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N 239 - Septembre/Octobre 2013
1PCCOUV 239_Mise en page 1 07/11/13 10:49 Page1
SANDVIK LH410,
un condensé de performances
340etandex_Mise en page 1 10/09/13 08:43 Page1
361_sommaire_Mise en page 1 08/11/13 13:25 Page1
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° 239
Bi-monthly magazine
Septembre/Octobre 2013
Dépôt légal 2 ème semestre 2013
ÉDITORIAL
AFTES INFO
404--
363--
CHANTIERS / WORKSITES
364--
ECOMINT - Les travaux sont terminés
dans le tunnel des Echelles (73)
Catherine Larive
ECOMINT - Works in the Echelles tunnel
in Savoie have now been completed
TECHNIQUE / TECHNICAL
409--
Influence d’un jet d’air sur la longueur
d’une nappe de retour de fumée
Mélanie Lorenz, Hervé Biollay
393--
368--
Le tunnel de Saverne
sur la LGV Est-Européenne
Surveillance rapprochée pour
la construction du Tunnel SR 99
de l’Alaskan Way à Seattle
AVIS D’EXPERT
Jean-Ghislain La Fonta, Loic Galisson,
Boris Caro Vargas
Alain Cuccaroni, Nora Zehani, Alain Lacroix,
Pierre Bouvatier, Jean Sousa, Philippe Legrand
The Saverne tunnel on the Eastern-European
High-Speed Railway line
Influence of an air jet on the length
of a back layer
Procédés ou produits
d’étanchéité innovants
Joint ancré mixte M 389 23
type “CVV” d’étanchéité
des voussoirs
Close monitoring for the construction
of Alaskan Way Tunnel SR 99 in Seattle
417
380--
Impact of seismic loading on the design
of underground projects
Example of the Line3 phase2
of the Greater Cairo metro
Sylvie Giuliani-Leonardi, J. Dupeyrat
387--
Record de microtunnelier au Maroc
Dirk Derycke, Mathieu Griselain
Micro-tunnelling record performance
in Morocco
Manufacture and delivery of a new EPB
TBM for the Moscow Metro extension
Thomas Camus
Construction et montage sur chantier
d’un tunnelier à pression de terre
pour l’extension du métro de Moscou
421--
Les parois résistantes au feu
chez Promat
AGENDA
423--
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.
SANDVIK LH410,
un condensé de performances
o
Les dernières évolutions apportées à ce Charge & Roule permettent :
• une hauteur de déversement supérieure à 3m80
• une capacité de chargement de 10 tonnes grâce à des godets de 4 à 6 m3
• un confort amélioré pour l'opérateur (cabine pressurisée, climatisée,
FOPS/ROPS, caméra avant/arrière)
• une maintenance facilitée grâce à un système CAN-BUS de diagnostic embarqué.
N 239 - Septembre/Octobre 2013
www.construction.sandvik.com
VISITE DE CHANTIER /-SITE VISIT
Philippe Millard
© Sandvik
Sandvik Mining and Construction France S.A.S.
[email protected]
399--
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°239 - Septembre/Octobre 2013
M
Impact des actions sismiques sur
le dimensionnement des projets en souterrain
Exemple de la phase 2 de la Ligne 3
du métro du Caire
361
solexpertifs_Mise en page 1 08/11/13 10:53 Page1
TUNNEL de VIOLAY
TUNNEL de BIELSA
Voiries souterraines des Halles
363_édito_Mise en page 1 12/11/13 14:50 Page3
EDITORIAL
CE QUI EST ÉCRIT
SANS EFFORT EST
GÉNÉRALEMENT LU
SANS PLAISIR…
i ce qu’écrit Samuel Johnson est juste, nos lecteurs vont certainement prendre du plaisir à lire cette édition dont le bouclage – en
témoigne son léger retard de parution – nous a demandé plus d’efforts
que d’habitude, du fait d’un nombre plus important d’articles assez courts
et de modifications de dernière minute proposées par quelques auteurs.
Nos lecteurs ne manqueront pas aussi de remarquer que tous les textes
publiés ne sont pas bilingues. En effet, pour certains articles rédigés en
anglais, très techniques et bien illustrés, dont la compréhension générale
est relativement facile, nous avons choisi de n’en proposer en français
qu’un résumé. De même, quelques textes en français, comme ceux
relatifs aux activités de l’AFTES, ne sont pas traduits en anglais, ce qui
ne signifie pas qu’ils ne s’adressent pas aussi à nos amis anglophones
mais simplement qu’ils n’ont pas un intérêt technique majeur au point
de mériter une traduction. Vos réactions sur ce choix nous intéressent ;
contactez la rédaction !
S
l est une information récente exceptionnelle qui n’a pas fait en France
la une des journaux, même techniques, et dont nous parlerons un jour
prochain car elle le mérite, c’est l’inauguration à Istanbul, mardi 29 octobre,
du premier tunnel ferroviaire sous-marin reliant l’Europe et l’Asie. La
construction de ce tunnel, long de 14 km, comprenant une partie immergée de 1400 m sous le Bosphore, aura duré près de neuf ans. Ce que les
Français peuvent modestement associer à cette nouvelle avancée est
qu’en 1860, un ingénieur français nommé Simon Préault, alors en poste
à Constantinople, avait présenté au Sultan Abdülhamit II un projet de
traversée du Bosphore avec un pont-tunnel immergé qui avait été breveté
mais très vite déclaré irréalisable, les techniques de l’époque n’étant pas
assez fiables pour réaliser un ouvrage résistant aux courants marins
du détroit. Où sera le prochain tunnel intercontinental ? Sous le détroit
de Béring entre la Russie et l’Alaska ? Sous le détroit de Gibraltar entre
l’Espagne et le Maroc ? Ou encore entre les Etats-Unis et l’Europe, avec
un tunnel flottant abritant un train hypersonique? Et pour quand ? L’utopie
et le rêve sont souvent utiles à la science… source de tant de réalités.
I
En attendant les réponses, nous vous souhaitons bonne lecture de ce
numéro d’actualité…
WHAT IS WRITTEN WITHOUT EFFORT IS
IN GENERAL READ WITHOUT PLEASURE
(SAMUEL JOHNSON)
I
f what Samuel Johnson wrote is true, it can safely be assumed that
readers will derive great pleasure from this issue of our magazine.
Getting it ready for print was a harder task than on other occasions
(hence the slight delay in publication) due to a larger number than usual
of shorter articles and last-minute changes suggested by some contributors. Readers will also notice that not all the articles have been
published in two languages. Indeed, for some articles written in English
that are highly technical, well-illustrated and relatively easy to understand at a general level, we have decided to provide only an abstract in
French. Similarly, some texts in French – including those concerning
AFTES internal affairs – have not been translated into English. It has
been decided that these do not present sufficient technical interest to
merit translation, although they are of course directed at speakers of
other languages too. We are keen to receive feedback about this
decision, so please do tell us what you think by getting in touch with
the editors.
O
ne recent item of news which has not made the headlines in
France (even in technical journals) but that is fully deserving of
coverage by us at a later date is the inauguration on Tuesday, October
29 of the first undersea rail tunnel linking Europe to Asia – in Istanbul.
Construction of this tunnel, 14 km long and including an immersed
tube section 1400 m long beneath the Bosphorus, took almost 9 years.
There is a tenuous French connection to this new feat of progress. In
1860, a French engineer called Simon Préault, working at that time in
Constantinople, presented a project for a Bosphorus Crossing comprising a bridge and immersed tunnel. This was quickly decreed to be
impossible to build, since the techniques of the day were not reliable
enough to build a structure capable of withstanding the marine currents
in the strait. Where will the next inter-continental rail tunnel be? Beneath
the Bering Strait between Russia and Alaska? Beneath the Strait of
Gibraltar between Spain and Morocco? Or indeed between the United
States and Europe, with a hypersonic train travelling in a floating
tunnel? And when might it be built? Utopia and the stuff of dreams are
often beneficial for science, which in turn leads to innumerable
real-life results.
We may not yet know the answers to these questions, but you can enjoy
reading this issue in the meantime.
Maurice Guillaud, Rédacteur en chef / Editor
Directeur de publication : Yann LEBLAIS - Rédacteur en chef : Maurice GUILLAUD - Comité de rédaction : Nicole BAJARD, CETU / Rédactrice du site AFTES - Anne BRISSAUD, Responsable
communication NFM Technologies - Didier DE BRUYN, Vice-Président ABTUS - Michel DUCROT, EIFFAGE TP - Pierre DUFFAUT, Ingénieur-conseil - Denis FABRE, professeur CNAM - Bernard FALCONNAT,
Ingénieur-conseil - Jean-Paul GODARD, Cadre de direction honoraire RATP / Secrétaire ITACUS - Jean-Bernard KAZMIERCZAK, INERIS - Benjamin LECOMTE, VINCI Construction - Alain MERCUSOT,
CETU / Secrétaire Général AFTES - Gilles PARADIS, SNCF IGOA Tunnels - Jean PIRAUD, ANTEA - 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 - SPECIFIQUE - Edition : 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]
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363
364_367aftes-info_Mise en page 1 08/11/13 13:43 Page364
AFTES INFO M
Hallandsås tunnel, Suède
(page 367)
France
Lyon-Turin
Mardi 24 septembre, Franck Riboud, Président du
Comité pour la Transalpine, Bruno Rambaudi, Vice président du Comitato Transpadana, Jean-Jack
Queyranne, Président de la Région Rhône-Alpes,
Louis Besson et Mario Virano, Présidents de la Commission intergouvernementale (CIG), se sont rencontrés pour une réunion extraordinaire du conseil
d’administration de la Transalpine. A quelques
semaines du sommet franco-italien prévu le 20
novembre à Rome, dont l’un des thèmes majeurs
sera le projet ferroviaire Lyon – Turin, il s’agissait de
faire le point sur les prochaines étapes à franchir
pour que les travaux de construction du tunnel de
base puissent continuer.
Les participants ont souligné les récentes avancées
du projet en France :
• l’accord pour le lancement de l’appel d’offres relatif à la réalisation des travaux de la galerie de
reconnaissance de Saint- Martin-la-Porte ;
• la confirmation en mars dernier par le Président
de la République auprès de Jean-Jack Queyranne
de son engagement en faveur du Lyon-Turin ;
• le décret du 23 août 2013 qui déclare d’utilité
publique et urgents les travaux d’accès au tunnel
de base. Ils ont par ailleurs noté la détermination
avec laquelle le gouvernement italien mène ce
dossier et qui s’illustre au travers :
• du démarrage des travaux de la galerie de reconnaissance de Chiomonte et l’entrée en fonction du
tunnelier prévue courant octobre ;
• de l’approbation des fonds d’accompagnement
économique de la nouvelle ligne ferroviaire en vallée de Suse à hauteur de 2 milliards € en 2013 ;
• de l’approbation par le Conseil des Ministres du
projet de loi de ratification de l’accord franco-italien de janvier 2012.
Les participants ont également rappelé l’importance
fondamentale des décisions européennes :
• l’adoption par le Parlement sur proposition du
Conseil du réseau central « Core Network » fondé
sur 10 grands corridors à réaliser d’ici 2030, dont
le Lyon - Turin ;
• le futur budget européen pour la période 2014-2020,
qui devrait permettre un financement par l’Union
européenne de 40% du coût total tunnel de base.
Lors d'un entretien en Savoie avec les parlementaires
de sa majorité, François Hollande a confirmé que le
traité franco-italien pour la liaison Lyon-Turin sera ratifié avant la fin de l'année. En effet, on a appris depuis,
que l'Assemblée Nationale sera appelée à ratifier le
traité le 31 octobre 2013 et le Sénat devrait statuer
le 18 novembre.
On Tuesday, September 24, Franck Riboud, Chairman of the ‘Comité pour la Transalpine’ committee,
Bruno Rambaudi, Vice-Chairman of Comitato Transpadana, Jean-Jack Queyranne, President of the
Rhône-Alpes Region, Louis Besson and Mario
Virano, Chairs of the Inter-Governmental Commission (Commission intergouvernementale, CIG), met
for an extraordinary meeting of the Transalpine board
of directors. With just a few weeks to go before the
Franco-Italian summit scheduled for November 20
in Rome, one of the main topics of which will be the
Lyon-Turin rail project, the aim was to review the
next steps to be taken in order for construction work
on the base tunnel to continue.
The participants underlined the recent progress
made in France on the project:
Prolongations du métro parisien / Paris metro extensions
La consultation publique sur le projet d’extension de la ligne 11 du métro parisien a
débuté. Cette extension en souterrain de 6 km ira du terminus actuel de la Mairie des
Lilas jusqu’à la station de RER de Rosny-Bois-Perrier. Les études détaillées devraient être
terminées l’année prochaine pour un démarrage des travaux fin 2014 et une mise en
service en 2019. Le coût total du projet est estimé à 1,25 milliard d’euros.
D’autre part, la RATP a annulé l’appel d’offres pour la construction de l’extension de la
ligne 4 entre Bagneux et Montrouge. Le lot 1 concernait un tunnel de 630 m de long et la
station Verdun et le lot 2 une tranchée couverte de 1,2 km et la station Bagneux. Un nouvel
appel d’offres devrait être publié pour la réalisation de ces travaux d’un montant de 391
millions d’euros.
364
M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°239 - Septembre/Octobre 2013
• agreement for the launch of the call for tender for
execution of works on the Saint-Martin-la-Porte
survey gallery ;
• confirmation last March by France’s President to
Jean-Jack Queyranne of his commitment in favour
of the Lyon-Turin link ;
• the decree of August 21, 2013 declaring the base
tunnel access works to be urgent and in the public
interest. Furthermore, they noted the determination with which the Italian government was dealing
with the case, as evidenced by the following ;
• Commencement of works on the Chiomonte survey gallery and the planned entry into service of
the TBM in October ;
• the approval of economic assistance funds for the
new rail line in the Susa valley for a total of € 2
billion in 2013 ;
• approval by the Council of Ministers of the bill to
ratify the Franco-Italian agreement of January 2012.
The participants also reiterated the fundamental
importance of key decisions by the European Union:
• the adoption by the European Parliament of the
Council’s ‘Core Network’ proposal, based on 10
major corridors to be constructed by 2030, including the Lyon-Turin link ;
• the forthcoming EU budget for 2014-2020, which
should include scope for European Union funding
of 40% of the total cost of the base tunnel.
During discussions in Savoie with MPs from his
ruling party, François Hollande confirmed that the
Franco-Italian treaty for the Lyon-Turin rail link would
be ratified before the end of the year. Indeed, it has
since been learned that France’s National Assembly
will be called to ratify the treaty on October 31, 2013,
with a vote in the Senate following on November 18.
AFTES INFO
The public inquiry for the Paris metro line 11 extension project has commenced. With a length of 6 km,
this underground extension will run from the current terminus at Mairie des Lilas to the Rosny-Bois-Perrier
RER station. Detailed studies should be completed next year for commencement of works at the end of
2014 and commissioning in 2019. The estimated total cost of the project is € 1.25 billion.
In other news, RATP has cancelled the existing call for tender for construction of the metro line 4 extension
between Bagneux and Montrouge. Work package 1 concerned a tunnel 630 m long and Verdun station; work
package 2 related to a covered trench 1.2 km long and Bagneux station. A new call for tender is due to be
published for performance of these works, for a total cost of €391 million.
Grand Paris Express / Grand Paris Express
Metro de Rennes Ligne B / Rennes metro Line B
La société du Grand Paris a signé les premiers contrats d’études et de gestion de projet, pour
ce futur réseau d’environ 200 km autour de Paris. Le lot Est entre Noisy Champs et Villejuif Louis
Aragon, comprenant 21 km de tunnels et 7 stations, a été attribué à Systra. Le lot Ouest entre
Villejuif Louis Aragon et Pont de Sèvres, sur 12 km et 7 stations, a été attribué au groupement
SETEC (mandataire) / INGEROP. Les sociétés ARCADIS et BG Ingénieurs-Conseils ont obtenu le
contrat d’assistance à maitrise d’ouvrage et la conduite générale d’opération, alors que Systra/
EGIS et ETEC/ITS réaliseront les études du système ferroviaire. Le montant total des contrats
attribués s’élève à 300 millions d’euros. Les études devraient être prêtes en 2015 pour un démarrage des travaux sur la section Pont de Sèvres-Noisy Champs de la nouvelle ligne 15 du métro
qui représente à elle seule un investissement public de 5.3 mds EUR.
La société RENNES METROPOLE a attribué le contrat de
construction de la section en tunnel de la ligne B du métro au
groupement Dodin Campenon Bernard Sas (Mandataire) / Spie
Batignolles Tpci / Gtm Ouest / Legendre Genie Civil / Spie Fondations / Botte Fondations. Ce lot comprend l’excavation au
tunnelier d’un tunnel mono tube de 7,7 km de long et de 9 m
de diamètre, creusé à une profondeur comprise entre 9 et 20
mètres. La construction des stations devraient démarrer début
2014 et le tunnelier est attendu sur le chantier pour la fin 2014.
L’objectif de creusement est de 300 mètres par mois. Neuf stations sont prévues sur la section du tunnel foré; l'excavation
au tunnelier doit débuter en 2015. D’ici la fin de l’année et le
début 2014 les lots restants de la ligne B seront attribués; ils
concernent les tranchées couvertes et les stations au SudOuest et au Nord-Ouest, un viaduc de 2,8 km de long et trois
stations en surface.
Société du Grand Paris has signed the first design and project management contracts for its future
orbital network, which will run for a distance of some 200 km round Paris. The East work package
between Noisy Champs and Villejuif Louis Aragon, comprising 21 km of tunnels and 7 stations,
has been awarded to Systra. The West work package between Villejuif Louis Aragon and Pont de
Sèvres, comprising 12 km and 7 stations, has been awarded to the SETEC (lead contractor) / INGEROP consortium. ARCADIS and BG Ingénieurs-Conseils have won the project management assistance and general oversight contract, while Systra/EGIS and ETEC/ITS will be carrying out the rail
system design work. The contracts awarded amount to €300 million in total. Design work should
be completed by 2015 for commencement of works on the Pont de Sèvres-Noisy Champs section
of the new metro line 15. This line alone represents public investment of € 5.3 billion. In an interview
with Le Moniteur, Etienne Guyot, Chairman of the Board of Directors of SGP, stated that the initial
network diversion works should commence in 2015, with the main civil engineering contracts being
awarded in 2015 and TBM work probably starting in 2017 and lasting for two years. The use of between 6 and 7 TBMs is planned, half of them involving river-borne or rail transport.
RENNES METROPOLE has awarded the contract for construction of the tunnel section of line B of its metro to the Dodin
Campenon Bernard Sas (leader) / Spie Batignolles Tpci / Gtm
Ouest / Legendre Genie Civil / Spie Fondations / Botte Fondations consortium. This work package comprises TBM excavation of a single tube tunnel 7.7 km long and 9 m in diameter,
excavated at a depth of between 9 and 20 m. Construction of
stations is due to commence in early 2014, with the TBM expected on the worksite at the end of the same year. The target excavation rate is 300 m per month. Nine stations are planned in
the bored tunnel section; TBM excavation works are due to
commence in 2015. The remaining work packages for the B line
will be awarded between the end of this year and early 2014.
These relate to the covered trench sections and stations in the
south-west and north-east of the city, a viaduct 2.8 km long
and three above-ground stations.
M
Dans son interview au journal Le Moniteur, Etienne Guyot, Président du Directoire de la SGP, précise que les premiers travaux de dévoiement de réseaux devraient intervenir dès 2015, une
attribution des principaux marchés de génie-civil en 2015 et un démarrage des tunneliers probablement en 2017 pour deux ans de creusement. Il est prévu d’utiliser 6 à 7 tunneliers avec
pour la moitié d’entre eux une logistique fluviale ou ferrée.
365
AFTES INFO M
Lyon – Croix Rousse tunnel / Lyon – Croix Rousse tunnel
Paris – Ligne CDG Express / Paris – CDG Express line
Le tunnel de la Croix-Rousse de 1,7 km de long à Lyon a été réouvert au
trafic le 2 septembre après dix mois de rénovation. Le second tube, qui
servira aux modes doux (transports publics, cyclistes, piétons) ouvrira le
5 décembre ; il a été construit par le groupement Dodin Campenon Bernard
(Mandataire) / Spie Batignolles Tpci / Chantiers Modernes Rhône Alpes /
Setec / Cegelec / Gtie Transport / Strates / Clement Vergely Architectes,
qui a également réalisé la rénovation du premier tube, construit en 1952.
