathologies and collapse mechanisms Typically, as for all underground struc- tures excavated in rock formations, the potential collapse mechanisms relating to the geo-mechanical behaviour of the environment are governed either by the rheology of the formation, considered as a continuous medium (or ‘equivalent’ continuous), or by the structure of the formation, with the environment considered as discontinuous and exhibiting discrete behaviour. Identifying which is the predominant mode of behaviour of the structure during excavation is a vital stage in analysis: naturally, this determines design methods, but also and more particularly the type of support to be used, design calculations, observation criteria, and the conditions and phasing for excavation; in short, the general design of the structure for its construction phase. AFTES Working Group GT30 [AFTES 2011] has proposed a summary chart that offers an initial estimate of the probable mode of behaviour, on the basis of two criteria: • The first criterion is geometrical, corresponding to the ratio Db/D: this is the ratio of the average dimensions of the blocks making up a rock formation Db to the principal dimension of the excavation D. • A second, related criterion is the ratio σc/σmax, the ratio between the ground unconfined compressive strength (either the strength of the rock matrix σci, or the strength of the rock mass σcm) and the maximum initial stress in place σmax. It can be seen that depending on the configuration encountered, essentially, three degradation mechanisms may develop, for each of which design calculations for the mode and dimensions of the support must be performed: • A discrete mechanism relating to block instability, governed by the structure of the rock formation and existing families of discontinuity: this is generally encountered in the case of large caverns, often exca- TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 345 TECHNIQUE/TECHNICAL Eboulement / Subsiding Mécanisme de cisaillement / Shear mechanism Mécanisme de cisaillement / Shear mechanism Discontinu / Discontinuities Mécanisme d’extension / Tensile mechanism Faible écaillage (6) / Small spalling Comportement fragile (6) / Fragile behaviour Ecaillage important (6) / Large spalling Mécanisme de blocs / Block mechanism Absence de mécanisme de rupture / No failure mechanism Continu / Continuities σci Convergences très importantes radialement et au front (7) Major convergence radially and at the face Convergences importantes et (7) / Major convergence Comportement convergent / Convergent behaviour Matrice rocheuse / Rock matrix: σci & Caractéristiques des discontinuités / Characteristics of discontinuities: JRC, JCS,… 346 Comportement poussant Mécanisme de cisaillement / Squeezing ground Shear mechanism σcm ____ σ0 Continu équivalent / Equivalent continuity σcm tion, les critères d’auscultation, les conditions et le phasage d’excavation… donc finalement la conception générale de l’ouvrage en phase de construction. Le Groupe de Travail GT30 de l’AFTES [AFTES 2011] a proposé un graphe synthétique permettant d’avoir une première estimation du mode probable de comportement, sur la base de 2 critères : • Un premier critère géométrique, correspondant au rapport Db/D, entre la dimension moyenne des blocs composant la masse rocheuse Db et la dimension principale de l’excavation D. • Un deuxième critère correspondant au rapport σc/σmax, entre la résistance en compression simple caractéristique du massif (soit la résistance de la matrice rocheuse σci , soit la résistance de la masse rocheuse σcm ) et la contrainte initiale maximale en place σmax. Ainsi, en fonction de la configuration rencontrée, 3 mécanismes de dégradation peuvent, de façon relativement schématique, se développer et vis-à-vis desquels il faudra justifier le mode et le dimensionnement du soutènement : • Un mécanisme discret d’instabilité des blocs, piloté par la structuration du massif rocheux et les familles de discontinuités existantes, qui est celui généralement rencontré dans le cas des grandes cavernes souvent creusées dans des massifs de bonne qualité. Il faudra alors reconnaitre les familles principales de discontinuités, et identifier les volumes potentiellement instables. • Un mécanisme, souvent plutôt localisé, de rupture fragile par écaillage, qui se développe dans des massifs peu fracturés, une matrice rocheuse rigide et résistante, et des contraintes relativement élevées. Ce mécanisme de dégra- Dt Dimension de l’excavation / Excavation dimension CF = ______________________________________________ = ___ Dimension moyenne des blocs / Average block dimensions Db Indice de compétence du massif rocheux : Strength index of the rock mass σci Indice de compétence de la matrice rocheuse : ____ σ0 Strength index of the rock matrix Figure 15 - Graphe provisoire établi par le GT30 de l’AFTES pour aider à l’identification des mécanismes probables de dégradation / Provisional chart drawn up by AFTES WG30 to help identify probable degradation mechanisms. dation est alors essentiellement régi par la rhéologie de la matrice rocheuse et l’état des contraintes régnant à proximité de l’ouvrage. Cette dégradation de surface va essentiellement se localiser au niveau des appuis de voûte ou en clé de voûte, zones de concentration des contraintes orthoradiales. Ce type de mécanisme se développera généralement, d’après Diederich [Diederich 2010], pour des indices GSI supérieurs à 65 environ, des indices de fragilité assimilables au paramètre mi du critère de Hoek et Brown supérieurs à 20, et dès que les contraintes de compression dépassent environ 40 % de la résistance en compression simple. • Un mécanisme associé à une déformation généralisée du massif, se traduisant par des convergences plus ou moins importantes. Contrairement au mécanisme précédent qui était initié et régi par le développement de fissures, ce comportement est associé à un TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 vated in good-quality formations. In such cases, the main families of discontinuity must be surveyed, and the potentially unstable areas identified. • A mechanism of fragile failure through spalling (often more localised): this often develops in slightly fractured formations with a strong, rigid rock matrix, and relatively high stresses. This type of degradation mechanism is governed mainly by the rheology of the rock matrix and the predominant levels of stress adjacent to the structure. This surface degradation will be located mainly at the roof supports or at the crown itself, where ortho-radial stress is concentrated. According to Diederichs [Diederichs 2010], this type of mechanism will generally develop if the GSI index is greater than approximately 65, fragility index ratings equivalent to the Hoek-Brown criterion ‘mi’ parameter are in excess of 20, and if the compression stresses exceed standard compression strength by any more than around 40%. • A mechanism associated with widespread deformation of the formation, resulting in varying degrees of convergence. Contrary to the preceding mechanism, which is initiated and governed by the development of cracks, this behaviour is associated with plastic, and thus shear, deformation. This behaviour may be found in grounds with poor mechanical characteristics, subject to relatively high stress, and often in fairly anisotropic rock. If convergence becomes excessive, the feasibility of the cavern may be called into question. It follows that design must take into account the mechanism(s) liable to be activated, and use appropriate design calculation methods. Design calculation methods The approach to the design and dimensioning of support for caverns follows on from identification of poten- TECHNIQUE/TECHNICAL C’est donc en fonction du ou des mécanismes susceptibles d’être activités que la conception devra être menée, selon une méthodologie de calcul adéquate. Méthodes de calcul De l’identification des mécanismes de ruine potentiels découle la démarche de conception et de dimensionnement du soutènement des cavernes. Il est bien évident que le choix des outils de calcul, de la méthodologie d’interprétation, et des critères de conception, dépendra du type de phénomène vis-à-vis duquel le projeteur devra se protéger. Les outils de calcul peuvent être regroupés en 3 catégories rattachées à différents stades d’avancement du projet et/ou à la nature du comportement attendu. La démarche et les outils d’analyse décrits par la suite correspondent à la méthodologie utilisée par EDF/CIH dans les récentes études qui ont été menées sur des projets de cavernes. Approches préliminaires En premier lieu, et cela parait aujourd’hui indispensable, il convient de mettre en œuvre des approches empiriques basées sur le Retour d’Expérience et largement partagées par la profession au niveau international. Il s’agit en particulier d’appliquer l’approche de Barton, en ayant estimé une plage probable de valeur de l’indice Q-NGI. Ces valeurs doivent être estimées a minima à partir des relevées de sondages, mais aussi recoupées avec toutes les informations disponibles issues d’autres méthodes d’investigations (mesures géophysiques, essais d’eau,…). A partir de cette approche, il est ainsi possible de fournir un avis sur la faisabilité de la caverne et sur la nature probable des structures de soutènement. Le retour d’expérience montre, en première approximation, que pour des valeurs de Q-NGI proches de 1, la faisabilité d’une caverne est envisageable sur la base d’un soutènement composé de boulons et de béton projeté. En deçà de cette valeur unitaire, d’autres approches calculatoires basées sur des modélisations numériques (modélisations numériques continues ou discontinues) doivent être envisagées pour justifier la conception envisagée. Pour illustrer ce retour d’expérience et dans le cadre d’analyses préliminaires, un graphe est proposé dans cet article permettant de donner un tial collapse mechanisms. Clearly, the selection of design calculation tools, interpretation methods and design criteria will depend on the type of phenomenon the project designer is seeking to protect against. Design calculation tools may be classified into three categories relating to various stages of progress of the project and/or the expected type of behaviour. The approach and analysis tools described below correspond to the method used by EDF/CIH in recent studies undertaken for cavern projects. Preliminary approaches Firstly – and now recognised as vitally – empirical approaches based on Experience Feedback, widely shared by the profession internationally, should be implemented. In particular, the NGI-Q approach should be applied, once a probable range for the value of the NGI-Q index has been estimated. As a minimum, these values must be estimated on the basis of survey measurements, but should also be compared with all available information from other investigation Faisabilité très probable / Feasibility confirmed methods (geophysical measurements, water tests, etc.). This approach can be used to formulate an opinion on the feasibility of the cavern and the probable type of support structures to be used. Experience feedback shows, as a first approximation, that for NGI-Q values close to 1, a cavern may be feasibly envisaged on the basis of support consisting of bolts and sprayed concrete. Below this value, other design approaches based on numerical modelling (continuous or discrete) should be considered as a means of providing proper support for the envisaged design. To illustrate this experience feedback, more particularly for preliminary analysis, this article features a chart allowing an initial opinion on the most probable mode of pathology and the feasibility of the cavern to be formulated, on the basis of its depth and the probable NGI-Q index. One parameter with an impact on the position of thresholds is the standard compression strength of the rock matrix, on a small scale. Depending on this value, two or three of the mechanisms identified above may be initiated. Critère de rupture fragile / Risk of spalling or local fragile failure Risque d’écaillage localisé au delà de ce seuil / Risk of local spalling beyond this threshold Q Barton index (m) comportement plastique et donc à des déformations de cisaillement. Ce comportement peut se retrouver dans des terrains présentant de faibles caractéristiques mécaniques, sous des contraintes relativement élevées, souvent dans des roches assez anisotropes. Si les convergences deviennent excessives, la faisabilité de la caverne est alors remise en question. / nfirmer ed té à à co Faisability to be confirm ili ib Feas Faisabilité non démontrée / Feasibility not demonstrated Mécanisme d’instabilité de blocs / Block instability mechanism Critère de faisabilité du soutènement composé uniquement d’un boulonnage et d’une peau de béton projeté / Feasibility criterion for support consisting solely Profondeur (m) / Depth (m) of bolting and a layer of sprayed concrete Mécanisme de cisaillement / Shear mechanism Critère sur le seuil de convergence / Convergence threshold criterion Figure 16 - Graphe définissant le domaine de faisabilité d’une caverne en fonction de la profondeur et de l’indice Q-NGI / Chart defining the area of feasibility of a cavern based on depth and the NGI-Q index TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 347 Le critère horizontal est essentiellement lié à la stabilité vis-à-vis d’un mécanisme piloté par la structuration et les discontinuités du massif. Pour le définir, il est implicitement admis que la faisabilité de la caverne est associée à une forte probabilité de pouvoir réaliser son excavation en n’ayant recours principalement qu’à un soutènement composé de boulons scellés et à une peau de béton projeté. A titre indicatif, les 2 seuils proposés correspondent à un boulonnage composé de boulons φ25mm avec une maille de 1m2 (boulonnage mis en œuvre dans les cavernes du CERN LHC – Critère inférieur) et de φ32mm avec une maille de 2,25m2 (boulonnage mis en œuvre dans la caverne de Tehri – Critère supérieur). Il s’agit de densité importante de boulonnage au-delà desquels il ne convient pas d’aller. Le critère courbe, sur la partie droite du graphe, est associé à un mécanisme de déformation plastique du massif. S’agissant d’un mode de comportement associé à des mouvements du terrain, ce seuil est calé relativement à des critères limites de convergence. Un critère de convergence de 1% est retenu pour la borne inférieure du seuil, alors qu’un critère de 0.4% est considéré pour caler la borne supérieure. Enfin, en fonction de la résistance en compression simple et de l’indice de Barton, un critère supplémentaire indique le risque d’apparition d’un 348 Faisabilité très probable / Feasibility highly probable ment / d précisé tudier ely examine é à é it s il Faisab ility to be clo Feasib Faisabilité non démontrée / Feasibility not demonstrated σci=25 MPa Profondeur (m) / Depth (m) Figure 17 - Graphe définissant le domaine de faisabilité d’une caverne en fonction de la profondeur et de l’indice Q-NGI, pour une matrice rocheuse de compression simple 25 MPa / C hart defining the area of feasibility for a cavern on the basis of depth and the NGI-Q index, for a rock matrix with a standard compression strength of 25 MPa mécanisme d’écaillage en paroi des ouvrages. Ce dernier seuil n’est pas considéré comme un critère de faisabilité, car il n’est généralement pas rédhibitoire pour la réalisation de la caverne. Les figures 17 et 18 présentent respectivement ces abaques pour des résistances matricielles de 25 MPa et de 100 MPa. The horizontal criterion is primarily linked to the stabilisation of a mechanism governed by the formation’s struc ture and discontinuities. To define it, it is assumed that the feasibility of the cavern is related to a high probability of being able to excavate it solely with the predominant use of support consisting of grouted bolts and a layer of sprayed concrete. For the purpo- Faisabilité très probable / Feasibility highly probable ses of example, the two proposed thresholds correspond to bolting consisting of 25 mm diameter bolts in a 1m2 layout (lower criterion, bolting used in the CERN LHC caverns) and 32 mm diameter bolts in a 2.25m2 layout (upper criterion, bolting used in the Tehri cavern). These are high bolting densities which should not be exceeded. Risque d’écaillage ou de rupture fragile localisée / Risk of spalling or local fragile failure Indice Q / Index value Q premier avis sur le mode de pathologie le plus probable et la faisabilité de la caverne, en fonction de sa profondeur et de l’indice probable de Barton. Un paramètre influant sur la position des seuils est la résistance en compression simple de la matrice rocheuse, à petite échelle. En fonction de cette valeur, 2 ou 3 des mécanismes identifiés précédemment seront susceptibles de s’initier. Valeur minimade l’indice Q / Minimum index value Q TECHNIQUE/TECHNICAL ment / r précisé à étudie sely examined é it il b a lo Fais y to be c Feasibilit Faisabilité non démontrée / Feasibility not demonstrated σci=100 MPa Profondeur (m) / Depth (m) Figure 18 - Graphe définissant le domaine de faisabilité d’une caverne en fonction de la profondeur et de l’indice Q-NGI, pour une matrice rocheuse de compression simple 100 MPa / Chart defining the area of feasibility for a cavern on the basis of depth and the NGI-Q index, for a rock matrix with a standard compression strength of 100 MPa. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 TECHNIQUE/TECHNICAL Afin de justifier ces graphes, les cavernes hydroélectriques, pour lesquelles les données étaient disponibles dans la base fournie par le journal « International Water Power & Dam Construction », ont été reportées, en considérant la borne inférieure de l’indice Q sur la plage considérée. On constate que pour ces 56 cas, 55 respectent les critères proposés. Le seul ouvrage situé en dessous des seuils proposés correspond à la caverne de Darguinah, creusée en 1951 en Algérie, dans des schistes. Par ailleurs, ces résultats montrent que pour des cavernes creusées dans des roches de qualité moyenne (Résistance en compression simple de l’ordre de 25-30 MPa), une attention particulière devra être portée lorsque l’ouvrage atteint des profondeurs de l’ordre de 400 à 500m. A contrario, pour des excavations réalisées dans des massifs compétents, constitués d’une matrice présentant une résistance de 100 MPa ou plus, de grandes profondeurs peuvent être envisagées, mais le critère limitant est alors le risque d’apparition d’un écaillage en paroi. de comportement, couplages hydro-mécaniques, éléments structuraux, facilités de discrétisation et de constitution du modèle géométrique, etc.). Ce développement de l’utilisation des outils de simulation est bénéfique, et il serait dommage que la profession des travaux souterrains ne mette pas à profit ces méthodes de calculs, sous réserve de les utiliser et surtout de les interpréter de façon pertinente. Avant de démarrer la mise en œuvre d’une modélisation, il est indispensable de définir les objectifs de ce calcul, puis le type de simulation le plus adapté (Discontinue ou continue ? Quelle loi de comportement ?) et enfin les critères d’interprétation des résultats de la modélisation. Ce point parait fondamental, car des modélisations numériques avancées sont couramment réalisées sans que la finalité et la méthodologie d’interprétation aient été clairement définies. Au même titre que les hypothèses de calcul, toute note d’analyse basée sur des simulations numériques devraient préciser les paramètres qui seront in-fine extraits, analysés, et les critères qui y sont associés. Enfin, la faisabilité est clairement remise en question si l’indice de Barton devient inférieur à 0,2. En deçà, la conception de l’excavation doit être adaptée, en considérant des dimensions plus réduites, une géométrie optimisée et peu élancée, un phasage d’excavation complexe, et probablement la mise en place de soutènements et revêtements lourds et importants. Derrière ces propos, il ne s’agit ni de critiquer la diffusion des outils de modélisations numériques, qui sont utiles pour l’ingénieur dans la compréhension du comportement des ouvrages et à des fins de justification et d’optimisation, ni de critiquer l’intérêt et l’utilité des approches empiriques ou des méthodes de calculs analytiques qui, associées à l’expérience des concepteurs, sont à la base de la conception initiale des ouvrages. Il s’agit surtout de bien identifier les besoins de l’ingénieur de projet, et de mettre au service de ces attentes les outils pertinents et adaptés disponibles. Les modélisations numériques Aujourd’hui, l’ingénieur a à sa disposition des codes de calcul accessibles, relativement performants en termes de potentialités de simulations (nombreuses lois Le tableau ci-après liste quelques approches numériques utilisées et The curved criterion on the righthand side of the chart relates to a plastic deformation mechanism in the formation. This mode of behaviour relates to terrain movement, so this threshold has been defined on the basis of convergence limit criteria. A convergence criterion of 1% has been adopted for the lower bound of the threshold, and a criterion of 0.4% for the upper bound. Lastly, depending on the standard compression strength, an additional criterion denotes the risk of a spalling mechanism appearing on the structure’s walls. This last threshold should not be seen as a feasibility criterion, since it does not generally prevent the cavern from being built. Figure 17 and 18 show these charts for matrix strengths of 25 MPa and 100 MPa respectively. Support for these charts was derived from data for hydroelectric caverns in the database supplied by the “International Water Power & Dam Construction” journal, taking into account the lower bound of the NGI-Q index for the range in question. It can be seen that 55 out of these 56 cases fulfil the suggested criteria. The only structure located beneath the proposed thresholds is the Darguinah cavern, excavated in shale in Algeria in 1951. Moreover, these results show that for caverns excavated in medium quality rock (with standard compression strength of some 25-30 MPa), particular care must be taken if the structure is at depths of around 400-500 m or more. However, for excavations in competent formations, composed of a matrix with a strength of 100 MPa or more, considerable depths may be envisaged; in this case, the limit criterion is the risk of the appearance of spalling on the walls. Lastly, feasibility is clearly called into question if the NGI-Q index falls below 0.2. Below this value, excavation design must be adjusted, taking into account smaller dimensions, an optimised and compact geometry, complex excavation phasing, and most probably the installation of large, heavy-duty supports and linings. Numerical modelling Engineers now benefit from accessible design calculation methods that are relatively powerful in terms of simulation potential, incorporating many constitutive models, hydro-mechanical interactions, structural elements, facilitated discretization, establishment of a geometrical model, etc. This development in the use of simulation tools has been beneficial, and it would be unfortunate if the underground works profession did not make the most of these calculation methods, provided they are used and above all interpreted appropriately. Before starting to implement modelling, it is vital for the goals of the design calculations to be defined, the most appropriate type of simulation to be adopted (should it be discrete or continuous? which constitutive model should be used?) and the criteria for interpreting the modelling results to be established. This emerges as a fundamental point: advanced numerical modelling is often carried out without the ultimate purpose or interpretation method having been clearly defined. Just as for design hypotheses, any analysis based on digital simulation must specify the parameters which, ultimately, will be extracted and analysed, along with all related criteria. These comments are in no way intended as a criticism of the spread of numerical modelling software: it assists engineers in understanding the behaviour of structures, as well as in design support and optimisation. Nor is this a criticism of the benefit and relevance of empirical approaches or analytical TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 349 TECHNIQUE/TECHNICAL les principaux résultats à extraire et interpréter, en considérant les 3 mécanismes extrêmes identifiés précédemment. Un exemple d’application mettant en œuvre une approche discontinue, ayant pour objectif de donner un avis sur la conception et le dimensionnement des soutènements, est le cas des études réalisées sur les cavernes du projet Romanche-Gavet. Il est par ailleurs courant d’utiliser des outils basés sur la notion d’équilibre limite, et qui analysent les conditions de stabilité de certains dièdres potentiellement instables compte tenu de leur géométrie. C’est le cas par exemple du logiciel Unwedge, aujourd’hui couramment utilisé dans les études. 