Le coût total des travaux est de 283 millions d’euros.
Le Ministre français des Transports a annoncé que la ligne CDG express, prévue entre
Roissy-Charles-de-Gaulle et le centre de Paris, pourrait être financée par une taxe
additionnelle sur les billets d’avion. Il a cependant déclaré que plusieurs solutions de
financement restaient à examiner. La concession de cette ligne de 32 km, dont environ
2 km de tunnels, avait été initialement attribuée à VINCI qui s’est retiré du projet
en 2011.
The Croix-Rousse tunnel in Lyon, 1.7 km long, was reopened to traffic on
September 2 last following ten months of renovation works. The second
tube, destined for alternative mode transport, including public transport,
cyclists and pedestrians, will open on December 5. It was built by the Dodin
Campenon Bernard (lead contractor) / Spie Batignolles Tpci / Chantiers
Modernes Rhône Alpes / Setec / Cegelec / Gtie Transport / Strates / Clement Vergely Architectes consortium. The same consortium also renovated
the first tube, built in 1952. The total cost of works came to € 283 million.
The French Minister for Transport has announced that the CDG express line planned
to run between Roissy-Charles-de-Gaulle airport and Paris city centre could be funded
by an additional tax on airline tickets. However, he added that a number of different
funding solutions had yet to be examined. The concession for this 32 km line, some
2 km of which is in tunnels, was initially awarded to VINCI before the latter withdrew
from the project in 2011.
Distinction / Award
Le groupe d'ingénierie français SETEC a reçu le "Major Civil Engineering Project of the last 100 years" attribué par la Fédération International des Ingénieurs Conseil
(Fidic) pour sa réalisation du Tunnel sous la Manche. Le "Major Civil Engineering Project of the last 100 years", remis une fois tous les 100 ans (!) distingue ainsi la
réalisation d'une construction emblématique à l'échelle planétaire. Le Tunnel sous la Manche, livré en 1994, est à ce jour le plus long tunnel sous-marin au monde.
Le projet a nécessité huit ans de travaux pour réaliser les trois tunnels dont deux tubes ferroviaires de 50 km de long. Le Tunnel sous la Manche a alimenté une
vision toute particulière de l’ingénierie qui rend possible ce qui ne le paraît pas de prime abord.
© Eurotunnel
The French engineering group Setec has carried off the “Major Civil Engineering
Project of the last 100 years” award from the International Federation of Consulting Engineers (Fédération Internationale des Ingénieurs Conseil, Fidic) for its
construction of the Channel Tunnel. Awarded just once a century, the “Major
Civil Engineering Project of the last 100 years” award honours the completion
of emblematic projects with global significance. Delivered in 1994, the Channel
Tunnel is the longest undersea tunnel in the world to date. The project required
eight years of works to construct the three tunnels, including two rail tubes 50
km long. The Channel Tunnel has fuelled a distinctive vision of engineering,
making possible what had initially seemed impossible.
FNTP
Le Conseil d'administration de la Fédération Nationale des Travaux Publics (FNTP) a élu Bruno Cavagné à la tête de la Fédération. Ce
dernier succède à Patrick Bernasconi nommé vice-président du Medef le 8 juillet dernier. A 50 ans, Bruno Cavagné dirige à Toulouse
le groupe Giesper spécialisé dans le génie civil, le VRD et les canalisations, le gros oeuvre ou le recyclage, dont les sociétés sont
implantées dans le sud de la France et en Guadeloupe. Président de la Fédération régionale des travaux publics (FRTP), il a successivement occupé les postes d'administrateur de Canalisateurs de France, puis de la FNTP et du Syndicat de France. Il a accepté de
donner une interview à TES qui sera publié dans un prochain numéro.
The Executive Committee of France’s National Federation of Public Works (Fédération Nationale Des Travaux Publics, FNTP) has elected Bruno Cavagné to head up
the Federation. He succeeds Patrick Bernasconi, who was appointed vice-president of France’s enterprises union Medef on July 8. Aged 50, Bruno Cavagné leads the
Giesper group in Toulouse, which specialises in civil engineering, roads & utilities, pipework, structural works and recycling, with companies located in the South of
France and Guadeloupe. He has chaired the Regional Federation of Public Works (Fédération régionale des travaux publics, FRTP) and successively been a trustee
of Canalisateurs de France, FNTP and Syndicat de France. He has agreed to grant TES an interview, to be published in a forthcoming edition of the magazine.
366
AFTES INFO
International
SUISSE / SWITZERLANDLe Conseil Fédéral Suisse a envoyé le 13 septembre
au Parlement une proposition d'amendement de la
loi fédérale sur le transit routier dans les Alpes. Cet
amendement permettrait la construction d'un second
tube pour le tunnel routier du Gothard sans augmenter
la capacité et en donnant des garanties que, même
après la rénovation du premier tube, une seule voie
par sens serait ouverte à la circulation. L'amendement pourrait être sujet à référendum. Le Conseil
Fédéral a également déclaré que l'idée d'introduire
un péage pour le tunnel était abandonnée. L’Office
Fédéral des Routes suisses (OFROU) a attribué à la
société Lombardi la réalisation des études d’impact
environnemental ainsi que l’assistance pour la
construction d’un deuxième tube parallèle au tunnel
du Gothard, de 16,9 km de long entre Göschenen et
Airolo. La construction d’un deuxième tube ainsi que
la rénovation du tube existant inauguré en 1980 sont
estimées à un coût de 2,3 milliards d’euros.
On September 13, the Swiss Federal Council sent a
draft amendment to the federal law on road transport
in the Alps to its Parliament. This amendment would
allow construction of a second tube for the Gotthard
road tunnel without increasing capacity, and ensure
that even after renovation of the first tube, only one
carriageway would be open to traffic in each direction.
The amendment may be subject to a referendum.
The Federal Council also stated that the idea of introducing tolls for the tunnel had been abandoned.
Switzerland’s Federal Roads Office has awarded Lombardi the contracts for carrying out environmental
impact studies and consultancy for the construction
of a second tube parallel to the Gotthard tunnel,
running for 16.9 km between Göschenen and Airolo.
The cost of the construction of a second tube and
renovation of the existing tube, first opened in 1980,
has been estimated at € 2.3 billion.
SUÈDE / SWEDEN-
ALLEMAGNE / GERMANY-
Le percement final du tunnel ferroviaire d’Hallandsås, de 8,7 km de long sur la
ligne de la côte Ouest en Suède, a eu lieu le 4 septembre. Le groupement Skanska
/ Vinci a rencontré d’importantes difficultés géologiques pendant les travaux et
l’excavation du premier tube a duré quatre ans et demi. Cependant des progrès
ont été faits et l’excavation du deuxième tube n’a nécessité que deux ans et
demi. Le tunnel d’Hallandsås a été creusé avec un tunnelier Herrenknecht de
10,6 m de diamètre.
Une proposition en PPP pour un nouveau tunnel sous l’Elbe : Vinci a soumis au
ministère allemand des transports une proposition pour l’extension de l’autoroute
A 20 à Hambourg dans le cadre d’un contrat de Partenariat Public- Privé . Le
projet comprendrait la construction d’un tunnel bitube de 5,6 km de long traversant l’Elbe entre Glückstadt et Drochtersen. Les travaux pourraient débuter en
2015 pour cinq ans. Après une période de concession de 50 ans, l’autoroute
reviendrait à l’État.
Final breakthrough in the Hallandsås rail tunnel, running for 8.7 km on Sweden’s
West Coast line, took place on September 4. The Skanska / Vinci consortium
encountered immense geological difficulties during works; excavation of the first
tube lasted four and a half years. However, progress was made and excavation of
the second tube took only two and a half years. The Hallandsås tunnel was excavated using a 10.6 m diameter Herrenknecht TBM.
PPP proposal for a new tunnel beneath the Elbe: Vinci has submitted a proposal
to the German Ministry of Transport for extension of the A20 motorway in Hamburg, under the terms of a Public-Private Partnership contract. The project would
comprise construction of a twin tube tunnel 5.6 km long crossing the Elbe between
Glückstadt and Drochtersen. Works could commence in 2015 and last five years.
After a 50-year concession period, the motorway would revert to the State.
Bologne et Florence dont le trafic journalier est de
90 000 véhicules.
"Martina", le tunnelier d'Herrenknecht perce le tunnel
Sparvo en Italie. “Martina”, le plus grand tunnelier
d'Herrenknecht jamais construit avec un diamètre atteignant 15,5 m vient d'achever le percement du tunnel
routier Sparvo à double tube situé entre Bologne et Florence. Le tunnelier Herrenknecht aura mis deux ans
pour creuser les deux tubes du tunnel Sparvo de 2,4
kilomètres chacun. Le 29 juillet dernier, l'entreprise italienne TOTO Costruzioni Generali S.p.A. a fêté le percement final en présence de nombreux élus et invités.
Cela traduit la fiabilité et la haute technicité de ce tunnelier Herrenknecht à pression de terre, qui avec son
diamètre de 15,55 m, est le plus grand tunnelier au
monde à avoir achevé avec succès le creusement de
ce tunnel. Démarré en août 2011, le creusement du premier fut achevé en juillet 2012. Le retournement de la
machine à 180 °, qui intègre un système de "back-up",
a pris quelques mois et le deuxième tube a pu démarrer
en décembre 2012 pour un délai d'excavation de seulement 8 mois. Les cadences moyennes d'avancement
ont été de 24 m par jour, soit 126 m par semaine. Au
vue de la présence de méthane, un système anti déflagration a été adapté sur différentes parties du tunnelier.
Le tunnel autoroutier du Sparvo de 2,4 kilomètres, à
deux tubes séparés, fait partie intègrante du projet de
la “Variante di Valico”, qui est une extension de l'A1 entre
“Martina”, Herrenknecht’s TBM, is boring the Sparvo tunnel in Italy. “Martina”, the largest Herrenknecht TBM ever
built – with a diameter of 15.5 m – has just completed
drilling for the twin tube Sparvo road tunnel located between Bologna and Florence. It has taken the Herrenknecht
TBM two years to excavate the Sparvo tunnel’s two tubes,
each 2.4 km long. On July 29 last, Italian firm TOTO Costruzioni Generali S.p.A. celebrated final breakthrough in
the presence of a large number of guests and politicians.
This illustrates the reliability and high technical performance of this Herrenknecht EPB TBM. With its diameter
of 15.5 m, it is the largest TBM in the world to have successfully completed excavation of a tunnel. Excavation
started in August 2011, with breakthrough of the first tube
in July 2012. It then took several months to rotate the
machine, which includes a ‘backup’ system, through 180°,
before commencing the second run in December 2012,
lasting just eight months. The average daily rate of progress was 24 m: 126 m a week. Due to the presence of
methane, an anti-explosion system was integrated on
various sections of the TBM. With a length of 2.4 km and
two separate tubes, the Sparvo motorway tunnel forms an
integral part of the “Variante di Valico” project: this is an
extension of the A1 between Bologna and Florence, with
daily traffic of 90,000 vehicles.
Entreprises /
Companies
BASF vient d’introduire sa nouvelle marque globale Master Builders Solutions ® pour les solutions de construction en souterrain, tunnels et
mines. Cette nouvelle marque se veut un signe
à destination de l’industrie. Elle sera introduite
progressivement dans le monde entier, après
avoir été lancée en Asie Pacifique. Les produits
utilisés dans la construction en souterrain se
nommeront MasterRoc, notamment pour ce qui
concerne le béton projeté, les injections, les
additifs pour tunneliers, les membranes d’étanchéité et les produits miniers.
BASF has just introduced its new global brand,
Master Builders Solutions®, covering the firm’s
construction solutions for underground works,
tunnels and mines. This new brand is designed
to send a clear message to industry. The brand
will be introduced progressively worldwide, after
having been launched in the Asia-Pacific region.
Products used in underground construction will
be known as MasterRoc. These relate in particular
to sprayed concrete, injection, additives for TBMs,
waterproofing membranes and mining products.
M
ITALIE / ITALY-
367
368_379saverne ok_Mise en page 1 12/11/13 09:02 Page368
CHANTIERS/WORKSITES M
Le tunnel de Saverne
sur la LGV Est-Européenne
The Saverne tunnel on the Eastern-European
High-Speed Railway line
Alain CUCCARONI
RFF
Nora ZEHANI
RFF
Alain LACROIX
Spie Batignolles TPCI
Le tunnel de Saverne permet la traversée des Vosges du nord
par la LGV Est-Européenne. Il est intégré au lot 47 dont les travaux ont été lancés en procédure de conception-réalisation.
C’est un ouvrage bi-tube de 4 km de long, creusé au tunnelier,
comportant 7 galeries
intertubes.
Sa conception a été
encadrée par des référentiels exigeants,
notamment en matière de sécurité. Les
travaux commencés
en 2011 sont prévus
de se terminer en
2014.
Pierre BOUVATIER
BG Ingenieurs Conseils
Jean SOUSA
Setec
Philippe LEGRAND
Terrasol
Saverne tunnel provides a route through the northern Vosges
mountains for the East-European high-speed line. It forms part
of work package 47, for which works were launched on a design
and build basis. This double-tube structure is 4 km long, excavated using a TBM,
and includes seven
cross-passages. Its
design was governed
by highly stringent
specifications, particularly with regard to
safety. Works commenced in 2011 and
are scheduled for
completion in 2014.
PrésentationPresentationLe tunnel de Saverne, ouvrage
emblématique de la deuxième phase
de la ligne grande vitesse est européenne, est intégré au lot 47, dont les
travaux ont été lancés en procédure
de conception réalisation.
Creusé dans le massif des Vosges du
Nord, il est composé de deux tubes,
une voie par tube, sur un peu plus de
4 km de long.
Principaux intervenants
• Maitrise d’ouvrage : Réseau Ferré de France
• Aide au Maitre d’Oeuvre : Tractebel Engineering GDF Suez
• COP : Setec
• Groupement Conception Construction : Dodin Campenon Bernard –
VINCI Construction Terrassement – GTM – Spie Batignolles TPCI – Valerian –
Cegelec – BG Ingénieurs Conseils – Antea – Alain Spielmann Architecte
368
Saverne Tunnel is the iconic structure
in phase two of the Eastern European
High-Speed Line. It forms part of work
package 47, for which works were laun-
ched on a “design and build” basis.
Excavated through the Northern Vosges
Mountains, it consists of two tubes,
with one track in each tube, and runs
for a length of just over 4 km.
Main contributors
• Owner : Réseau Ferré de France
• Assistant to Engineer : Tractebel Engineering GDF Suez
• COP : Setec
• JV Design & Build : Dodin Campenon Bernard – VINCI Construction Terrassement
– GTM – Spie Batignolles TPCI – Valerian – Cegelec – BG Ingénieurs Conseils –
Antea – Alain Spielmann Architecte
CHANTIERS/WORKSITES
Ces ouvrages sont reliés entre eux par
des galeries de liaison espacées tous les
500 m. L’instruction technique ministérielle n°98-300 relative à la sécurité
dans les tunnels ferroviaires et la STI
« sécurité dans les tunnels ferroviaires »
ont été prises en compte dans leur intégralité dès la conception de l’ouvrage.
Le contexte géologique et la contrainte
forte de délai ont conduit le groupement à opter pour une excavation du
bitube au tunnelier.
Le tronçon H et le tronçon G constituent le linéaire de la deuxième phase
de la LGV Est Européenne.
D’une longueur de 106 km cette
deuxième phase complète le projet de
liaison à grande vitesse de Paris à
Strasbourg permettant de relier ces
deux villes en 1h 50. La mise en service est prévue en 2016.
Descriptif du projetLe tunnel de Saverne est un ouvrage
ferroviaire qui permet à la LGV de franchir le massif des Vosges du Nord
dans sa partie la plus étroite.
Le lot 47 à l’intérieur duquel se situe
le tunnel fait partie du tronçon H, dont
les travaux ont été lancés le 1 er octobre 2010 selon une procédure de
conception réalisation.
Le tunnel de Saverne est un bi-tube
de 4 km de long dont 3 870 m sont
réalisés au tunnelier. Le diamètre
d’excavation est de 10 m pour un diamètre intérieur final après revêtement
de 8,90 m.
Il est réalisé avec une pente moyenne
de 1,9 % soit une différence de 70 m
entre la tête Ouest située sur le plateau Lorrain et la tête Est en plaine
d’Alsace.
Les 130 m non excavés sont réalisés
sous forme de tranchées couvertes
(faux tunnels) qui seront remblayées
à terme afin de recréer le paysage
d’origine.
Les deux tubes, un pour chaque sens
de circulation, sont reliés par 7 intertubes intégrant pour certains des
locaux techniques.
Recours à la procédurede conception réalisationLa construction du tunnel de Saverne
sur une durée de 4 ans est sur le chemin critique de la mise en oeuvre de
l’ensemble de cette phase II.
Dès lors, RFF a considéré comme
judicieux de confier l’ensemble de la
conception et de la réalisation à un
groupement unique d’entreprises et
bureaux d’études. Ce choix permet
du fait même des méthodes spécifiques retenues par le groupement de
contribuer, dès la conception, à fiabiliser les délais, de susciter l’opposition de solutions alternatives
innovantes, et de faire émerger la
solution optimale.
The two tubes are linked by cross-passages every 500 m. Ministerial technical instruction 98-300 governing safety
in rail tunnels and the STI document
“security in rail tunnels” were taken into
account in full, right from the design of
the infrastructure.
The geological context and the very
short lead time resulted in the consortium deciding to excavate the double
tubes using a TBM.
EE HSL Phase IIThe second phase of the East European
High-Speed Line consists of sections
H and G.
With a total length of 106 km, this
second phase completes the project for
a high-speed link between Paris and
Strasbourg, allowing a journey time of
one hour fifty minutes between the two
cities. The line is scheduled to enter
service in 2016.
Project descriptionSélection des donnéesd’entréesLe recours à une procédure de
conception-réalisation dans le cadre
d’un marché global et forfaitaire
exige des appels d’offres de fournir
toutes les données d’entrées existantes afin que le groupement produise son propre projet dont il gardera
Saverne tunnel is a rail infrastructure
that allows the high-speed line to cross
the Northern Vosges mountain range at
its narrowest point.
Work package 47, which includes the
tunnel, is part of section H. Works commenced on October 1st 2010, using a
design and build approach.
Saverne Tunnel is a double-tube tunnel
4 km long, of which 3,870 m are being
built using a TBM. The excavation diameter is 10 m, for a final inside diameter
after lining of 8.90 m.
It has been built with a mean incline of
1.9%: a difference of 70 m between the
western tunnel portal on the Lorraine
plateau and the eastern end, on the
Alsace plain.
The 130 m that are not excavated
consist of covered trenches (false tunnels) that will be covered over subsequently in order to recreate the original
landscape.
The two tubes – one for each direction
of traffic – are linked by 7 cross-passages, some of which include technical
premises.
Decision to adopt adesign/build procedureConstruction of Saverne Tunnel is
expected to last four years and is a critical element in the implementation of
the whole of Phase II.
RFF therefore decided it was appropriate to entrust the entire design and
build process to a single consortium
consisting of contractors and design
firms. This option, and the resulting
specific methods chosen by the
consortium, are intended to help
secure the construction deadline
right from the design stage, encourage the emergence of innovative
alternative solutions and provide the
best possible solution in terms of
construction.
M
La LGV EE Phase II-
Figure 1 - Tracé du tunnel / Tunnel alignment.
369
la responsabilité en tant que concepteur. Ceci nécessite que le Maître
d’Ouvrage et son conducteur d’opération fournissent un programme précisant les besoins fonctionnels du
projet que doit garantir le groupement.
Compte tenu du cadre ferroviaire dont
les exigences en matière de qualité,
de sécurité, de sureté et de maintenance sont très fortes, très rapidement, RFF a considéré comme
important de conforter la description
du programme en s’appuyant sur un
véritable dossier technique de référence de niveau PRO.
Ce dossier a été établi par SETEC.
Après une étude multi-critères détaillée menée par SETEC et portant sur
cinq types de conception, la solution
technique de référence retenue par
RFF à été la solution en bi-tube creusé
au tunnelier. Le dossier inclut le génie
civil du tunnel mais aussi l’ensemble
des équipements de sécurité car ces
derniers sont indissociables du choix
de génie civil fait. Durant la mise au
point du programme, de multiples
échanges ont eu lieu avec le concepteur du marché d’équipements ferroviaires de manière à anticiper au
mieux les interfaces liés à la conception et à la réalisation des ouvrages de
chacun des deux marchés. Cette
étude préalable a permis de peaufiner
le programme de la consultation.
groupement mis en place par RFF.
Au stade de l’appel d’offres, le maître
d’ouvrage a laissé ouvert les options
suivantes :
• Creusement traditionnel ou au tunnelier ;
• Configuration bitube ou monotube
cloisonné, avec cheminement intertubes tous les 500 m.
Compte tenu de la position primordiale du tunnel de Saverne dans la
cinématique de l’opération de la 2 ème
phase de la construction de la LGV Est
Européenne, il était attendu des candidats qu’ils préconisent la méthode
la plus pertinente notamment au vu
de la sécurisation globale des délais.
Sur la base de l’analyse menée en
phase d’offre par le groupement
(entre novembre 2009 et mars 2010),
la configuration de l’ouvrage en
bitube et creusement au tunnelier a
été définitivement validée, toute autre
solution ayant été écartée, soit pour
des raisons de fiabilité des délais, soit
à cause des ouvrages complémentaires à réaliser, soit à cause d’un aléa
trop fort dans les cadences envisageables.
Conception du tunnelRéférentiel
Le programme inclut également :
• L’interprétation à retenir sur certains
textes réglementaires comme les
eurocodes sismiques et spécifications techniques d’interopérabilité
(STI) ;
• La limite des différentes prestations ;
• L’expression des difficultés particulières identifiées ;
• Les conditions d’interfaces avec les
tiers ;
• Les modalités de fonctionnement
entre l’ingénierie intégrée et les
entreprises au sein du groupement ;
• Les modalités de fonctionnement
avec l’entité de contrôle extérieur au
370
La conception est basée principalement sur ITI 98-300, la STI SRT, l’IN
3278 (référentiel LGV) et le programme de RFF, ce dernier document
ayant été particulièrement détaillé afin
de garantir la parfaite réponse fonctionnelle de l’ouvrage aux besoins de
l’exploitant. Concernant la conception,
il inclut notamment l‘interprétation de
textes règlementaires ou législatifs
parfois ambigus ou imprécis ainsi que
les limites des prestations à réaliser
(interfaces Équipement Ferroviaires
notamment). À l’instar de la circulaire
du 26 mars 2010 relative à l’articula-
Choice of input dataRecourse to a design/build procedure
for a global, lump-sum contract means
that the calls for tender must supply all
the existing input data in order for the
consortium to produce its own project,
for which it retains full responsibility as
designer. This requires the Client and
its head of operations to supply a programme that specifies the functional
needs of the project to be guaranteed
by the consortium.
Railway works involve extremely stringent requirements in terms of quality,
security, safety and maintenance, so
RFF very quickly decided it was important to provide a very full programme
description, supported by a genuine
reference technical file corresponding
to the French “PRO” (‘Project Phase’)
level.
This file was drawn up by SETEC.
After a detailed multi-criteria study by
SETEC examining five types of design,
the baseline technical solution chosen
by RFF was a twin-tube tunnel excavated by means of a TBM. The file included the security equipment as well as
the civil engineering for the tunnel,
since the former are inextricably linked
to the civil engineering option. There
was constant contact with the designer
of the rail equipment contract, in order
to anticipate interfaces relating to the
design and construction of the works
for each of the two contracts as accurately as possible. This preliminary study
allowed the consultation programme to
be refined.
The programme also included the
following elements:
• How certain regulations such as
earthquake Eurocodes and Technical
Interoperability Specifications spécifications techniques d’interopérabilité, “STI”) should be interpreted;
• The exact scope of the various services;
• An expression of the particular difficulties identified;
• Details of interfaces with third parties
• Working procedures between the
engineering firms and contractors in
the consortium;
• Working procedures between the
consortium and the external control
agency brought in by RFF.
At the call for tender stage, the client left
a number of options open:
• Conventional or TBM excavation;
• Double-tube or partitioned single tube,
with cross-passages every 500 m.
Given the key position of Saverne Tunnel in the progress of Phase II of the
East European HSL, bidders were
expected to recommend the most
appropriate method, particularly in light
of the need to secure overall completion
deadlines.
On the basis of the analysis conducted
by the consortium during the bidding
phase, between November 2009 and
March 2011, the double-tube configuration and TBM excavation options
were definitively approved. All other
solutions were rejected due to the lack
of certainty about leadtimes, the
ensuing need for additional structures,
or because of too much uncertainty
about the expected rate of progress.
Tunnel designDesign references
Design was based primarily on ITI 98300, STI SRT, IN 3278 (LGV specifications) and RFF’s own programme. The
latter was particularly detailed, in order
to ensure that the structure fulfilled the
functional needs of the operator to the
full. Design references also included
the interpretation of regulations and
legislation that was sometimes ambiguous or imprecise, as well as the precise scope of works (particularly as
regards Rail Equipment interfaces). In
line with the March 26, 2010 circular
on the inter-relationship between the
CHANTIERS/WORKSITES
Processus de
développement
Sur la base d’un projet de référence
développé par le conducteur d’opération et joint aux documents d’appels
d’offres, les candidats retenus par RFF
lors de la procédure de septembre
2009 ont remis une offre en mars
2010, contenant un nouveau dossier
complet de conception, de niveau
« PRO » (dit DOS 1). Ce dossier a
ensuite été complété par les précisions apportées lors des échanges
questions / réponses de la phase de
mise au point du marché et le tout a
été intégré au marché signé en octobre 2010. La durée de la procédure a
donc été d’environ 13 mois entre la
première publication au JOCE et la
signature du marché. Dès signature
du marché, la maîtrise d’œuvre du
groupement a complété et mis à jour
le dossier « PRO » entre octobre 2010
et mars 2011.
L’objectif de cette phase était double :
• Lever les réserves émises par le
MOA et ses conseils (les réserves
faisant partie intégrantes du
marché) : il s’est agi de fournir des
justifications complémentaires permettant de consolider définitivement les solutions définies au
« PRO » et d’éviter notamment le
report de certaines justifications à
des phases ultérieures, à un stade
où la difficulté à définir des solutions
alternatives et les risques délais
auraient été largement amplifiés ;
• Porter la conception à un niveau
permettant la préparation des travaux et le lancement des études
d’exécution. Cette phase, soldée par
une approbation formelle du Maître
d’Ouvrage, s’est terminée avec la
diffusion des OS de commencement
des travaux proprement dits en
mars 2011.
La phase exécution en terme de génie
civil du tunnel a été principalement
portée en 2011, sauf pour les parties
d’ouvrages les plus lointaines en
phase de réalisation (intertubes, puis
génie civil secondaire en tunnel : trottoirs, multitubulaires...). Pour les équipements, les études d’exécution ont
démarré en 2012 pour un début des
travaux projeté en mars 2013. Il
convient de noter que tout au long de
ces phases, des modifications de
conception ont pu être intégrées dans
le cadre d’une procédure stricte visant
à vérifier la parfaite adéquation de ces
modifications avec les contraintes et
objectifs de RFF (conformité réglementaire, performance, maintenabilité, sécurité, coût, délai, interfaces).
Ces modifications ont été aussi bien à
l’initiative du groupement (optimisations, résolution de difficultés techniques) que de RFF : intégration de
contraintes liées à la validation des
dossiers réglementaires (type DPS),
besoins complémentaires ou modificatifs exprimés par les autres acteurs
du projet du fait de l’avancement
parallèle de leur conception (Équipements EF, exploitation, ...).
Tracé
Le tracé retenu est celui correspondant au tunnel bi-tube. Le tunnel s’inscrit dans une large courbe-contrecourbe (rayon minimum de 5 900 m),
selon un profil descendant quasiment
constant entre la tête Lorraine et la
tête Alsace. La pente moyenne en tunnel est de 20 mm / m, pour les deux
tubes. La longueur du tunnel est légèrement supérieure à 4 000 m : Cette
longueur a été fixée dans le programme, en lien avec la concertation
pour l’intégration des têtes notamment.
STI and ITI 98-300, in the event of more
than one standard applying, the more
stringent standard was systematically
applied, either the national or the European standard.
Development process
The reference project developed by the
head of operations, enclosed with the
tender documentation, formed a basis
for candidates chosen by RFF in the
September 2009 procedure to submit a
bid in March 2010, including a complete new design file, corresponding to
a “PRO” level, known as “DOS 1”. Clarifications arising from question-andanswer correspondence during the
tender finalisation phase were added,
and the entire dossier was then incorporated into the contract signed in
October 2010. The procedure thus took
some thirteen months, between the initial publication in the EU’s OJ and the
contract being signed. The consortium’s
project management then supplemented
and updated the “PRO” file between
October 2011 and March 2011.
The goal of this phase was twofold:
• Dealing with the reservations raised
by the Client and its consultants
(these formed part of the contract):
this involved supplying additional
calculations to provide final support
for the solutions defined in the “PRO”
file and prevent some supporting calculations being postponed to later
phases, at a stage when the difficulty
in defining alternative solutions and
the risks to leadtimes would have
been considerably greater;
• Taking the design work to a level at
which works could be prepared and
construction design work could commence. Formal approval by the Client
marked the end of this phase, after
which the Orders to Proceed with the
start of various aspects of the work
itself were issued, in March 2011.
Most of the execution phase for civil
engineering works on the tunnel took
place in 2011, except for those parts of
the structure that were built much later
in the phase (cross-passages and
secondary civil engineering works for
the tunnel such as walkways, duct
banks, and so on). Construction studies commenced in 2012 for equipment, with commencement of works
planned for March 2013. It should be
noted that throughout these phases, it
was possible to incorporate design
alterations within the confines of a
strict procedure intended to check that
all such alterations complied fully with
RFF goals and requirements (regulatory compliance, performance, maintainability, safety, costs, leadtimes and
interfaces). Some of these changes
came from the consortium (optimisation and measures to solve technical
difficulties), others from RFF: incorporating considerations relating to the
validation of regulatory files such as
DPS and additional or amended needs
expressed by other project stakeholders as their own design process
moved forward (rail equipment, operation, etc.).
Alignment
The chosen alignment was that of a
double-tube tunnel. The tunnel follows
a gentle s-curve (with a minimum
radius of 5,900 m) following a virtually
constant descending profile between
the Lorraine tunnel portal and the
Alsace portal (figure 4). The mean
incline in the tunnel is 20 mm / m in
both tubes. The tunnel is just over
4,000 metres long. This length was
determined in the programme, particularly in liaison with the consultation on
integration of the tunnel portals.
Typical cross-section
The typical cross-section implemented
has an internal radius of 4.45 m, including a peripheral tolerance of 10 cm
(figure 2). This cross-section allowed
M
tion entre la STI et l’ITI 98-300, en cas
de pluralité de normes, il a toujours été
appliqué le référentiel le plus contraignant entre les contraintes nationales
et européennes.
371
© SETEC
Figure 3 - Positionnement de principe et coupe type des intertubes
/ Schematic location and typical section of the cross-passages.
© SETEC
Figure 2 - Coupe type du tunnel /
Typical section of the tunnel.
372
Coupe de travers type
Intertubes
La coupe en travers type retenue
s’inscrit dans un rayon intérieur de
4,45 m, y compris une tolérance périphérique de 10 cm (figure 2). Cette
coupe à permis l’intégration des
contraintes suivantes :
• Contour de référence des obstacles
bas et haut en tunnel, selon les différents dévers (IN 0168) ;
• Épaisseur de ballast minimal en tunnel (selon IN 3278) ;
• Exigences pour l’évacuation des
personnes et pour la maintenance
(selon ITI, STI et contraintes particulières) ;
• Exigences pour les équipements ferroviaires (gabarit électrique, besoins
spécifiques pour équipements et
cheminements de câbles) ;
• Dimensionnement aérodynamique
(sécurité et confort tympanique)
pour la vitesse commerciale de 320
km / h, basé sur l’exigence de section utile de 52 m 2 fixée au programme ;
• Passage et implantation des équipements de sécurité (multitubulaires, conduite incendie, ...) ;
• Contraintes ponctuelles (équipements tendeurs, nourrices incendies, ...).
Des intertubes (figure 3) sont prévus
tous les 500 m conformément à la STI
SRT. La longueur du tunnel excédant
légèrement 4 000 m, la distance entre
les intertubes d’extrémités et l’air libre
est très légèrement supérieure aux
500 m, ce qui a fait l’objet d’une
demande de dérogation instruite par le
MOA auprès des services de l’État. Sur
les 7 intertubes nécessaires, les pairs
(2, 4 et 6) abritent des locaux techniques, espacés de 1 000 m en tunnel
(locaux techniques HT, BT et équipements ferroviaires). Dans les intertubes
impairs (1, 3, 5 et 7) on prévoit uniquement des équipements GSM et le dispositif de protection anti-bélier de la
conduite incendie. Le dimensionnement des intertubes reprend les exigences de gabarit d’évacuation fixées
par la STI et l’ITI 98-300 ainsi que les
besoins de surface associés aux équipements à implanter.
the following (figure 3) constraints to
be taken into consideration:
• Reference outline of obstacles at the
bottom and the top of the tunnel,
depending on the camber (IN 0168);
• The minimum ballast thickness in the
tunnel (as per IN 3278);
• Requirements with regard to the evacuation of individuals and maintenance (as per ITI, STI and other
specific constraints);
• Requirements relating to rail equipment (electrical clearance, specific
requirements relating to equipment
and cable routing);
• Aerodynamic dimensioning (eardrum safety and comfort) for commercial speeds of 320 km / h, based
on the requirement of a usable crosssection of 52 m ² specified in the programme;
• Clearance and location of safety
equipment (duct banks, fire conduit,
etc.);
• Occasional constraints (tensioning
equipment, fire tanks, etc.).
Intégration des équipements
ferroviaires
Cross-passages
Dès la phase offre, des échanges avec
le pilote des lots Équipements Ferroviaires ont permis d’intégrer dans le
programme la plupart des besoins
Cross-passages (figure 3) are located
every 500 m pursuant to the SRT STI.
Since the tunnel is slightly longer than
4,000 m, the distance between the
outermost cross-passages and the
open air is slightly longer than 500 m.
This was subject to a special exemption
request submitted by the Client to
national government administrations.
Out of the 7 cross-passages required,
the even-numbered passageways (2, 4
and 6) house technical premises, spaced 1,000 m apart in the tunnel (low and
high voltage premises and rail equipment). The plan is for the odd-numbered passageways (1, 3, 5 and 7) to
house GSM equipment only, as well as
the anti-water-hammer system for the
fire conduit. Dimensioning of the crosspassages is based on the evacuation
clearance requirements specified by the
STI and ITI 98-300, as well as the related space requirements for the equipment to be housed there.
Integration of rail equipment
Right from the bidding stage, discussions with the coordinator of the Rail
Equipment work package made it possible to incorporate most of the expressed needs for this (mainly track,
locomotive power supply, telecoms,
and signalling). The principal elements
involved were as follows:
• Supplying the required space for rail
equipment in the tunnel (dedicated
CHANTIERS/WORKSITES
Tout au long de la conception, les
interfaces avec les équipements ferroviaires ont fait l’objet d’un suivi rapproché par le biais de réunions
d’interfaces, maintenues en phase
travaux, afin de suivre les évolutions
inévitables sur ces sujets.
Équipements de sécurité
Les équipements de sécurité du tunnel à charge du lot 47 sont :
• Équipements HT/ BT (cellules HT,
transfos, TGBT, coffrets servitudes,
onduleurs) ;
• Éclairage de sécurité de maintenance et de balisage (tunnel, intertubes, locaux techniques) ;
• Coffrets Généphone et prises pompiers ;
• Réseau de défense incendie (réservoir, conduite en charge, surpresseurs, ...) ;
• Système de détection incendie ;
• Ventilation des locaux techniques et
ventilation de surpression des intertubes;
• Réseau de communication INPT ;
• Métallerie : main courante, portes
des intertubes, anneaux de rappel
et relevage, ... ;
• GTC permettant de superviser ces
équipements.
La conception de ces équipements à
fait l’objet lors de la phase Projet d’une
analyse FMDS (Fiabilité Maintenabilité
Disponibilité Sécurité) ayant permis de
confirmer la pertinence de l’architecture des systèmes et équipements
projetés vis-à-vis des objectifs et
contraintes du projet.
Dimensionnement deséléments principaux-
rail equipment premises and GSM-R
recesses);
• Allowing for dedicated, continuous
rail equipment routes in the tunnel
(channel and duct bank);
• Incorporating the requirements in
terms of electrical clearance (overhead electric lines and related feeder
and overhead protection cables);
• Allowing for specific conduit needs
adjacent to planned equipment;
• Supplying the power feeds required
for the rail equipment.
Revêtement
Les calculs effectués en phase offre
ont été menés en considération :
• De deux familles de grès attendus
sur le tracé ;
• D’une charge hydrostatique de 4
bars.
Ils ont conduit à retenir des voussoirs
de 40 cm d’épaisseur, dimensionnement confirmé par la suite en phase
de développement du projet, notamment par les justifications complémentaires suivantes :
• Dimensionnement en flexion composée / cisaillement pour prendre en
compte l’action du poids de dièdres
instables dans la configuration grès
sains ;
• Justification des revêtements dans
les zones de failles : analyse de la
fracturation locale du massif dans
ces zones permettant de déterminer
l’épaisseur d’une couche pesante
de grès fracturé appliquée sur l’anneau (effet silo) et ce avec ou sans
présence de lentille sableuse ;
• Étude de sensibilité des paramètres
les plus influents : charge hydrostatique, degré de fracturation du grès
« sain » avec une surcharge variable
due à la prise en compte d’une partie des contraintes géostatiques,
épaisseur des zones fracturées
autour des failles appuyant sur le
revêtement ;
• Étude particulière au niveau de la
zone du Langhtal au sein de laquelle
Throughout the design phase, both the
interfaces and the rail equipment itself
were the subject of close monitoring by
means of interface meetings. These
continued during the works phase, in
order to keep track of the inevitable
changes in this area.
Safety equipment
Tunnel safety equipment for work
package 47 is as follows:
• Low and high voltage equipment
(high voltage cells, transformers,
main low voltage distribution board,
easement cabinets, inverters);
• Safety lighting for maintenance and
marking purposes (tunnel, crosspassages, technical premises);
• Généphone cabinets and fire service
outlets;
• Fire defence network (reservoir,
conduit under pressure, pressure
boosters, etc.);
• Fire detection system;
• Technical ventilation premises and
cross-passage overpressure ventilation;
• INPT communications network;
• Metalwork: doors and handrails for
cross-passages, rappel and lifting
rings, etc;
• CTM to supervise this equipment.
During the project phase, the design of
this equipment was the subject of Reliability Availability Maintainability and
Safety (RAMS) analysis to confirm the
appropriate nature of the planned systems and equipment architecture with
respect to the project’s particular goals
and considerations.
Dimensioning of mainelementsLining
The design calculations carried out
during the bidding phase took the following aspects into account:
• Two types of sandstone anticipated
on the route;
• A hydrostatic load of 4 bar.
This led to the choice of arch segments
40 cm thick. This dimensioning was
confirmed subsequently during the project development phase, particularly by
means of the following additional calculations:
• Dimensioning for combined bending
and axial stress/shearing to take into
account the influence of the weight of
unstable wedges in otherwise sound
sandstone;
• Calculations for the linings in fault
areas: analysis of local fracturing of
the formation in these areas, in order
to determine the thickness of a layer
of fractured sandstone weighing on
the ring (silo effect), with or without
the presence of a sandy lens;
• Sensitivity study of the parameters
with the greatest influence: hydrostatic load; the extent of fracturing of the
‘sound’ sandstone with variable overload taking into account some of the
geostatic stresses, the thickness of
fractured zones around faults resting
on the lining;
• Specific study of the Langthal zone,
with poor mechanical characteristics
across an extensive area (silo effect
deemed to be less significant than for
other faults along the route);
• Calculation of linings in marly clay
soil at the eastern portal (beneath an
overburden of some 20 m).