350 Mécanisme / Mechanism Outils de calcul / Design tools Critères d’interprétation / Interpretation criteria Approche discontinue / Discrete approach Mécanisme discret d’instabilité des blocs / Discrete mechanism: block instability Modèles aux éléments discrets / Discrete-element models Définition d’un coefficient de sécurité / Definition of a safety factor Approche d’équilibre limite / Limit equilibrium approach Contraintes et/ou déformations dans les boulons / Stress and/or deformation in bolts Contraintes dans les structures de soutènement/ revêtement / Stress in support/lining structures Approche continue / Continuous approach Mécanisme de rupture fragile par écaillage / Mechanism: fragile failure through spalling Approche continue avec un comportement élastique linéaire / Continuous approach for linear elastic behaviour Code aux éléments finis, différences finies, éléments frontières… / Finite-element/finite difference/boundary element methods, etc. Analyse du champ des contraintes / Stress field analysis Approche continue / Continuous approach Mécanisme associé à une déformation généralisée en cisaillement du massif / Mechanism associated with extensive shear deformation of the formation Approche continue non-linéaire / Nonlinear, continuous approach Modèle de comportement “pertinent” dans le domaine des moyennes et grandes “déformations” i.e au-delà du pic de résistance / “Relevant” behavioural model for medium and major ‘deformation’, i.e. beyond peak strength Code aux éléments finis ou différences finies / Finite-element or finite-difference method Analyse du champ des déformations de cisaillement / Analysis of the shear deformation field Analyse des déplacements / Displacement analysis Estimation des efforts et/ou déformations dans les boulons / Estimating the forces and/or deformation in bolts Estimation des contraintes dans les structures de revêtement et de soutènement / Estimation of stress in lining and support structures Figure 19 - Exemple de résultat d’un calcul discontinu (Logiciel UDEC-Itasca) pour le projet de Gavet / Example of the results of a discrete method (UDEC-Itasca software) for the Gavet project. Figure 20 - Coupe type des cavernes de Gavet / Gavet caverns: typical cross-section. Une deuxième approche, illustrant l’apport des modélisations numériques à l’identification du risque de dégradation par écaillage, peut consister à exploiter des calculs purement élastiques, et à analyser le champ des contraintes induit au voisinage des ouvrages en fin de creusement. Il est bien évident que pour des ouvrages profonds creusés dans des massifs présentant poten- design methods which, combined with designers’ experience, form the basis of the initial design of structures. Rather, the issue is one of properly identifying project engineers’ needs, and fulfilling these expectations by means of all relevant, appropriate and available resources. tiellement un comportement non-linéaire, réaliser une modélisation purement élastique linéaire conduit à des résultats peu représentatifs, et donc à analyser avec circonspection. Toutefois, à un stade préliminaire du projet, ou lors de la préparation d’un modèle de calcul plus complexe, il peut être intéressant de rapidement réaliser des modélisations 2D ou 3D, sans affiner la modélisation de TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 The table above lists some of the numerical approaches used and the main results that may be extracted and interpreted, with regard to the three extreme mechanisms identified above. One example of an application using a discrete approach, the purpose of which was to provide an opinion on the design and dimensioning of supports, is the case of the studies performed for the Romanche-Gavet project caverns. TECHNIQUE/TECHNICAL Rupture par cisaillement / Shear failure Endommagement et fissuration diffuse / Diffuse damage and cracking Critère de résistance maximale / Maximum strength criterion aging Rupture en traction / Tensile failure S la rhéologie du massif. L’exploitation de ces calculs doit alors se faire sur la base des états des contraintes, et non relativement aux déformations ou déplacements qui sont en l’occurrence encore moins pertinentes que les contraintes. L’approche proposée s’inspire des travaux de Diederich [Diederich 2002], et consiste à séparer le plan des contraintes principales de compression majeure/mineure en 4 domaines décrits ci-dessous. Ce concept, sous une forme approchée, est intégré dans le modèle L&K développé par EDF/CIH [Laigle 2004, Kleine 2008] et il est illustré par la figure 21. La description du comportement géomécanique associé à chaque domaine détaillée ci-dessous correspond aux concepts qui sont à la base du modèle L&K. En fonction de l’état des contraintes découlant d’un premier calcul élastique, relativement aux critères proposés ici, il est ainsi possible de donner un premier avis sur le risque de dégradation et d’instabilité localisée du massif. Ces point agem omm ’end euil d Dam ent / Pas d’endommagement / No damage domaines sont les suivants : • Un domaine dans lequel la roche est élastique et non-endommagée (Domaine A figure 21). Si le champ des contraintes reste dans ce domaine, le comportement du massif est pérenne. • Un domaine dans lequel la roche est endommagée (Domaine B figure 21), mais l’état de confinement est suffisant pour limiter la propagation de la micro-fissuration. La roche est susceptible, en fonction de la nature du matériau, de présenter un comportement différé, mais cette dégradation différée du massif se stabilisera. • Un domaine dans lequel la roche est endommagée, mais sous un état de confinement insuffisamment élevé pour pouvoir annihiler le mécanisme de dégradation et fissuration (Domaine D figure 21). Si l’état des contraintes local se situe dans ce domaine, la matériau est susceptible, en fonction de ses caractéristiques géologiques et géotechniques, de développer un mécanisme d’écaillage à court ou long terme, et surtout de présenter un comportement différé qui Figure 21 - Domaines de comportement dans le plan des contraintes principales (d’après Diederich 2002 modifiée) / Areas of behaviour in the plane of principal stress (after Diederichs 2002, modified). The use of tools based on the notion of limit equilibrium, analysing the stability conditions of certain potentially unstable rock wedges on the basis of their geometry, is also widespread. One such example is Unwedge software, frequently used in design work today. A second type of approach illustrating the benefits of numerical modelling in identifying risks of degradation through spalling consists in using purely elastic calculations and analysing the stress fields that arise around structures at the end of excavations. It is clear that for deep-level structures excavated in formations with the potential to exhibit nonlinear behaviour, conducting purely linear elastic modelling leads to results that are not very representative and that should therefore be analysed with caution. However, at a preliminary stage of the project, or during the preparation of a more complex design model, it may be worth performing brief 2D or 3D modelling, without refining the rheological model. Use of these calculations should be on the basis of stress conditions, and not on the basis of deformation or displacement, less relevant than stress in this instance. The suggested approach draws on research by Diederichs [Diederichs 2002], and involves separating the principal major/minor compression stress field into 4 areas, described below. An approach to this concept has been incorporated in the L&K model developed by EDF/CIH [Laigle 2004, Kleine 2008], and is illustrated in figure 21. Description of the geo-mechanical behaviour associated with each area detailed below corresponds to the concepts underlying the L&K model. It is thus possible, based on the stress conditions revealed by initial elastic calculations, and the criteria proposed here, to issue an initial opinion on the risk of degradation and local instability of the formation. These areas are as follows: • An area in which the rock is elastic and undamaged (Area A in figure 21). If the stress field remains in this area, the formation behaviour is sustainable. • An area in which the rock is damaged (Area B in figure 21), but the confinement condition is sufficient to minimise the propagation of micro-cracking. Depending on the type of material, the rock may exhibit delayed behaviour, but this delayed behaviour of the formation will stabilise. • An area in which the rock is damaged, but in a confinement condition that is not sufficiently high to overcome the degradation and cracking mechanism (Area D in figure 21). If the local stress conditions fall within this area, depending on the geological and geo-technical characteristics of the material, it may develop a spalling mechanism in the short or long term, and more importantly exhibit delayed behaviour that will result in local failure of the rock matrix. In other words, sooner or later, the rock will crack in this area: depending on the nature of the material, and in particular its standard compression strength, fracture density and fragility index, this fracture will result in spalling or the development of cracks running approximately parallel to the tunnel wall. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 351 TECHNIQUE/TECHNICAL Il est clair que cette démarche, qui consiste à fournir un modèle conceptuel relativement simple, pour interpréter des calculs d’ouvrages souterrains creusés dans les roches, a pour finalité première d’aider l’ingénieur dans son analyse, en valorisant des modélisations relativement faciles à réaliser, pouvant être rapidement menées avec des logiciels comme Examine2D par exemple. 352 La conception de la caverne, orientée favorablement par rapport à la schistosité, prévoit la mise en place d’un soutènement souple, composé de béton projeté et de boulons. Avec de telles caractéristiques, et sous de telles contraintes, le massif rocheux est susceptible de franchir son critère de résistance maximale, et donc de travailler dans le domaine post-pic. Des modélisations 2D et 3D ont été réalisées, en considérant un modèle de comportement à double mécanisme plastique de cisaillement ; un mécanisme isotrope associé à un mécanisme de plasticité orienté, traduisant l’effet de la schistosité (Modèle Ubiquitous-Joint proposé avec les logiciels Flac2D et Flac3D utilisés pour ces calculs). En plus de cette anisotropie, une attention est portée à la prise en compte du comportement post-pic, en faisant évoluer de manière simultanée l’angle de dilatance et la cohésion, afin de passer progressivement d’une résistance de pic à une résistance résiduelle respectant un critère purement frottant. Le respect de ces critères permet en particulier de mieux reproduire l’effet stabilisateur d’un soutènement par boulons scellés. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 • Lastly, an area in which the rock exhibits stress conditions beyond the maximum failure criterion (Area C in figure 21 – a theoretically inaccessible area). Rock exhibiting these stress conditions is therefore liable to fail in the very short term, either through spalling or by shearing. It is clear that the main purpose of this approach, which consists in supplying a relatively simple conceptual model to interpret design calculations for underground works excavated in rock, is to assist engineers in their analysis by focusing on modelling that is relatively easy to perform and that can quickly be completed using software such as Examine2D. The use of continuous nonlinear modelling may be illustrated by the calculations recently performed for the design of the Tehri cavern in India. This cavern, with a span of 26 m, is designed to house four pump turbines as part of a project to add equipment to the Tehri development. The Client, THDC, tasked a consortium consisting of the French firm Alstom and Indian civil engineering contractors HCC with the construction of this new development. EDF is a subcontractor of HCC for civil engineering studies. The cavern has been excavated in a phyllite formation, beneath an overburden of some 450 m. This is an anisotropic material with a sample standard compression strength of between 35 and 50 MPa, depending on the direction of stress. The design of the cavern, favourably aligned in terms of schistosity, involves installing flexible support consisting of sprayed concrete and bolts. Given these characteristics and stress conditions, the rock formation may exceed its maximum strength criterion, thus undergoing post-peak strain. 2D and 3D modelling was carried out, on the basis of a behavioural model with a twofold plastic shear mechanism: an isotropic mechanism and a oriented plastic mechanism, representing the effect of schistosity (Ubiquitous-Joint model available with Flac2D and Flac3D software, used for these calculations). In addition to this anisotropy, particular attention was devoted to taking into account post-peak behaviour, with the angle of dilatancy and cohesion changing simultaneously, in order to transition gradually from peak strength to residual strength solely on the basis of a friction criterion. In particular, abiding by these criteria has enabled more accurate reproduction of the stabilising effect of support grouted bolts. Angle de frottement / Angle of friction Cohésion (MPa) L’utilisation de modélisations continues non-linéaires peut être illustrée par les calculs récemment menés dans le cadre des études de la caverne de Tehri, en Inde. Cette caverne, de 26 m de portée, est destinée à abriter 4 turbines pompes, dans le cadre d’un projet de suréquipement de l’aménagement de Tehri. Le Maitre d’Ouvrage, THDC, a confié à un groupement composé du français Alstom et du constructeur de génie civil indien HCC, la construction de ce nouvel aménagement. EDF intervient en sous-traitance de HCC pour les études de génie civil. Cette caverne est creusée dans un massif composé de phyllite, sous une couverture de l’ordre de 450 m. S’agissant d’un matériau anisotrope, sa résistance en compression simple sur échantillon varie entre 35 et 50 MPa, en fonction de l’orientation de la sollicitation. Angle de frottement (°) - Angle de dilatance (°) / Angle of friction (°) - Angle of dilatancy (°) conduira à une rupture localisée de la matrice rocheuse. En d’autres termes, cette zone sera le siège, un jour ou l’autre, d’une fracturation de la roche ; fracturation qui se traduira en fonction de la nature du matériau, et en particulier de sa résistance en compression simple, de sa densité de fracturation, ou encore de son indice de fragilité, par un écaillage ou le développement de fractures sensiblement parallèles au parement. • Enfin, un domaine dans lequel la roche présente un état de contraintes situé au-delà du critère de rupture maximale (Domaine C figure 21 - zone théoriquement inaccessible). Le volume de roche présentant un tel état des contraintes est donc susceptible d’entrer en rupture à très court terme, soit par écaillage, soit par cisaillement. Cohésion Angle de dil atanc e / An gle of dilata ncy Déformation plastique de cisaillement (%) / Plastic shear deformation Figure 22 - Evolution des paramètres de plasticité en fonction de la déformation plastique de cisaillement, décrivant le comportement post-pic de la roche / Changes in plasticity parameters vs. plastic shear deformation, describing post-peak behaviour of rock TECHNIQUE/TECHNICAL Figure 24 - Photo du creusement de la voûte de la caverne de Tehri / Excavation of the Tehri cavern roof - Inde. Le soutènement préconisé au stade des études pour la caverne principal correspondait à un système de boulonnage à ancrage réparti, de diamètre 32 mm et d’espacement 1.5 m x1.5 m, de longueur 8 m. Ce soutènement a pu être justifié à partir des modélisations non-linéaires avec le modèle rhéologique brièvement décrit précédemment, comme l’illustrent les figures 25 et 26 présentant la prédiction des déplacements en clé de voûte, pour le cas avec et sans soutènement. L’effet du boulonnage est clairement visible sur ce type de résultat, qui montre qu’en l’absence de soutènement, la stabilité générale de la caverne ne peut être démontrée. Une peau de béton projeté était associée, non prise en compte dans les calculs compte tenu du risque de fissuration de celui-ci durant le creusement de la caverne. At the design stage, the support recommended for the principal cavern corresponded to an array of grouted bolts, 8 m long, 32 mm in diameter and spaced 1.5 m x 1.5 m apart. Nonlinear modelling using the rheological model briefly described above provided the design calculations for this type of support, as illustrated in figure 25 and 26 showing the predicted dis- Considérations générales sur la conception des soutènements De par la géométrie et les dimensions de ces ouvrages, la conception des soutènements des grandes cavernes souterraines implique nécessairement de s’appuyer sur le concept de Nouvelle Méthode Autrichienne (NATM). Il est en effet indispensable de faire participer le massif à sa propre tenue, en permettant le transfert des contraintes induites par le creusement autour de l’ouvrage. Le soutènement ne peut alors se contenter de jouer un rôle de confinement, mais il doit aussi renforcer le massif rocheux. Dans ces conditions, le soutènement type et le mieux adapté correspond à un boulonnage à ancrage réparti associé à du béton projeté d’épaisseur relativement réduite au regard des dimensions des ouvrages. De manière générale, la « peau » de béton projeté fibré ou renforcée peut avoir une épaisseur limitée en deçà d’une vingtaine de centimètres, car sa fonction est d’assurer un léger confinement entre les boulons. Outre cet effet local, ce béton projeté ne contribue à la stabilité générale de placement at the crown, with and without support. The effect of bolting is clearly visible for this type of result, which shows that in the absence of support, general stability of the cavern cannot be demonstrated. There was also a layer of sprayed concrete, not taken into account in calculations given the risk of it cracking during excavation of the cavern. Calcul sans soutènement / Calculation without supports Calcul avec soutènement par boulons à ancrage réparti / Calculation with support by bolts Phases d’excavation / Excavation phases Figure 25 - Justification du soutènement par boulons pour assurer la stabilité de la caverne de Tehri, sur la base des modélisations / Design calculations for support using bolts to ensure stability of the Tehri cavern, on the basis of modelling. Déplacement vertical de la clé de voute (mm) / Vertical displacement of the crown (mm) Il est évident pour l’ingénieur que ce type d’ouvrage ne pouvait être creusé sans soutènement, mais la justification par un calcul numérique de l’apport du boulonnage passif n’est pas aisée et nécessite en particulier une modélisation rhéologique adaptée du massif rocheux, traduisant en particulier le comportement de ce dernier dans le domaine des moyennes et grandes déformations, donc dans le domaine post-pic. La modélisation joue alors pleinement son rôle d’outil d’aide à la conception. Déplacement vertical de la clé de voute (mm) / Vertical displacement of the crown (mm) Figure 23 - Vue 3D de l’intérieur de la caverne de Tehri et isovaleur des déplacements horizontaux (Calculs Flac3D) / 3D view of the inside of Tehri cavern and horizontal displacement isovalues (Flac3D calculations) - Inde. Calcul avec soutènement par boulons à ancrage réparti Maille du boulonnage : 1.5 m x 1.5 m / Calculation with supports Calcul avec soutènement par boulons à ancrage réparti Maille du boulonnage : 1.0 m x 1.0 m / Calculation with support by bolts distributed in a 1.0 x 1.0m grid Phases d’excavation / Excavation phases Figure 26 - Illustration de l’effet de la densité du boulonnage sur la prédiction du comportement de la caverne / Illustration of the effect of bolting density on predicted cavern behaviour. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 353 TECHNIQUE/TECHNICAL l’ouvrage qu’en limitant la désorganisation et les mouvements des blocs rocheux entre les boulons. La prise en compte de ce béton projeté de type 2 au sens de l’AFTES, dans la démarche de calcul, reste délicate, et dépend de la nature du terrain, du comportement de celui-ci et des mécanismes de ruine potentiels, et des conditions d’adhérence du béton projeté lui permettant de travailler de manière optimale en cisaillement direct [Barrett 1995]. Selon la configuration rencontrée, une réflexion doit être menée sur le rôle effectif du béton projeté, en gardant à l’esprit que celui-ci est susceptible de se fissurer localement durant le creusement de l’ouvrage, en particulier durant la descente du stross, et qu’une intervention de confortement peut s’avérer difficile si la hauteur sous la clé de voûte est devenue importante. La longueur des boulons n’est pas nécessairement grande relativement aux dimensions de la caverne. Leur détermination dépend là encore, en premier lieu, du mode de comportement du massif (continu ou discontinu). Plus que la longueur, il parait pertinent de jouer sur la densité du boulonnage, qui impacte directement le renforcement apparent du massif apporté par ce soutènement. Un allongement des boulons peut en particulier se justifier par l’existence éventuelle de dièdres rocheux de grandes dimensions en longpan des ouvrages. Les longueurs généralement mises en œuvre peuvent varier de 5 m à 9 m, cohérentes en première approximation avec la relation L(m) = 2 + 0.2 x Portée(m). De manière générale, ce qui doit caractériser ces soutènements est leur ductilité et déformabilité. Ces ouvrages, de grandes dimensions, dont la stabilité générale ne peut être assurée que par une participa- 354 tion mécanique du massif, peuvent subir en phase de creusement des déformations significatives, nécessitant la mise en œuvre de soutènements souples. Ainsi, la conception largement présente sur le parc des ouvrages EDF qui consistait à mettre en place avant creusement du stross un revêtement en béton coffré en voûte de la caverne, ne parait pas adaptée à des terrains potentiellement déformables. Cette structure rigide disposée en partie haute de la caverne est susceptible de concentrer, lors creusement du stross, les contraintes, subissant des moments fléchissant éventuellement importants, et nécessitant donc un dimensionnement difficile. Les graphes présentés figures 17 et 18 intègrent implicitement ces considérations générales, en supposant que seul un soutènement béton projeté+boulons est raisonnablement envisageable, et qu’en fonction de l’indice Q de Barton et de l’état des contraintes initiales, la convergence acceptable est limitée entre 0.4 et 1%. Conclusion Les grandes cavernes souterraines sont des ouvrages spécifiques, pour lesquels la justification de la stabilité à court et long terme nécessite une bonne compréhension du comportement du massif. En effet, de par leur forme et leurs dimensions, la stabilité générale ne peut être raisonnablement assurée que par une participation significative du massif lors de la réorganisation des contraintes dans le terrain. Ces ouvrages ne peuvent donc être creusés dans des terrains de qualité médiocre, car les techniques de soutènement disponibles restent limitées et basées essentiellement sur la mise en œuvre de boulons et d’une peau de béton projeté. En TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 It is obvious to engineers that this type of structure cannot be excavated without support, but design calculations involving numerical calculation of the contribution of passive bolting are not straightforward; in particular, they call for appropriate rheological modelling of the rock formation, notably expressing the behaviour of the latter for medium and major deformation, i.e. in the postpeak area. Here, modelling really does fulfil the role of computer-assisted design to the full. General considerations regarding the design of supports The geometry and dimensions of large underground caverns mean that the design of the supports necessarily involves using the New Austrian Tunnelling Method (NATM). Indeed, it is vital for the terrain to participate in its own support, by allowing the stress resulting from excavation around the structure to be transferred. Support cannot simply provide confinement; it must also reinforce the rock formation. In these conditions, the typical, best-adapted support is an array of grouted bolts combined with a relatively thin layer of sprayed concrete, as appropriate to the dimensions of the structure. Generally speaking, the ‘skin’ of fibre-reinforced or reinforced sprayed concrete may be less than 20 cm thick: its function is to ensure a small degree of confinement between the bolts. Apart from this local effect, this sprayed concrete only contributes to the general stability of the structure by minimising disorganisation and movement of rock blocks between the bolts. Taking into account this sprayed concrete (AFTES type 2) in the design process remains delicate, and depends on the nature of the terrain, its behaviour, and the potential collapse mechanisms, as well as how well the sprayed concrete adheres and thus optimises its direct shear effect [Barrett 1995]. Depending on the configuration encountered, investigations must be conducted, bearing in mind that sprayed concrete may crack locally during excavation of the structure, particularly during bench removal, and that reinforcement work may prove difficult if the height beneath the crown has become significant. Bolts do not necessarily need to be long compared to cavern dimensions. Here again, this will depend on the mode of behaviour of the formation (continuous or discontinuous). It would appear to be more appropriate to adjust bolting density rather than length: the former apparently has a direct effect on reinforcement of the formation by this means of support. Longer bolts may be justified in particular by the possible existence of large rock wedges along the sides of the structure. The lengths generally used tend to vary from 5 to 9 m, roughly in line with the ratio L(m) = 2 + 0.2 x Span(m). In general, these supports should be ductile and deformable in nature. These large-dimension structures, whose general stability cannot be ensured without a mechanical participation of the terrain, may undergo significant deformation during excavation, requiring the use of flexible supports. It follows that the widely-held approach for old EDF caverns, involving a formwork