M
exprimés pour ces lots (essentiellement voie, alimentation-traction, télécommunications, signalisation). Il s’est
agi principalement :
• De fournir les espaces nécessaires
aux équipements EF en tunnel
(locaux EF dédiés, niches GSM-R) ;
• De prévoir les cheminements continus en tunnel dédiés aux EF (caniveau et multitubulaire) ;
• D’intégrer les contraintes de libération du gabarit électrique (caténaire,
feeder et CdPa associés) ;
• De prévoir les besoins spécifiques
de fourreaux au droit des équipements projetés ;
• De fournir les alimentations nécessaires aux équipements EF.
373
les caractéristiques mécaniques
sont réduites sur une zone étendue
(effet silos jugé moins important que
pour les autres failles sur le tracé) ;
• Justification des revêtements dans
les terrains marno-calculaires de la
tête Est (sous couverture d’environ
20 m).
un modèle « classique », de confier à
SETEC une conduite d’opération élargie pour l’assister dans le suivi qualité
et la réception de l’ouvrage ; cette
mission porte autant sur la partie relative aux études que sur la réalisationmême des travaux.
Tenue au feu
Un contexte géologiqueparticulier-
Conformément aux exigences du programme, les ouvrages suivants ont
été vérifiés au feu :
• Anneaux de voussoirs sous feu
ISO834 2 h et EUREKA ;
• Cloisons de séparation du tube ferroviaire et des rameaux de communication avec un objectif de limiter
la température de la face non chauffée à 60°C sous feu HCM 120 ;
Ces calculs, basés sur des vérifications de niveau G2 / G3 pour les calculs de la tenue au feu des voussoirs,
intègraient la prise en compte d’un
écaillage forfaitaire de 5 cm.
Les calculs ont été menés suivant :
• Les recommandations du guide du
CETU sur le comportement au feu
des tunnels routiers ;
• Les justifications de l’eurocode 2
(partie 1-2 : règles générales – calcul du comportement au feu) ;
• Les prescriptions définies dans l’eurocode 1 (base de calcul et actions
sur les structures).
Le logiciel SCIA a été utilisé, pour un
modèle barre 2D.
Ces calculs ont montré qu’un voussoir
de 40 cm d’épaisseur permet d’assurer les exigences de tenue de feu.
De même, l’épaisseur minimale des
cloisons doit être de 20 cm afin de
garantir une température d’interface
inférieure à 60°C sous sollicitation
thermique CN120 et HCM120.
Le Maître d’ouvrage a souhaité, afin
de garantir un niveau de qualité et de
contrôle global au moins équivalent à
374
Les ouvrages d’art du lot H s’inscrivant dans des contextes géologiques
particuliers, celui du tunnel de
Saverne n’est pas en reste puisque
caractérisé par le franchissement de
la faille Vosgienne. Cette faille majeure
met en regard par un rejet de l’ordre
de 350 à 400 m les formations géologiques du Muschelkalk au niveau de
la plaine du Rhin (fossé Rhénan) et les
formations gréseuses du Bundsandstein formant le relief prononcé des
Vosges. L’attaque Est du tunnel s’effectue dans un contexte difficile dans
les formations marno-calcaires du
fossé Rhénan fortement remaniées
puisque le franchissement de la faille
Vosgienne est réalisé à 50 ml du tympan en souterrain. Les campagnes de
reconnaissances ayant difficilement
conduit à l’établissement d’un modèle
géotechnique, la conception des
ouvrages provisoires permettant de
réaliser les faux-tunnels (paroi clouée)
ont constitué le point sensible des
études. En phase travaux, du fait des
incertitudes existantes, un suivi par
méthode observationnelle a été réalisé avec une rétro-analyse associée.
Bien que ne représentant que 2 % du
linéaire foré, l’excavation au tunnelier
de ces terrains est également un point
dimensionnant. Le choix du Groupement porté sur un tunnelier mixte
fonctionnant en mode fermé dans
cette zone, a été un pari gagnant plutôt que de retenir un démarrage traditionnel. Au-delà de la faille
vosgienne, le projet rencontre successivement d’Est en Ouest les forma-
Fire resistance
In line with the programme requirements, the following structures were
checked for fire resistance:
• Arch segment ring resistance to
fire: ISO834 2 hrs and EUREKA;
• Partitions separating the rail tube
from communicating spurs, with the
aim of the temperature of the unheated side not exceeding 60 °C for a
‘modified hydrocarbon’ HCM 120
category fire.
These calculations, based on G2/G3
level verifications for calculation of the
fire resistance of arch segments, included taking into account a default spalling value of 5 cm.
The calculations were performed pursuant to:
• The recommendations of the CETU
Tunnels Study Centre on the fire performance of road tunnels;
• Supporting calculations in Eurocode
2 (parts 1-2: general rules – fire performance calculations);
• Specifications in Eurocode 1 (design
basis and actions on structures).
SCIA software was used, for a 2D bar
model.
These calculations showed that an arch
segment 40 cm thick could fulfil the fire
resistance requirements.
Similarly, the minimum partition thickness to guarantee an interface temperature of less than 60° C under CN120
and HCM120 thermal stress was found
to be 20 cm (figure 7).
In order to ensure an overall level of
quality and control that was at least
equivalent to a ‘conventional’ model, the
Client decided to instruct SETEC to
carry out extended operational management to assist it in quality monitoring
and acceptance of the structure. This
mission related both to the design
aspect and performance of the actual
works.
A distinctive geologicalcontextAll the bridges and tunnels in work
package H are in specific geological
contexts and Saverne tunnel is no
exception, since it crosses the Vosges
fault. This major fault features a net slip
of some 350-400 m between the
Muschelkalk geological formations on
the Upper Rhine Plain and the Bundsandstein sandstone formations, which
constitute the steep Vosges mountains.
The eastern attack point of the tunnel lies
in a difficult context featuring highly disrupted Upper Rhine Plain marly limestone formations; the Vosges fault line is
crossed 50 metres from the portal,
underground. It proved difficult to establish a geotechnical model on the basis
of survey campaigns, so the design of
temporary structures to build the false
tunnels (with a nailed d-wall) was a sensitive point in the overall design work.
Because of the outstanding uncertainties
during the works phase, monitoring was
conducted using the observational
method plus ex-post analysis.
Although it accounted for only 2% of
the total length bored, the TBM excavation of this soil was also design-critical.
The Consortium opted for a dual-mode
TBM operating in EPB mode in this
zone, which proved to be the right
choice (as opposed to a conventional
attack). Beyond the Vosges fault, as it
runs westward the project encounters
the Bundsandstein sandstone formations in subhorizontal strata: medium
to coarse Vosges sandstone with sandy
to clayey intercalations, Saint Odile
Poudingue (2-5 cm pebbles surrounded by a coarse sandstone matrix),
Intermediate Layers (cemented sandstone and sandy clay strata). These
materials have been defined as compact
rock (mean compressive strength of
around 30 mPa), abrasive and with little
fracturing. The Consortium addressed
the resulting issue of wear by opting for
appropriate cutting tools (cutter bits)
and mucking tools.
Figure 4 - Installations du chantier tête Est / Installations of the eastern portal construction site.
L’excavation du tunnelde SaverneLe choix de la méthode de
creusement
Lors de la phase d’Appel d’Offre,
Dodin Campenon Bernard et Spie batignolles TPCI, les entreprises du Groupement en charge du tunnel ont, avec
l’aide des ingéniéries intégrées BG et
Antéa, étudié les diverses solutions
autorisées : monotube ou bitube,
excavation traditionnelle (explosif ou
machine d’attaque ponctuelle) ou au
tunnelier.
La solution monotube conduisait à une
machine de 14,50 mètres de diamètre
donc de très grand diamètre. Cette
machine posait de nombreux problèmes:
• Un recul du portail d’entrée qui se
trouvait alors dans la zone de la faille
de la plaine d’Alsace et avec une
grande hauteur de paroi à soutenir
(plus de 25 m) ;
• Le passage de la zone centrale du
vallon de Langthal dans laquelle les
This soil does not pose any problem
with regard to its immediate stability
and made open-mode excavation possible.
For the cross-passages, explosive
excavation was necessary, and ‘bolted
shell’ walls were also used. Apart from
a few isolated faults, the sensitive section of the bored tube excavation was
that adjacent to the Langthal valley. Soil
surveys of this section revealed faults
and the possible existence of sandy
lenses, with a significant risk of water
inrush. The route through this zone, and
the possibility of it calling for excavation in EPB mode, also played a determining role in the Consortium’s choice
of TBM. On the Lorraine side, the TBM
breakout is through sound, compact
sandstone formations. The sandstone
eye is stable; superficial formations
have been reinforced by nailing at the
head of the wall.
From a hydrogeological point of view,
perched aquifers have been identified
near the top of the formation, but
none were encountered during excavation.
Saverne tunnel excavationChoice of excavation
method
During the Call for Tender phase, Dodin
Campenon Bernard and Spie batignolles TPCI, the Consortium contractors responsible for the tunnel, studied
the various solutions permitted with the
consortium’s engineering firms BG and
Antéa: single tube or double-tube,
conventional excavation (using explosives or roadheaders) or TBM excavation.
The single tube solution would have
called for a machine 14.50 m in diameter. This is extremely large and would
have posed a great many problems.
• Moving back the entry portal, placing
it in the Alsace plain fault zone, with
an extremely high wall to be supported – over 25 m;
• passing through the central Langthal
valley zone, where survey boreholes
had identified sandy pockets and
suspended aquifers, possibly under
pressure;
M
tions gréseuses du Bundsandstein
selon une stratification subhorizontale :
Grès Vosgiens à grains moyens à grossier avec intercalations sableuses à
argileuses, Poudingue de Saint Odile
(galets de 2-5 cm enrobés d’une
matrice de grès grossier), Couches
Intermédiaires (grès cimentés et
niveaux argilo-sableux). Ces matériaux sont caractérisés comme étant
une roche compacte (Rc moyen de
l’ordre de 30 MPa), peu fracturée et
abrasive. Le Groupement a donc dû
répondre à cette problématique
d’usure par le choix d’outils de coupe
(molettes) et de marinage adaptés.
Ces terrains ne posent pas de probléme quant à leur stabilité immédiate
et permettent l’excavation en mode
ouvert.
Concernant les intertubes, une excavation à l’explosif est nécessaire et un
soutènement, type coque boulonnée,
est mis en place. Sur le linéaire foré,
outre quelques failles isolées, le passage au droit du vallon du Langthal
constitue le point sensible de l’excavation du tube foré. Le terrain en place
est reconnu comme faillé avec possibles lentilles sableuses et risques de
venues d’eau importantes. Le choix du
tunnelier retenu par le Groupement a
été également conditionné par le passage de cette zone qui nécessitait un
éventuel passage en mode fermé.
Côté Lorrain, la sortie du tunnelier
s’effectue dans les formations
gréseuses saines et compactes. Le
tympan gréseux est stable, un renforcement des formations superficielles
par clouage à été réalisé en tête de
paroi.
Du point de vue hydrogéologique, des
nappes perchées sont identifiées en
partie sommitale du massif ; aucune
d’entre elles n’a été reconnue lors du
creusement.
© LGV EST - Groupement lot 47 - Jean-Marc Bannwarth
CHANTIERS/WORKSITES
375
sondages de reconnaissance
avaient identifié des poches de
sable et des nappes suspendues
éventuellement sous pression ;
• La nécessité de séparer physiquement les deux voies ferroviaires par
un mur coupe-feu HCM120 sur
toute la hauteur du tunnel et de
créer des sas permettant le passage
des voyageurs d’un tube à l’autre en
toute sécurité et sans transmission
du feu.
Les diverses méthodes d’excavation
ont également été explorées dans
cette phase. La méthode d’excavation
à l’explosif ou avec des machines
d’attaque ponctuelle envisageable
compte tenu de la dureté du grès présentait des aléas importants sur le
revêtement provisoire principalement
dans la zone centrale du Vallon de
Langthal. Suivant les hypothèses de
sol considérées, ce revêtement pouvait être lourd et générait donc un aléa
conséquent.
Le planning imposait 4 attaques d’où
une mobilisation importante de
moyens humains et matériels. Toutes
ces raisons ont conduit le Groupement
à opter pour une excavation du bitube
au tunnelier.
Choix et conception
du tunnelier
La géologie rencontrée a dicté le choix
du tunnelier. La quasi-totalité du tracé
(90 % des 3 860 m) des deux tunnels
se fait dans le grès rose de Vosges ou
les Poudingues de Sainte Odile. Ces
matériaux sont de faible dureté mais
sont compacts et très abrasifs. Ces
376
Ces difficultés, sans réel bénéfice de
coût (machine et revêtement beaucoup plus chers) ni de délai (avancement moins rapide et délai
supplémentairepour la réalisation du
mur coupe-feu central), ont conduit
le Groupement à abandonner cette
solution.
Choice and design
of the TBM
Figure 6 - Transfert de la tête de coupe dans le tube V1 achevé /
Transfer of the cutting head in completed tube V1.
formations conduisaient de manière
évidente à une excavation en mode
ouvert avec extraction des matériaux
par tapis dès la chambre d’abattage.
Il restait donc à trouver la meilleure
solution pour franchir les formations
marno-calcaire instables de l’entrée
côté Alsace (50 mètres minimum) et
la zone du Vallon de Langthal (350
mètres). Après avoir étudié diverses
solutions de traitement du massif par
injection (depuis l’extérieur ou depuis
la machine) ou même un près tunnel
en méthode traditionnelle, le Groupement a pensé que le plus fiable et le
plus sûr serait d’avoir un tunnelier
adapté à ces types de terrains c’està-dire une machine fonctionnant également en pression de terre. D’où la
machine bi-mode proposée lors de
l’Appel d’Offre et utilisée sur le projet.
Le tunnelier
En commençant l’excavation un an
après l’Ordre de Service, un seul tunnelier permettait de respecter les
délais globaux du projet. Afin de tenir
cette date, le Groupement a anticipé
le choix du fabricant du tunnelier et a
choisi, dès l’Ordre de Service le 1 er
octobre 2010, la société HERRENKNECHT. La conception a été faite par
le fabricant en collaboration avec les
• The need for physical separation of
the two rail tracks by means of a
HCM 120 fire break wall for the full
height of the tunnel, and the creation
of air locks allowing passengers to
move from one tube to the other
safely and without the fire spreading
across.
These difficulties, with no real benefit
in terms of cost (much more expensive
machinery and lining) or leadtime (slower progress and additional time to
construct the central fire break wall)
resulted in the consortium abandoning
this solution.
The various excavation methods were
also explored during this phase. Excavation using explosives or roadheaders,
which was possible given the hardness
of the sandstone, left major areas of
uncertainty regarding the temporary
lining, especially in the central Langthal
Valley zone. Depending on the soil scenarios examined, the lining could be
heavy-duty and therefore a major
source of uncertainty.
The planning called for four attack
points, and thus considerable demands
in terms of human and material
resources. For all these reasons, the
Consortium opted for double-tube
excavation using a TBM.
The choice of TBM was dictated by the
geology encountered. Almost the entire
route (90% of the 3,860 m) of the two
tunnels runs through pink Vosges
sandstone or Saint Odile Poudingue.
These materials are not very hard but
are compact and highly abrasive. These
formations naturally led to open-mode
excavation with removal of spoil by
conveyor right from the cutting chamber. The next requirement was to find
the best solution to cross the unstable
marly limestone formations near the
Alsace portal (at least 50 m) and the
Langthal Valley area (350 m). After
having examined a range of solutions
to treat the formation by injection (from
the outside or from the machine) or
even from an adjacent conventionally
excavated tunnel, the Consortium decided that the safest and most reliable
method was to have a TBM built to cope
with this type of terrain, i.e. one that
could also operate in earth pressure
balance mode. This resulted in the
choice of the dual mode machine suggested in the Tender Submission and
used for the project.
The TBM
Since excavation commenced one year
after the Order to Proceed, it was possible
to abide by the project deadlines using
just one TBM. To keep to this schedule,
the Consortium anticipated the choice of
TBM manufacturer: on receipt of the Order
to Proceed on October 1st 2010, it selected HERRENKNECHT. Design was carried
out by the manufacturer in collaboration
with specialists from DCB and SBTPCI
over a period of three months; construction took another six months. The
machine was delivered to the site from
July 16 onwards. Assembly commenced
in August and work on the front commenced in early November 2011. The machine
(figure 5) was designed taking into
account the soil encountered (earth pres-
CHANTIERS/WORKSITES
spécialistes de Dodin Campenon
Bernard et SBTPCI en 3 mois et sa fabrication en 6 mois. La machine a été livrée
sur le site à partir du 16 juillet. Le montage a commencé en août pour une
mise à front faite début novembre 2011.
La machine (figure 5) a été conçue en
fonction des terrains rencontrés (pression de terre et mode ouvert) et des
objectifs d’avancement instantané de
80 mm / mn en mode ouvert et de
40 mm / mn en pression de terre (maxi
3 bars). Ces cadences permettent les
avancements moyens journaliers de
20 m (mode ouvert) et 15 m (EPB) prévus au planning des travaux. Une attention particulière a été portée sur le
remplissage en mortier de bourrage
derrière les voussoirs. Compte tenu de
l’existence de circulation d’eau éventuellement sous pression dans le massif
et du choix d’utiliser un mortier semi-
inerte (dosage à 60 kg/m 3 en zone courante et à 140 kg/m 3 dans les zones
d’entrée et sortie), il existait, en mode
ouvert, le risque de lessivage du mortier
ou de perte vers l’avant de la machine.
Dans la conception de l’injection du
mortier et du revêtement du tunnel, il a
donc été prévu :
• Un surdimensionnement des pompes d’injection (3 pompes KSP20) et
de la trémie de stockage sur le tunnelier (16 m 3) ;
• La possibilité d’une injection à travers
les voussoirs avec ajout éventuel
d’adjuvants accélérateur de prise ;
• La possibilité avec la mise en place
de bi-cônes d’avoir des zones non
complètement remplies ;
• La possibilité d’une injection complémentaire à l’arrière du train
suiveur (plateforme avec pompe
KSP12 et benne de 6 m 3).
sure and open mode) and the goals of a
real-time rate of progress of 80 mm/min
in open mode and 40 mm/min in EPB
mode (max. 3 bar). These speeds have
allowed for mean daily progress of 20 m
(open mode) and 15 m (EPB mode) as
planned in the schedule of works. Particular attention has been paid to filling
with packing mortar behind the arch segments. In view of the possible existence
of water under pressure in the formation
and the decision to use semi-inert mortar
(dose: 60 kg/m3 in standard zones and
140 kg/m3 in entrance and exit zones),
there was a risk of mortar leaching or
loss towards the front of the machine in
open mode. Consequently, when designing mortar injection and the tunnel
lining, the following was included:
• Overdesign of the injection pumps
(3 KSP20 pumps) and the TBM storage hopper (16 m3);
• The possibility of injecting through
arch segments with the option of
adding setting accelerator additives;
• Installation of flared fittings so that
some sections would not be completely filled;
• The option of supplementary injection to the rear of the follow train (unit
with KSP12 pump and 6 m3 skip).
Tunnel lining
The lining (figure 6) consisted of universal reinforced concrete trapzeoidshaped rings, each consisting of eight
prefabricated arch segments.
Construction of the 30,880 sections
was assigned to STRADAL, which built
a rotary mould unit at its factory in Kilsett (Bas-Rhin) located 45 km from the
worksite. The unit comprises 40
moulds (5 complete rings) supplied by
CARACTÉRISTIQUES DU TUNNELIER
• Machine bi-mode : mode ouvert et EPB
• Diamètre d’excavation : 10,07 m
• Bouclier simple non articulé de 10,02 m de diamètre
• Roue de coupe articulée portant des molettes de 19 pouces :
50 mollettes simples et 4 doubles
• Poussée maximale : 74 250 kN produite par 30 vérins de 2,80 m de course
• Couple maximum : 23 000 kNm
• Entrainement hydraulique
• Vitesse de rotation de la roue de coupe : de 0,5 à 4 t / mn
• Puissance installée sur la machine : 5 850 kW
• Convoyeurs : capacité 1 000 m 3/ h, largeur 1,00 m
• Poids du bouclier : 1 000 t
• Poids de la roue de coupe : 180 t
• Poids total : 2 100 t
TBM CHARACTERISTICS
• Dual mode machine: open mode and EPB mode
• Excavation diameter: 10.07 m
• Standard, non-articulated shield, diameter: 10.02 m
• Articulated cutter wheel with 19-inch cutter bits: 50 single bits and 4 double bits
• Maximum thrust: 74 250 kN produced by 30 thrust jacks with 2.80 m travel
• Maximum torque: 23,000 kNm
• Hydraulic drive
• Cutter wheel rotation speed: 0.5-4 rpm
• Installed power on machine: 5,850 kW
• Conveyors: capacity: 1,000 m3/hr, width: 1.00 m
• Shield weight: 1,000 t
• Cutting wheel weight: 180 t
• Total weight: 2,100 t
Figure 5 - Montage du tunnelier / Assembly of the TBM.
M
377
Le revêtement du tunnel
Le revêtement (figure 6) est réalisé par
des anneaux universels trapézoïdaux en
béton armé constitués chacun de 8 voussoirs préfabriqués. La réalisation des 30
880 pièces a été confiée à la société
STRADAL qui a aménagé un carrousel de
fabrication dans son usine de KILSETT
(67) située à 45 km du chantier. Le carrousel est équipé de 40 moules (5
anneaux complets) fournis par CBE et il
permet une production journalière, en 3
postes, de 12 anneaux.
Les voussoirs sont approvisionnés sur le
chantier par camions portant chacun un
½ anneau.
Les voussoirs ainsi que le mortier de
bourrage sont ensuite acheminés
jusqu’au tunnelier par des véhicules
spéciaux double cabines sur pneu de
charge utile 86 t (soit le transport d’un
anneau complet et de 12 m 3 de mortier
correspondant à cet anneau).
À la pose, les voussoirs sont assemblés dans les 2 directions par des bou-
lons provisoires (Vis 25 * 250 / 160).
Dans les zones particulières d’entrée
et sortie, de faille ainsi qu’au droit des
inter-tubes (figure 7), le boulonnage est
définitif et complété par des bi-cônes
de résistance au cisaillement 15 t ou
37,5 t (15 unités par section) qui
assurent une liaison mécanique
entre les anneaux. t
PRINCIPALES QUANTITÉS
• Linéaire total creusé en tunnel : 7 720 m
• Linéaire total creusé en rameau : 140 m
• Déblais réalisés : 615 000 m 3
• Nombre d’anneaux : 3 889 u
• Nombre de voussoirs : 30 880 u
• Volume de béton de voussoirs : 97 000 m 3
• Volume du soubassement grès traité : 12 800 m 3
• Volume soubassement béton : 9 050 m 3
• Volume de béton de trottoirs : 23 115 m 3
• Linéaire de faux-tunnel : 165 m
• Volume de béton des faux-tunnel : 5 600 m 3
• Sondages de reconnaissances : 56 u
MAIN QUANTITIES
• Total length of tunnel excavation: 7,720 m
• Total length of spur excavation: 140 m
• Spoil: 615,000 m3
• Number of rings: 3,889
• Number of arch segments: 30,880
• Total quantity of segment concrete: 97,000 m3
• Total quantity of sandstone base treated: 12,800 m3
• Concrete base: 9,050 m3
• Walkway concrete: 23,115 m3
• Total length of false tunnels: 165 m
• Total quantity of concrete for false tunnels: 5,600 m3
• Survey boreholes: 56
378
Figure 7 - Zone particulière au droit des intertubes /
Cross-passages.
CARACTÉRISTIQUES DES VOUSSOIRS
• Voussoirs universels de 7 éléments + 1 clé
• Nombre de voussoirs : 30 880 unités
• Diamètre extérieur du revêtement béton : 9,70 m
• Diamètre intérieur du revêtement béton : 8,90 m
• Épaisseur des voussoirs : 0,40 m
• Longueur de l’anneau : 2 m
• Béton : C40 / 50 dosé à 350 kg /m 3 de ciment CEM III PM-ES
ARCH SEGMENT CHARACTERISTICS
• Universal arch segments, 7 elements + 1 key segment
• Number of segments: 30,880
• External diameter of concrete lining: 9.70 m
• Internal diameter of concrete lining: 8.90 m
• Arch segment thickness: 0.40 m
• Ring length: 2 m
• Concrete: C40 / 50, dose: 350 kg /m3 of CEM III PM-ES cement
CBE and allows for a daily production,
in 24-hour shift mode, of 12 rings.
The arch segments are supplied to the
worksite on trucks, each of which carries half a ring.
The arch segments and packing mortar
are then brought to the TBM by special
dual-cabin, tyre-mounted vehicles with
a maximum payload of 86 t (allowing
a complete ring and the corresponding
12 m3 of mortar to be transported in
one load).
On installation, the arch segments are
assembled in both directions by means
of temporary bolts (25 x 250 / 160
screws). In the distinctive entrance/exit
zones, fault areas and adjacent to crosspassages (figure 7), bolting is permanent
and supplemented by 15 t or 37.5 t shear
resistant flared fittings (15 units per section) to provide mechanical linkage between rings. t
CHANTIERS/WORKSITES
QUELQUES DATES CLÉS
• 1er octobre 2010 : Ordre de service ;
• Février 2011 : Début des travaux préparatoires ;
• Août 2011 : Arrivée des éléments du tunnelier sur site pour montage ;
• Octobre 2012 : Début du creusement du premier tube ;
• Novembre 2012 : Début de creusement du deuxième tube ;
• Février 2014 : Libération du 1er tube pour les marchés d’équipements
ferroviaires ;
• Juillet 2014
KEY DATES
• October 1st 2010: Order to Proceed
• February 2011: Start of preparatory works
• August 2011: TBM elements arrive on site for assembly
• October 2012: Start of excavation of first tube
• November 2012: Start of excavation of second tube
• February 2014: First tube to be made available to rail equipment tender
• July 2014
UNE COLLABORATION EFFICACE
• Une collaboration étroite et efficace des différents intervenants permet
sur la période écoulée de respecter tous les enjeux importants
de qualité et de délai.
• À fin décembre 2012, les travaux à l’air libre sont quasiment achevés.
• Le tube voie 2 dont le creusement a commencé avec 2 mois d’avance
sur le planning prévisionnel bat tous les records d’avancement ;
• 1 040 ml creusés sur les 30 jours du mois de novembre 2012.
• Une prochaine parution retranscrira le bilan de la réalisation de ces travaux
exceptionnels.
EFFECTIVE COOPERATION
• Close, effective cooperation between the various stakeholders has made
it possible
to abide by all the key aspects in terms of quality and leadtimes.
• By the end of December 2012, open air works were virtually complete.
• The ‘Track 2’ tube, of which excavation commenced two months ahead of
the provisional schedule, is breaking records in terms of progress:
• 1,040 m excavated in the thirty days of November 2012.
• A further publication will offer a review of the completion of these
exceptional works.
Remerciements à la revue TRAVAUX pour l’autorisation de re-publication de cet article / Thanks to TRAVAUX magazine for their authorization to re-publish this paper.
M
379
380_385caire_Mise en page 1 08/11/13 13:44 Page380
Impact of seismic loading on the design of
underground projects
Example of the Line3 phase2 of the Greater Cairo metro
Impact des actions sismiques sur
le dimensionnement des projets en souterrain
Exemple de la phase 2 de la Ligne 3 du métro du Caire
Sylvie GIULIANI-LEONARDI (1)
Résumé
Les expériences passées en matière de séismes de par le monde
ont montré que les revêtements en voussoirs préfabriqués des
tunnels forés présentent un bon comportement sous les actions
dynamiques ; peu de dommages ont été répertoriés jusqu’à des
accélérations de 0.2 g.
Toutefois très peu d’informations existent concernant cet impact
sur les structures plus singulières qui composent les projets
d’ouvrages en souterrain, comme par exemple les intersections
entre le tunnel foré et les structures annexes.
L’exemple choisi concerne les intersections entre le revêtement
du tunnel foré et les puits de ventilation et de secours de la
phase 2 de la nouvelle ligne 3 du métro du Caire en Egypte;
ces intersections, au concept innovant, constituent une liaison
directe entre le tunnel foré composé de voussoirs préfabriqués
et les puits circulaires composés de panneaux de parois moulées, via une structure de liaison type portique.
La méthodologie de calculs retenue repose sur la transcription
des cas de chargement dynamiques (accélération de 0.09g dans
chacune des directions) en des cas de chargement pseudostatiques appliqués dans les modèles éléments finis en 3 dimensions, utilisés par ailleurs pour le dimensionnement des
ouvrages sous actions statiques.
En amont, des pourcentages de participation des masses dans
chacune des directions d’accélération sont déterminés et injectés dans l’analyse précédemment mentionnée.
Enfin, les efforts obtenus sont cumulés aux efforts sous actions
statiques pour obtention des efforts accidentels résultants.
380
J. DUPEYRAT
(1)
(1)
VINCI Construction Grands Projets,
Underground engineering department, Rueil Malmaison, France
Abstract
The past experiences of seism around the world showed us that
jointed segmental lining of bored tunnels have a good behavior
under dynamic actions. However little information can be found
about the impact at singular points of underground projects, like
at intersection between main bored tunnels and annexed structures. The example of the performed 3D calculations for the
phase 2 of the Line 3 of the Greater Cairo metro (Egypt) is giving
a quantification of the generated impact on the design, for the
connections in between bored tunnels segmental lining and the
evacuation & fire brigade access shafts, that have to support a
0.09g magnitude earthquake.
1 - IntroductionTunnels and underground structures
have a better resistance to earthquake
than surface structures.
Based on past experiences, it is known
that up to 0.2g seismic acceleration,
only small damages are expected in
underground structures.
However, the project specifications of
the Greater Cairo metro Line 3 phase
2 were including a check under 0.09g
acceleration for all structures of the
Line.
Dynamic analysis of a structure under
a seismic excitation may be performed
in several ways.
The seismic coefficient method has
been selected for the analysis of the
intersection zone between main bored
tunnel and shaft linings of the Greater
Cairo metro phase 2 Line 3, as well as
for the cut and cover stations; this
method is based on the transcription
of a dynamic loading into a static one,
called more commonly pseudo-static
loading.
Despite it gives a rough approximation
CHANTIERS/WORKSITES
Avec ceux-ci, le dimensionnement de tous les éléments de chacune des intersections a été revu, validé ou corrigé ; principalement ont été affectés les portiques d’intersection tunnel-puits
avec une augmentation de leur ferraillage interne et de liaison
aux parois moulées des puits, d’environ 20 à 25% en moyenne ;
les voussoirs préfabriqués du tunnel et les panneaux de parois
moulées des puits, quant à eux et comme attendu, n’ont pas été
impactés.
of the problem (see also Kawashima
(2006)), this method is selected
because of its “easy” application on
already existing 3D Midas models
used for static design.
Details of the proceeding and of the
main results as well are described in
the following for the singular zones of
intersection between main bored tunnel and shaft structure.
2 - Concerned part ofthe project - PresentationThe phase 2 of the Line 3 of the Greater
Cairo metro is composed of five cut
and cover stations, one main bored
tunnel and seven ventilation & fire brigade access shafts.
These circular shafts, made by diaphragm wall panels are connected
directly to the segmental concrete
lining of the bored tunnel, via a
concrete portal, Fig.1, Fig.2, Fig.3; for
this innovative concept description,
see also Giuliani et al (2011).
These structures are almost all completed now; advantages of this concept
have been demonstrated during
construction.
Figure 1 - Connection shaft –
bored tunnel segmental lining.
Figure 3 - Photo of connection to shaft.
M
Figure 2 - Photo of connection to bored tunnel.
381
3 - Description of theapplied methodology3.1 - Computation of internal
forces in the structures at
long term under static
actions
The analysis under static actions, with
consideration of mutual interaction
between the main tunnel lining, the
shaft lining and the concrete portal
(which makes the stiff junction between tunnel and shaft), including
consideration of all construction
sequences as well as consideration of
the long term phase is performed
using a full 3D modeling made with
Midas GTS software which is dedicated to geotechnical and tunnel engineering analysis.
The surrounding soil is modeled by
volume elements with Mohr-Coulomb
material model, the tunnel lining and
the shaft panels by elastic plate elements as well as the structural internal
slabs of the shaft; the concrete portal
which makes a stiff connection between the segmental lining and the
shaft lining is modeled by elastic
volume elements.
Long term moduli of materials are
considered. Some views of the model
are given in the Fig.4, Fig.5 and Fig.6.
3.2 - Computation of internal
forces in the structure under
dynamic actions
For this analysis, the dynamic loading
is translated into a “pseudo-static”
loading whereby the acceleration
introduced is expressed via a percentage of volumes participation in a static loading way.
The over-conservative results issued
from preliminary calculations based
on applying 100% of the structural
self-weight in translational direction
motivated a more accurate analysis,
with the determination of % of mass
participation in each direction of loa-
Figure 5 - Shaft walls and Tunnel lining – 11A 11B 13B.
382
ding. % of mass of all the modeled
volumes, as concrete volumes, soil
volumes and water volumes; are determined for all acceleration directions.
3.2.1 - Determination of mass
percentages participation
Above underground structures are
freely moving; they have to comply to
the soil displacements; the Eigen analysis is a method to obtain the natural
frequencies of vibration of a structure:
when structure is free to move without
the influence of any external forces, it
would vibrate in different frequencies;
each frequency (Eigen frequency) is
corresponding to a vibration mode
shape; the target is to determine under
what mode shapes the mass participation is the biggest one.
In our 3D situation modeling hereabove described, the maximum percentage of participation is determined
for each direction with Midas GTS
dynamic option, using the first fifty
natural modes; Annex structures are
classified in different groups depending on their geometry, their surrounding conditions (soil cover and water
situations); corresponding 3D Midas
models are used; it comes the following mass participation percentages
that are relevant for each structure design; see Table1.
Figure 4 - Full Midas
GTS model – 11A 11B 13B.
Figure 6 - Portal structure – 11A 11B 13B.
CHANTIERS/WORKSITES
Annex structure
Soil cover
at tunnel axis
Water column
at tunnel axis
Ox direction
Oy direction
Oz direction
11A 11B 13B
15A 19A
17A
23m
16-27m
17m
9-15m
no water
no water
56%
53%
57%
35%
41%
50%
86%
80%
85%
Table 1 - Mass participation percentages.
(a)
(b)
(c)
Figures 7 - Internal forces & stresses in dwalls (a), in segmental lining (b) and in concrete portal (c), for Oy positive load case – 11A 11B 13B.
sed seismic coefficient equal to 0.09g
multiplied by the mass participation %
per direction, per structure group. See
some results in Fig.7.
3.3 - Final results
In order to get the final results in the
different parts of the structure, internal
forces of each pseudo static load case
are added to the static long term situation ones.
The envelop of all these resulting internal forces are used at accidental ultimate
limit state to check the compatibility of
the already performed design under
static actions with the 0.09g accidental
seismic acceleration. The impact is
quantified in the next pages.
4 - Quantification of theimpact on the designThis impact analysis is performed globally on all Annex Structures of the
phase 2 of the Line3 that are almost
similar (11A.11B.13B.15A.17A &
19A).
4.1 - Impact on bored tunnel
segmental lining and on
shaft d-walls panels
Results showed that the seismic
action has no impact on the tunnel
segmental lining design and on the
shaft walls design. This conclusion is
compatible with what was already
conventionally admitted for jointed
structures.
4.2 - Impact on concrete
portal structure
Thus, the following is focusing on the
concrete portal and especially on the
impact on the reinforcement since
concrete design (check of concrete
stresses and thus of element dimensions) is compatible with seismic
action.
The figure 8 is detailing the percentage of increase of reinforcement sections per main portal element and per
bars direction from the reinforcement
sections issued from static situation.
These percentages are average values
for the all analyzed annex structures.
First of all, it has to be noted that
oppositely to segmental lining and
d-walls panels, the seismic load
cases have got an impact on all elements of the portal and in all directions.
The impact on upper beam and lower
beam is very similar; 23% to 34%
increase of (Ox) bars is coming mainly
from shear at end parts; 10% to 15%
increase of (Oz) bars is coming from
tensile forces and shear as well. Note
that the seismic impact on (Oy) bars
is covered by the severe loading
assumptions applied at construction
stage.
The impact on side-walls is greater on
(Ox) and (Oy) bars.
M
3.2.2 - Pseudo-static load cases
Pseudo-static load cases are entered
in the Midas GTS model, as described
in section 3.1.
Only moduli of elasticity of all concrete
elements are changed into instantaneous moduli values with:
• Pre-cast segmental lining:
28500 MPa
• Shaft internal structures:
34922 MPa
• Shaft D-wall panels:
29858 MPa
Since the encountered soil is for major
part made of sand with some clay
layers, long term parameters are kept;
short term parameters are almost equal
to long term ones for this formation.
Six specific load cases are computed
separately into a full linear analysis: a
pseudo acceleration in the six different
directions is applied independently
since the design is using a 3D nonsymmetrical model: Ox positive, Oy
positive, Oz upward, Ox negative, Oy
negative, Oz downward, using a revi-
383
Figure 8 - Impact of seismic action on reinforcement of the concrete portal – Increase from static design.
384
CHANTIERS/WORKSITES
4.3 - Impact on connecting
bars concrete portal to
d-walls panels
The figure 9 is presenting the percentage of increase of reinforcement
sections per main portal element and
per bars direction from the reinforcement sections issued from static
situation. These percentages are average values for all analyzed annex
structures; they are varying from
13% to 27% depending on portal
elements.
Figure 9. - Impact of seismic action
on connecting reinforcement portal to
d-walls – Increase from static.
5 - ConclusionThe seismic coefficient method was firstly selected because “easily”
applicable to already existing 3D models; it has to be mentioned that
adding automatically in Midas GTS the static load case results and the
pseudo static load results per direction is not possible, thus leading to
highly time consuming analysis.
The performed analysis confirmed the good behavior of a jointed tunnel
lining. It also reveals that seismic action has got an impact on the global
reinforcement of the connecting structure essentially due to shear forces
increase between the different elements. The impact was not negligible
(globally +25% of reinforcement) because of the stiff connection
between the structures inherent to this innovative structural concept of
connection. t
5 - ConclusionLa méthode du coefficient sismique avait été initialement sélectionnée car facilement applicable sur les modèles de calculs éléments finis en 3D
utilisés pour le dimensionnement sous charges statiques des structures ; toutefois, vu l’impossibilité dans le logiciel Midas GTS d’ajouter automatiquement les résultats issus des cas de charges statiques et ceux issus des cas de charges pseudo-statiques, le temps d’exploitation a été augmenté
de manière significative.
L’analyse réalisée a confirmé le bon comportement d’un revêtement de tunnel en voussoirs. Elle a aussi révélé que les sollicitations sismiques ont
une incidence sur le taux d’armatures des structures ceci étant essentiellement provoqué par l’accroissement des contraintes de cisaillement ;
cette incidence s’est révélée non négligeable (globalement + 25%) notamment en raison du liaisonnement rigide des différents éléments de structures
entre eux, liaisonnement rigide inhérent au nouveau concept développé. t
-References• S.Giuliani-Leonardi, O.Gasterbled, S.Madhi (WTC 2011,Helsinki) - A compact design for shaft-tunnel junction adopted for Greater metro Line 3.
Design aspects and use of advanced numerical methods
• Kawashima.K – Seismic analysis of underground structures. Journal of Disaster research Vol.1 No3, 2006
M
385
tunnelling works
In-depth expertise /
In 2030, it is expected that 60% of the world population will live in cities, which translates into five billion people needing modern mobility and utilities infrastructures.
In the densely populated settings resulting from this population explosion,
it will be no easy task to develop the necessary infrastructure or, indeed, maintain it.