concrete lining being installed beneath the cavern roof prior to removal of the bench, does not appear to be appropriate for potentially deformable terrain. When the bench is excavated, this rigid structure installed at the top of the cavern is liable to concentrate stress, and may undergo potentially significant bending moments; it is therefore difficult to dimension. The charts shown in figures 17 and 18 above incorporate these general considerations as assumptions, also assu- TECHNIQUE/TECHNICAL se référant à l’indice Q de Barton comme caractérisation du massif, la faisabilité d’une caverne n’est démontrée que pour des valeurs supérieurs à Q=0.8 à 1, en fonction bien entendu de la profondeur, donc de l’état des contraintes initiales. Cet article traite de manière générale de la conception des grandes cavernes souterraines hydroélectriques telle qu’appréhendée à EDF, au travers des ouvrages réalisés au cours des cinquante dernières années, et des études plus récentes menées sur des projets réalisés ou en cours de réalisation. Un focus est mis sur l’importance des modélisations dans cette démarche de conception, soulevant en particulier l’importance de bien identifier les attendus des calculs, les critères d’interprétation, ou en- core les modèles rhéologiques mis en œuvre. De l’exemple cité sur la caverne de Tehri, il ressort que le choix des modèles de comportement dans une modélisation numérique est fondamental pour pouvoir justifier la conception et le dimensionnement des soutènements par boulons et béton projeté. Plus que répondre à des questions, cet article montre que des réflexions doivent être poursuivies et partagées afin de mieux comprendre le comportement de ces grands ouvrages et les mécanismes mis en œuvre, de mieux calculer et modéliser ces structures et en particulier l’interaction entre le massif et les soutènements, de mieux préciser les critères d’interprétations et de conception, ou encore de mieux prendre en compte l’effet du boulonnage et du béton projeté. t Références • AFTES – GT30 (2011) - Conception et Justification du Boulonnage – Réflexions et avancées du groupe de travail n°30 de l’AFTES - Congrès International de l’AFTES – Espaces Souterrains de demain – Lyon 2011 • O.Balmer (2013) - Nant de Drance – Pumped storage plant in the heart of the Alps - World Tunnel Congress 2013 Geneva. Underground-The way to the future. G. Anagnostou & H. Ehrbar (eds). ming that support consisting only of sprayed concrete and bolts can be reasonably envisaged, and that depending on the NGI-Q index and the initial stress conditions, only convergence limited to between 0.4 and 1% is acceptable. Conclusion Large underground caverns are specific structures, for which design support for stability in the short and long term requires a good understanding of the behaviour of the formation. Indeed, given their shape and dimensions, overall stability can be reasonably ensured only if there is significant participation of the ground when stress within the terrain is reorganised. Consequently, these structures cannot be excavated in mediocre quality terrain: available support techniques are still limited, and based mainly on the use of bolts and a thin lining of sprayed concrete. Using Barton et al’s NGI-Q index to define the formation, cavern feasibility is assured only for values in excess of Q=0.8-1, depending of course on the depth and therefore the initial stress conditions. This article presents a broad overview of the design of large underground hydroe- lectric caverns from the perspective of EDF, based on structures built over the past fifty years, and more recent studies conducted on projects that have been completed or are under construction. In particular it focuses on the importance of modelling in the design approach, emphasising more especially the importance of properly identifying expectations in terms of calculations, interpretation criteria, and the rheological models used. From the example of the Tehri cavern cited above, it emerges that the selection of behaviour models in numerical modelling is fundamental when it comes to calculating the design and dimensions of supports consisting of bolts and sprayed concrete. Rather than seeking to provide answers to questions, this article shows that investigations must be conducted and shared to provide a better understanding of the behaviour of these large structures and the mechanisms implemented, improve the design and modelling of the structures and in particular the interaction between the formation and the supports, clarify interpretation and design criteria, and improve the way the effects of bolting and sprayed concrete are taken into account. t • S.V.L.Barrett & D.R. McCreath (1995) - Shotcrete Support Design in Blocky Ground: Towards a Deterministic Approach - Tunnelling and Underground Space Technology 10 - 1995 - pp 79-89 • M.S. Diederichs (2002) - Keynote – Stress induced accumulation and implications for hard rock engineering - Hammah R. Bawden WF. Curran J. Telsnicki. M (eds). Proc. NARMS 2002. Toronto. University of Toronto Press - 2002 - pp. 3-14 • M.S. Diederichs & C.D. 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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 355 CHANTIERS/WORKSITES "Cross-City-Link" Zurich Démonstration de la fonctionnalité correcte du système de ventilation de détresse Cross-City-Link Zurich Proof of proper functionality of the emergency ventilation system Rehan YOUSAF Pöyry Suisse SA Jens BADDE Pöyry Suisse SA Severin WÄLCHLI Pöyry Suisse SA 1 - Introduction La gare centrale de Zurich, avec un trafic quotidien de plus de 400 000 passagers est une des gares ferroviaires les plus fréquentées d’Europe. Afin d’augmenter ultérieurement sa capacité une ligne additionnelle a été développée, le "Cross-CityLink" traversant diagonalement l’agglomération zurichoise. Ce lien se développe sur une longueur de 9,6 kilomètres et se compose de deux viaducs reliant la gare périphérique de Altstetten à celle de la Löwenstrasse située en dessous des perrons de la gare centrale de Zurich, et du tunnel Weinberg, long d’environ 5 kilomètres reliant la gare centrale à celle d’Oerlikon (figure 1). La gare Löwenstrasse se trouve à environ 16 mètres de profondeur, croisant la rivière Sihl par dessous. La gare se compose de 4 voies desservies par 2 perrons reliés par des escaliers fixes et mécaniques, ainsi que par des ascenseurs, à deux station; an underground station (“Bahnhof Löwenstrasse”); and the approximately 5 km long “Weinberg Tunnel” leading to the existing station “Bahnhof Oerlikon” to the east as shown in figure 1. Figure 1 - Vue d’ensemble du lien ferroviaire "Cross-City-Link" / Overview of cross-city-link Zurich. niveaux d’entresols. Ces entresols contiennent de grandes surfaces commerciales avec plus de 200 magasins et restaurants répartis sur deux niveaux. 2 - Buts et objectifs En cas d’incendie, le but du système de ventilation de détresse est de contrôler la propagation des fumées afin de garder les chemins 1 - Introduction Zurich central station is one of the busiest railway stations in Europe serving about 400’000 passengers per day. One measure to further increase the station’s passenger capacity was the development of the additional route the “Zurich Cross-City-Link”. The complete Cross-City-Link has an approximate length of 9.6 km and is composed of two overground bridges in the west near to Altstetten railway The station is located about 16 m below ground level under-passing the river Sihl. It consists of 4 platforms. The platforms are connected to two separate mezzanine levels. The mezzanine levels are in turn connected to large shopping areas with more than 200 shops and restaurants spread over two floors. 2 - Goals and objectives The Swiss Federal Office of Transport (FOT), being the authority having jurisdiction (AHJ) for the Cross-CityLink project, demanded a proof of proper functionality of the emergency ventilation system designed for the “Löwenstrasse” station for the design fire load. The goal of the emergency TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 357 CHANTIERS/WORKSITES de fuite désenfumés le plus longtemps possible. L’Office Fédéral des Transports (OFT), l’instance ayant juridiction sur le projet en question, exigea une démonstration de la fonctionnalité du système de ventilation de détresse de la gare souterraine Löwenstrasse pour la puissance d’incendie de référence de 10 MW. 3 - Essais d’incendie Les essais d’incendie ont été conduits selon la norme allemande VDI 6019 [1] avec pour buts de déterminer la propagation des fumées dans la gare, de contrôler la fonctionnalité des senseurs, de visualiser les écoulements de fumée et d’air frais et d’essayer l’activation du système de ventilation pour différentes positions de l’incendie. Tout l’équipement pour l’essai d’incendie a été chargé sur un wagon de chemin de fer s’arrêtant à différents endroits selon les scénarios d’essais (figure 2). Aucune propagation de fumée vers les escaliers n’a été remarquée. La plus grande partie des perrons resta libre des fumées. Une fumée dense s’accumula principalement dans l’espace au-dessus des voies. 4 - Acquisition de données aérodynamiques et étalonnage du modèle Plusieurs quantités de nature aérodynamique furent mesurées dans la gare et dans les entresols comme base de validation de la simulation numérique finale ("CFD"). La vitesse et la température de l’air furent mesurées dans la gare à plusieurs endroits, y compris les extrémités des perrons, près du portail vers Altstetten et près de l’entrée dans le tunnel Weinberg. Sur la base des valeurs des données mesurées aux contours, différents coefficients de perte de charge furent appliqués aux frontières du modèle aérodynamique tridimensionnel. 5 - Simulations numériques Deux types de simulations numériques ont été exécutés dans le cours de cette étude: a) des simulations monodimensionnelles (1-D) transitoires, en utilisant le logiciel IDA Tunnel [2], pour étudier l’effet piston engendré par le mouvement des trains dans le tunnel et dans la gare et b) des simulations tridimensionnelles (3-D) transitoires, en utilisant le logiciel STAR CCM+ [3], pour étudier les variations locales de tem- ventilation in the case of a fire is to control the smoke propagation and keep the escape routes free of smoke for as long and as much as possible. 3 - Smoke tests Smoke tests were conducted in accordance with the VDI 6019 standard [1]: to determine the propagation of smoke in the station, to check the detection sensors’ functionality, to visualize the smoke and air flows and to test the activation of the ventilation system for different fire positions. All the smoke test equipment was mounted on a carriage that rolled on the track and was stopped at different points depending upon the fire scenario being investigated (figure 2). No propagation of smoke was noticed into the staircases. Most of the platform level remained smoke free. Dense smoke mainly accumulated in the space above the track. 4 - Aerodynamic measurements and model calibration Aerodynamic measurements were taken in the station to form a validation base for the final CFD simulation. Air velocities and air temperatures were measured in the station at various points as well as at the station ends towards the station “Altstetten” and Weinberg Tunnel respectively. Based on the results of the aerodynamic measurements at the boundaries different velocity and pressure loss coefficients were employed at the boundaries of the 3-D CFD model. 5 - Numerical simulations Two types of numerical simulations were carried out in the course of this study: a) 1-D transient simulations to investigate the piston effects due to train movements in the tunnel and station using the software IDA Tunnel [2], and b) 3-D transient simulations to investigate the local variation in temperature, air flow and smoke propagation using the 3-D CFD code STAR CCM+ [3]. A detailed 3-D geometrical model was created and imported into the CFD software STAR CCM+. The fire was modelled as a volumetric heat and smoke source placed inside a coach of a double-deck train standing in the station. The results of the smoke propagation for one investigated scenario are Figure 2 - Images prises durant les essais d’incendie, montrant la stratification et la propagation des fumées / Photographs taken during smoke tests, showing thermal stratification and smoke propagation. 358 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 CHANTIERS/WORKSITES Figure 3 - Iso-surface de 10 m de visibilité dans la gare 300 secondes après le début de l’incendie / Iso-surface of 10 m visibility in the station 300 seconds after breakout of the fire. pérature, ainsi que les écoulements d’air et la propagation des fumées. Un modèle géométrique 3-D fut créé et importé dans le logiciel STAR CCM+. Le feu fut modelé comme source volumique de chaleur et de fumée placée à l’intérieur d’une voiture de chemin de fer à deux étages d’un train à l’arrêt dans la gare. Les résultats de la propagation des fumées pour un des cas de figure étudiés sont montrés dans la figure 3 sous forme de la surface isométrique représentant les 10 mètres de visibilité. Une propagation minime et temporaire de fumée dans le niveau de l’entresol fut remarquée à des temps postérieurs. Toutefois la fumée atteignant l’entresol fut très rapidement diluée et ne représenta à aucun instant une menace pour les gens se trouvant dans l’aire commerciale. 6 - Conclusions Sur la base des résultats des essais d’incendie on peut conclure que le système de détection de la chaleur et de la fumée fonctionne correctement. La fonctionnalité de la chaine complète des processus "détection-alarme-enclenchement de la ventilation" fut démontrée. L’emploi des simulations numériques 3-D nécessita l’étalonnage du modèle numérique par le biais d’essais aérodynamiques. Ces essais ainsi que des simulations de calibration établirent la confiance requise dans les résultats des simulations numériques de propagation des fumées. Les résultats finaux des simulations aérodynamiques numériques montrent que tous les chemins de fuite vers les niveaux supérieurs restent dans la plus grande partie de leur section transversale complètement libres de fumée, ce qui permet le sauvetage autonome de tous les passagers du train en feu, ainsi que celui des personnes en attente sur les perrons. En outre à chaque moment de l’évacuation, aussi bien au niveau des perrons qu’a fortiori au niveau des entresols, les valeurs de visibilité restent bien au-dessus de la valeur critique. 7 - Remerciements Les auteurs remercient les Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF) pour avoir autorisé l’utilisation des résultats et des images protégés par leur droit d’auteur. t shown in Figure 3 in the form of an isometric surface representing the 10 m visibility level. Slight and temporary propagation of smoke (with a visibility level lower than 10 m) were noticed into the halls at the mezzanine level at later instances of time. However this smoke reaching the mezzanine level was quickly diluted and wouldn’t pose a threat to the people in the shopping area. 6 - Conclusions Based on the results of smoke tests, it can be concluded that the smoke and heat detection system work properly. The automated complete chain process “detection-alarm-operation of ventilation” was seen to work properly. The use of the 3-D simulations required model calibration, thereby demanding aerodynamic tests. The aerodynamic test measurements and the calibration simulations together gave confidence in the results of the CFD model for the final smoke propagation simulations. The final results of the CFD simulations show that all the escape ways towards the upper levels remain for the most wide part of their cross section free of smoke allowing a safe self-rescue of the passengers leaving the train on fire as well as of the by-standers waiting on the platform. Moreover, at any time during the evacuation, at platform level and even more so at mezzanine level, is the level of visibility well above the critical level. 7 - Acknowledgement The authors would like to thank the Swiss railway authorities for allowing us to present their copyrighted results and images. t Bibliographie / References [1] VDI 6019 Part 1, Engineering methods for the dimensioning of systems for the removal of smoke from buildings, Fire curves, verification of effectiveness, Mai 2006 [2] IDA Tunnel, http://www.equa.se/en/tunnel [3] STAR CCM+ 9.02.005, CD-Adapco (http://www.cd-adapco.com) TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 359 ÉDUCATION-MASTÈRE Techniques de construction des tunnels Vous souhaitez : ✔ Renforcer votre connaissance des techniques de construction des tunnels intégrant l’ensemble des phases de construction de l’ouvrage ; ✔ Être en mesure de choisir les méthodes de reconnaissances géologiques et géotechniques adaptées à votre projet ; ✔ Savoir identifier les risques associés aux différentes techniques de construction et mettre en place des mesures de protection préventives. Ingénieur ou technicien d’entreprise, ingénierie, maîtrise d’œuvre ou maîtrise d’ouvrage, s’appuyant sur les dernières avancées technologiques du domaine, cette formation commune au Mastère Spécialisé « Tunnels et Ouvrages Souterrains » de l’ENTPE et de l’INSA de Lyon répond à vos attentes ! A l’échelle nationale ou internationale, de grands projets de liaisons ferroviaires ou routières comportant une large part de souterrains pour le franchissement des obstacles naturels voient le jour. A l’échelle des villes, l’extension d’infrastructures souterraines de transports et le développement de réseaux urbains enterrés sont autant de réponses au défi posé par le développement durable des grandes agglomérations. Dans ce contexte d’usage croissant du sous-sol, l’ENTPE et l’INSA de Lyon, en partenariat avec l’AFTES et le CETU, vous proposent un cycle de formation sur les techniques de construction des ouvrages souterrains. Ce cycle organisé en 3 sessions indépendantes se déroulant à partir de la fin octobre 2015 fait appel à des professionnels experts du domaine. Session 1 Reconnaissances des terrains, Creusement des tunnels par méthode conventionnelle. 26, 27, 28 Octobre 2015 Session 2 Creusement au tunnelier, Ouvrages annexes, Confortement des terrains. 2-3 & 9-10 novembre 2015 360 Pour vous inscrire : http://www.entpe.fr (rubrique "Actualités") http://www.insavalor.fr (rubrique "Formation continue") TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Prix : 1 800 € Session 3 Revêtement, Etanchéité, Rideaux de soutènement, Forages dirigés et micro tunneliers, Autres techniques. 23-24 novembre 2015 & 7-8 décembre 2015 Prix : 1 650 € Tarification spéciale : - pour 2 modules : 3 000 € - pour 3 modules : 3 850 € Prix : 1 800 € TECHNIQUE/TECHNICAL Evolution des approches de la représentation des connaissances en géotechnique illustrée par les recherches du CETU. Changing approaches to representing knowledge of geotechnical design illustrated by French Tunnel Research Centre (CETU) research R.M. FAURE CETU Résumé En rappelant les recherches du CETU en matière de management des connaissances, l’article propose et détaille une procédure faite pour le spécialiste des tunnels voulant maîtriser, à la fois le flux documentaire et mettre en forme pour l’utiliser, la connaissance contenue dans les documents. Des systèmes experts, en passant par les ontologies, le traitement automatique du langage et la représentation du discours, la procédure est explicitée. Ses possibilités sont illustrées par les résultats du prototype MKD*, programmé en langage Php dialoguant avec une base de données MySql. 1 - Introduction Il n’est de société ou d’organisation humaine qui ne puisse s’assurer de sa pérennité sans envisager, à un degré ou un autre, la conservation, la transmission et la gestion des connaissances qu’elle génère. C’est là une nécessité si fondamen tale qu’il n’est jusqu’au premier texte connu de l’humanité, le Poème d’Atrâhasis, qui ne l’évoque1. Dans notre société la transmission des connaissances est générale ment dévolue à l’enseignement universitaire ou au compagnonnage, qui émerge à nouveau. Avec le haut degré de technicité atteint par les projets actuels, difficilement actua lisé dans les cursus universitaires, il devient nécessaire de pousser cet enseignement jusqu’à une ex trême spécialisation ou s’assurer que chacun, à chaque instant, puisse s’approprier, par une information N. FAURE Laboratoire Modeme Lyon3 Abstract Building upon the research of the CETU relating to knowledge management, the article proposes and details a procedure designed for tunnel specialists wanting to control the document workflow and formatting, using the knowledge content in the documents. The procedure is explained for expert systems, using ontologies, to automatically process the language and represent the discourse. Its possibilities are illustrated by the results of the MKD prototype*, programmed in PHP and interacting with a MySQL database. 1 - Introduction This need is so fundamental that it goes back to the first text known to mankind, the Epic of Atrahasis1. knowledge is generally reserved for university instruction or mentoring, which is regaining favour. With the highly technical nature of today’s endeavours, which is difficult to incorporate into university courses, it becomes necessary to direct such instruction to an extreme specialisation or ensure that everyone can acquire the necessary knowledge, at any time, through relevant information. In our society, the transmission of This requires two things: the ability No human organisation or society can ensure its sustainability without, to some degree, anticipating the preservation, transmission, and management of the knowledge it generates. * Voir lexique en dernière page de l’article / See glossary, last page of the paper. 1 - Ecrit au troisième millénaire avant JC, ce poème existe sous plusieurs versions, où Atrâhasis sauve du déluge, soit les connaissances sur tablettes d’argile, soit les savants eux-mêmes en les embarquant dans son arche / Written in the third millennium BCE, several versions of this poem exist, in which Atrahasis saves either knowledge (on clay tablets) or scholars themselves from a flood by loading them into his ark. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 361 TECHNIQUE/TECHNICAL pertinente, les connaissances néces saires. Cela requiert deux choses : la capa cité de s’approprier cette information afin d’en faire des connaissances2, ce qui est à nouveau un problème d’enseignement, mais aussi, et de plus en plus, la capacité de naviguer au travers de l’information, souvent disponible à profusion et fournie ad nauseam par quelques requêtes plus ou moins judicieusement entrées via un clavier. Mettre de l’ordre dans ce monde de l’information a conduit aux projets de représentation des connaissances qui se sont développés avec l’essor de l’informatique et de l’algorithmique et pour ce qui concerne le domaine de la géotechnique dès les années 1970. A cette époque l’idée qui prévaut, et qui sera nommée plus tardivement « approche de transfert »3, est celle de la représentation du savoir de l’expert ; d’où des méthodes comme KOD pour construire les fameux sys tèmes experts. (Vogel, 1998) 2 - La connaissance au CETU Créé en 1972, le CETU a, de façon classique, bâti un solide service de documentation dont l’efficacité est reconnue. Un thésaurus assure une recherche efficace des documents. Mais cela reste une approche docu mentaire classique et devant l’évo lution galopante de la technologie, la nécessité d’une autre approche apparut. Ce fut l’époque système expert qui s’est traduite par deux ar ticles présentés dans la conférence internationale organisée en 1992 à Paris. (Laouini et al.,1992) (Mas carelli et al., 1992) et déjà dans ce congrès, Magnan (Magnan, 1992) analyse les raisons de l’insuccès du système expert CESSOL. Cette période se termine sur un constat de semi-échec, car le monde de la géotechnique est un monde ouvert, c’est-à-dire qu’il y a toujours des imprévus et que la géologie peut réserver des surprises. En pratique, il manque toujours des règles de production pour cerner le problème et les moteurs d’inférences ne four nissent pas de solutions autres que triviales. Contrairement au monde industriel, dit « fermé », où chaque composant est parfaitement identi fié, ce qui a permis de belles réus sites. De plus, les entretiens avec les experts sont consommateurs de temps car la pensée de l’expert est parfois difficile à cerner. Dans les années qui suivent, plu sieurs articles, dont (Studer, 1998), (Toll, 1996) confirment la difficulté des Systèmes Experts à aboutir dans un monde ouvert et ils an noncent la modélisation du monde, via les ontologies, comme solution au problème de la mise en forme de la connaissance. Comme avait averti (Gruber, 1993), les ontologies qui assurent cette modélisation sont une spécification d’une conceptuali sation et imposent un point de vue bien particulier, qui de fait, entraine l’engagement ontologique des usa gers, c’est-à-dire l’obligation de suivre le modèle défini dans l’on tologie. Or l’on sait que les experts sont souvent réticents à suivre une règle ou un modèle, et que c’est to isolate this information in order to draw knowledge from it2, which is a matter of instruction, and increasingly often, the ability to navigate through the information, which is often widely available and supplied ad nauseum through a few queries carefully entered using a keyboard. Creating order in this world of information has led to knowledge representation projects developed with the rise of information technology and algorithms, reaching the field of geotechnical design in the early 1970s. At that time, the prevailing idea (which came to be called the «transfer approach»)3, is that of the representation of expert knowledge, culminating in methods like KOD for building popular expert systems. (Vogel, 1998) 2 - Knowledge at the FrenchTunnel Research Centre (CETU) Created in 1972, the French Tunnel Research Centre (CETU) has developed a traditional, solid documentation service recognised for its usefulness. A lexicon is used to search for documents efficiently. Yet this is a traditional approach to documentation; in light of the hyper-advancement of technology, another approach is needed. This brings us to the expert system described in two articles presented at the international conference held in Paris in 1992 (Laouini et al.,1992) (Mascarelli et al., 1992). At this same conference, Magnan (Magnan, 1992) analysed the reasons behind the failure of the CESSOL expert system. This period was ultimately somewhat of a failure, since the world of geotechnical design is open-ended, with many unexpected details and surprises found in geology. In actuality, it still lacks all the production rules for identifying problems, and inference engines provide only trivial solutions. The opposite is true in the industrial world, which is considered «closed-ended», with each component being clearly identified, leading to great successes. Also, interviews with experts are time-consuming, as the thoughts of those experts are sometimes hard to clarify. In the subsequent years, several articles, including (Studer, 1998) and (Toll, 1996) confirmed the difficulty that expert systems face in being successful in an open-ended world, instead proposing to model that world, using ontologies, in order to solve the problem of formatting knowledge. As anticipated (Gruber, 1993), the ontologies used for this modelling call for conceptualising and imposing a very specific point of view, which thus requires an ontological commitment on the part of users, who must follow the model defined in the ontology. But as we know, experts are often reluctant to follow a specific rule or model, so it is impossible to impose such a model on an entire community of experts. It is also difficult to establish standards or recommendations, which overlook some detailed when they are finalized. In addition, this modelling draws upon cognitive scientists to guide experts, who very quickly reject such an approach, relegating it to prevail only in university laboratories. It has been found that «blind thought», as 2 - La différence la plus souvent mentionnée entre connaissance et information est que la première conditionne une action, s’inscrivant dans un contexte, selon un but / The most commonly cited difference between knowledge and information is that knowledge conditions an action, within some context and having some purpose. 3 - Studer distinguait en 1998 deux approches majeures : l’approche de transfert, qui consiste en la représentation exhaustive des savoirs de l’expert de manière à reproduire son raisonnement (ainsi les systèmes experts), et l’approche de modélisation, qui consiste à représenter selon un modèle consensuel le domaine étudié, afin de pouvoir effectuer des inférences et opérations logiques strictement formelles (ainsi les ontologies) / In 1998, Studer distinguished two major approaches: the transfer approach, which involves the exhaustive representation of expert knowledge so as to reproduce the reasoning behind it (as well as expert systems), and the modelling approach, which involves using an accepted model to represent the targeted domain in order to draw inferences and strictly formal logical operations (and thus ontologies). 362 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 TECHNIQUE/TECHNICAL impossible à imposer dans toute une communauté d’experts. On connait de même la difficulté d’établir des normes ou des recommandations, qui pour être finalisées oublient certains détails. De plus, cette mo délisation imposée entraine l’arrivée de cogniticiens pour guider l’expert et ce dernier rejette très vite cette approche qui reste dans les labora toires des universités. On retrouve la pensée aveugle » que décrivait Lie bnitz4, efficace pour les machines, mais peu prisée des hommes. A travers les projets européens (Virtualfire, Uptun et Tunconstruct) le CETU s’est familiarisé avec les ontologies (échanges avec l’univer sité de Véronne) et a participé acti vement à OntoTunnel qui imposait une approche modélisatrice n’ayant pas permis d’aboutir. (UPTUN, 2006) (UPTUN-Onto, 2006) Au CETU, le projet Ramcesh, (Faure et al, 2006) (Faure et al, 2007) s’éloigne des ontologies modélisa trices en s’attachant à garder l’expert maître de l’approche, ce qui conduit à revenir à une approche « transfert » sous-tendue par une certaine forme de modélisation. (Magnan, 2002) en décrivant le géotechnicien comme un artisan fait implicitement appel à ce mode transfert. C’est cette ap proche hybride, maintenant complè tement formalisée, qui est présentée ci-après. 3 - Les difficultés de l’interprétation de l’écrit L’interview d’expert étant difficile à mettre en œuvre, c’est dans les do cuments écrits que l’information va être recherchée. Le point de départ est donc la constitution de corpus de textes, sans spécification particulière puisque l’utilisateur peut à chaque instant additionner d’autres corpus. Cependant l’écrit présente quelques difficultés de traitement. • Ambiguïtés de l’écrit. Le langage naturel, celui qui est uti lisé pour les communications inter personnelles, est fondamentalement ambigu. Cet état de fait trouve son origine dans de nombreux éléments, à commencer par le fait que le lan gage est essentiellement un héritage et que ses éléments constitutifs ne nous ont jamais été connus (la gram maire normative que l’on apprend à l’école est essentiellement une ten tative imparfaite de reconstruction a posteriori de ces éléments fonda mentaux). described by Leibniz4, is effective for machines, but unpopular among humans. Through European projects (Virtualfire, Uptun, and Tunconstruct), the CETU has become familiar with ontologies (through work with the University of Verona) and actively participated in OntoTunnel, which used a modelling approach that was unsuccessful. (UPTUN, 2006) (UPTUNOnto, 2006) At the CETU, the Ramcesh project (Faure et al, 2006) (Faure et al, 2007) departs from modelling ontologies by keeping experts in control of the approach, which goes back to a «transfer» approach underpinned by some form of modelling. By describing the geotechnical designer as a craftsman, (Magnan, 2002) implicitly uses this transfer method. This hybrid approach, which has now been fully documented, is described below. Un autre de ces facteurs, sur lequel nombre de systèmes de représen tation butent, est que le langage et sa structure sont essentiellement conditionnés par une pratique, qui s’affranchit fréquemment des li mites que la norme leur avait fixé. A ce titre, nombre de catachrèses (emplois de sens figuré) ne sont pas recensés dans le lexique courant et sont ce que l’on appelle des figures de style, qui opèrent un transfert sé mantique d’un élément de lexique à l’autre et ne sont interprétables qu’en contexte. Because expert interviews are difficult to implement, information will be pulled from written documents. The starting point is therefore to compile corpuses of texts, with no specific requirements because users can add additional corpuses at any time. However, written documentation presents some processing challenges. Ainsi, le mot « renard » est polysé mique en fonction du contexte : un canidé en zoologie, un phénomène d’écoulement en géologie. On trouve également, dans les textes, des • Ambiguities of written text Natural language, which is used for interpersonal communication, is fundamentally ambiguous. This reality is rooted in a number of elements, 3 - The difficulties of interpreting writings starting with the fact that language is essentially a legacy, and its constituent parts have never been known to us. (The normative grammar we learn in school is basically an imperfect attempt at a post-reconstruction of these basic building blocks.) Another factor that has proven to be an obstacle on a number of representation systems is that language and its structure are essentially conditioned by practice, which frequently overcomes the limits established by the standard. As such, many instances of catachresis (uses of a figurative sense) are not accounted for in the current lexicon; we call these figures of speech, which use semantic transfer from one lexical element to another and can be interpreted only in context. For example, the French word «renard» is an example of polysemy, having a different meaning depending on the context: a canine in zoology or a form of piping in geology. Written texts also have frequency occurrences of metonymy. A common, lexicalised example of metonymy is the expression «to drink a glass», which means to drink what is inside, regardless of whether the container itself is made of glass. Other metonymies are more personal and contextual, such as the word «wall» to mean a voussoir or a side wall in technical documents. This last example combines an anaphoric and stylistic use, involving a callback to something that has been mentioned before, without reusing the same name. Pronominal anaphora is also a common source of ambiguity. 4 - « Mais souvent, dans une analyse un peu longue, nous ne saisissons pas l’objet de la pensée, d’un seul coup, dans toute sa nature, mais à sa place nous utilisons des signes, et nous omettons d’habitude, par abréviation, , de préciser dans notre conscience présente leur conception explicite, sachant, ou croyant, que nous l’avons en notre pouvoir […] Cette pensée, j’ai coutume de l’appeler aveugle, ou encore symbolique, c’est celle dont nous usons en algèbre ou en arithmétique et même presqu’en toutes choses » [Leibniz, 1684] / « Yet often, in a somewhat lengthy analysis, we fail to grasp thoughts, all at once, in their entirety, and instead use signs (and often omit), involving abbreviation, to explain within our present understanding their explicit design, knowing and believing that we have it in our power […] I tend to refer to such thoughts as blind reasoning, or also symbolic reasoning, as we make use of in algebra or arithmetic, and indeed at every moment» [Leibniz, 1684]. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 363 TECHNIQUE/TECHNICAL occurrences fréquentes de mé tonymies. Un exemple courant et lexicalisé de métonymie se retrouve dans l’expression « boire un verre », dont on ne boit heureusement que le contenu, et qui de surcroît n’est pas toujours en verre. D’autres mé tonymies sont plus personnelles et contextuelles : parmi de nombreux exemples, l’emploi du mot « paroi » pour désigner en fait un voussoir ou le piédroit se rencontre dans des do cuments techniques. Ce dernier exemple rejoint un emploi anaphorique et stylistique, où il s’agit de rappeler un élément qui a déjà été cité, sans pour autant réemployer le même nom. Les emplois anapho riques pronominaux sont également une source d’ambigüité. • La redondance de l’écrit Les textes sont généralement redon dants, chaque auteur s’employant à écrire la même information à sa façon et la course aux publications amplifie le phénomène. La base créée ne doit contenir qu’une seule fois l’informa tion et son contenu sera comparé à l’information traitée. Si l’information traitée existe, elle ne sera pas de nouveau enregistrée, mais son ori gine, la référence du document traité, sera gardée et seules les dix origines les plus anciennes, le seront. • La contextualisation nécessaire à la compréhension Le regroupement des concepts en famille crée des contextes définis par des ensembles de mots et un même mot (polysémie) aura un sens différent suivant la famille à laquelle il appartient. 4 - L’approche actuelle du CETU Partir de l’écrit, c’est d’abord gérer cet écrit, d’où un aspect biblio 364 thèque. Puis il faut recenser les concepts utilisés et enfin établir les relations entre les concepts, tout en permettant à l’expert5 d’ajouter à sa guise de nouveaux documents, de structurer à sa manière les concepts. Le choix d’un corpus de texte assez vaste est essentiel et les textes sont ensuite gérés par l’outil. • L’aspect bibliométrique. Dans notre approche, l’unité de trai tement est le répertoire de textes, avec si possible des textes de taille homogène. La première page du texte comportant titre, auteur, réfé rence, année, un travail supervisé en TAL (Traitement Automatique du Lan gage) range ces informations dans la base de données. Ainsi un texte ne sera jamais traité deux fois. Un se cond traitement permet de récupérer la bibliographie du texte, élément rangés eux aussi dans la base afin d’établir des listes de références en réponse à de nombreuses questions. • La quête des concepts et leur rangement Pour rechercher les concepts, le texte des articles est traité pour retrouver les mots tels qu’ils sont écrits. D’un point de vue plus général, Sowa écrivait que « la connaissance débute par des mots » [Sowa, 2001]. Néanmoins, tous les mots n’ont pas une valeur égale dans notre entre prise, qui consiste à rapporter des éléments utiles aux experts ; nous avons donc fait le choix de ne nous appuyer que sur les noms et, audelà, sur les syntagmes nominaux, dont la nature dénotative est plus nette que pour d’autres classes grammaticales. Un syntagme est un groupe de mots, centré sur un nom lorsqu’il est nominal, qui désigne une réalité identifiable ou un concept. Nous utilisons de préférence des syntagmes dans la mesure où ils sont souvent plus précis que les seuls noms, où permettent de dési TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 • Redundancy in written text Texts are usually redundant, which different authors writing the same information in their way, a trend that is amplified through publication. The established database should contain information only once, and its contents will be compared against processed information. If the information exists, it will not be recorded again, but its source (the document’s reference information) will be stored. Only the ten oldest sources will be kept. • Contextualisation needed for understanding Grouping concepts into families creates contexts defined by sets of words; a single word (polysemy) will have a different meaning, depending on the family to which it belongs. 4 - The CETU’s current approach The first task is to manage written texts in the form of a library. The concepts used in those texts must then be identified, and relationships are drawn between the concepts, while allowing an expert5 to add new documents and create structure for the concepts. It is important to select a rather large textual corpus, whose texts are then managed by the tool. • Bibliometrics In our approach, the processing unit is the repository of texts, ideally with comparable lengths. Natural language processing (NLP) is used to extract information from the first page of the text, including the title, author, reference number, and year, and write it to the database. This way, a text will never be processed more than once. A second processing routine can retrieve the bibliography of the text, which is also stored in the database in order to compile lists of references that can be used to answer questions. • Querying and storing concepts To query concepts, the text of the articles is processed in order to find written words. Generally speaking, Sowa wrote that «knowledge begins with words» [Sowa, 2001]. However, not all words have the same value for our purposes, which is to bring useful information to experts. We must therefore choose to focus only on nouns and noun phrases, which carry more meaning than other grammatical classes. A syntagm is a group of words, centred on a noun in the case of a noun syntagm, with an identifiable meaning or concept. We prefer to use phrases because they are often more accurate than standalone nouns, which are used to indicate specific items. For example, the noun «head» does not mean the same thing as the noun phrases «head of lettuce» and «shower head» when used alone, and it would be difficult to base a query for information on the word alone. Noun phrases are therefore extracted based on morphological and syntactic patterns, which are automatically recognised by a specifically-designed application. These patterns are chosen after numerous experiments by subject matter experts indicating that they are the most likely 5 - On appelle « expert » celui qui a une bonne connaissance du domaine, ici les tunnels, et qui en possède un large vocabulaire / An «expert» is someone with a thorough knowledge of the domain (tunnels, in our case) and a broad vocabulary. TECHNIQUE/TECHNICAL gner des objets spécifiques. Le nom « pomme » ne désigne ainsi pas la même chose dans les syntagmes « pomme de terre et pomme d’arrosoir» qu’employé seul et il serait dans bien des cas délicat de fonder une recherche d’information avec ce seul mot. Les syntagmes nominaux sont donc extraits selon des patrons morpho-syntaxiques, reconnus au tomatiquement par une application conçue à cette fin. Ces patrons ont été choisis après plusieurs expé rimentations par des experts du domaine indiquant quels étaient les résultats les plus probants. Ils sont abrégés N6, NPN, NPNPN, NAPNPN, NPANPN, NPNPNPN, où N figure un nom, P une préposition et A un ad jectif qualificatif. Les déterminants sont admis dans ces patrons. On no tera que les patrons AN et NA, pour tant intuitivement pressentis comme utiles, ont été écartés car générant beaucoup plus de bruit que de résul tats pertinents. Ainsi traité, un document produit un ensemble de syntagmes que l’expert peut traiter, en choisissant d’ignorer certains résultats qui sont conservés et constituent alors un filtre garantis sant que ces syntagmes ne seront plus présentés par la suite. Les ré sultats retenus sont intégrés à une base de données classique. (Au pré alable une lemmatisation7 des mots a été faite) • Les relations entre concepts et la contextualisation L’interface proposée pour retenir les éléments pertinents consiste en leur hiérarchisation au sein d’une carte heuristique8, du général au particu lier. La relation retenue pour struc turer l’arborescence est une relation de subsomption (ou d’hyponymie/ hyperonymie), d’un élément général vers un autre plus spécifique (et réci proquement). Cependant, l’ensemble des syntagmes issus du corpus, no nobstant ceux qui ont été écartés par manque de pertinence, ne s’intègre pas sur une seule carte heuristique. A cela, plusieurs raisons : - Le nombre de syntagmes relevé lors du traitement d’un corpus simple comme les actes des trois dernières tenues des congrès AFTES dépasse les 5000, ce qui, en une seule arborescence, perd en lisibilité et donc en utilité ; - Chaque géotechnicien est généra lement spécialiste d’un sous-do maine bien spécifique, pour lequel il souhaitera construire sa propre représentation, à la différence des autres sous-domaines ; - La construction d’une arbores cence générale au domaine de mande d’imposer un seul point de vue à tous les acteurs du domaine ; - Le nombre de syntagmes issus d’une analyse de corpus peut être assez conséquent et demande un effort collaboratif, sans quoi la constitution des cartes exige un investissement assez coûteux en temps. Le domaine est donc subdivisé en différents sous-domaines, rassem blant un certain nombre (de l’ordre de 300) de syntagmes hiérarchisés dans des cartes heuristiques. Dans une optique collaborative et un contexte d’entreprise, il est probable que plusieurs cartes existent pour un même sous-domaine : chaque utilisateur fera le choix des cartes concurrentes qu’il utilisera, en fonc tion de sa recherche. Cela peut éga lement donner lieu à des discussions entre experts concernés, des révi sions de cartes et des cartes com munes : l’amélioration incrémentale de l’ensemble est une des finalités de tout projet collaboratif. Afin que ces cartes aient une utilité commune, il peut donc être perti nent d’établir a priori la subdivision du domaine en sous-domaines, sans results. They are abbreviated N6, NPN, NPNPN, NAPNPN, NPANPN, NPNPNPN, where N is a noun, P is a preposition, and A is an adjective. Determinants are allowed into these patterns. It should be noted that the patterns AN and NA, which are intuitively shown to be helpful, have been removed because they generate more noise than relevant results. A processed document therefore yields a set of phrases, which the expert can process while choosing to ignore some results and thereby create a filter to ensure that those phrases will no longer be shown. The results are integrated into a traditional database. (Prior to this, word stemming7 is carried out.) • Relationships between concepts and contextualisation The proposed interface for keeping the relevant elements involves a mapping8, sorting from general to specific. The relationship used for structuring the tree is a subsumption (or hyponym/hypernym) relationship, going from a general element to a more specific element (and vice versa). However, not all of the phases from the corpus, notwithstanding the phrases that have been discarded due to irrelevance, are used in the same mapping. There are several reasons for this: - The number of phrases identified when processing a simple corpus, such as the proceedings of the last three AFTES conferences, is greater than 5,000, which means that readability and usability would be diminished if a single tree is implemented. - Typically, geotechnical designers specialize in a very specific subdomain, for which they will want to build their own representation, unlike other subdomains. - Building a general tree for a domain requires forcing a single point of view for all actors in the domain. - There may be so many phrases produced by an analysis of a corpus, thereby requiring a collaborative effort; otherwise, developing the mappings would require too much of a time investment. The domain is therefore subdivided into various subdomains, containing a certain number (about 300) phrases ranked in mappings. When collaboration is involved in a business context, it is likely for there to be multiple mappings for a single subdomain, and each user will choose the concurrent maps to use, based on their research. This may also give way to discussions between the experts involved, revisions to mappings, and shared mappings; incremental improvement across the board is one of the goals of any collaborative project. In order for these mappings to have shared utility, it may therefore be useful to first establish how the domain will be subdivided into subdomains, without which it would be difficult to thematically identify and collectively use the mappings. However, the first few levels of trees are naturally based on consensus. A major constraint has been applied to each mapping, namely that they must not contain any duplicates, but two different mappings may contain the same phrases, which are linked between maps. 6 - Les noms isolés incluent les noms propres, bien qu’ils soient reconnus différemment par l’étiqueteur et gardant seulement référence à l’article / Isolated nouns include proper nouns, although they are recognised differently by the labeller and are referenced only to the article. 7 - Mots mis sous la forme la plus simple : masculin singulier / R educing of words into their simplest form: singular masculine. 8 - L’éditeur que nous utilisons pour nos expérimentations est un logiciel propriétaire, MindManager. (Jésus M., 2009) / The software we are using for our experiments is made by MindManager. (Jésus M., 2009) TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 365 TECHNIQUE/TECHNICAL quoi l’identification thématique des cartes deviendrait problématique, et leur usage collectif d’autant plus malaisé. Cependant les premiers ni veaux des arborescences font natu rellement consensus. Une contrainte forte a été imposée à chaque carte, à savoir qu’elles ne contiennent aucun doublon, mais que deux cartes dif férentes peuvent contenir des syn tagmes identiques qui constituent des liens entre cartes. La constitution de ces cartes heu ristiques est faite à l’écran, réalisée par les experts-utilisateurs à partir des syntagmes triés, et le résultat est directement exportable dans la base de données afin que les relations entre les différents syntagmes soient utilisables pour étendre une requête, par exemple en traduisant un glisse ment sémantique. Les cartes permettent de lever des ambigüités de langage comme la synonymie, le même mot ayant des sens différents suivant la carte à la quelle il appartient, de même que les liens entre syntagmes relient deux homonymes. 5 - Exemples de traitement de deux corpus Les possibilités de l’outil MKD9 sont importantes ; pour les illustrer nous avons utilisé deux corpus bien dif férents, orientés soit vers une re cherche bibliographique innovante, soit vers la constitution de thésaurus permettant le recueil et l’usage de la connaissance. 5.1 - Corpus 1 : à des fins de recherches bibliographiques. Ce corpus est anglophone et orienté métier. Il comprend l’ensemble des publications présentes dans les actes des congrès de l’AITES de puis 2004 (congrès de Singapour) et jusqu’en 2013 (congrès de Genève) soit 2344 articles. Il a permis de retenir 33 213 syn tagmes différents dans un lexique sur plus de 900 000 syntagmes extraits. Ces syntagmes ont été sélectionnés automatiquement sui vant leurs occurrences et le nombre d’articles dans lesquels ils appa raissent.10 These mappings are produced on the screen by expert users, based on sorted phrases, and the result can be exported directly into the database so that relationships between different phrases can be used to expand a query, such as by translating a semantic shift. Mappings can alleviate linguistic ambiguities, such as homonymy, in which the same word has different meanings, depending on the map to which it belongs, and the relationships between phrases can link two synonyms. 