Working underground will often be the only possibility and this will take place
through a complex network of tunnels, sewers and shafts without disturbing aboveground activities. Fortunately for Denys, this is the company’s primary field of expertise.
Photographs / In Flanders, Denys is contributing to the modernisation and expansion of the sewer network in various locations.
Here, sewers are constructed using advanced (remote-controlled) drilling techniques.
www.denys.com
tunnelling works / civil works / water works / restoration works / building works / pipeline works / Dream Works
DNS_03567_Adv_ENG_A4_Tunnels&Tunneling.indd 1
24/11/11 16:13
387_391casablanca_Mise en page 1 12/11/13 14:55 Page387
CHANTIERS/WORKSITES
M
Record de microtunnelier au Maroc
Micro-tunnelling record performance
in Morocco
Dirk DERYCKE
DENYS
Mathieu GRISELAIN
DENYS
Description du projet,et environnement-
area have entered a phase of extensive
transformation, characterised by major
urban development works, in an
attempt to keep pace with the constant
growth in population. Drinking water
is distributed to an increasingly large
proportion of the 5 million Casaouïs,
as the inhabitants of Casablanca are
known, but some of the domestic and
industrial wastewater continues to be
discharged directly into the adjacent
Atlantic Ocean, with no treatment
whatsoever.
A ce jour, seules les eaux de la moitié
Ouest de Casablanca sont proprement collectées, traitées, et rejetées
a large via un émissaire sous-marin.
En 2011, la Lyonnaise des Eaux de
Casablanca – ou LYDEC (opérateur
de service public en charge de la distribution d’eau et d’électricité,
la collecte d’eau pluviale et d’assainissement, et l’éclairage public pour
la région du Grand Casablanca),
associée au Conseil de la Ville, a
lancé les travaux du Projet Anti Pollution de Casablanca Est, consistant
en la construction de 24km de col-
lecteurs gravitaires, d’une station
de prétraitement à Sidi Bernoussi,
d’un émissaire marin de 2km, pour
un budget total de 1,4 milliard de
dirhams.
Environment and projectdescriptionOver the past ten years or so, the city
of Casablanca and the surrounding
At present, only wastewater from the
western half of Casablanca is properly
collected, treated and discharged out
to sea, by means of an underwater
sewer main. In 2011, La Lyonnaise des
Eaux de Casablanca (LYDEC), the
public-service operator responsible
for water and electricity distribution,
rainwater and wastewater collection
and public lighting for the Greater
Casablanca region, in collaboration
with the City Council, started work on
the Eastern Casablanca Anti-Pollution
Project. This consists in the construction of a total of 24 km of gravity-based
collectors, a pre-treatment plant at Sidi
Bernoussi, and an underwater sewer
main 2 km long, for a total budget of
1.4 billion dirhams.
M
Depuis une dizaine d’années, la
métropole de Casablanca est entrée
dans une phase de profonde transformation, marquée par de grands travaux d’aménagement urbains, qui
tentent de rattraper la croissance
constante de sa population. Alors que
l’eau potable est distribuée à une part
toujours plus importante des 5 millions de Casaouïs, une partie des eaux
usées, domestiques et industrielles,
est toujours rejetée directement dans
l’océan Atlantique qui borde la ville,
sans traitement d’aucune sorte.
387
Presentation of the
DENYS/CAPEP consortium
DENYS and CAPEP first joined forces in
2011, when they made a consortium bid
for international calls for tender launched by LYDEC. This was the first time
that DENYS had worked in Morocco.
Dans le cadre de ce projet, le groupement d’entreprises DENYS/CAPEP a
remporté en mai 2011 l’appel d’offre
international relatif à la construction
de 2.570 ml de galerie DN2500 au
micro-tunnelier. Puis en août 2012 un
nouvel appel d’offre pour la construction de 2.890 ml supplémentaires, de
même diamètre.
La solution du creusement de la galerie
au micro-tunnelier a été plébiscitée
par le cabinet de conseil SAFEGE-C3E,
en tenant compte d’une situation
urbaine contraignante (travail sous le
boulevard côtier avec fort trafic poids
lourd, en zone industrielle et portuaire),
et d’un travail à grande profondeur en
présence de nappe phréatique.
Présentation du groupement
DENYS/CAPEP
est quant à elle spécialisée dans les
travaux d’eau potable, d’assainissement, et de génie civil au Maroc.
Construction des puits
de travail
Le creusement des 5.460ml de collecteur principal nécessite la
construction de 3 puits de départ, de
dimensions intérieures 14,00m x
8,00m, et de 4 puits de réception, de
dimensions intérieures 7,00m x
4,00m. Ces puits sont construits dans
un sol mixte, constitué en partie supérieure (sur 5,00m environ) de couches
de sable plus ou moins grésifié, et en
partie inférieure de schistes et quartzites fracturés, à pendage variable. La
profondeur des puits de travail varie
de 12,00m à 18,00m.
As part of this project, in May 2011
the DENYS/CAPEP contractor
consortium won the international call
for tender for the construction, using
a micro-TBM, of a gallery 2570
metres long with a nominal diameter
of 2500 mm. In August 2012, the
same consortium won a new call for
tender for the construction of a further
2890 linear metres, of the same diameter.
Excavation of the gallery using a
micro-TBM was recommended by
consultants SAFEGE-CGE, bearing in
mind the restrictive urban environment (work beneath the coast road
with a high volume of HGV traffic, in
an industrial and port zone), and work
at considerable depth in the presence
of groundwater.
Les sociétés DENYS et CAPEP ont uni
leurs moyens pour la première fois en
2011, en répondant en groupement
aux appels d’offres internationaux lancés par LYDEC. Il s’agissait pour DENYS
d’une première intervention au Maroc.
La société belge DENYS est spécialisée
dans les travaux de pipeline, eau potable, tunnel, génie civil, travaux spéciaux et restauration. Historiquement
très active au Benelux, DENYS est
désormais présent, dans toute l’Europe
et également en Afrique et au Moyen
Orient. La société marocaine CAPEP
388
Tunnelier prêt à démarrer le creusement du premier tronçon /
The TBM ready to commence excavation of the first section.
DENYS, a Belgian firm, specialises in
pipeline, drinking water, tunnelling and
civil engineering works, as well as special works and restoration. Having been
highly active historically in Benelux,
DENYS is now also present all over
Europe, in Africa and the Middle East.
For its part, the Moroccan firm CAPEP
specialises in drinking water, drainage
and civil engineering works in its home
country.
Construction of
the work shafts
Excavation of the main collector over a
distance of 5460 m called for the
construction of 3 starter shafts, with
inner dimensions of 14.00 m x 8.00 m,
and 4 arrival shafts, with inner dimensions of 7.00 m x 4.00 m. These shafts
were built in mixed soil. The top section
(to a depth of some 5.00 m) consists of
sandy layers with varying degrees of
sandstone, beneath which lie shale and
fractured quartzite with varying inclines.
Depth of the work shafts varies from between 12.00 m to 18.00 m
Initial shaft sections are supported by
sheet piling shoring or pile walls,
depending on the cohesion of the sand
and the height of groundwater. Shaft
walls in the rocky section are supported
by anchor rods located as appropriate
depending on the fracture characteristics of the rock. Earthworks are carried
out by means of a mechanical excavator equipped with a hydraulic rock
breaker for the rocky areas.
CHANTIERS/WORKSITES
société HERRENKNECHT un tunnelier
AVN 2500, à bouclier fermé, équipé
d’une roue de coupe type rocher et
d’une chambre hyperbare. La pression
d’air hyperbare, en équilibrant la pression de la nappe phréatique, permet
d’accéder à la roue de coupe en toute
sécurité, pour inspection et/ou remplacement des outils de coupe lorsque
nécessaire.
Once the micro-TBM has excavated a
gallery, the permanent inspection
shafts are constructed inside the work
shafts; the latter are then filled in. At
the request of the operator, additional
inspection shafts are also being
constructed along the length of the
gallery, between the work shafts.
Après exécution de la galerie au microtunnelier, les puits de visite définitifs
sont construits à l’intérieur des puits de
travail, qui sont ensuite remblayés. A la
demande de l’exploitant, des puits de
visite supplémentaires sont également
construits sur la galerie, entre les puits
de travail.
En phase de préparation, la société
DENYS a procédé à une campagne
géotechnique, consistant en des prélèvement par carottage le long du tracé,
suivis d’essais de compression, de perméabilité et d’abrasivité. Etant donné
les valeurs de résistance à la compression simple rencontrées associées à
une grande perméabilité, DENYS a
choisi de commander auprès de la
The technique of drilling using a
micro-TBM, recommended by
DENYS, has made it possible to
construct gallery sections up to 1000
m long without a covered trench, between two work shafts – the latter
being the only visible indications on
the surface of the works going on
below. Since it is possible to
construct curved sections of gallery,
the work shafts can be situated at the
least disruptive locations for local
residents, at the same time as avoiding underground obstacles such as
buried networks and other existing
tunnels.
During the preparatory phase, DENYS
conducted a geotechnical survey
campaign, consisting in core sampling along the entire length of the
route, followed by compression, permeability and abrasiveness testing. In
view of the unconfined compressive
strength values recorded, combined
with high permeability, DENYS decided to order an AVN 2500 closedshield TBM from HERRENKNECHT,
fitted with a rock cutter wheel and a
compressed air chamber. By balancing groundwater pressure, the highpressure chamber makes it possible
to have access to the cutter wheel in
complete safety, for inspection and/or
replacement of the cutting tools when
necessary.
Réalisation de la galerie principale
La technique du fonçage au micro-tunnelier, préconisée par DENYS, permet
de construire sans tranchée des tronçons de galerie pouvant atteindre
1.000 m, entre deux puits de travail, qui
sont les seuls indices visibles en surface des travaux qui se déroulent en
souterrain. Etant donné la possibilité de
construire les tronçons de galerie en
courbe, les puits de travail peuvent être
placés aux emplacements les moins
gênants pour les riverains du chantier,
tout en évitant autant que possible les
obstacles souterrains (réseaux enterrés, autres galeries existantes).
Construction of the main
gallery
Descente du tunnelier dans le premier puits de travail /
Lowering the TBM into the starter shaft.
Vue de la roue de coupe, à l’arrivée du tunnelier dans le puits de réception /
View of the cutter wheel on arrival of the TBM at the end shaft.
The 5460 metre gallery is being built
in six sections with lengths of between
810 m and 970 m. The technique used
to monitor micro-TBM excavation of
these curved sections is a first in
Morocco: the position of the microTBM can be recorded in real time
using the SLS Microtunnelling LT
navigation system, located on the
worksite by VMT. DENYS has four systems of this type, suitable for diameters of between 900 mm and 2500 mm.
M
Les premiers mètres des puits sont
soutenus par des blindages en palplanches ou murettes berlinoises – le
choix de la technique se faisant selon
la cohésion du sable et la hauteur de
la nappe phréatique, tandis que les
parois du puits dans la partie rocheuse
sont soutenues par des tirants d’ancrage, suivant les caractéristiques de
fracturation de la roche. Les terrassements sont réalisés à la pelle mécanique, équipée d’un brise roche
hydraulique pour la partie rocheuse.
389
Les 5.460 ml de galerie sont construits
en 6 tronçons de longueur allant de
810 ml à 970 ml. La technique
employée pour le suivi du creusement
au micro-tunnelier de tels tronçons en
courbe constitue une première au
Maroc : la position du micro-tunnelier
est mesurée en continu par le système de navigation SLS Microtunnelling LT, implanté sur chantier par la
société VMT. DENYS possède 4 systèmes de ce type, adaptés à des diamètres allant de 900mm à 2500mm.
Dans la cabine de pilotage, l’opérateur
peut ainsi visualiser à tout instant la
position et l’orientation du tunnelier par
rapport à la courbe théorique, et, si
nécessaire, corriger en agissant sur les
8 vérins de guidage. Une mesure de
vérification effectuée tous les 100m
permet de contrôler la précision du système de navigation, qui est ré-étalonné
le cas échéant. Ainsi, le tunnelier peut
être guidé jusqu’au puits de réception
avec une précision de l’ordre du centimètre en horizontal et en vertical.
Les tuyaux de fonçage, qui constituent
Vue de l’intérieur du tunnel, avec station automatisée sur la gauche /
View of the inside of the tunnel, with an automated station on the left.
le revêtement définitif de la galerie, sont
descendus à l’avancement du tunnelier, assurant ainsi un soutènement
immédiat de l’excavation. L’emboitement des tuyaux à manchette métallique assure l’étanchéité de la galerie
pendant toute la phase de construction,
malgré l’omniprésence de la nappe
phréatique. Chaque tronçon compte 6
stations de poussée intermédiaires,
These enable an operator in the control
booth to view the location and orientation
of the TBM with respect to the theoretical
curve at all times. If necessary, they can
make corrections by adjusting the eight
guide cylinders. A verification measurement is performed every 100 m to check
the accuracy of the navigation system; the
latter is recalibrated if required. The system enables the TBM to be guided to the
exit shaft with an accuracy of within 1 cm,
both horizontally and vertically.
The jacking-pipies, which also constitute
the permanent gallery lining, are lowered
as the TBM progresses, thereby providing immediate support for the excavation. The jacking-pipes use a steel
sleeving system that ensures the gallery
remains watertight throughout the
construction phase, despite being surrounded by groundwater. Each section
includes six intermediate thrust stations,
in order to reduce the stress on the pipe
runs and reduce the risk of tunnel
blockage.
Représentation des écarts verticaux
du tunnel par rapport à sa position
théorique.
En abscisse : linaire de tunnel
(1 carreau = 20 ml).
En ordonnées : écart par rapport à la
position théorique (1 carreau = 5 cm) /
Diagram of the vertical offset of the
tunnel compared to its theoretical
position.
x-axis: tunnel route (1 square = 20 m)
y-axis: offset compared to theoretical
position (1 square = 5 cm).
390
CHANTIERS/WORKSITES
afin de réduire les efforts appliqués sur
les conduites, tout en réduisant le
risque de blocage du tunnel.
La roche traversée contenant du
quartz, cristal particulièrement abrasif, des inspections périodiques de la
roue de coupe, des molettes et des
scrapers sont planifiées, afin de vérifier le bon état des outils de coupe et
des boulons de serrage. Ces derniers
sont remplacés chaque fois que
nécessaire.
Vue de l’intérieur du tunnel, avec un station de poussée intermédiaire au premier plan /
View of the inside of the tunnel, with an intermediate thrust station in the foreground.
Echéances
La première tranche de travaux,
concernant 2.570ml de galerie, 8 puits
de visite et 2 ouvrages d’interception,
doit être réceptionnée en septembre
2013. La seconde tranche, concernant
2.890ml de galerie et 8 puits de visite,
doit être réceptionnée en aout 2014.
La galerie principale de la première
tranche a été achevée par DENYS en
décembre 2012 ; étant donné l’avancement actuel des travaux, il devrait
en être de même pour la seconde
tranche début octobre 2013. Le reste
du temps imparti correspond à la réalisation des ouvrages de génie civil et
la remise en état des sites occupés
pendant les travaux.
Ouvrages annexes
Le marché prévoit également l’interception des effluents circulant dans 2
collecteurs existants, de sections
hydrauliques respectives 4,5m² et
11m², qui se rejettent actuellement en
mer. Etant donné que les collecteurs
existants se mettent en charge en cas
de précipitations pluvieuses, ou en cas
de marée haute à fort coefficient, les
ouvrages d’interception doivent être
équipés d’un système de régulation
automatisé. Ainsi, les 2 ouvrages sont
équipés de débitmètres et capteurs de
niveau amont et aval, de vannes de sectionnement et de vannes de régulation
hydrauliques, d’un automate de
contrôle.
La mise en fonctionnement des ouvrages
se fera dès achèvement de la station de
prétraitement de SidiBernoussi. t
The jacking-pipes and intermediate
jacking stations are being built in
Tétouan, Morocco, by LA MEDITERRANENNE DU BETON. The pipes, each 2.4
m long and weighing 14 t, are transported 350 km by truck from the construction plant to the worksite. To withstand
jacking force, the pipes must be capable
of withstanding a thrust of 2000 t on
straight sections, and 1500 t on curves.
At the request of LYDEC, a protective
lining is applied to the jacking-pipes
subsequently, in order to improve the
resistance of the concrete to hydrogen
sulphide.
Since the tunnel passes through rock
containing quartz – a particularly abrasive
crystal – regular inspections of the cutter
wheel, roller cutters and scrapers have
been scheduled, in order to check the
condition of the cutting tools and fastening bolts. These are replaced as often as
necessary.
The tender also includes works to intercept two existing effluent collectors, with
hydraulic cross-sections of 4.5 m² and
11 m² respectively; these currently discharge directly into the sea. Levels in the
existing collectors rise in the event of
rainfall or a particularly high tide, so the
interception structures must also be
equipped with an automated regulation
system. Both structures have been fitted
with flowmeters and upstream and
downstream level sensors, as well as cutoff valves, hydraulic regulation valves and
a control PLC.
Deadlines
The first phase of works, comprising
2570 m of gallery, 8 inspection shafts and
2 interception structures, is due for
acceptance in September 2013. The
second section, for 2890 m of gallery and
8 inspection shafts, is due for acceptance
in August 2014.
The main gallery for the first phase was
completed by DENYS in December 2012;
on the basis of the current progress of
works, the main gallery for the second
phase should be completed in early October 2013. The rest of the allotted time is
earmarked for the construction of civil
engineering works and returning the sites
occupied during works to their original
condition.
The infrastructures will be commissioned
as soon as the Sidi Bernoussi pre-treatment plant has been completed. t
Equipes de DENYS et CAPEP /
DENYS and CAPEP teams.
M
Les tuyaux de fonçage et les stations
intermédiaires sont construits au
Maroc, à Tétouan, par la société LA
MEDITERRANENNE DU BETON. Les
tuyaux, de longueur 2,40 ml pour un
poids de 14 T, sont transportés par
camion sur les 350 km qui séparent
l’usine du chantier. Pour résister aux
contraintes du fonçage, les tuyaux
doivent être en mesure de supporter
des poussées de 2.000 tonnes en
ligne droite, et 1.500 tonnes dans les
courbes. A la demande de LYDEC, un
revêtement de protection est appliqué ultérieurement sur les tuyaux de
fonçage, afin de garantir une meilleure résistance du béton au sulfure
d’hydrogène.
Ancillary works
391
392idetecast_Mise en page 1 08/11/13 10:52 Page1
393_398seatle_Mise en page 1 08/11/13 13:21 Page393
CHANTIERS/WORKSITES
M
Surveillance rapprochée pour la construction
du Tunnel SR 99 de l’Alaskan Way à Seattle
Close monitoring for the construction
of Alaskan Way Tunnel SR 99 in Seattle
Loic GALISSON
Soldata Inc.
Boris CARO VARGAS
Soldata Inc.
© Google Earth / Soldata
Jean-Ghislain LA FONTA
Soldata Group
C’est le plus gros tunnelier à pression de terre (EPB : Earth Pressure
Balance) jamais construit qui a commencé à creuser sous la ville
de Seattle en juillet dernier. Avec son diamètre de 17,5 mètres,
l’impressionnante machine a débuté son œuvre qui devrait durer
jusqu’à l’automne 2014 (fig. 2). Au terme de ces 15 mois, le tunnel SR 99 longeant la rive du Puget Sound sur la Côte Ouest des
Etats-Unis sur près de 3 km sera achevé (fig. 1). Ce tunnel SR 99
à double pont, comme le Socatop en région parisienne, remplacera à terme le viaduc de l’Alaskan Way fortement endommagé
lors du tremblement de terre de février 2001. Compte tenu de
l’envergure et de l’environnement fortement urbanisé du projet,
un programme de monitoring d’une ampleur inégalée aux EtatsUnis a été déployé. C’est Soldata Inc. la filiale américaine du
groupe français spécialiste du monitoring et de l’instrumentation
de pointe qui a remporté ce contrat exceptionnel.
Figure 2 - “Bertha”/ “Bertha”.