5 - Examples from processing two corpuses The MKD tool9 has significant potential. To illustrate this, we used two very different corpuses, focusing on innovative bibliographic research and on building a lexicon for collecting and using knowledge. 5.1 - Corpus 1: for the purpose of bibliographic research. This is an English-language corpus From the corpus, we kept 33,213 different phrases in a lexicon of more than 900,000 extracted phrases. These phrases were automatically selected based on their occurrences and the number of articles in which they appeared. Before extracting phrases from the articles, the titles, bibliographies, and authors were first extracted and stored in the database11. The extracted phrases were then associated to the article and lexicon to which they belong. This made it possible to generate sets of the most relevant keywords for each article (collectively referred to as «signature» in the system). These profiles allow bibliometrics to be used with the system. Beyond simply looking for similarities between two articles with common topics, users can easily formulate more com- Congrès / Conference Année / Year Nb d’articles / Number of articles Nb de références lues / Number of references read Nb de syntagmes lus / Number of phrases read Nb de syntagmes retenus / Number of phrases kept Thème du congrès / Conference theme Singapore 2004 173 722 69 023 5 669 Underground space for sustainable urban development Istanbul 2005 207 894 78 101 3 140 Underground space use Seoul 2006 198 1015 68 305 3 125 Safety in the underground space Prague 2007 305 1091 57 497 1 876 The 4th dimension of metropolises Agra 2008 201 854 95 929 3 060 Underground facilities for better environment and safety Budapest 2009 266 1195 106 617 3 272 Safe tunnelling for the city and for the environment Vancouver 2010 207 888 101 758 2 568 Tunnel vision towards 2020 Helsinki 2011 134 662 86 183 2 903 Underground spaces in the service of a sustainable society Bangkok 2012 355 1465 198 862 3 821 Tunnelling and underground space for a global society Genève 2013 298 1404 118 444 2 799 Underground – the way to the future 911 686 33 213 TOTAL 2 344 Tableau 1 - Constitution du corpus 1 / C ontents of corpus 1 366 made up of business-related texts. It contains all the publications from the AITES conference proceedings from 2004 (Singapore conference) to 2013 (Geneva conference), totalling 2,344 articles. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 TECHNIQUE/TECHNICAL Avant l’extraction des syntagmes à partir des articles, les titres, biblio graphies et auteurs ont également été préalablement extraits et stoc kés dans la base de données11. On peut alors associer à chaque article les syntagmes qui en ont été extraits et qui appartiennent au lexique. Ceci permet de générer pour chaque ar ticle des ensembles de mots-clés plus pertinents qu’habituellement (ensembles appelés « signature » dans le système). Ces profils permettent une utilisation bibliométrique du système : au-delà de la simple recherche de ressem blance entre deux articles, liée à des thématiques communes, l’utilisateur peut formuler aisément des requêtes plus complexes, pour trouver par exemple l’ensemble des articles de tel auteur cités par tel ensemble d’auteurs et contenant tels éléments dans leur profil, rechercher les plus petits hyperonymes communs aux profils des articles de tel ensemble d’auteurs pour approcher les théma tiques communes, etc. Le présupposé et la limite de cette approche sont ceux que l’on retrouve pour tout système d’indexation à mots-clés : il ne s’agit pas ici de retrouver la connaissance mais de partir du principe que la similitude lexicale fonde partiellement la simi litude sémantique. Les avantages de ce système par rapport à d’autres sont liés à la manipulation aisée de syntagmes lemmatisés extraits en nombres significatifs, plusieurs cen taines. La recherche d’un article dans la base peut donc se faire sur les auteurs, les mots du titre et des ensembles de syntagmes utilisés comme mots-clés. Ainsi, retrouver les articles « voisins » à un article donné, consiste en la comparaison des signatures pour classer les ar ticles en fonction du pourcentage de syntagmes communs. En quelques secondes, les articles d’un congrès sont classés en fonction de celui que vous avez choisi, le vôtre. On peut aussi constater, dans ce cor pus, qu’il existe de grandes familles de pensées, car à part quelques ré férences mondiales (Hoek et Brown, par exemple) les références sont celles de la famille. Il y a peu de ré férences extérieures entre Europe et Asie. plex queries, such as to find all the articles by an author cited by a certain set of authors and containing certain elements in their profile, search for smaller hyperonyms common to the profiles of articles by that set of authors to address common topics, etc. «neighbour» articles related to a given article, we compare the signatures in order to rank the articles by the percentage of common phrases. In a matter of seconds, the conference articles are ranked based on the one you selected, yours. The presupposition and limitation of this approach is that keywords can be indexed for any system. This is not about finding knowledge, but about the principle that lexical similarity is partially based on semantic similarity. The advantages of this system compared to others are related to the easy handling of large numbers (several hundred) of stemmed phrases. In the corpus, there are large families of thoughts; this is because, apart from some global references (e.g., Hoek and Brown), references come from the family. There are few references outside of Europe and Asia. It is therefore possible to search for an article in a database by author, the words in the title, and set of phrases used as keywords. Therefore, to find 5.2 - Corpus 2: Use of concepts and topics The second corpus is an academic corpus in French, representative of documents for which geotechnical design experts work.12 5.2 - Corpus 2 : Usage des concepts et thématisation. Ce second corpus est francophone et académique, représentatif des docu ments à partir desquels les experts géotechniciens travaillent.12 9 - Le prototype de MKD comprend 50 modules écrits en PHP et Perl, dialoguant avec une base de données MySql / The MKD prototype comprises 50 modules written in PHP and Perl, interfacing with a MySQL database. 10 - La fonction TF/IDF a été utilisée pour cette sélection / The TF/IDF functionality was used for this selection. 11 - Environ 70% des références bibliographiques sont extraites, dans la mesure où les pratiques bibliographiques sont très variées, ce à quoi on ajoute fréquemment des références incorrectes, mal formulées ou incomplètes, surtout dans les bibliographies de congrès / About 70% of the bibliographic references were extracted, since bibliographic practices vary significantly, often causing incorrect, wrongly formulated, or incomplete references, especially in conference bibliographies. 12 - Lors des réunions du groupe de travail « les grands projets Alpins » il avait été montré que les spécialistes ne travaillent qu’avec un nombre limité de documents de référence et que ces documents étaient différents d’un pays à l’autre, d’où la nécessité de constituer un fond commun pour favoriser le dialogue / During meetings of the «large Alpine projects» workgroup, it had been shown that specialists work only with a limited number of reference documents and that those documents varied from country to country, hence the need to build a common basis for discussion. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 367 TECHNIQUE/TECHNICAL Nb pages (approx) / Number of pages (approx.) Titre / Title Nb de syntagmes détectés Nb sans doublons / Number of phrases detected Number without duplicates Nb de syntagmes retenus / Number of phrases kept Base initiale (issue du projet Ramcesh) / Starting database (from the Ramcesh project) 3 631 Dossier pilote (Centre d’Etude des Tunnels France) / Pilot records (French Tunnel Research Centre - CETU) 150 9 804 / 4 315 53 81 (+1 750) Articles du Congrès de Monaco 2008 (81 articles) / Articles from the Monaco Conference 2008 (81 articles) 800 20 757 / 7 602 5 654 (+273) Textes de base / Base texts : • Eurocode 7 (code européen de mécanique des sols) / Eurocode 7 (European Soil Mechanics Code) • Cours de Béton, Méca-sol, Méca-roche, Stabilité des Pentes / Concrete Structures, Soil Mechanics, Rock Mechanics, Slope Stability • Fascicule 67, Fascicule ESD / Booklet 67, Booklet ESD 500 17 544 / 11 597 5 861 (+207) Articles du congrès de Lyon 2011 (116 articles) / Articles from the Lyon Conference 2011 (116 articles) 1 000 25 315 / 12 832 5 952 (+191) Articles du congrès de Lyon 2014 (83 articles) : Articles from the Lyon Conference 2014 (83 articles) 1 100 33 453 / 11 294 5 995 (+43) 120 4 417/ 3 411 6 039 (+44) 4 Recommandations AFTES / 4 AFTES recommendations 13 • Reconnaissance à l’avancement pour les tunneliers / Acknowledgement of advancements for tunnellers • Technologie du boulonnage / Nailing technology •C aractérisation des incertitudes et des risques géologiques, hydrogéologiques et géotechniques / Description of geotechnical, hydrogeological, and geological risks and uncertainties • L a conception, le dimensionnement et la réalisation de voussoirs préfabriqués en béton de fibres métalliques / The design, dimensioning, and production of prefabricated voussoirs from reinforced concrete Tableau 2 - Constitution du corpus 2 / Make-up of the corpus 2 Ce corpus a fourni plus de 51 000 syntagmes différents, dont seule ment moins de 6000 ont été retenus et incorporés à la base de données. Retenir ces syntagmes significa tifs a été le résultat d’une analyse d’expert ; ce travail nécessaire peut paraître fastidieux, mais ren force l’intérêt du travail collaboratif, d’autant qu’il a été ici fourni dans le cadre de la constitution ex nihilo de notre corpus, l’extension de celui-ci nécessitant forcément un investis sement moindre14. L’ensemble des syntagmes du cor pus 2 a été subdivisé en plusieurs cartes heuristiques, comme indiqué dans le tableau ci-dessous : This corpus provided more than 51,000 different phrases, of which fewer than 6,000 were kept and incorporated into the database. Collecting these significant phrases was the result of an expert analysis. Such necessary work may seem tedious, but it reinforces the value of collaborative work, especially as pro- Nb de syntagmes / Number of phrases Nom du graphe / Chart name Savoir mécanique / Mechanical knowledge 296 Propriété des choses / Ownership 164 Géologie / Geology 819 Savoir chimique / Chemical knowledge 56 Mécanique des sols / Soil mechanics 358 Hydrogéologie / Hydrogeology 245 Savoir cindynique / Risk analysis knowledge 285 Mécanique des roches / Rock mechanics Technique de projet / Project technique 74 Phénomène physique / Physical phenomenon 77 Géologie pratique / Practical geology 234 Techniques de modélisation / Modelling techniques 43 Techniques de confortation / Stabilisation techniques 213 Techniques de fondations / Foundation techniques 146 Techniques de mesures et d’essais 397 / Measuring and testing techniques Techniques pour pentes / Techniques for slopes 215 Techniques pour tunnel / Techniques for tunnels 366 Ouvrages / Structures 241 Matériel de chantier / Project material 405 Matériau manufacturé / Manufactured material 192 Administration / Administration 292 Tunnel 228 Relation métier / Industry relationship 71 Anti-lexique / Lexicon blacklist 30 339 Total syntagme en base / Total base phrases 5 427 Nom du graphe / Chart name Nb de syntagmes / Number of phrases vided here in the development of our corpus from scratch, which can be extended without necessarily requiring a major investment14. All of the phrases from corpus 2 were subdivided into multiple mappings, as shown in the table below: Nom du graphe / Chart name Nb de syntagmes / Number of phrases Tableau 3 - Sous-domaines pour le corpus 1 (lors de la réalisation des cartes certains syntagmes ont été rejetés dans l’anti-lexique) / Subdomains for corpus 1 (During the production of the mappings, some phrases were rejected in the lexicon blacklist.) 368 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 TECHNIQUE/TECHNICAL Les graphes listés dans le tableau 2 représentent le cœur du métier15 et sont redéfinissables à la demande. Ils sont LE lexique du métier à une date donnée et pour un corpus donné, puisqu’ils sont évolutifs. Ils sont facilement gérés par l’utilisa teur qui le modifie et le complète à la demande. A partir des graphes en ligne, chaque utilisateur (ou groupe d’utilisateur) peut facilement (à l’aide de MindManager) s’ap proprier les graphes en modifiant leur arborescence, en ajoutant (ou retranchant) des syntagmes de façon à avoir une représentation personnalisée du domaine traité. Les différents essais réalisés au sein d’organisations profession nelles tendent à indiquer que les variations personnelles sont peu nombreuses, ce qui permet de défi nir un cadre de référence commun, mais souvent défendues par leurs tenants, ce qui justifie d’en tenir compte au sein d’une carte person nelle, par exemple. L’utilisation des cartes heuristiques construites par les experts permet aussi la thématisation de l’en semble des articles en comparant la signature de chaque article avec la liste des syntagmes d’une carte. En se fixant un seuil sur la proportion de syntagmes communs on obtient la liste des articles qui traitent le thème de la carte. Cette thématisa tion est utile en enseignement, pour illustrer une partie de cours ou en recherche quand un thésard veut approfondir un petit sous domaine. On a pu voir que le thème « feu en tunnel » a été particulièrement traité par abondance d’articles, après les incendies du tunnel du Mont-Blanc, du tunnel du Tauern et du tunnel du Saint Gothard. 6 - Maintenance de la base lexicale La base, c’est-à-dire l’ensemble des syntagmes couvrant le domaine, ne peut être construite en une seule fois, il faut aussi ajouter les nou veaux concepts qui apparaissent et suivre l’actualité. Son évolution est donc primordiale. Le processus est le suivant : Un nouvel ensemble de documents est analysé et les syntagmes de ces documents sont recueillis (Module splitplus de l’outil MKD) (Faure et al., 2014) Une comparaison avec ceux déjà en base et dans l’anti-lexique, permet de sélectionner les nouveaux syn tagmes. Ces nouveaux syntagmes sont alors placés dans le (ou les) graphe heuristique de façon visuelle par un expert. Un outil vérifie que l’unicité des syntagmes au sein d’un graphe est respectée. Quand tous les nouveaux syntagmes ont été in tégrés dans les graphes, la base de données est reconstruite avec tous les graphes. La base construite, de nombreuses vérifications peuvent être faites pour « valider » le décou page en graphes et le modifier si nécessaire. Celui qui construit les graphes uti lise les syntagmes détectés qu’il sé lectionne (les non sélectionnés sont rangés dans un anti-lexique afin de The charts listed in Table 2 show the core of the work15 and can often be redefined as needed. They are THE industry lexicon as of a given date and for a given corpus, because they are scalable. They can easily be generated by the user who modified them and submits the request. From the online charts, each user (or use group) can easily (in MindManager) arrange the charts by changing their tree, adding (or removing) phrases in order to have a customised representation of the targeted domain. The different tests conducted within professional organisations tend to show that custom variations are somewhat extensive, which makes it possible to define a common framework, often defended by those involve, which justifies having them in a custom chart, for example. Using mappings built by experts also makes it possible to group sets of articles by topics by comparing the signature of each article with the list of phrases in a mapping. By setting a threshold on the proportion of common phrases, we get a list of articles on the topic in the mapping. Such topics are useful in teaching because they illustrate an area of the course or research that a PhD may want to expand further. For example, we could see that the topic «fire in tunnel» was heavily covered by a large number of articles, after the fires in the Mont Blanc Tunnel, the Tauern Road Tunnel, and the Gotthard Tunnel. 6 - Maintenance of the lexical database The database, which stores all of the phrases covering the domain, cannot be built all at once. It must be updated as new concepts appear and keep up with developments. It therefore is constantly changing. The process is as follows: A new set of documents is analysed, and the phrases from those documents are gathered together (splitplus module in the MKD tool) (Faure et al., 2014). New phrases are selected by comparing against the phrases already in the database and the lexicon blacklist. The new phrases are then visually added to the mapping(s) by an expert. A tool verifies the phrases within a chart are truly unique. When all the new phrases have been added to the charts, the database is rebuilt with all the graphs. With the database built, there are lots of verifications that can be done to «validate» the allocation of charts and adjust them as needed. The person who builds the charts uses phrases selected from those detected (non-selected phrases are added to a lexicon blacklist so that they are no longer detected) or other phrases, such as phrases from existing glossaries, to complete the tree. Experts are therefore totally free in their selections. When all of the charts are in the database, the lexicon blacklist is checked to ensure that it does not contain phrases from the database. The two sets must not intersect so that the filter for new phrases coming from an extension of the corpus can be efficient. As documents and even corpuses are added, the database grows until it contains all of the phrases used by the 13 - AFTES : Association Française des Travaux En Souterrain, membre de l’AITES/ITA, Association Internationale des Travaux En Souterrain/International Tunneling Association / AFTES: Association Française des Travaux En Souterrain, member of the AITES/ITA, International Tunnelling Association. 14 - Même si nous avons pu constater avec le corpus 1 que la décroissance du nombre des syntagmes nouveaux, mis en base à chaque étape, n’est pas très marquée. Pour ce corpus 1, cela vient du fait que chaque congrès international est en fait local à 70%, que les particularismes locaux sont très importants, que les thèmes de chaque congrès sont différents et enfin que la langue anglaise n’est pas (sauf à Vancouver) la langue du pays, ce qui donne souvent lieu à des formulations novatrices sinon étranges / We were able to see with corpus 1 that the decline in the number of new phrases with each step is not very significant. For this corpus 1, this comes from the fact that each international conference is actually 70% local; local particularities are very significant, the themes of each conference are different, and since (with the exception of Vancouver) the language of the country is not English, which often results in creative or strange phrasings. 15 - Le métier traité dans ces exemples est celui du géotechnicien spécialisé pour les tunnels, mais en fonction du corpus de textes utilisés, ce pourrait être un tout autre métier / The industry targeted in these examples is that of a geotechnical designer specialised in tunnels, but because of the corpus of texts used, it could be any other industry. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 369 TECHNIQUE/TECHNICAL ne plus avoir à les sélectionner) ou des syntagmes autres, comme ceux de nomenclatures existantes, pour compléter l’arborescence. L’expert est donc totalement libre de ses choix. Quand tous les graphes sont mis en base, on vérifie que l’an ti-lexique ne contient aucun des syntagmes de la base, ces deux en sembles de syntagmes sont disjoints, afin que le filtre vis-à-vis des nou veaux syntagmes provenant d’une extension du corpus, soit efficace. Documents après documents ou plutôt corpus après corpus, la base croît jusqu’à contenir tous les syn tagmes utilisés par la profession. En bureau d’étude, la base construite avec les documents de référence utilisés par les ingénieurs du bureau devient un aide-mémoire listant les concepts du domaine, ceux utiles aux projets. Cette maintenance, si elle est faite de façon régulière et systématique, peut aussi être une veille techno logique d’un domaine où les nou veautés d’un flux de documents techniques sont naturellement dé tectées. Chaque syntagme gardant référence au texte d’où il provient, lequel est daté, une étude temporelle pour recherche d’antériorité sur l’usage des syntagmes/concepts (évolution du vocabulaire d’un domaine) peut être faite par simple interrogation de la base. Ces bases lexicales sont aussi des vecteurs de connaissance en ensei gnement16, mais aussi pour la fran cophonie quand chaque association technique17 cherche à promouvoir le savoir français. 7 - Pour aller plus loin, vers le recueil des connaissances Tel qu’il a été présenté à ce stade du présent article, le système MKD est essentiellement un projet d’aide à la recherche d’information documen taire et de bibliométrie. Mais, une autre ambition du système MKD est d’utiliser les données documentaires dans un but d’aide à la représenta tion et la gestion des connaissances. A cette fin, il utilise le granule de connaissances, créé pour le sys tème, et décrit plus exhaustivement dans d’autres travaux [Faure, 2006], [Faure, 2007], mais dont nous pré sentons ici quelques éléments. • Le granule de connaissances L’approche générale du projet qui a conduit au système MKD, présentée dans l’introduction de cet article, reste valide ; en conséquence, il ne s’agit pas de combiner des éléments conceptuels ou de signification mais bien plutôt de rendre compte au plus près du sens présent au sein des documents qui composent le corpus. On s’intéresse pour cela aux procé dés de représentation du discours, comme celui de la DRT (Discourse Representation Theory [Kamp et Reyle, 1993]). Initialement mis au point pour mieux appréhender les anaphores ou cataphores gram maticales dans le discours, l’intérêt majeur de ce type de procédé pour notre usage, est que la réalité recou vrée par les termes employés, com parable aux instances des concepts des modélisations formelles, est représentée indépendamment des termes qui la désignent, ainsi que profession. In an engineering department, the database built with reference documents used by the department’s own engineers becomes a check-list containing the concepts of the domain, which are useful for projects. Whether performed on a regular and consistent basis, this maintenance can also be a technical monitoring of a domain, by which new ideas from a stream of technical documents are detected naturally. Because each phrase keeps a reference to its originating text, which is dated, a time-based study to look for the historical use of phrases or concepts (changing terminology within a domain) can be carried out using simple database queries. These lexical databases also show knowledge areas in teaching16 and French when technical associations17 seek to promote French know-how. 7 - To go further, to collect knowledge As it has been described so far in this article, the MKD system is essentially a project aimed to improving the search for information from documents and bibliometrics. However, another goal of the MKD system is to use the documentation data to make it easier to display and manage knowledge. For this, it uses the granule of knowledge, created for this system and described in more detail in other works [Faure, 2006], [Faure, 2007]. We describe some elements of it here. that led to the MKD system, presented in the introduction of this article, remains valid. Accordingly, it does not combine conceptional elements or meaning, but rather it provides the most accurate meaning based on the documents that comprise the corpus. For this, we use methods for representing discourse, such as the Discourse Representation Theory (DRT [Kamp and Reyle, 1993]). Initially developed to better understand grammatical anaphora and cataphora in discourse, the key interest of this type of method, for our purposes, is that the reality covered by the terms used, comparable to instances of formal modelling concepts, is independently represented by the terms that designate it, along with the various necessary quantifiers. This makes it possible to represent a changing discourse, in which a single element may be apply at various levels of genericity, mainly based on multiple viewpoints, indicating metaphoric and metonymic elements so commonly found in language. In other words, this indicates the designation of a single element (e.g., a segment) using other terms (e.g., the tunnel wall). Relationships between different syntagmatic elements extracted from the text are therefore supplemented with a universe and a model of universe, where, if needed, each element can be represented, along with its equivalence relationships with other elements. • The granule of knowledge The general approach of the project 16 - On peut attacher à chaque syntagme, sa définition, une image ou un lien / Each phrase can also be associated with its definition, an image, or a link. 17 - Les travaux de la Commission pour la Francophonie du Comité Français de Mécanique vont dans ce sens / The French-speaking Commission of the French Committee on soil Mechanics is working toward this. 370 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 TECHNIQUE/TECHNICAL Phrase / Sentence les divers quantifieurs nécessaires. Cela permet de représenter un discours évolutif, où un même élé ment peut être désigné selon divers niveaux de généricité mais surtout selon divers points de vue, rendant compte des éléments métapho riques et surtout métonymiques si fréquemment présents dans le lan gage. En d’autres termes, cela permet de rendre compte de la désignation d’un même élément (par exemple : un voussoir) par d’autres termes (par exemple : la paroi du tunnel). Les relations entre les différents éléments syntagmatiques extraits du texte sont donc complétées par un modèle et un modèle d’univers, où, au besoin, chaque élément peut être représenté, ainsi que ses rela tions d’équivalence avec les autres. (Tableau 3). Le granule supporte la connais sance. Cette connaissance est dans les textes sous forme, en général, déductive, du genre si : contexte alors : autre contexte. L’analyse automatique des textes, ceux du corpus, permet de sélectionner des fragments de texte, deux ou trois phrases consécutives, qui vont être transformées, en mode super visé par un expert, en granule de connaissance, structure définie dans le cadre du système MKD. Un granule de connaissances com porte plusieurs phrases, qui re groupent un syntagme thème et un ensemble de syntagmes qui forment le prédicat associé à ce thème. Une ‘relation métier’ relie thème et pré dicat. Chacune de ces phrases cor respond à un objet et les propriétés qui lui sont fixées dans le cadre du granule. Ces propriétés ne sont pas exhaustives, mais correspondent à ce qui apparaît dans le cadre Pierre rencontre Julie. Il la salue / Peter meets Julie. He greets her. Jean construit le tunnel de Chartreuse. Il collabore avec Philippe. / John is building the Chartreuse Tunnel. He is collaborating with Philip. Représentation / Representation Modèle d’univers / Universal model Univers / Universe X, Y, Z / X, Y, Z X rencontre Y / X meets Y Z salue Y / Z greets Y Pierre, Julie / Peter, Julie X= Pierre / Peter Y = Julie / Julie Z = il / he X=Z/Z X, Y, Z / X, Y, Z X construit Y / X is building Y X collabore avec Z / X is collaborating with Z Jean, Philippe / John, Philip Tunnel de Chartreuse / Chartreuse Tunnel X = Jean / John Y = tunnel de Chartreuse / Chartreuse Tunnel Z = Philippe / Philip X = il / he Tableau 4 - Exemple de représentation d’une phrase en utilisant la DRT / Sample representation of a sentence using DRT. du document à partir duquel il est construit. A chaque occurrence d’un syntagme au sein d’un granule correspond un ou plusieurs individus dans l’univers propre au granule, auxquels peut (ou non) correspondre un intervalle voire une valeur au sein du modèle d’univers ou une équivalence au sein du granule. Par ailleurs, il per met de prendre en compte les pro blèmes de quantification. The granule supports knowledge. This knowledge is usually deductive within text, such as if: context, then: other context. The automated analysis of the texts in the corpus allow fragments of text to be selected, such as two or three consecutive sentences, which will be transformed (under the supervision of an expert) into a granule of knowledge whose structure is defined as part of the MKD system. For each occurrence of a phrase within a granule, there are one or more individuals in the granule universe to which an interval or value within the universal model may (or may not) correspond or an equivalence within the granule. It can also account for quantification problems. Each of the sentences in a granule is justified in the broader environment of the granule, which forms a context, describes a situation, and also generally describes a causality (called an implication) by distinguishing the sentences as premises and a conclusion. For MKD, the implication may be an obligation, a recommendation, a consequence, a danger, or a negation. Chacune des phrases d’un granule se justifie dans l’environnement plus large du granule, qui sert à for mer un contexte, décrire une situa tion et permet également de décrire une forme générique de causalité (nommé implication) par une répar tition des phrases en prémisses et conclusion. Pour MKD, l’implication peut être, obligation, recommanda tion, conséquence, danger, négation. A granule of knowledge consists of multiple sentences that include a topic phrase and a set of phrases forming the predicate associated with that topic. An ‘industry relationship’ combines a topic and a predicate. Each of the sentences corresponds to an object and the properties linked to it as part of the granule. These properties are not exhaustive; they correspond to what appears in the document from which they were built. Lorsque l’utilisateur combine plu sieurs granules, il établit la similarité de plusieurs occurrences de syn tagmes selon sa conviction en fonc tion de contraintes dépendant du modèle d’univers propre à chaque granule (ce qui correspond, autre ment dit, à une fusion de granules contrainte par les modèles d’uni vers). Une approche similaire avait été envisagée par [Porter et Clark, 1997] pour leurs knowledge com ponents. Deux granules combinés comportent donc un même modèle d’univers, ce qui permet de consti tuer un « profil de projet », c’est- Figure 1 - Schéma du granule / D iagram of the granule. When users combine multiple granules, they establish the similarity between multiple occurrences of phrases based on their conviction TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 371 TECHNIQUE/TECHNICAL à-dire un ensemble de granules combinés autorisant l’esquisse, à partir d’éléments documentaires potentiellement disparates, d’un ensemble plus vaste correspondant aux besoins de l’utilisateur. Lors de sa construction, le granule candidat est comparé aux granules déjà en base et soit il est retenu comme granule, soit il modifie un granule existant de façon à assurer la non redondance de la connais sance dans la base. La référence au texte origine du granule est conser vée. (Faure et al, 2008) • Nouvelle forme d’ontologie La construction proposée à partir des cartes heuristiques et des gra nules revient à construire une on tologie de domaine en différenciant la mise en œuvre suivant le type de relation. Les relations de subsomp tion et de voisinage sont traitées par l’arborescence des cartes heuris tiques. Les autres relations appe lées « relation métier » (une carte leur est réservée) sont au cœur du granule dont le nombre de syn tagmes (les mêmes que ceux des arborescences) est réduit. La figure suivante montre cette équivalence. Grace aux syntagmes identiques entre deux cartes, des liaisons mul tiples lient les syntagmes et des chemins ou des voisinages peuvent être définis. La construction de cette forme d’ontologie correspond à un recueil de connaissance sur un domaine. L’extension du domaine se fait sous forme incrémentale, à chaque nou vel ensemble de textes traités. Cet ensemble, générant un lexique dont seuls les éléments nouveaux sont introduits dans la base de connais sance, augmente à chaque apport. Ce recueil peut être interrogé de la même façon que précédemment en 372 Relations / Relationships Phrase / Sentence Modèle d’univers / Universal model Univers / Universe SI / IF Le coefficient de sécurité au glissement d’un mur en béton armé est inférieur à 1.5 / The safety coefficient for the shifting of a reinforced concrete wall is less than 1.5. Y est en Z / Y is made of Z X caractérise Y / X characterises Y Coefficient de sécurité au glissement, Mur, Béton armé / Safety coefficient for sliding, Wall, Reinforced concrete X = coefficient de sécurité au glissement / safety coefficient for shifting Y = Mur / Wall Z = béton armé / Reinforced concrete X < 1.5 / < 1.5 ALORS (modalité : recommandation) / THEN (procedure: recommendation) Mettre une bêche à l’arrière de la semelle dont la hauteur soit au moins égale à l’épaisseur de la semelle / Put a spade at the rear of the footing, the height of it being at least equal to the thickness of the footing C caractérise A / C characterises A D caractérise B / D characterises B A à l’arrière de B / A behind B Bêche, Semelle, Hauteur, Epaisseur / Spade, Rear, Height, Thickness A = Bêche / Spade B = Semelle / Rear C = Hauteur / Height D = Epaisseur / Thickness C>D/>D Tableau 5 - Exemple simplifié de granule / S implified example of a granule. recherchant les granules dont les syntagmes, en tant que mots-clés répondent à la question posée. Avec un certain raffinement en sépa rant prémisses et conclusions, une approche par causalité ou consé quences est réalisée, ce qui rap pelle les notions de chaînage avant et chaînage arrière des moteurs d’inférences des systèmes experts. Quand la base sera assez large, la réponse à que dois-je savoir dans ce contexte « suite de syntagmes » sera complète, sous la forme d’une « suite de granules ». based on constraints dependent on the universal model of each granule (which corresponds, in order words, to a merger of granules limited by the universal models). A similar approach was described by [Porter and Clark, 1997] as knowledge components. Two combined granules therefore behave as a single universal model, which forms a «project profile», a set of combined granules allowing a broader set based on the user’s needs to be sketched from potentially disparate documentation elements. Figure 2 - équivalence d’ontologies / Equivalence of ontologies TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 During its construction, the candidate granule is compared to the granules already in the database. It is then kept as a granule, or the existing granule is updated to ensure that there are no redundancies of knowledge in the database. The reference to the original granule text is saved. (Faure et al, 2008). • New ontology form The proposed construction based on the mappings and granules forms a domain-based ontology. The type of relationship leads to a different process. Subsumption and neighbour relationships are processed by the mapping tree. Other relationships, called «industry relationships» (with their own reserved map) are the core of the granule with a reduced number of phrases (the same as those in the trees). The following figure shows this equivalence. Thanks to identical phrases between two maps, multiples connections link the phrases and paths where neighbourhoods can be defined. Constructing this form of ontology means collecting knowledge on a domain. The domain is extended incrementally with each new set of TECHNIQUE/TECHNICAL Les nombreuses liaisons entre les syntagmes permettent de définir des groupes sémantiques « mots chargés de sens voisins » et ainsi d’élargir les questions par glisse ment sémantique entre les mots du groupe. Ces liaisons fondées sur la répétition du syntagme évitent des redondances. Par exemple, la branche « loi de comportement » est développée dans un seul graphe, mais est présente dans plusieurs par le simple rappel du syntagme. 8 - Conclusion Des résultats probants existent. En trente années, d’essais en essais, nous sommes passés de l’expert perdu dans son monde ouvert, submergé de règles de produc tion jamais en nombre suffisant, à un expert dans un monde délimité par un vaste thésaurus « fini », de croissance contrôlée, et gérant des granules composables pouvant re présenter jusqu’à un projet. Au fil des documents traités dans une coopération nécessaire, l’ontologie de domaine s’élargit et restitue un savoir contextuel. Souhaitons que cette coopération, déjà efficace pour des recomman dations, entre le CETU et l’AFTES transforme ce prototype en un vrai outil industriel au service du projet de tunnel. processed texts. This set, which generates a lexicon from which only the new elements are inserted into the knowledge base, grows with each new entry. The collection can be queried in the same manner as before, by searching for granules whose phrases, as keywords, match the submitted query. With some refinement to separate premises from conclusions, an approach using causality or consequences is formed, using the notions of forward and backward chaining of inference engines from expert systems. When the database is large, the answer to what should I know in this context «based on the phrases» will be complete, in the form of a «series of granules». Multiple connections between phrases allow semantic groups of «words with neighbouring meanings» to be defined, thereby expanding questions by means of a semantic shift between the words in the group. These connections, which are based on repeated phrases, prevent redundancies. For example, the «behavioural law» branch is shown in a single chart, but it is presented as multiple charts through a simple query of the phrase. 8 - Conclusion The results are convincing. In 30 years of testing, we have moved from an expert lost in his open-ended world, buried beneath an ever-in- Figure 3 - Exemple de graphe heuristique manipulé par l’utilisateur / S ample mapping manipulated by the user TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 373 TECHNIQUE/TECHNICAL De nombreux projets ont les mêmes objectifs que le prototype MKD mais ils reposent plus sur une recherche d’algorithmes que sur une extraction et organisation des données ; ainsi, peuvent-ils englober d’immenses domaines de la connaissance hu maine. Un exemple est le projet Watson, soutenu par IBM Corp. Tou tefois, l’inconvénient d’une telle ap proche est qu’elle paraît moins bien adaptée aux besoins des utilisa teurs. De plus, l’approche MKD est centrée sur un contexte, circonscrit aux éléments du corpus, tandis que les requêtes sont restreintes à leurs seuls éléments constitutifs. C’est pourquoi MKD est sans aucun doute plus adapté aux entreprises et/ou aux équipes de recherche 9 - Remerciements Les auteurs remercient Mme Bou langer, professeur emeritus de l’université Lyon3, Mr Thimus, pro fesseur emeritus de l’université catholique de Louvain la Neuve et membre du conseil scientifique du CETU, pour leurs encouragements à poursuivre la réalisation du système et leurs collègues, Mme Pernoo, bi bliothécaire à l’ENS de Lyon, Mme Larive et Mr Mercusot ingénieurs du Centre d’Etude des Tunnels pour leurs discussions constructives. t following, what we have to know about this context for proceeding it. Hopefully, this cooperation between the CETU and the AFTES, which is already effective for recommendations, will transform this prototype into a real industrial tool that can be used as part of a tunnel project. 9 - Acknowledgements Many projects share the goals of MKD project, but rely on search algorithms rather than data extraction and organization ; this way, they can encompass huge spans of human knowledge. One such project is Watson, backed by IBM Corporation. The downsize of such an approach, however, is that it seems to be less adaptable to end-users. Compared with Watson, the huge IBM project, MKD which share with Watson the same goals, appears to be sized for offices or research teams, with a more accurate answer to questions The authors thank Ms Boulanger, professor emeritus of the University of Lyon 3, and Mr Thimus, professor emeritus of the Catholic University of Louvain la Neuve and a member of the CETU’s scientific board, for their encouragement to continue developing the system, and their colleagues, Ms Pernoo, librarian at the ENS in Lyon, Ms Larive, and Mr Mercusot, engineers at the French Tunnel Research Centre, for their constructive discussions. t Lexique Glossary Syntagme : dans MKD, le mot syntagme désigne un groupe de mots sémantiquement indépendant, c’est-à-dire qui peut désigner un (et un seul) élément identifiable. Un syntagme est construit autour d’un noyau, un mot central, ici un nom (d’où la dénomination de syntagme nominal). Syntagm: in MKD, the word syntagm means a group of semantically independent words, i.e. words that can designate one (and only one) identifiable element. A syntagm is built around a node, which is a central word (a noun here, hence the term nominal syntagm. Ontologie : objet informatique cherchant à représenter et structurer les concepts d’un domaine, figurés par des éléments de lexique, selon des relations pertinentes pour un objectif donné. Ontology: a computational object intended to represent and structure domain concepts, represented by lexical elements, based on relevant relationships for a given purpose. Prototype MKD : ensemble de logiciels développés dans le cadre de ce projet pour vérifier le bien-fondé de l’approche proposée. Ces logiciels ou programmes sont écrits soit en langage PHP ou en langage Perl, langages connus, adaptables à toutes plates-formes et bien adaptés au prototypage incrémental que l’avancée du projet nécessitait. MKD prototype: a software package developed as part of this project to test the validity of the proposed approach. These software programs are written in either PHP or Perl, known languages supported on all platforms and well suited to the incremental prototyping required for the project to move forward. Base de données MySql : dérivé du langage de requête SQL, le langage MysQl est un langage répandu et libre, souvent associé au langage PHP pour classer et sauvegarder des données. Métonymie : figure de proximité qui remplace un mot par un autre, contextuellement proche. Un « verre » désigne ainsi un gobelet par la matière dont il est le plus souvent constitué, au point que l’on évoque parfois des « verres en plastique ». Anaphore : grammaticalement, une anaphore est une référence à un élément déjà cité dans le texte, le plus souvent en utilisant une autre unité lexicale (un pronom, par exemple). Les anaphores sont fréquemment source d’ambiguïtés. Catachrèse : extension de la signification d’un mot ou une expression, généralement en lui ajoutant un sens figuré. Les figures de style sont des formes de catachrèse. Polysémie : fait d’avoir plusieurs sens (mot polysémique : mot possédant plusieurs sens). 374 creasing number of production rules, to an expert in a world bounded by a vast «finished» lexicon, growing in a controlled manner and managing modular granules that can represent up to one project. Through documents processed through necessary cooperation, the domain’s ontology is expanding and providing contextbased knowledge. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 MySQL database: an offshoot of the SQL query language, MySQL is a free, widely-used language, often paired with the PHP language to organise and store data. Metonymy: a similar word or phrase that replaces one word with another, contextual similar word. A «glass» refers to a drinking cup by the material most often used to make it, to the point that people sometimes talk of «plastic glasses». Anaphora: grammatically, an anaphora is a reference to an element already cited in the text, most often by using another lexical unit (e.g., a pronoun). Anaphora frequently cause ambiguity. Catachresis: an extension of the meaning of a word or expression, usually by adding a figurative meaning. Figures of speech are forms of catachresis. Polysemy: having multiple meanings (polysemic word: a word with multiple meanings). TECHNIQUE/TECHNICAL Bibliographie / Bibliography • Faure R.M., Faure N., Hémond G., 2006, The use of knowledge management in the management of tunnels and tunnel projects. ITA-AITES World Tunnel Congress, Séoul, 11p. • Faure N., 2006, Représentation des connaissances géotechniques, Actes Inforsid, Hammamet, 12p. • Faure R.M., Faure N., Hémond G., 2007, Recueil Assisté et Maniement des Connaissances des Espaces Souterrains Habités. 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Un modèle qui perdurera et qui sera, tout au long de ces 40 années, une image de marque. 1980 - 1990 : Développement du tunnelier à attaque ponctuelle Après les deux chantiers de Nanterre, en 1978 et 1979, un succès commercial important vient confirmer les atouts du tunnelier à attaque ponctuelle : la construction d’un collecteur d’assainissement de 3,50 mètres de diamètre à La Courneuve (Seine-Saint-Denis). Cette première incursion en Ile-de-France, avec un statut d’entreprise générale et non plus comme sous-traitant, sera une référence importante pour le développement de cette technique et c’est autour de celle-ci que l’entreprise se développera dans les années qui suivront. Rapidement, en 1976, Michel Bessac s’appuie sur ses talents d’entrepreneur, de mécanicien mais aussi d’inventeur pour proposer une solution alternative au fonçage : la pose de voussoirs en fonte à l’avancement, à l’abri d’un bouclier hydraulique. Le premier tunnelier Bessac est né. L’innovation permet de gagner un appel d’offres pour la construction d’un passage pour piétons sous les voies ferrées du Capitole à Toulouse. Le creusement et la pose des voussoirs sont manuels. Au cours de cette période, l’entreprise réalisera 7,5 km d’ouvrages sur près de 70 chantiers. Les ouvrages réalisés seront essentiellement des traversées de voies ferrées, routes, autoroutes ou canaux pour des gazoducs, de l’adduction d’eau ou de l’assainissement. L’entreprise gagnera aussi quelques marchés de réalisation de collecteurs d’assainissement par fonçage sur des grands linéaires. Les besoins en France dans ce domaine étant alors importants, la construction de ce type d’ouvrage deviendra une des principales activités de l’entreprise. Ces années voient aussi la fabrication d’une première machine d’abattage hydraulique qui était destinée à remplacer le creusement manuel. Un premier prototype a été installé dans une tête de fonçage pour la réalisation d’un collecteur à Pau. Après plusieurs mises au point, cette machine, appelée « taupe», sera installée dans le bouclier du passage pour piétons de Toulouse, pour constituer le premier modèle de tunnelier mécanisé à attaque ponctuelle Bessac. Celui-ci permettra ensuite le creusement de 2 tunnels à Nanterre en Ile-de-France. 376 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 Les premiers modèles ne permettaient pas le creusement sous la nappe phréatique. Il faudra attendre 1985 pour voir la construction du premier tunnelier à confinement par air comprimé qui permettra de creuser sous l’eau un collecteur pour le Département du Val-de-Marne à Maisons-Alfort. Cette même année, l’acquisition de la construction de la conduite forcée du Caudéran-Naujac à Bordeaux, permettra à l’entreprise de s’affirmer avec la double activité d’entrepreneur et de constructeur de tunneliers. Ce tunnel de 2 kilomètres de longueur et de 4,50 mètres de diamètre, à creuser dans une géologie difficile, sous la nappe, représentait un véritable défi. Il permettra à Bessac de gagner ses lettres de noblesse dans le monde des travaux souterrains. Une trentaine de tunneliers à attaque ponctuelle seront fabriqués pour réaliser des ouvrages de 1,80 mètre à 5,30 mètres de diamètre. Aujourd’hui, COMMUNICATION & ÉVÈNEMENTS 10 tunneliers à attaque ponctuelle sont opérationnels sur le parc de l’entreprise. En 1983, l’entreprise quitte Réalmont pour installer son siège près de Toulouse, à Saint-Jory. Le tunnel de Bordeaux sera le dernier réalisé en voussoirs en fonte. Les voussoirs des ouvrages qui suivront seront en béton armé. En mars 1984, la raison sociale change et Fonçages et Forages Bessac devient CSM Bessac (Creusement et Soutènement Mécanisé Bessac). Après un premier chantier important à Berlin gagné en groupement avec Solétanche, d’autres acquisitions suivront dans cette période, de Valparaiso à Hong-Kong, de Swansea à Genève… Cette démarche s’avérera cruciale pour la croissance de l’entreprise. 2000 - 2010 : La diversification technologique 1990 - 1995 : Se renforcer pour aller plus loin En 1990, Michel Bessac décide de renforcer l’entreprise en faisant appel à un actionnariat extérieur. Solétanche entre dans le capital de l’entreprise. Michel Bessac accompagnera cette prise de participation jusqu’en 1996, année où il quittera l’entreprise. Solétanche deviendra alors l’actionnaire unique. Cette période verra la montée en puissance du creusement au tunnelier sous confinement par air comprimé. Ce type de machine s’imposera sur le marché des tunnels pour l’assainissement et les galeries techniques grâce à ses capacités de creusement en milieu urbain. Par exemple, l’entreprise réalisera, ces années-là, pour le département du Val-de-Marne (DSEA) 5 km d’ouvrages (les collecteurs VL6 Aval et Médian et le collecteur Fresnes-L’Haÿ-les-Roses), 1800 m de tunnel d’assainissement sous le centre de Toulouse, une galerie CPCU sous le quai de la Rapée, un chantier difficile sur lequel 50 tirants de parois moulée seront découpés au front, à l’avancement du tunnelier.... 