Last July, the largest earth pressure balance (EPB) TBM ever built
started excavation works beneath the city of Seattle. With a diameter of 17.5 m, this impressive machine began work which is due
to continue through to autumn 2014 (fig. 2). By the end of this 15month period, the SR 99 tunnel, running near the shore of the Puget
Sound on the West Coast of the United States for a distance of
almost 3 km, will have been completed (fig. 1). Like the Socatop
tunnel in Greater Paris, the SR 99 tunnel is a double-deck infrastructure. Ultimately, it will replace the Alaskan Way viaduct, which
suffered considerable damage during the February 2001 earthquake. In the light of the size of the project and the highly urbanised
environment, a monitoring programme of unprecedented scope for
the United States has been deployed. Soldata Inc., the US subsidiary
of the French monitoring and state-of-the-art instrumentation
specialists, was awarded this one-of-a-kind contract.
M
Figure 1 - Tracé du tunnel (vue Sud) / The route of the tunnel (south view).
393
En janvier 2011, le Washington State
Department Of Transportation (WSDOT,
équivalent de notre DDE) confie la
construction du tunnel à double pont
au groupement STP (Seattle Tunnel
Partners) composé des entreprises
Dragados et Tutor-Perini pour 1,35
milliard de dollars. Sur 2,9 km, le tunnelier passera entre 25 et 60 m sous
la ville et sous de nombreux immeubles.
Compte-tenu de la densité de l’environnement urbain et de la taille du
projet, afin de parer aux risques inhérents à un tel projet, un système de
monitoring très complet et extensif
s’impose. En effet, si le sol est globalement dense et stable, sauf à proximité immédiate du front de mer, le
contexte urbain dense nécessite de
prendre toutes les précautions possibles.
rents, obtient en mars 2012 ce qui est
alors pour le marché de la construction sur la côte ouest des Etats-Unis,
le plus gros contrat de monitoring à ce
jour. Pour un montant de 17.4 millions
de dollars, la filiale locale devra concevoir, installer et gérer une gamme
complète de solutions de mesures afin
de placer sous haute surveillance
l’avancée du tunnelier. (fig. 3)
En juin 2012, l’installation des instruments débute pour suivre en temps
réel les travaux déjà entamés sur le
creusement du portail sud du tunnel
et, en parallèle, établir les données de
référence sur le tracé du tunnel. Ce «
base-line » monitoring devait durer au
moins 6 mois, pour chaque capteur,
avant le passage du tunnelier (baptisé
‘Bertha’) afin d’assurer la stabilité des
données de référence. Il aura finalement fallu attendre plus de 12 ans
après le séisme pour voir le tunnelier
de 17,5 m de diamètre, le plus gros
jamais construit au monde, commencer à creuser dans le sol de Seattle,
près de Pioneer Square, en juillet
2013.
Pendant un an, ce sont jusqu’à 17
experts en monitoring de toutes nationalités qui ont œuvré pour installer les
instruments de mesures géotechniques et géodésiques tels que jauges
de contraintes, extensomètres, inclinomètres, tiltmètres. Ces instruments
On February 28, 2001, Seattle was hit
by an earthquake. Earthquakes are not
unusual in the north-west of the United
States, and there were no fatalities on
this occasion, but the Alaskan Way
Viaduct running above the city suffered major damage. Repairs were soon
commenced, but the damage to the
structure and its supporting dike proved to be considerable. In 2009, the
decision to replace part of this viaduct
with a road tunnel almost and related
improvements was announced. Known
as the SR 99 tunnel (in reference to
State Route 99, which runs across
Washington state), the tunnel will run
beneath downtown and lie at the heart
of the Alaskan Way Viaduct replacement project undertaken by the State.
394
Monitoring solutionscommensurate with thescale of the projectIt was in this context that in March 2012
Soldata Inc., selected by STP from a
total of nine competitors, won the largest monitoring contract to date on the
West Coast of the US in the construction industry. Worth a total of $17.4 million, the contract involves the local
subsidiary designing, installing and
managing a full range of measurement
solutions in order to monitor progress
of the TBM extremely closely (fig. 3).
In January 2011, Washington State
Department Of Transportation (WSDOT)
entrusted construction of the doubledeck tunnel to the Seattle Tunnel Partners (STP) consortium, comprising
contractors Dragados and TutorPerini, in a contract worth $1.35 billion. The TBM will advance over a total
distance of 2.9 km, at depths of between 25 and 60 m beneath the city,
including nearly 200 buildings.
Installation of the instruments commenced in June 2012, allowing works
to excavate the southern portal of the
tunnel to be monitored in real time, at
the same time as establishing reference data along the route of the tunnel. This baseline monitoring was to
last at least six months, for each sensor, before ‘Bertha’ arrived, in order to
ensure stable reference data. As things
turned out, it was over 12 years after
the earthquake that the 17.5 m-diameter TBM, the largest ever built in the
world, began excavating the Seattle
soil, close to Pioneer Square, in July
2013.
In the light of the dense urban environment and the scale of the project,
an extensive and wide-ranging monitoring system was called for to counter
the risks inherent in such a project.
Des solutions de monitoringà la hauteur du projetC’est dans ce cadre que Soldata Inc.,
sélectionnée par STP parmi 9 concur-
Indeed, while the ground is generally
dense and stable, except immediately
adjacent to the seafront, the dense
urban environment means that every
possible precaution must be taken.
Le 28 février 2001, la terre tremble à
Seattle. La zone du nord ouest des
Etats-Unis est familière des séismes
mais si elle ne déplore à cette occasion aucun mort, le viaduc de l’Alaskan Way qui traverse la ville est
fortement endommagé. Des réparations ont été rapidement mises en
œuvre mais les dégâts sur la structure
et sur la digue qui la soutient sont
conséquents. En 2009, la décision est
annoncée : ce viaduc sera remplacé
en partie par un tunnel autoroutier et
les améliorations nécessaires seront
effectuées. Ce tunnel SR99 (appelé
ainsi en référence à la State Road n°
99 qui traverse l’Etat de Washington)
qui passera sous le centre-ville se
situe au cœur du projet de remplacement de l’Alaskan Way Viaduct entrepris par l’Etat de Washington.
Figure 3 - Zone couverte par la surveillance par interférométrie satellite /
Area covered by satellite interferometry monitoring.
For a period of one year, as many as
17 monitoring experts of all nationalities were busy installing geotechnical
and geodesic measuring instruments,
including stress gauges, extensometers, inclinometers and tiltmeters. In
addition to these conventional measuring instruments, installed inside and
outside buildings, on infrastructures
and in the ground at depths of up to
100 m along and around the route of
the tunnel, 37 Cyclops instruments
© Soldata
© Soldata
CHANTIERS/WORKSITES
Figure 4 - Installation sur les toits de Seattle / Installation on the rooftops of Seattle.
Figure 5 - Sous l’œil attentif du Cyclops, le tunnelier traverse Seattle /
The TBM is crossing Seattle under the watchful gaze of the Cyclops.
© Soldata
were installed on buildings located
within the zone of influence of the project (fig. 4 tu 8). The Cyclops solution,
which has been used for some 15
years worldwide on construction
worksites, is a high-precision realtime system that measures deformation using automatic theodolites.
These systems use targets installed on
building facades. They can also function without targets, in particular to
monitor roadway settlement. On the
Seattle worksite, one third of the theodolites installed can work with or
without prisms, in “Centaur” mode.
While the tunnel has been the main
focus of concern, the existing viaduct,
de mesures classiques, installés à l’intérieur ou à
l’extérieur des bâtiments, sur les infrastructures et
dans le sol jusqu’à 100 mètres de profondeur, dans
et autour du tracé du tunnel, ont été complétés par
37 Cyclops, installés sur les bâtiments situés dans
la zone d’influence du projet (fig. 4 à 8). La solution
Cyclops mise à l’œuvre depuis 15 ans à travers le
monde sur des chantiers de construction est un
système temps réel de mesure des déformations
de haute précision fonctionnant avec des théodolites automatiques. Ces systèmes fonctionnent
avec des cibles installées sur les façades des bâtiments. Ils peuvent également fonctionner sans
cibles, en particulier pour pouvoir surveiller des
tassements de chaussée. Sur le chantier de Seattle, un tiers des théodolites installés sont capables
de fonctionner avec ou sans prismes, en mode
« Centaur ».
Figure 6 - Configuration d’un Cyclops /
Configuring a Cyclops.
Figure 7 - Cyclops-Centaur surveillant le viaduc et la ville / Cyclops-Centaur monitoring the viaduct and the city.
Si le tunnel est au cœur de toutes les préoccupations, le viaduc existant, toujours ouvert à la circulation, est également sous surveillance continue:
35 tiltmètres, 10 jauges de contraintes et 2 Cyclops
seront mobilisés pendant toute la durée des
travaux.
Figure 8 - Cyclops-Centaur au cœur de Seattle / Cyclops-Centaur in downtown Seattle.
M
395
Entre autres spécificités techniques,
c’est un contrôle automatique des tassements de terrain par satellite qu’il a
été décidé de mettre en place. ATLAS,
la solution de monitoring par interférométrie radar satellitaire (InSAR),
développée en partenariat avec l'IGN,
permet de caractériser et cartographier des mouvements avec une précision de ±3 mm. Reposant sur
l'exploitation de réflecteurs naturels
présents dans les images radar, cette
solution permet un suivi à moyen et
long terme sur des zones très étendues spatialement, tout en offrant une
excellente densité de points de
mesures (de l'ordre de 10.000 points
par km² en milieu urbain). Cette technique permet un suivi global, utile pour
faciliter la communication entre les
différentes parties prenantes d'un tel
projet: l'administration publique qui a
lancé le projet, les ingénieurs et techniciens qui le conçoivent et le réalisent, les riverains impactés par les
travaux,... Une telle étude permettra
d'observer l'impact sur les ouvrages
situés dans et autour de la zone d'influence et de vérifier la concordance
avec les incidences prévues initialement. Elle permettra ainsi de conforter
les mesures obtenues par les
méthodes d'instrumentation traditionnelles, pour une fiabilité maximale et
une meilleure information sur quelque
dommage éventuel qui pourrait survenir.
qui sont utiles en cas de séisme ou
pour s’affranchir des effets des
marées. Dans une zone à fort risque
sismique et à proximité de la mer, ils
garantissent un référentiel en cas de
dégradations sur les instruments en
surface ou situés à faible profondeur.
(fig. 9)
Enfin, une surveillance des nuisances
vibratoires et acoustiques a également été mise en place pour préserver
l’environnement et les populations
riveraines des travaux.
Au total, ce sont 3000 points de
mesures qui ont été établis et permettent de suivre les travaux en continu.
La majeure partie de ces points installés dans le sol ou sur les bâtiments
fait l’objet d’un relevé automatique
tandis que d’autres nécessitent un
relevé manuel. L’ensemble des données relevées sera centralisé dans
une plateforme de gestion des données sophistiquée, appelée Geoscope.
Toutes les données reçues et traitées
sont alors envoyées en temps réel
chez le maître d’œuvre et le maître
d’ouvrage qui ont ainsi la main sur la
surveillance des travaux. Le système
gère aussi un puissant système
d’alarme pour informer par tous les
still open to traffic, is also being monitored constantly, with 35 tiltmeters, 10
stress gauges and two Cyclops being
used throughout the duration of works.
In addition to other technical requirements, the project has opted for automatic satellite monitoring of ground
settlement. ATLAS, the satellite-based
radar interferometry monitoring solution (InSar), developed in partnership
with France’s National Geographic Institute (IGN), allows movements to be
defined and mapped to an accuracy of
within ±3 mm. Based on the use of
natural reflectors present in radar
images, this solution allows for
medium and long-term monitoring of
extremely large areas, as well as providing excellent measurement point
density (of the order of 10,000 points
per square kilometre in urban environments). This technique makes global
monitoring possible, thus aiding communication between the various stakeholders in projects of this nature: the
public authorities that launched the
project, the engineers and technicians
designing and executing it, local residents impacted by works, and so on.
This type of survey will make it possible to study the impact on structures
located in and around the zone of
De nombreux instruments sont par ailleurs directement embarqués sur le
tunnelier et donnent en permanence
des indications quant à la position précise de la machine, la quantité de
matériel excavé et la pression exercée
sur le front de taille. Cette dernière
donnée est essentielle pour adapter la
vitesse d’avancement aux conditions
réelles du terrain.
En outre, à une profondeur de 50 m
sont installés 6 ‘deep benchmarks’,
des repères ancrés considérés fixes
396
Figure 9 - Forage au marché de Pike Place pour une instrumentation du sol /
Borehole at Pike Place market for ground monitoring.
influence and check whether these
match the forecast impacts. It will also
provide confirmation for measurements obtained using traditional
monitoring methods, thus offering
optimum reliability and better information for assessing any damage that
might occur.
In addition, a large number of instruments are also being used on board
the TBM, constantly providing details
of the machine’s exact location, the
quantity of material excavated and the
pressure at the cutting face. The latter
is vital data when it comes to adjusting
the speed of progress to actual soil
conditions.
Furthermore, 6 deep benchmarks have
been installed at a depth of 50 m.
These anchored markers have been
taken as fixed points and are useful in
the event of an earthquake and to correct for the influence of the tides. In an
area exposed to a high earthquake risk
and close to the sea, they provide a
benchmark in the event of damage to
instruments located on the surface or
at shallow depths (fig. 9).
Lastly, monitoring of vibratory and
acoustic disruption has also been installed to protect the environment and
those living close to the works.
In all, 3,000 measurement points have
been established to monitor works at
all times. Data from most of these
points, installed in the ground or on
buildings, is logged automatically,
while other points require manual logging. All of the data gathered will be
centralised in a sophisticated data
management unit known as Geoscope.
All the data gathered and processed is
then sent in real time to the project
manager and client, giving them full
access to works monitoring. The system also manages a powerful alarm
system, alerting individuals involved
on the worksite in the event of pre-
CHANTIERS/WORKSITES
moyens disponibles (SMS, email,
sirène) les personnes intervenant sur
le chantier en cas de franchissement
de seuils définis au préalable.
Avancement du projetActuellement, l’installation est pratiquement complétée. L’équipe encore
sur place, une dizaine de personnes,
est chargée de la gestion des données et de la maintenance du système. A ce stade, les équipes ont 72
H pour réparer toute panne sur le
système. Dans les prochains mois, le
tunnelier passera sous quelques
bâtiments historiques. Citons les Polson et Western Buildings ainsi que le
Commuter Garage dont les fondations ont été renforcées pour garantir
leur intégrité et qui font l’objet d’un
monitoring particulier (tiltmètres,
crackmètres et niveaux à eau qui
permettront d’évaluer très précisément les moindres tassements différentiels des murs et des fondations).
Les équipes passeront alors à un
système d’intervention 24/7 avec
des astreintes pendant environ 15
mois.
Techniquement, l’avancée du tunnelier se déroule conformément aux
prévisions depuis l’été dernier.
Quelques difficultés mineures ont dû
être surmontées par les équipes mais
globalement, la préparation sérieuse
du chantier a permis un avancement
du tunnelier conforme aux prévisions.
tout au long des travaux . Un site
web a été créé, spécialement dédié
aux riverains avec, entre autres,
une page web sur le "monitoring"
(http://www.wsdot.wa.gov/Projects/
SR99/Tunnel/PropertyOwnerInfo.htm)
(fig. 10-11). Chaque mois, le service
"Communications & Public Involvement" / Alaskan Way Viaduct Replacement Program" du WSDOT édite
une brochure distribuée à tous les
riverains et autres personnes intéressées par le projet. L'édition de septembre présente le programme de
monitoring développé par Soldata et
explique comment le système de
monitoring, y compris par satellite,
assure la sécurité du projet. A l’heure
actuelle, l’information du grand
public est un paramètre incontournable pour tout projet urbain.
viously defined thresholds being passed, by every available means: text
messages, e-mails, and sirens.
At the north end of downtown, the northern
shaft is currently being reinforced with the
installation of piles prior to the arrival of
the TBM, scheduled for autumn 2014.
Progress of the project-
In its capacity as client, WSDOT has
emphasized the importanceof transparency and open communication with
the public during construction. A website geared especially to local residents
has been set up, including a webpage
devoted to monitoring (http://www.
wsdot.wa.gov/Projects/SR99/Tunnel/
PropertyOwnerInfo.htm) (fig. 10-11).
Every month, WSDOT’s “Communications & Public Involvement” / “Alaskan
Way Viaduct Replacement Program”
department publishes a leaflet distributed to all local residents and others
concerned by the project. The September edition presents the monitoring programme developed by Soldata and
explains how the monitoring system,
including satellite monitoring, is helping
to ensure the safety of the project. Today,
informing the general public is a vital
consideration in any urban project.
Perspectives-
At the time of writing, installation was
virtually complete. Some ten or so people are still on site, responsible for data
management and system maintenance.
At present, teams have 72 hours to put
right any system failure. In the coming
months, the TBM will pass beneath
several historic buildings. Their foundations have been reinforced to ensure
their integrity and the buildings will
benefit from special monitoring (tiltmeters, crack gauges and water levels,
allowing the slightest differential settlement of walls or foundations to be
assessed with great accuracy). At this
point, the teams will shift into 24/7
intervention mode, including emergency call-outs, for some 15 months.
Le tunnelier doit atteindre le puits
Nord à la fin de 2014 et être ouvert
à la circulation fin 2015 (fig. 12).
Ce n’est qu’alors que le viaduc sera
entièrement démoli, la continuité de
la traversée Nord-Sud de la ville
étant indispensable. Au terme de la
From a technical point of view, the TBM
has been progressing in line with forecasts since last summer. Crews have
faced minor challenges, but the stringent worksite preparation has enabled
the machine to progress in line with
forecasts.
OutlookThe TBM is due to reach the northern
shaft at the end of 2014 and the tunnel
Figure 10 - Le site web
WSDOT dédié au projet /
WSDOT’s dedicated
website for the project.
M
L’équipe du maître d’ouvrage WSDOT
a souhaité mettre l’accent sur l’importance de la transparence et de la
communication vis-à-vis du public
© WSDOT
A l’extrémité nord du centre-ville, le
puits nord est actuellement renforcé
par la mise en place de pieux en prévision de l’arrivée du TBM prévue
pour l’automne 2014.
397
© WSDOT
Figure 11 - Support de communication
diffusé par WSDOT détaillant les installations de surveillance / Leaflet distributed by WSDOT explaining the
monitoring installations.
Figure 12 - Le front de mer de la plus grande ville de l’Etat de Washington
va changer d’aspect / The seafront of Washington State’s largest city
will soon be looking different.
construction du tunnel, c’est plus d’un
million de mètres cubes de terre qui
aura été retiré du sol.
Toutes les mesures sont prises par la
WSDOT et les entreprises œuvrant sur
le projet pour assurer la sécurité des
travaux, de la population, des 200
immeubles situés dans la zone d’influence. Les données de monitoring
continueront d’être centralisées et
analysées pendant 6 mois après
l’achèvement du tunnel afin de
contrôler l’évolution du terrain.
A de nombreux égards, ce tunnel SR
99 fera surement date dans l’histoire
de la construction souterraine aux
Etats-Unis et dans le Monde et montrera le chemin pour des projets à
venir dans des villes comme Los
Angeles par exemple. t
Principaux intervenants
• Maitre d’ouvrage: WSDOT (Washington State Department of Transportation)
• Conception-réalisation: Seattle Tunnel Partners (STP) :
Dragados / Tutor Perini JV.
• Sous-traitants :
- Construction : Frank Coluccio Construction - Mowat Construction
- Projet : HNTB Corporation- Intecsa-Inarsa
• Spécialiste Monitoring : SOLDATA
398
is due to be opened to traffic at the end
of 2015 (fig. 12). It is only then that the
viaduct will be completely demolished,
since maintaining continuity of the
north-south link across the city is vital.
By the time construction of the tunnel is
completed, over one million cubic
metres of earth will have been excavated.
WSDOT and contractors working on the
project have taken every possible measure to ensure the safety of works, the
population and the 200 buildings located within the zone of influence. The
monitoring data will continue to be cen-
tralised and analysed for six months
after completion of the tunnel, to monitor the behaviour of the ground.