1995 - 2000 : Les premiers pas à l’export Avec l’appui de sa maison mère, déjà très implantée à l’export, CSM Bessac décide de s’ouvrir au marché international. Cette décennie voit s’étendre le champ d’intervention des tunneliers à attaque ponctuelle vers d’autres technologies, les tunneliers à attaque globale, et les microtunneliers. Un premier chantier (10 km de collecteurs) réalisé avec 2 tunneliers à pression de terre (EPB) a été acquis à Bogota (Colombie), en 2000. En 2003, l’entreprise construit son premier tunnelier EPB pour réaliser un collecteur de 4 mètres de diamètre pour le SIAAP, à Valenton. Ce tunnelier sera réutilisé aussitôt, pour réaliser un collecteur de 4,3 km à Alger. Dans cette période, deux autres chantiers de 10 km de tunnels seront acquis pour l’assainissement de Bogota. Le premier ouvrage réalisé par fonçage au microtunnelier sera gagné en 2005, à Poitiers. Suivront des chantiers importants réalisés par cette technique comme l’émissaire de rejet en mer des Sables d’Olonne, ou celui de Rabat, le collecteur de la Soie pour Lyon métropole avec un record de longueur (980 m). Le développement de cette technique de construction s’avèrera très rapide et l’entreprise se placera en quelques années parmi les leaders en France. Enfin, en 2003, l’entreprise réalisera son premier tunnel de métro, à Toulouse, dans le cadre de la construction de la ligne B. 2010 - 2015 : La confirmation des choix stratégiques Malgré une conjoncture défavorable pour le secteur de la construction, ces années se révéleront très dynamiques pour CSM Bessac avec le gain de TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 377 COMMUNICATION & ÉVÈNEMENTS Miami - Tunnel d’assainissement Ø 2,50 m. chantiers prestigieux comme la galerie hydraulique du terminal méthanier de Dunkerque pour EDF. L’entreprise fera mieux que résister dans cette période de crise ; elle confirmera que l’ensemble des choix stratégiques de la précédente décennie étaient les bons : l’export et la diversification technologique vers les tunneliers à attaque globale, vers la technique du microtunnelier et vers les tunnels de gros diamètres. Ceci se traduira, en 2015, par une forte croissance du chiffre d’affaires, avec des chantiers d’envergure (métro de Singapour, projet Idris à Doha, tunnel d’assainissement à Miami), et par une part de ce chiffre à l’export qui atteindra 70 %. © Stéphanie Jayet En 2013, les capacités d’innovation de l’entreprise seront récompensées par un prix international délivré par l’International Tunneling Association pour le développement d’une machine TDM (Tunneling Dismantling Machine) qui avait démonté un tunnel de métro à Hong-Kong. t 378 Entretien avec Bernard Théron, président de BESSAC M T&ES - Bessac fête cette année ses 40 ans d’existence, vous êtes président depuis près de 10 ans, comment vivez-vous cet événement ? Bernard Théron - Avec beaucoup d’enthousiasme et également, avec une certaine fierté. De l’enthousiasme parce que l’entreprise est dans une phase de développement très favorable. Depuis 20 ans, nous doublons le chiffre d’affaires tous les 5 ans et aujourd’hui nous réalisons plus de 70% de notre activité à l’export. Et un sentiment de fierté pour ce qu’est Bessac aujourd’hui et pour le formidable parcours réalisé depuis les premières années à Réalmont. Au cours de ces 40 années, nos équipes auront réalisé plus de 300 km de tunnels. Nous faisons un métier passionnant et difficile à la fois, mais si après 40 ans nous sommes encore là, c’est que nous sommes parvenus à franchir tous les obstacles. La fierté c’est d’avoir acquis de belles affaires, souvent grâce à des astuces ou des innovations techniques, comme le TDM, unique en son genre et qui a reçu une reconnaissance internationale avec le prix de l’innovation de l’International Tunnelling Association, ou d’être parvenus à nous imposer dans des pays aussi divers et variés que Hong Kong, la Guinée équatoriale, les USA, le Mexique, la Colombie, et j’en passe… • un tunnel d’assainissement au Costa-Rica, creusé au tunnelier EPB dans des roches volcaniques, • 3 émissaires en mer pour une usine de dessalement au Chili réalisés par fonçage au microtunnelier, • 2 traversées de rivières au microtunnelier en Géorgie et en Azerbaïdjan pour BP, • 2 lots de tunnels d’assainissement au Qatar d’une longueur totale de 30 km, en 3 m et 4,50 m de diamètre. • un lot du métro de Singapour, Egalement, sur le plan de l’activité industrielle, nous livrons actuellement un tunnelier EPB à Minsk pour le creusement d’une troisième ligne de métro de la capitale Biélorusse. M T&ES - Justement, pouvez-vous nous donner quelques exemples de cette diversité de compétences que vous évoquez, en particulier à l’international ? Parmi nos chantiers internationaux les plus récents présentant un caractère innovant particulier, je citerai : • un tunnel d’assainissement qui relie 2 îles à Miami, réalisé avec un tunnelier mixte pression de boue/pression de terre, M T&ES - Le mot de la fin ? Cette aventure passionnante de 40 ans, nous la devons évidemment à nos collaborateurs, à notre groupe, mais aussi et surtout à nos clients, maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre qui nous ont accompagnés et qui ont toujours su nous faire confiance, même sur des chantiers très difficiles. t TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 M T&ES - Et en France ? Nous avons depuis plusieurs années une agence en région parisienne dont l’activité est soutenue, avec des chantiers de collecteurs d’assainissement principalement, et actuellement nous sommes présents sur deux métros, à Nice (le tramway souterrain) et à Paris avec le lot n° 2 de la ligne 14 du métro RATP. Propos recueillis par T&ES AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 Avis d’Experts AFTES « Produits et procédés d’étanchéité innovants » Système d’étanchéité projeté et confiné MASTERSEAL 345 1 - Présentation du Système d’Etanchéité Projeté et Confiné - MASTERSEAL 345 : Le 17 décembre 2012, la Société BASF Construction Chemicals France S.A.S – ZI Petite Montagne Sud – 10 rue des Cévennes – LISSES – 91017 EVRY Cedex, a sollicité auprès du Groupe de Travail n°9 de l’AFTES une demande d’attribution d’un « Avis d’Experts procédés ou produits d’étanchéité innovants ». Cette demande s‘applique au Système d’Etanchéité Projeté et Confiné (S.E.P.C) MASTERSEAL 345. Mode de fonctionnement revendiqué pour le S.E.P.C MASTERSEAL 345 : 380 Domaines d’utilisation revendiqués pour le S.E.P.C MASTERSEAL 345 : Cette demande concerne l’étanchéité adhérente au support, mise en œuvre à l’extrados ou à l’intrados des parties suivantes d’ouvrages souterrains : • Ouvrages annexes de tunnels neufs à géométrie complexe (par exemple, où un nombre important de phases ne serait pas favorable à la mise en œuvre d’une géomembrane synthétique) : - Rameaux - Garages en tunnel - Aires de sécurité - Postes incendie - Niches, etc…. Le MASTERSEAL 345 est un procédé d’étanchéité projetable, composé : • D’une couche d’étanchéité projetable à base de ciment et de polymères modifiés. Cette couche est composée d’un copolymère éthylène-acétate de vinyle (E.V.A), mélangé avec du ciment à durcissement rapide, formant un film souple et étanche à l’eau. • D’un confinement à base : - soit d’un béton coulé, par exemple : béton du revêtement définitif de l’ouvrage et dans ce cas il est considéré comme un procédé d’étanchéité extrados d’ouvrage souterrain, - soit d’un béton projeté, armé et ancré de 5 cm minimum d’épaisseur et dans ce cas il est considéré comme un procédé d’étanchéité intrados de type « parapluie ». La présence de ce confinement à base de béton projeté assure une protection de l’étanchéité. Ce procédé peut être complémentaire à un Dispositif d’Etanchéité par Géomembrane synthétique, mis en œuvre en partie courante de tunnel. Dans ce cas l’adhérence du MASTERSEAL 345 avec la géomembrane synthétique devra être vérifiée. • Tunnels et ouvrage existants (rénovation – réparation) : - Tunnels au rocher, après mise en œuvre d’un support à base de béton ou de mortier projeté, - Tunnels avec revêtement béton, non étanchés (sous réserve que l’épaisseur du procédé étanchéité + béton projeté de confinement soit compatible avec le gabarit de circulation), - Ponctuellement, renforcement par l’intrados de l’étanchéité des parties d’ouvrage suivantes : - Rameaux - Niches - Garages, etc… Photo n°1 - Aspect du MASTERSEAL après projection. Photo n°2 - Capacité d’allongement du MASTERSEAL. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 Présentation du S.E.P.C MASTERSEAL 345 Le système MASTERSEAL 345 est constitué par : - Une couche d’étanchéité de ciment modifié aux polymères (E.V.A), d’une épaisseur sèche de 3 mm minimum. La mise en œuvre de cette couche d’étanchéité se fait par projection manuelle ou mécanisée, par voie sèche. Elle se fait sur un support régulier et sec, éventuellement mat humide, mais non ruisselant . - Un confinement en béton projeté ou en béton coulé. Celui-ci est généralement mis en œuvre, après un délai de séchage pouvant varier, en fonction des conditions d’ambiance de un à plusieurs jours. La dureté Shore A du MASTERSEAL 345 devra être au minimum de 25 pour les bétons coulés et de 50 pour les bétons projetés. Dans le cas d’un confinement en béton projeté, la stabilité du support, vis-à-vis de la poussée des terres, doit être justifiée sans la présence de celui-ci. Le système MASTERSEAL 345 doit être appliqué sur un support stable, après la mise en œuvre éventuelle d’un soutènement. également, conformément aux recommandations de l’AFTES relatives aux « arrêts d’eau dans les ouvrages souterrains » (T.O.S n° 194/195 et ses révisions). Photo n°3 - Incorporation du produit dans la pompe de projection. Mise en œuvre du S.E.P.C - MASTERSEAL 345 ➧ Prescriptions générales de mise en œuvre. Ces prescriptions sont issues du Guide d’application, édité en mai 2011 par la société BASF. • Préparation du support : celle-ci consiste essentiellement à réaliser un support lisse et à réduire, ou drainer ponctuellement les infiltrations d’eau. Le MASTERSEAL 345 peut être appliqué sur toutes les surfaces offrant une adhérence suffisante et permettant la réalisation d’un film continu. Pour ce dernier point, il est nécessaire que la surface du support soit suffisamment lisse, autrement dit que les trous, aspérités, angles saillants etc...aient été éliminés par l’application d’un mortier ou d’un béton projeté fin d’uniformisation. Le MASTERSEAL 345 peut être appliqué directement sur béton projeté fibré (fibres métalliques et synthétiques). Avant l’application du MASTERSEAL 345, il est nécessaire de nettoyer le support à l’eau sous pression, pour éliminer les parties non cohésives et de l’humidifier. La pression d’eau sera déterminée en fonction du type de pollution et de résidus à éliminer. En cas d’infiltrations présentes sur le support avant application du MASTERSEAL 345 et dans le cas d’une étanchéité « parapluie » (hors nappe phréatique), le Guide d’application de BASF, propose les solutions techniques suivantes : - Mise en œuvre d’un dispositif de captage et de drainage, à base de bandes de géotextile MASTERSEAL DR1, de 30 à 50 cm de largeur, fixées mécaniquement au support. Le système de fixation devra être suffisamment solide pour éviter tout mouvement ou vibration pendant la projection du MASTERSEAL 345, - Mise en œuvre de ½ coquilles de drainage, conformément aux recommandations de l’AFTES relatives aux « arrêts d’eau dans les ouvrages souterrains » (T.O.S n° 194/195 et ses révisions) - Mise en œuvre d’un traitement de pré-étanchement par injection de coulis chimiques, avec ou sans drain de décharge hydraulique, Photo n°4 - Mélange pour une projection par voie sèche. • Mise en œuvre de la couche d’étanchéité : celle-ci se fait par projection manuelle ou mécanisée, en fonction des dimensions de l’ouvrage et des surfaces à traiter. La projection se fait de préférence par voie sèche, à raison de 3 à 4 kg/m², pour obtenir l’épaisseur minimale sèche de 3 mm, en une seule passe. Elle devra se faire hors condensation pour éviter une baisse de la dureté shore A. Photo n°5 - Matériel de malaxage du MASTERSEAL. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 381 AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 • Mise en œuvre du confortement : la mise en œuvre de ce confinement en béton coulé ou projeté, ne pourra se faire que si la couche d’étanchéité MASTERSEAL 345 présente respectivement une dureté Shore A d’au moins 25 pour les bétons coulés et de 50 pour les bétons projetés. En cas de béton projeté, son épaisseur devra être au minimum de 30 à 50 mm. Le béton projeté sera armé d’un treillis métallique ancré au support. Il pourra éventuellement être fibré (métallique ou synthétique) et ancré au support. Photo n°6 - Projection manuelle en voie sèche. • Raccordement avec une géomembrane synthétique du type PVC-P : le Guide d’application de BASF, préconise la procédure de raccordement suivante : - Au niveau de la zone de raccordement entre les deux procédés, préparation du support, sous la géomembrane PVC-P, par application d’un mortier de ciment (granulométrie de 4 mm maximum) sur 30 à 40 cm de largeur de manière à obtenir une surface uniforme et régulière. - Fixation mécanique de la géomembrane à l’aide d’un plat en acier de 30 mm de largeur, - Application par projection du MASTERSEAL 345 en recouvrement de la géomembrane sur 40 à 50 cm, avec une épaisseur sèche de 3 mm minimum. ➧ Contrôles de l’application sur chantier : Le procédé MASTERSEAL 345, nécessite sur chantier la réalisation des contrôles suivants : • Contrôle de l’épaisseur en phase projection à l’aide d’une jauge humide • Contrôle de l’épaisseur sèche, après durcissement de la couche d’étanchéité, à l’aide d’essais destructifs du type essais d’adhérence par traction directe, l’épaisseur sèche étant mesurée à la loupe micrométrique ou pied à coulisse, réglet, etc…. • Contrôle de la dureté Shore A in situ et éventuellement sur des échantillons témoins de 10 x 10 cm et de 4 mm d’épaisseur (selon ISO EN 868) et ceci systématiquement avant la mise en œuvre du béton de confinement. ➧ Caractéristiques physico-mécaniques du MASTERSEAL 345 Les caractéristiques physico-mécaniques du procédé MASTERSEAL 345, sont les suivantes : Ces caractéristiques découlent du tableau figurant dans le mémoire technique du procédé MASTERSEAL, validé par le Département Laboratoire du CETE de LYON (CEREMA) : - Résistance à la pression d’eau, selon NF EN 12290-8 : > à 0.5 MPa - Dureté Shore A à 10 jours, selon EN ISO 868 : 87 - Adhérence au support, selon NF EN 1542 : 1.45 MPa - Résistance à la rupture, selon EN ISO – 527-2 1.5 à 3 MPa - Allongement à la rupture, selon EN ISO – 527-2 120 % - Résistance à la fissuration, selon NF EN 1062-7 : classe A4 - Résistance à la déchirure, selon EN ISO 34-1 : > 30N - Classification au feu, selon NF EN 13501-1 : C.S1D0 2 - Essais laboratoire et chantier test Photo n°7 - Détail du raccordement PVC-P/MASTERSEAL. Conformément à la procédure établie pour la délivrance d’avis d’experts A.F.T.E.S, un examen du dossier technique de BASF et la réalisation de chantiers tests ont été réalisés : 2.1 - Examen du dossier technique transmis par la société BASF : Cet examen a été confié par la commission au laboratoire du CETE de LYON (CEREMA). Celui-ci s’est appuyé sur l’analyse des documents fournis par la société BASF : fiches techniques du procédé et des produits accessoires – Guide d’application – PV de résultats d’essais en laboratoire, etc…. Photo n°8 - Raccordement PVC-P /MASTERSEAL terminé. 382 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 L’examen du Guide d’application et des PV d’essais en laboratoire ont fait l’objet des documents suivants : AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 • Rapport CEREMA Cete de LYON – version n°2 d’avril 2012, demandant notamment le renouvellement de la plupart des essais de caractérisation, • Rapport CEREMA Cete de LYON de juillet 2014, validant les résultats des essais de caractérisation physico-mécanique, avec cependant un essai en attente, celui de la résistance à la fissuration. • Rapport d’essai n° BEB6.E.3078 – Essais de résistance à la fissuration d’avril 2014, validant la classe A4 à la résistance à la fissuration. Les conclusions de ce chantier test présentées lors de la commission du 24/11/2014, sont les suivantes : ◗ Pas de problème d’application du procédé en partie courante de la station (absence de fuites) et ceci avant la mise en œuvre du béton projeté de confinement, ◗ Bonne liaison visuelle avec le D.E.G synthétique du radier ◗ Pas de problème d’application du procédé sur la petite zone d’essai d’un rameau de liaison. Les conclusions de cet examen du dossier technique ont été définitivement validées par la commission lors de sa réunion plénière du 23 avril 2015. ➧ Tunnel des Echelles : rénovation d’un ancien tunnel, présentant des venues d’eau : Chantier test – Projet ECOMINT du tunnel des Echelles – Rapporteur – Frédéric CHASSIER - RATP : 2.2 - Réalisation des chantiers tests : Dans le cadre de cette demande d’Avis d’experts 5 chantiers tests ont été organisés avec l’accord de la société BASF : • Tunnel du col de la MENEE – juillet 2013 • Tunnel des Echelles (procédé testé dans le cadre du Projet ECOMINT) – juillet/août 2013 • Tunnel des MONTETS – janvier 2014 • RATP – couloir de la Station AUBER – janvier 2014 • LONDRES Cross Rail – section C510 – Liverpool street/Whitechapel Station – juillet 2014 Dans le cadre de cet Avis d’Expert les chantiers tests du tunnel des Echelles et du Cross Rail de LONDRES, font ci-dessous l’objet d’une présentation détaillée, car ils correspondent le mieux aux domaines d’utilisation vises par celui-ci : ➧ Cross Rail de LONDRES : étanchéité de rameaux et raccordement avec une géomembrane synthétique. Chantier test – Crossrail de Londres – secteur C510 – Visite du 09/07/2014 – Rapporteur – Jean-Louis MAHUET EGIS Rail : Application mécanisée d’environ 60 000 m² de MASTERSEAL 345 dans le secteur C510 BBMV (Balfour Beatty, ALPINE BeMo Tunneling, Morgan Sindall (UK) et VINCI Construction), comprenant les 2 stations de Whitechapel et de Liverpool Street. La visite de chantier s’est déroulée sur un rameau de jonction avec la station Whitechapel, sur une zone test de 25 à 30 m² de surface. L’application a été faite manuellement par voie sèche. L’épaisseur du MASTERSEAL 345 a été contrôlée à l’aide d’une jauge humide. Visuellement la couche d’étanchéité est régulière et continue, sans coulures ni présence de pinholes. Le raccordement avec le MASTERSEAL 345 en place a été fait par recouvrement de 20 à 25 cm et ne pose visuellement pas de problème. Au niveau d’une niche, le raccordement entre l’étanchéité de la voûte en MASTERSEAL 345 et une géomembrane PVC-P du radier a été examiné. Celui-ci a été réalisé conformément à la procédure décrite dans le Guide d’application de la société BASF. La géomembrane PVC-P a été fixée mécaniquement par l’intermédiaire d’une tôle colaminée sur une bande du support, préparée à cet effet. Le raccordement entre les 2 procédés s’est fait par projection de MASTERSEAL 345, directement sur la géomembrane. Visuellement l’adhérence et le recouvrement entre les deux sont corrects. • Le contexte : Le tunnel des Echelles, géré par le conseil général de la Savoie (73), a été retenu pour le projet ECOMINT, projet de soutien à l’innovation, qui consiste à expérimenter 3 procédés d’étanchéité par coques minces en tunnels. En effet, les désordres constatés sur la partie revêtue d’une coque drainante en béton armé (100 premiers mètres) sont principalement des arrivées d’eau se transformant en verglas ou stalactites en hiver. • Descriptif des travaux : Les travaux ont été réalisés en alternat, hormis les projections des étanchéités et des bétons. Ces travaux ont été confiés à l’entreprise ETANDEX Agence Rhône Alpes, Titulaire de l’appel à projets Innovation 2012. - Préparation du support Nettoyage du support à haute pression Réalisation de drain de décharge hydraulique en fonction des arrivées d’eau. - Travaux préparatoires Cette préparation consiste à obtenir un support lisse et sur lequel les arrivées d’eau ont été soit supprimées soit drainées. Réalisation d’un mortier de ragréage type R3 TMIX appliqué par voie mouillée sur l’ensemble de la surface en finition brossée. Mise en place de tiges filetées à raison de 4 ou 5 unités au m² afin de soutenir le treillis soudé de la coque armée. Les tiges d’ancrage étaient fixées mécaniquement dans les piédroits et en voûte. - Application du MASTERSEAL 345 L’application a été réalisée les 17 et 18 juin 2013 par projection par voie sèche pour une épaisseur de mise en place de 3 à 5 mm Contrôles d’épaisseur réalisés pendant la projection avec une jauge Vérification des ratios kg de MASTERSEAL / m² recouvert (contrôle sur ratios moyens – aide à la projection) Contrôle visuel par découpage de la membrane sur plusieurs points. Contrôle de la dureté Shore A (valeur minimale de 50, obtenue à environ 7 jours) - Mise en place de la couche de confinement Après application du MASTERSEAL, mise en place des treillis soudés sur les tiges filetées en attente Projection par voie sèche 15 jours après du Masterseal 345, du béton du type TMIX formant la coque armée en une passe de 5 cm. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 383 AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 • Conclusions du chantier test : L’efficacité de ce procédé repose sur le maintien de la continuité de la membrane projetée, d’où l’importance d’un traitement singulier sur toutes les fixations de la coque armée mais aussi des équipements éventuels. La mise en place d’équipements ultérieurement au traitement par MASTERSEAL 345 est soit proscrit au maximum soit avec des travaux de reprise de la continuité qui sont à définir. Le support doit être le plus régulier possible et ne pas comporter de creux d’où l’importance d’un surfaçage systématique, pour limiter la surconsommation de produit mais aussi s’assurer d’une épaisseur minimum en tout point et permettre le contrôle des consommations, en éliminant les aspérités et les angles saillants. Le produit projeté ne peut pas être appliqué sur une surface ruisselante. Il est indispensable de combiner le MASTERSEAL 345 avec un système de drainage ainsi que des traitements d’arrêts d’eau au droit des drains et de s’assurer de l’absence de venues d’eau pendant toute la durée de polymérisation et jusqu’à l’obtention de la dureté Shore de 50 (pour une application sous béton projeté). De plus l’application du MASTERSEAL 345 est également sensible au taux d’humidité ambiant, limitant à certaines périodes de l’année ces travaux pour les tunnels soumis à des variations d’humidité. Des contraintes liées aux conditions de température existent également pour la mise en œuvre du béton de confinement. Il est donc indispensable de prévoir un suivi continu et des points d’arrêts avant application de ces produits. Un suivi QUALITE dans les PAQ des entreprises applicatrices doit être exigé. 2.3 - Conclusion de ces 5 chantiers tests La participation de membres de la commission à ces 5 chantiers tests, a permis de constater la bonne adaptabilité du procédé pour assurer l’étanchéité extrados ou intrados d’ouvrages souterrains. Sa capacité de raccordement à un D.E.G synthétique a été vérifiée. Sous réserve d’une application sur un support non ruisselant et d’un temps d’attente suffisant pour obtenir une dureté Shore A de 25 pour les bétons coulés et de 50 pour les bétons projetés sur la couche de MASTERSEAL 345, ce procédé peut être utilisé dans les domaines d’utilisation, visés ci-après. La commission a validé ces 5 chantiers tests lors de sa réunion plénière du 10 juillet 2014. Photo n°10 - Chantier test du Tunnel des Echelles. 3 - Avis du GT n° 9 de l’AFTES Lors de sa réunion du 8 juillet 2015, le Groupe de Travail n°9 a donné l’avis suivant : Le Groupe de Travail n°9 de l’Association Française des Tunnels et de l’Espace Souterrain (AFTES) émet un avis favorable à l’utilisation du Système Etanchéité Projeté Confiné (S.E.P.C) MASTERSEAL 345 de la société BASF. Cet Avis d’Experts AFTES couvre les applications suivantes : • L’étanchéité des ouvrages annexes de tunnels neufs (rameaux, garages, aires de sécurité, postes incendie niches, etc….), à géométrie complexe, présentant de nombreuses phases d’exécution, soumis ou pas à une pression hydrostatique pour un confinement à base de béton coulé. Avec un confinement à base de béton projeté ancré, l’application du procédé MASTERSEAL 345 se fait de préférence, hors pression hydrostatique. Cependant une application en présence d’une pression hydrostatique, peut être envisagée, sous réserve que l’ancrage par des connecteurs soit vérifié vis-à-vis des efforts de traction générés par cette pression. Le béton de confinement projeté devra être dimensionné conformément à l’EN 1992-1-1, suivant la classe d’exposition définie par l’EN 206-1, en intégrant les vérifications complémentaires de calcul, décrites au D.T.U 14.1 &7.3 (NF P 11-211-1). • Rénovation et réparation de tunnels et ouvrages existants, également soumis ou pas à une pression hydrostatique pour un confinement à base de béton coulé, sous réserve que l’épaisseur du procédé (couche d’étanchéité + confinement) n’empiète pas le gabarit de circulation routier ou ferroviaire. En cas de présence de confinement à base de béton projeté ancré et en présence d’une pression hydrostatique, les vérifications et le dimensionnement de celui-ci, s’imposent et sont identiques à ceux proposés pour les ouvrages neufs. Le stockage et la mise en œuvre du Système d’Etanchéité Projeté Confiné MASTERSEAL 345, devront être réalisés conformément au Guide d’application de la Société BASF d’août 2015 et de ses actualisations. t NOTA : conditions de validité d’un Avis d’Experts AFTES. Cet avis d’expert est valable pour Photo n°9 - Chantier test du « Cross Rail » de Londres. 384 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 une durée de 5 ans. A l’issue de cette période un renouvellement de cet avis doit être demandé à l’AFTES. Cet Avis devient caduque à la date de l’adoption du référentiel technique, spécifique à la famille de procédé d’étanchéité concernée, par la commission AVIS TECHNIQUE CETU pour les procédés d’étanchéité mis en œuvre dans les ouvrages souterrains. Informations - CETU : téléphone : 04.72.14.34.00. AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 Avis d’Experts AFTES en cours de validité « Produits et procédés d’étanchéité innovants » Rappel de la procédure de l’Avis d’Experts AFTES L’avis d’Experts AFTES « Procédés d’étanchéité innovants » est attribué par une commission issue du Groupe de Travail n°9 de l’AFTES. Celle-ci est composée de représentants de la Chambre Syndicale Française de l’Etanchéité (C.S.F.E) de L’Association des Producteurs de Géomembrane (APROD.E.G) de l’Association des Producteurs de Systèmes d’Etanchéité Liquide (A.P.S.E.L) du Syndicat National des Formulateurs de Résines (SNFORES) de la RATP, SNCF, EDF, EGIS, SYSTRA, CETU etc… La procédure de délivrance de cet Avis d’Experts a déjà été présentée dans les numéros 168, 229 et 242 de la revue Tunnels et Espace Souterrain. Cet Avis d’Experts AFTES concerne plus particulièrement les nouveaux procédés ou produits d’étanchéité, non couverts, à la date de leur publication, par le Fascicule 67 – Titre 3 du CCTG et par un Avis Technique CETU. Le domaine d’application du procédé proposé par le producteur est vérifié par la Commission selon la procédure suivante : ➤ F ourniture et examen d’un dossier technique complet, avec notamment des PV d’essais permettant l’identification et la caractérisation physico-mécanique du procédé d’étanchéité. Les résultats de ces essais doivent répondre aux exigences essentielles, décrites à l’article 5 du Fascicule 67 – titre 3, en vigueur. ➤R éalisation d’un chantier test permettant la validation du domaine d’application, revendiqué par le produit ou le procédé d’étanchéité. L’Avis d’Experts AFTES peut être contractualisé dans un marché public de travaux d’étanchéité d’ouvrages souterrains. Fabricant du procédé Nom du procédé Conditions d’attribution et durée de validité d’un Avis d’Experts AFTES Un Avis d’Experts AFTES n’est valable que pour une durée de 5 ans. A l’issue de cette période un renouvellement doit obligatoirement être demandé à l’AFTES, sous peine de suppression de celui-ci. Attention un Avis d’Experts AFTES devient caduque automatiquement dans les conditions suivantes : • Date de publication du référentiel technique, spécifique à la famille de procédé d’étanchéité, concernée par l’Avis Technique CETU. L’existence de ce référentiel annule le renouvellement d’un procédé d’étanchéité, sous Avis d’Experts AFTES et n’autorise pas cette procédure pour de nouveaux procédés d’étanchéité. Informations sur le site du CETU : www.cetu.developpement-durable.gouv.fr • Date de parution de la réactualisation du Fascicule 67 – Titre III, terminée à cette date et en attente de publication du décret d’application au Journal Officiel (espéré courant 2016). Cette réactualisation, outre l’intégration de la norme européenne NF EN 13491, relative à l’utilisation des géomembranes et géosynthétiques bentonitiques pour l’étanchéité des ouvrages souterrains, élargie la liste des procédés bénéficiant à ce jour d’un Avis d’Experts AFTES et qui par conséquent ne sera pas renouvelé comme l’indique le tableau suivant. A la date de rédaction de cet article les procédés d’étanchéité bénéficiant d’un Avis d’Experts AFTES sont repris dans ce tableau. Description Sommaire du procédé Domaine d’application couvert Par l’Avis d’Expert Publication T.O.S et T.E.S Date d’expiration GRACE BITUTHENE HD : 3000-4000-8000 Membrane bitumineuse adhésive à froid Dalle supérieure et paroi verticale de tranchée couverte T.O.S n° 197 Juin 2017 GRACE PREPRUFE 300 R Géocomposite d’étanchéité Etanchéité des radiers et piédroits de tranchée couverte T.O.S n° 197 Juin 2017 RPM BELGIUM DUAL SEAL Géocomposite d’étanchéité avec sous-couche bentonitique Etanchéité extrados des tranchées couvertes Avis d’expert du 07/10/2010 Octobre 2015 P.D.T BLACKSWELL Joint manufacturé hydroexpansif Joint d’étanchéité des voussoirs T.E.S n° 225 2016 DE NEFF SWELLSEAL 3 V - type S Joint manufacturé hydroexpansif Joint d’étanchéité des voussoirs T.E.S n° 225 2016 SIPLAST FONDA GTX Géocomposite de drainage surfaçique Etanchéité par drainage des ouvrages souterrains T.E.S n° 225 2016 S.P.P.M TECTOPROOF CA Système d’étanchéité liquide armé - S.E.L-A Etanchéité intrados adhérente des ouvrages souterrains T.E.S n° 238 2018 DATWYLLER M.389.23 TYPE CW Joint ancré mixte d’étanchéité de voussoirs Joint d’étanchéité des tunnels forés à base de voussoirs T.E.S N° 239 2018 S.P.P.M D/NOX- TBS 10 et TBS 11 Bande de pontage manufacturée de drainage Etanchéité intrados de joints et fissures et d’étanchéité d’ouvrages souterrains T.E.S n° 242 2019 S.P.P.M TECTOPROOF CA/M Système d’étanchéité liquide armé pour maçonnerie Etanchéité intrados des ouvrages souterrains maçonnés T.E.S n° 248 2020 S.P.P.M D/NOX VBS 20 Bande de pontage manufacturée de drainage Etanchéité intrados des joints de voussoirs T.E.S n° 249 2020 B.A.S.F MASTERSEAL 345 Système d’Etanchéité Projeté Confiné - S.E.P.C Etanchéité intrados projetée et confinée par un béton coulé ou projeté T.E.S n° 251 2020 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 385 ASSOCIATIONS PARTENAIRES/PARTNER ASSOCIATIONS 60 pays se rencontrent à Edimbourg en Ecosse pour décider de l’avenir de l’ingénierie géotechnique 60 countries have come to Edinburgh to decide the future of geotechnical engineering Traduit et transmis par le CFMS (Comité Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique) [email protected] - Jacques ROBERT 60 pays ont envoyé à Edimbourg des délégués de leur Société Nationale au sein de la SIMSG (Société Internationale de Mécanique des Sols et de Géotechnique) pour se rencontrer et acter des décisions portant sur l’avenir de la profession géotechnique, et son impact sur la société (13-17 septembre 2015). Ce qui rend possible un rassemblement de cette ampleur ? La SISMG est l’organisme professionnel représentant les activités et les intérêts des sociétés d’ingénierie, des universitaires et des entreprises impliqués dans l’ingénierie géotechnique partout dans le monde. La société compte près de 20.000 membres et 89 sociétés membres représentant 90 pays. Son principal objectif est le développement du savoir, de la formation et de la coopération dans le domaine de la géotechnique. Elle a tenu son Assemblée Générale plénière à Edimbourg à l’occasion de son 16ème Congrès Régional Européen de Mécanique des Sols et de Géotechnique. Parmi les sujets qui font régulièrement l’objet de discussions, 386 notamment au sein des Comités Techniques de la SIMSG, on peut citer : les mégapoles, l’impact sur l’environnement et la protection contre les risques naturels, les effets du changement climatique (tels que l’élévation du niveau des mers), la préservation des sites et monuments historiques, et bien d’autres problématiques sociétales majeures dans lesquelles l’ingénierie géotechnique joue un rôle important tel le développement durable. Il convient de souligner, indépendamment du manque chronique de financement et de ressources, que les actions parfois très destructrices de la nature sur les constructions se sont intensifiées, avec des conséquences souvent néfastes sur les vies humaines et le patrimoine. Les géotechniciens sont ainsi confrontés à la prise en compte de catastrophes naturelles telles que inondations, séismes, glissements de terrains, etc. Le Président de la SIMSG, Roger Frank, a déclaré que le Congrès Régional qui vient de se tenir dans la ville historique d’Edimbourg, du TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 60 countries have sent representatives from their ISSMGE (International Society of Sol Mechanics and Geotechnical Engineering) National Society to meet and make some decisions about the way forward for the geotechnical profession, and its impact with society. What makes all this possible? The ISSMGE is the pre-eminent professional body representing the interests and activities of engineers, academics and contractors all over the world that actively participate in ground engineering. There are close to 20,000 members and 89 member societies. The main goal of the ISSMGE is development of knowledge, education and cooperation. It is holding its plenary Council Meeting in Edinburgh on the occasion of its 16th European regional conference XVI ECSMGE 2015 (European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering). Topics which are frequently discussed by technical committees of the ISSMGE include megacities, impact and protection against natural hazards, effects of climate change (such as the rise of sea level), preservation of historic sites and monuments and other issues important to societies and where geotechnical engineering is of prime importance. It is highly noticeable, in addition to the usual funding and capability shortfalls, nature has also intensified its sometimes very destructive actions of man-made structures and buildings, usually with adverse consequence for life and property. Floods, earthquakes, landslides, are but some examples of the natural hazards of our world that geotechnical engineers have to contend with. The President of the ISSMGE, Roger Frank, said that the ISSMGE European regional conference held now in the historic city of Edinburgh, 13th to 17th September is a major event for our community. It is the first to be held in Scotland and being located in the heart of Edinburgh. The conference theme, Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development, is broad and inclusive and, according to Conference Chair Professor Mike Winter, reflects Scotland’s current commitment to invest in improving its infrastructure. ASSOCIATIONS PARTENAIRES/PARTNER ASSOCIATIONS 13 au 17 septembre, est une manifestation majeure pour notre communauté. C’est le premier de ces Congrès qui s’est tenu en Ecosse. Le thème du Congrès, L’Ingénierie Géotechnique pour les Infrastructures et le Développement, était volontairement large et, selon le Président du Comité d’Organisation du Congrès, le Professeur Mike Winter, il reflète l’actuelle volonté de l’Ecosse d’investir dans l’amélioration de ses infrastructures. Dans le monde d’aujourd’hui, l’amélioration du niveau de vie, de la connectivité et de la productivité passe par un développement des infrastructures, et ce Congrès a joué un rôle primordial dans ce contexte. Il a généré d’innombrables opportunités pour toutes les parties prenantes : maîtres d’ouvrages, sociétés d’ingénierie, universitaires, entreprises, fabricants/fournisseurs de matériels et matériaux. Chacun a pu participer, présenter des communications et contribuer à la réflexion. L’une des réussites majeures de ce Congrès est d’avoir su rassembler les Comités Techniques internationaux, qui constituent le cœur de la SIMSG, et de leur permettre d’échanger de manière très enrichissante avec de nombreuses sociétés actives et influentes de par le monde qui contribuent à construire, protéger et maintenir les infrastructures, devenues essentielles. De nombreux “Corporate Associates” de la SIMSG étaient présents pour avoir un aperçu des discussions et y participer. C’est grâce à cette réflexion et ces idées innovantes que la SIMSG reste à la pointe des développements et de la pratique de l’ingénierie géotechnique dans le monde. L’actualité géotechnique locale est dynamique, comme l’illustrent les visites techniques particulièrement intéressantes proposées dans le cadre du Congrès, et notamment celle du projet actuel emblématique en Ecosse, le “Queensferry Crossing”, qui met en œuvre des grands terrassements, ainsi que d’importants travaux de fondations aussi bien à terre qu’en mer. Ce congrès a été déclaré ouvert par M. Derek Mackay, Membre du Parlement Ecossais, Ministre des Transports et des Iles. t In a world that is highly focused on improving its infrastructure as a way of both improving living standards, connectivity and productivity, the role this conference will play will be vital. This conference presents a multitude of opportunities for all parts of the industry, including asset owners, consultants, contractors and materials and equipment manufacturers, as well as academics, to attend, contribute to the thinking and to present papers. visits, including to Scotland’s current landmark project, the Queensferry Crossing, which includes substantial earthworks and major foundation works both onshore and offshore. The Conference will be opened by Derek Mackay MSP, Minister for Transport & Islands. t A significant achievement at this conference is the focus on getting world class technical committees that are the life blood of the ISSMGE to interact in a very interesting fashion with many influential and active companies around the world that help deliver, protect and maintain infrastructure that is so vital to human society. Many of our valued Corporate Associates are there on hand to direct, participate and get insights from the discussion. Such innovative thinking and ideas are what has kept ISSMGE at the forefront of the development and practice of geotechnical engineering in the world. The very active local geotechnical scene is reflected by the fact that we have a number of excellent technical TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 387 Programme ➤ G. Van Der Borch (FEREB): Normen en technieken in verband met reparatieenovatie van beton; ➤ V. Thibert (Région de Bruxelles-Capitale): Rénovation des tunnels routiers bruxellois; ➤ R. Caspeele (UGent): Duurzaamheid, risicoanalyse, levensduur van kunstwerken; ➤ C. Larive(Centre d’Etude des Tunnels): Rénovation du tunnel de Rive de Gier (France); ➤ D. Hahne (STUVA): Rehabilitation of metrolines in Germany; ➤E . Hemerijckx (De Lijn) & W. Cromheeke (NV Denys): Renovatie en indienststelling van de eerder gebouwde tunnels onder de Turnhoutsebaan te Antwerpen; ➤ K. Goris (AWV): Ventilatie en rookverwijdering in wegentunnels in Vlaanderen; ➤ X : Rénovation du réseau des tunnels (auto)routiers en Ile-de-France; ➤ J. Vercammen (AWV): High performance lighting - On the road for energy efficiency in road tunnels; ➤X . Deckers (FESG): Beheer en interfaces tussen verschillende technieken in tunneluitrustingen (rook en warmteafvoer); ➤ U. Kneiss (Deutsche Bahn): Widening of railwaytunnels in Germany; ➤ J. Moyaert (NV Tuc Rail): Brandbeveiliging van de Kennedyspoortunnel in Antwerpen; ➤ X : Rehabilitation of some tunnels in Scandinavia. Lieu : TRACTEBEL Forum - Avenue Arianelaan, 7 - 1200 Bruxelles / Brussel ABTUS - BVOTS : Tel-Fax : 02/770 90 95 - E-mail : [email protected] Lombardi : Une histoire commencée il y a 60 ans C’est en 1955, à Minusio en Suisse, que Giovanni Lombardi fonde sa société de conseil en matière de services d’ingénierie. Lombardi se consacre aujourd’hui au cycle de vie des infrastructures de transport et des ouvrages hydrauliques depuis leur conception et les études de faisabilité, jusqu’à leur exploitation, la mise en service, la sécurité et l’entretien. Fort de son implantation dans 9 pays, le groupe compte plus de 300 ingénieurs et techniciens et couvre des projets internationaux. on compte les responsables des tunnels et voies rapides urbaines de l’agglomération lyonnaise, les responsables du projet de la future liaison ferroviaire Lyon Turin en région Rhône-Alpes ou encore les différents exploitants de réseaux routiers et autoroutiers régionaux et nationaux. Pour faire face à la croissance soutenue de son activité, l’entreprise, qui emploie déjà 25 ingénieurs, recrute régulièrement de nouveaux experts dans les domaines de compétence du groupe. Les clés de sa réussite reposent sur : - une indépendance absolue face aux entreprises, aux fournisseurs et autres consultants, - des services sur mesure associant innovation technologique et pratiques d’ingénierie éprouvée, - un partenariat étroit et durable avec ses clients. Focus sur l’activité tunnels Lombardi France : Un lancement réussi Publi-reportage En 2013, Lombardi implante sa filiale française, Lombardi Ingénierie, à Lyon. Dès son premier exercice, la toute jeune filiale se distingue par son dynamisme et ses succès. De 13 clients en 2013, Lombardi France en compte aujourd’hui 37, parmi lesquels L’exploitation des ouvrages souterrains est une activité complexe, tant par la diversité des infrastructures que par le nombre d’usagers qui les empruntent. Expert dans les tunnels ferroviaires, routiers et autoroutiers, Lombardi intervient aussi bien dans le cadre de la réalisation de nouveaux ouvrages que lors de la rénovation d’ouvrages existants. Depuis le génie civil avec les études préliminaires, la surveillance, l’auscultation d’ouvrages et les missions d’expertises, jusqu’à l’exploitation, la sécurité et la maintenance, la société accompagne les maîtres d’œuvre et maîtres d’ouvrage pendant toute la durée de vie de l’infrastructure. Pour nous rencontrer ou nous joindre Lombardi Ingénierie 70 rue de la Villette - 69003 Lyon Cedex 3 - France Tel : +33 (0)4 26 84 26 10 http://www.lombardi.ch DÉLÉGATIONS RÉGIONALES Délégation Sud-Est Conférence « Dragon » 24 Septembre 2015, Bron, Lyon Maurice GUILLAUD, AFTES DRAGON est l’acronyme (approximatif) de Development of Resource-efficient and Advanced underground technologies et le projet de recherche européen Dragon a été lancé en 2013 à l’initiative d’un consortium de 7 membres : la Montanuniversität de Leoben (Autriche), Porr Bau GmbH (Autriche), Herrenknecht AG (Allemagne), B+G (Suisse), Jacques Burdin Ingenieur Conseil (France), PE North West Europe Ltd (UK) et Indutech instruments GmbH (Allemagne). Le projet Dragon vise à trouver des solutions pour la ré-utilisation des déblais d’excavation des tunneliers ; on sait en effet que les futurs travaux de tunnels en Europe généreront quelque 800 millions de tonnes de déblais qui, si l’on s’en tient aux pratiques actuelles, iront en décharge. La possibilité de recycler et d’utiliser une partie de ces matériaux de déblais présenterait le double avantage de limiter les transports de déblais vers la décharge et d’agrégats vers le chantier, sans parler d’autres utilisations envisageables des déblais recyclés (acier, céramique, verre, etc.). Ainsi le projet Dragon est-il orienté vers le développement d’un système intégré au tunnelier permettant l’analyse automatique, la classification et le tri sélectif des déblais de forage. Le programme de cette journée technique, parfaitement organisée par Alain Mercusot et Jean-François Jaby, a permis aux quelque 80 participants de découvrir et comprendre ce qu’est ce projet européen Dragon, avec les différentes interventions des principaux acteurs de ce projet qui se sont déroulées comme suit : • Présentation de la journée et des thèmes abordés - Michel DEFFAYET, directeur du CETU et vice-président de l’AFTES • Présentation du projet Dragon - Robert GALLER, Montanuniversität Leoben (Autriche), Directeur du Département « Ingénierie du Sous-sol », coordinateur du projet Dragon 11h00 390 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 • La classification des matériaux excavés, les méthodes de creusement, la gestion opérationnelle surchantier – Jacques BURDIN, Ingénieur Conseil, La Féclaz (France) • Les méthodes de caractérisation et d’analyse, les matériels de traitement – Cédric THALMANN, Directeur du Bureau B+G, Berne (Suisse) • Les applications industrielles du projet Dragon, le prototype – Christian HIMMELSBACH, Ingénieur R&D HERRENKNECHT, Schwanau (Allemagne) • 15h00 La caractérisation et l’utilisation de minéraux sortant du cadre normatif - Cédric THALMANN, Directeur du Bureau B+G BERNE (Suisse) • Les 10 études de cas du projet Dragon – Jacques BURDIN, Ingénieur Conseil, La Féclaz (France) •D iscussion et clôture de la journée – Michel DEFFAYET, AFTES / CETU. Le schéma descriptif du système Dragon et les caractéristiques des différents systèmes d’analyse et de mesure des propriétés des déblais sont décrits sur le site www.dragonproject.eu que nous conseillons vivement à nos lecteurs de visiter. t DÉLÉGATIONS RÉGIONALES Journée technique au Centre Château Perrache Hôtel Mercure de Lyon le 16 octobre 2015 Mercusot, AFTES Alain Dans le cadre d’un hôtel lyonnais mythique de style Art-nouveau implanté au centre de la presqu'île de Lyon entre la place Bellecour et le quartier de la Confluence, rouvert après quatre mois de travaux intérieurs colossaux pour “redonner son lustre d'antan”, la journée technique de l’AFTES intitulée « Les tunneliers peuvent-ils passer partout ? Nouvelles expériences, nouvelles limites, perspectives » a été ouverte par le Président de l’AFTES, Yann Leblais (Arcadis) devant 186 personnes, en majorité membres de l’Association. Dix présentations techniques (8 en français et 2 en anglais) se sont enchainées avec quelques pauses ‘questions-réponses-discussions’ terminées, en fin d’après-midi, par quelques informations concernant l’évolution du Mastère et les dernières manifestations 2015 de l’AFTES. • Défis posés par les tunneliers de grand diamètre - Tunnel de Tuen Mun Chek Lap Kok à Hong Kong (TMCLK Link) Tunnel routier foré au tunnelier : diamètres intérieurs 15,6 m et 12,4 m, longueur totale 2 x 5,48 km. Sophie MINEC – Bruno COMBE (Bouygues) • Gestion des pressions de confinement élevées - Istanbul Strait Road Tube Crossing à Istanbul La Turquie ouvre le premier tunnel sous le Bosphore pour relier l’Asie et l’Europe. Tunnel routier creusé au tunnelier : diamètre intérieur 12 m, longueur 3,4 km, deux niveaux. Werner Burger (Herrenknecht) • Quelques exemples d’anomalies de confinement Stabilité du front de taille, gradient stabilisateur, limites du système, paramètres de confinement non adaptés, liquéfaction, propriétés de la boue, discontinuités de terrain. Alain Vial (Vinci) • Raisons du choix d’un confinement et les aménagements spécifiques - Tunnel de Viroflay Section souterraine du tramway T6 creusée au tunnelier EPBM : diamètre intérieur 8,0 m, longueur 1,5 km. Guy Lechantre (Eiffage) • Crossover series - Green project Grosvenor Mine Dual Mode Machines (multiple project usage). Lok Home (Robbins) • Adaptation aux convergences importantes - Galerie de sécurité du Fréjus (routier). Creusement au tunnelier roche dure à simple jupe adapté aux grandes déformations : diamètre intérieur 8,20 m, longueur 13 km. Elisabeth Besson (Razel-Bec) • Innovations et prédictions de terrain - Projet européen de recherche et de développement NeTTUN Thomas Camus (NFM) • Solutions innovantes pour répondre à un problème spécifique rencontré Une machine à démonter un tunnel (Tunnel Dismantling machine) : diamètre intérieur 5,3 m, longueur du tunnel 132 m. Pascal Moliner (CSM Bessac) • Tendances et évolutions constatées Avancement du GT4, puissances, diamètres, confinement, nouveaux axes de réflexions en cours, défis à venir. Magali Schivre (Systra) – Patrick Ramond (Razel-Bec) • Perspective des travaux au tunnelier en France Expansion considérable des chantiers de transport urbain dans les dix prochaines années, projets qui alimenteront la demande en tunneliers, défis et ce qu’on attend des acteurs. Michel Deffayet (CETU) – Michel Pré (Setec) • Evolution du Mastère Tunnels et Ouvrages Souterrains (T.O.S.) Ouverture de sessions de formation continue communes au MS TOS Denis Branque (ENTPE) t Les inscrits présents à cette journée peuvent télécharger les interventions à l’adresse : http://www.aftes.asso.fr/evenements.html TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 391 AGENDA/CALENDAR NOVEMBRE 2-6 novembre 2015 XXVth World Road Congress SEOUL, COREE www.piarcseoul2015.org [email protected] 11-13 novembre 2015 Tunnels and underground construction 2015 ZILINA, SLOVAQUIE www.tps2015.sk [email protected] 18-20 novembre 2015 Tunnel Boring Machines in Difficult Grounds TBM DiGs SINGAPOUR www.tbmdigs.org [email protected] 19 novembre 2015 ITA tunnelling awards 2015 HAGERBACH, SUISSE [email protected] 2-3 décembre 2015 NCE Tunnelling Summit LONDRES, GRANDE BRETAGNE https://tunnelling.nce.co.uk/ 3-4 décembre 2015 ICSGE 2015 - International Conference on Soft Ground Engineering SINGAPOUR www.geoss.sg [email protected] Journée technique annuelle de l’ABTUS Rénovation des tunnels routiers et ferroviaires BRUXELLES, BELGIQUE www.abtus-bvots.be DÉCEMBRE 1-2 décembre 2015 II International Symposium on Waterproofing of Underground Structures SAO PAULO, BRESIL www.tuneis.com.br 2016 20-22 avril 2016 JANVIER 26-27 janvier 2016 Congrès ATEC ITS France «Les rencontres de la mobilité intelligente» PARIS, FRANCE www.congres-atecitsfrance.fr [email protected] 6th European Transport Research Conference - TRA 2016 - Moving forward : Innovative Solutions for Tomorrow’s Mobility VARSOVIE, POLOGNE www.traconference.eu [email protected] International Symposium on Submerged Floating Tunnels and Underwater Structures (SUFTUS-2016) CHONGQING, CHINE www.cmct.cn 22-28 avril 2016 World Tunnel Congress & 42st ITA General Assembly including NAT2016 SAN FRANCISCO, USA www.wtc2016.us 9-10 mars 2016 FRC-CREEP 2016 - International RILEM Workshop on Creep Behavior in Cracked Section of Fiber Reinforced Concrete VALENCE, ESPAGNE www.frc-creep-2016.webs.upv.es 16-18 mars 2016 Symposium ISTSS 2016 7th International Symposium on Tunnel Safety and Security MONTREAL, CANADA www.istss.se [email protected] 25-26 avril 2016 8th International Conference Tunnel Safety and Ventilation New developments in Tunnel Safety GRAZ, AUTRICHE lampx.tugraz.at MAI 18-20 mai 2016 2nd International Conference on Rock Dynamics and Applications (RocDyn-2) “From Research to Engineering” SUZHOU, CHINE www.rocdyn.org STUVA Expo 2015 - Westfalenhallen www.stuva-expo.com [email protected] 1-3 décembre 2015 392 INTERtunnel 2016 TURIN, ITALIE www.intertunnel.com [email protected] 18-21 avril 2016 SSCS 2015 Numerical Modeling Strategies for Sustainable Concrete Structures RIO DE JANEIRO, BRESIL www.coc.ufrj.br [email protected] 1-2 décembre 2015 STUVA Conference DORTMUND, ALLEMAGNE www.stuva-conference.com 5-7 avril 2016 14-16 décembre 2015 MARS 24 novembre 2015 AVRIL 17-18 mars 2016 Journées nationales maçonnerie IFSTTAR : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux MARNE-LA-VALLEE, FRANCE jnm2016.ifsttar.fr ÈTUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°251 - Septembre/Octobre 2015 23-25 mai 2016 13th International Conference Underground Construction & 3rd Eastern European Tunnelling Conference (EETC 2016) PRAGUE, REPUBLIQUE TCHEQUE www.ucprague.com [email protected] BUILD ON US www.soletanche-bachy.com g Intervenant partout dans le monde pour le compte de clients publics ou privés, Soletanche Bachy s’attache à proposer les meilleures solutions techniques et contractuelles : elle apporte aussi bien des compétences polyvalentes d’ensemblier dans le cadre de grands projets d’infrastructures, que celles de spécialiste maîtrisant l’ensemble des procédés de géotechnique, de fondations spéciales, de travaux souterrains, d’amélioration et de dépollution des sols. n l Ligne 14 : Station Mairie de Saint-Ouen l FRANCE l Tunnels__1015.indd 1 29/10/2015 15:18:48