In many ways, the SR 99 tunnel is surely
destined to become a landmark in
underground construction in United
States and worldwide, showing the way
forward for future projects in cities such
as Los Angeles. t
Acknowledgement
The authors wish to thank Dave Sowers
(WSDOT) and Chris Dixon (Seattle Tunnel
Partners) for their invaluable support to
Soldata Inc. for the success of
this outstanding monitoring scheme.
Main contributors
• Owner: WSDOT (Washington State Department of Transportation)
• Design-build Main Contractor: Seattle Tunnel Partners (STP): Dragados / Tutor
Perini JV.
• Assisted by following Subcontractors:
- Construction: Frank Coluccio Construction - Mowat Construction
- Design: HNTB Corporation - Intecsa-Inarsa
• Monitoring specialist: SOLDATA
399_402nfm_Mise en page 1 08/11/13 13:45 Page399
CHANTIERS/WORKSITES
M
Manufacture and delivery of a new EPB TBM
for the Moscow Metro extension
Second Circle Line
Construction et montage sur chantier
d’un tunnelier à pression de terre
pour l’extension du métro de Moscou
(2ème ligne circulaire)
Thomas CAMUS (1)
Research and Development Dept.,
NFM Technologies, Lyon, France
Abstract
The Moscow underground Metro expansion programme launched in 2012 is a significant answer to the city’s growth:
37 stations and 75 km of tracks will be added by 2016, complemented from 2016 to 2020 by 75 km and 33 new stations.
Altogether the 2020 network will total over 450 km and more
than 250 stations. The Moscow Metro is currently configured
as a system of 9 main radial lines stretching out from the city
centre and a circle line that interconnects with the 9 other
lines. Part of the expansion programme concerns the construction of a second ring line further away from the centre.
A 6.2 km section of this new ring line (4 new stations) will be
bored by SMU Engeocom using a new TBM from NFM Technologies. This 6.6 m diameter EPB machine will excavate a twin
tube tunnel of 5.70 m internal diameter. On half the drives the
works will face a challenging geology of cohesionless sands,
with an increased difficulty over long sections due to a mixed
face situation with limestone in the low part. A pressure of
4 bars is expected, for which the TBM is designed. However the
most significant challenge concerns the project organisation
and logistics. The TBM parts will be fully manufactured in
Europe, mostly in the NFM factory in France, and delivered
within a tight schedule with a 10.5-month on site ready-to-bore
deadline. Through a comprehensive approach, the TBM will be
assembled directly on site, during the winter months early
2013, in close cooperation between NFM Technologies and
Engeocom.
M
Résumé
Le programme d’extension du métro lancé en 2012 apporte une
réponse significative au problème de croissance de la ville de
Moscou : 37 stations et 75 km de lignes nouvelles seront mises
en service avant fin 2016, puis 33 stations et 75 km entre 2016
et 2020. Ainsi, en 2020, le réseau métropolitain comprendra plus
de 450 km et 250 stations. Actuellement, ce réseau se présente
sous la forme d’un système de 9 lignes radiales partant du centre ville et d’une ligne circulaire reliant ces 9 lignes. Une partie
du programme d’extension concerne la construction d’une
deuxième ligne circulaire extérieure. Une section de 6,2 km de
longueur de cette nouvelle ligne comprenant 4 nouvelles stations
sera réalisée par l’entreprise SMU Engeocom avec un tunnelier
NFM Technologies à pression de terre de diamètre 6,6 m qui
excavera le tunnel bi-tube de diamètre intérieur 5,70 m. Sur la
moitié du parcours, le tunnelier devra traverser des horizons
géologiques difficiles constitués de sables lâches, rendus plus
difficiles encore sur de longues sections comportant une couche
calcaire en partie inférieure. Le tunnelier est prévu pour supporter une pression extérieure de 4 bars. Cependant, le challenge
le plus important concerne l’aspect organisation du projet et la
logistique.
Les composants du tunnelier seront tous fabriqués en Europe,
essentiellement à l’usine de NFM en France, et devront être livrés
de manière à ce que le tunnelier soit prêt à forer dans le délai
serré de 10,5 mois. Un programme global a été élaboré avec
en particulier un montage du tunnelier sur le chantier même
pendant les mois d’hiver du début 2013, en coopération étroite
entre NFM Technologies et Engeocom.
(1)
399
1 - IntroductionThe Moscow underground Metro was
built starting in 1933, the first train
running early 1935. Since then, it has
been expanding steadily and now
reaches an impressive total length of
300 km and serves 180 stations.
10,000 train rides carry 7 to 9 million
passengers every day.
In order to handle the city’s growth, the
Moscow Government has launched a
considerable expansion programme,
with 37 stations and 75 km of tracks
to be added by 2016, complemented
from 2016 to 2020 by 75 km and 33
new stations. All these extension will
be built as underground structures.
The plan is to reach by 2020 a total of
more than 450 km with more than 250
stations.
It is planned that a total of 22 TBMs
will be involved in the construction of
this metro extension, from 5 suppliers,
some of them being already used
machines, some of them new and spe-
cifically designed. In particular NFM
Technologies will be supplying a new
TBM that is described in the next sections of this paper, while another TBM
formerly at work in the Kazan metro
construction has been moved to Moscow.
The current configuration is that of 9
main radial lines stretching out from
the city centre to which a circle line is
interconnected as shown figure 1.
2020. It will connect (starting from the
North, clockwise) the stations of Savelovskaya, Sokolniki, Aviamotornaya,
Petshatniki, Kashirkskaya, Kochovs-
kaya, Prospect Vernadskogo, Park
Pobedy, Vystavochnaya, and Dinamo.
The existing short line 11 will be integrated in this new ring.
2 - The project2.1 - The Second Ring line
The second ring line project is part of
the ambitious programme for the
expansion of the Moscow metro. A
complete new ring will be constructed
running concentrically with the existing ring line, significantly relieving
the radial lines and coping with the city
development.
The full circle will be completed by
Figure 2 - Overall view of the 2nd circle line project (in dotted line)
and zoom on initial sections excavated.
The first part of the new line construction concerns the North and West of
Moscow, i.e. the connection between
lines 9 and 4. It will be operational by
2016, with tunnelling works starting in
2012. It includes the construction of 4
new stations (Khoidynskoe Pole, Khoroshevskaya, Schelepikha, and Delovoy Centre) – see figure 2.
Both tubes will have the same lining
and use segments delivered by a single
segment production facility located in
Lobnya, 20 km away from the jobsite.
The rings are made of 7 precast
concrete segments (6 + 1 key), the
dimensions of which are 1.2 m long,
300 mm thickness, for a weight of 3.1 t.
2.3 - Geology
2.2 - Tunnel characteristics
Figure 1 - Current network of Moscow Metro and Light Rail system.
400
The second ring line is built as a twin
tube tunnel of 5.70 m internal diameter.
The section from Khoidynskoe Pole to
Delovoy Centre represents 6.2 km. The
overburden varies from 21 to 40 m. The
tubes are bored in parallel by a refurbished Lovat machine and by a new
TBM from NFM Technologies.
A schematic of the geological profile
is given figure 3. The ground falls in
three categories, neither of them exhibiting a resistance (UCS) higher than
30 MPa. From the diagram, it is
obvious that most of the drive will be
excavated in a mixed front situation.
The major part of the tunnel is
constructed below the water table.
CHANTIERS/WORKSITES
Figure 3 - Simplified geological profile.
2.4 - TBM selection and
characteristics
In order to cope with the mixed ground
conditions, an Earth Pressure balanced (EPB) TBM was selected. Its main
characteristics are given in Table 1.
first hundreds of metres, it was decided that the initial configuration would
be of pick tools and drag bits only.
It is planned that the NFM machine will
progress at an average speed of 250
metres per month, i.e. complete its
tube in 26 months.
Type of Tunnelling
Shield type
Earth Pressure Balanced machine
Single shield, passive articulation
Working pressure
Excavation Diameter
Length of TBM + Back Up
Max Thrust
Nominal / Unlock Torque
Total weight
4.0 bar at the tunnel invert
Ø 6.60 m
85 m
38 000 kN
2 340 kN.m @ max. speed 7 020 kN.m
650 tons
aircrafts are still exhibited. Expansion
in this part of the city is booming with
high-tech residential housing and
office building projects, the Moscow
Ice Palace, and future projects such
as the gigantic Avia Park shopping
mall to be opened end of 2014 (see
figure 4).
The launching shaft is 30 m deep and
was excavated as a cut-and-cover job. It
was used to launch the Lovat TBM but it
is planned that the trench will be partly
covered before the NFM TBM is assembled (see figure 5). This limits the available space for hoisting down the
subassemblies to two openings of
Table 1 - NFM TBM characteristics.
3 - The logistics challenge3.1 - The approach
In order to meet the tight contractual
schedule for the TBM delivery, NFM
has decided to avoid the in-house
assembly and disassembly process
and perform the assembly operations
directly on site. This approach saves
time and costs but needs to be perfectly organized right from the design
phase and requires a specific design
of the supply chain. This approach was
previously used by NFM / Wirth for the
Schlüchterner tunnel project in 2006.
Figure 4 - Overall view of the future Khodynskoe Pole area with the shopping
mall to be constructed on top of the metro station shown in dotted lines.
3.2 - The jobsite
configuration
The TBM installation and launch jobsite is located at Khodynskoe Pole, the
former Moscow city airport where old
Figure 5 - Shaft configuration for the NFM TBM assembly.
M
In addition, the NFM TBM exhibits the
following additional features:
• Mucking can be done either by
muck cars (service train) or by a tunnel
conveyor. This can be changed at any
moment, assuming the tunnel
conveyor is installed and operational.
• Probe drilling and coring can be
performed using the installed drill
mounted on the segment erector. Drilling can be done axially through the
front bulkhead (2 ports) or through the
shield (6 angled ports).
• Detection of harmful gases is implemented for methane (CH4), carbon
monoxide (CO), and carbon dioxide
(CO2).
The cutter head is equipped as standard with both drag bits and disc cutters, the latter can be replaced with
pick tools. The Lovat TBM boring the
parallel tube having experienced a
geology of very soft ground along the
401
43 metres at each end of the trench.
Struts positioned in the corners and
across the trench create additional logistics constraints. After launching the NFM
TBM, it will be used to launch two other
machines excavating in the opposite
direction, i.e. towards Nizhnyaya Maslovka. This shaft will in turn be converted
into the actual Khodynskoe Pole metro
station.
Cold is also one of the project characteristics that will be taken into account in
order to avoid problems with the equipment (e.g. congealing or freezing of
fluids, increased mechanical friction).
Snow can also be problematic concerning all electrical installations (see statistics in Table 2). Covers and forced
warm air heating will be installed around
the TBM in the shaft.
3.3 - The upstream logistics
All the TBM parts will be fully manufactured in Europe, mainly in France at the
NFM facility in Le Creusot. A reinforced
supplier inspection and unit test process
guarantees that all delivered parts or systems will be 100% operational when
integrated in the complete machine.
Every subsystem is delivered to a buffer
storage warehouse that is inspected on
a weekly basis prior to shipment.
The transport plan is as follows:
• Buffer storage → Le Havre harbour: by
truck, first container 10 Dec., last
container 25 Dec.
• Le Havre → St Petersburg: by sea,
shipment 01 Jan.
• St Petersburg → Moscow: by truck,
delivery 26 Jan.
Including one week for customs clea-
Temperature (°C)
Average
Snow
Record
Snow cover (cm)
Month
Min
Max
Min
Max
Nr of days
Average
Max
January
February
March
-12.3
-11.1
-5.6
-6.3
-4.2
1.5
-42.2
-38.2
-32.4
8.6
8.3
17.5
31
28
28
26
35
29
63
72
78
rance in St. Petersburg, the whole transport process will be completed in 7
weeks.
3.4 - The site assembly
process
A careful analysis of all operations to be
performed has allowed identifying all
necessary equipment, standard and
specific tooling. A high capacity crawler
crane (500 t) will be made available
during the handling and lowering of the
front-end part of the TBM (shield and
cutter head subassemblies). The existing tower cranes that are also used to
handle the segments will be used for
lowering the gantries at the rear end of
the shaft.
The containers’ delivery positions will
be clearly marked on the ground (surface part of the jobsite), in accordance
to the initial positions of the corresponding backup gantries. This will greatly
reduce the number of material handling
operations.
Two work areas are defined:
• at ground level, where the gantries will
be fitted with their equipment;
• at the bottom of the shaft, where the
shield modules will be assembled, the
cutter head will be installed, and where
the whole TBM will be piped and
cabled.
At the design phase, prefabrication of
equipment has been widely used, for
example for all straight sections of both
high- and low pressure piping that will
come as weldless units ready to install.
The operations for both work areas and
their timing are given in figure 6 (planning). The work will be performed by a
joint team of NFM and the client SMU
Engeocom.
3.5 - The planning
The complete assembly and tests of the
NFM TBM are planned over a 10-week
period, i.e.:
• 8 weeks for assembly, including 6 for
piping and cabling,
• 2 weeks for testing,
as shown on figure 6.
Table 2 - Moscow winter climate statistics.
Figure 6 - Jobsite assembly operations planning
4 - ConclusionAlthough the planning and working conditions on the jobsite are very challenging, the overall target of 10.5 months from contract to “on site ready
to bore” could be achieved thanks to a well devised logistics plan and through a close cooperation between NFM and Engeocom. Excavation began
on 29 April 2013. t
Acknowledgements
The author wishes to thank Ms Tatyana Soboleva from Intertorg Russia (NFM Technologies’ agent for Russia) for her kind and helpful support in preparing this paper.
402
403abosaftestes_Mise en page 1 08/11/13 08:50 Page1
Je m’abonne à TUNNELS
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Nom/Surname : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ET ESPACE SOUTERRAIN
Prénom/First name : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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404_406ecomint_Mise en page 1 08/11/13 15:27 Page404
ECOMINT - Les travaux sont terminés
dans le tunnel des Echelles (73)
ECOMINT - Works in the Echelles tunnel in
Savoie have now been completed
Catherine LARIVE
CETU
Le projet ECOMINT consiste à expérimenter des procédés d’Etanchéité par COques MINces en Tunnels. Ce projet a été présenté
par l’entreprise ETANDEX, lauréate en septembre 2012 de l’appel
à projets d’innovation routière lancé par le MEDDE, Ministère de
l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie.
The ECOMINT project (Etanchéité par COques MINces en Tunnels)
involves experimental work with thin shell waterproofing procedures in tunnels. This project was presented by ETANDEX,
which in September 2012 won the road innovation Request For
Projects launched by France’s Ministry for the Ecology, Sustainable Development and Energy (MEDDE).
Le tunnel des Echelles, géré par le
Conseil général de la Savoie (73), a été
retenu comme premier site expérimental. Un tiers de sa longueur était affecté
de nombreuses venues d’eau, impossibles à traiter par des techniques classiques en raison de l’étroitesse de sa
section qui imposait un alésage préalable et donc des travaux longs et onéreux sous coupure de circulation.
The Echelles tunnel, which is managed
by Conseil Général de la Savoie (73),
was chosen as the first experimental
site. One third of its length was affected
by a large amount of water ingress that
was impossible to treat using conventional techniques due to its narrow
cross-section, requiring prior boring
and thus long and costly works as well
as closure to traffic.
L’ouvrage est constitué de tronçons de
natures différentes : certains sont non
The tunnel comprises sections of differing natures: some sections are not
Le tunnel avant les travaux : mi-mars 2013, de petites stalactites fondent au-dessus de
la chaussée / The tunnel before works : small stalactites are melting over the roadway.
Stakeholders
Intervenants
• Maîtrise d’ouvrage : Département de la Savoie
• Maîtrise d’œuvre : Département de la Savoie
avec l’assistance du CETU
• Coordonnateur SPS: BECS
• Entreprise : ETANDEX
• Fournisseurs partenaires du projet : SPPM, BASF CC, t-mix
• Maitres d’ouvrages partenaires du projet : Autoroutes et Tunnel du
Mont Blanc (ATMB) et Réseau Ferré de France (RFF)
• Services du MEDDE chargés du suivi du projet :
CETU, Département Laboratoire du CETE de Lyon
404
• Client: Savoie Département
• Project management: Savoie Département with the assistance of
the Tunnels Study Centre
• H&S coordinator: BECS
• Contractors: ETANDEX
• Partner suppliers: SPPM, BASF CC, T-Mix
• Partner clients for the project: Autoroutes et Tunnel du Mont Blanc
(ATMB) and Réseau Ferré de France (RFF)
• French Ministry for the Ecology, Sustainable Development and
Energy (MEDDE) departments responsible for project oversight:
CETU Tunnels Study Centre, Lyon CETE Highways Technical
Research Centre Laboratory Department
CHANTIERS/WORKSITES
Le tunnel pendant les travaux : la circulation
s'effectue sous alternat en journée ; le tunnel
est fermé la nuit lors des phases de projection /
The tunnel during works : traffic alternated
during day-time and closed overnight when
spraying.
Ces désordres étaient localisés
essentiellement sur les cents premiers mètres du tunnel. Le conseil
général 73 a souhaité les éliminer, à
la fois pour améliorer la sécurité des
usagers et pour alléger les contraintes
d’exploitation hivernale.
Les configurations variées du tunnel
(géométrie, revêtement, venues d’eau
de divers débits) se prêtaient bien à
l’expérimentation de différentes
méthodes de réparation. Les trois
techniques mises en œuvre sont les
suivantes :
• coque adhérente ultramince en
composite verre/époxy, appliquée
manuellement sur un mortier projeté de surfaçage et d’étanchement
provisoire (épaisseur entre 3 mm et
3 cm suivant l’état du support
constitué de coques en béton projeté existantes)
• coque adhérente mince « système
sandwich » appliquée également
dans les zones de coques en béton
projeté existantes et constituée d'un
mortier projeté de régularisation et
d'étanchement provisoire, d'un produit d'étanchéité projeté et d'une
protection par béton projeté armé
(épaisseur inférieure à 8 cm)
• coque semi-indépendante mince
ancrée dans l'ouvrage appliquée
dans les zones « au rocher » non
revêtues et constituée d'une nappe
drainante, d'une étanchéité projetée
à prise instantanée et d'une protection par béton projeté armé (épaisseur inférieure à 6 cm).
Durant les travaux, la circulation a été
maintenue en alternat pendant la journée. Les fermetures de nuit ont été
limitées aux opérations nécessitant
une coupure des deux voies de circulation : projection de l’étanchéité, du
béton, raccordement longitudinal en
voûte.
Les travaux ont été assez délicats et
ont duré plus longtemps que prévu.
Rien d’anormal pour une expérimentation en vraie grandeur dans un tun-
lined, while others have been repaired
with a drained, reinforced sprayed
concrete shell. The disorders observed
were as follows:
• a calcite deposit rendering the roadway slippery on the bend at the exit
on the Echelles side
• localised water inrush, unwelcome in
any season and resulting in the formation of black ice and stalactites in
winter.
These disorders were mostly located
within 100 m of the tunnel portal. The
Conseil général 73 wished to eliminate
them, both to improve user safety and
to make winter operation constraints
simpler.
The variety of configurations in the tunnel in terms of geometry, lining, and
various rates of water ingress made it a
good candidate for experimenting with
various repair methods. The three techniques implemented were as follows:
• an ultra-thin adhesive shell made of
glass/epoxy composite, manually
applied to a sprayed surfacing and
temporary waterproofing mortar with
a thickness of between 3 mm and 3
cm depending on the condition of the
existing sprayed concrete shell surface.
• a thin adhesive “sandwich system”
shell, also applied in the existing
sprayed concrete shell areas, composed of a sprayed smoothing and temporary waterproofing mortar, a sprayed
waterproofing product and a protective
layer of reinforced sprayed concrete
with a thickness of less than 8 cm.
• a semi-independent thin shell anchored to the tunnel, applied in nonlined areas with exposed rock
consisting of a drainage layer, instant-setting sprayed waterproofing,
and a protective layer of sprayed reinforced concrete with a thickness of
less than 6 cm.
The tunnel remained open to alternate
flow traffic during the daytime throughout the period of works. Night closures were restricted to operations
requiring both traffic carriageways to be
closed: spraying the waterproofing products and the concrete, and the lengthwise connection at the top of the arch.
Works proved to be quite delicate and
lasted longer than expected. However,
this was not surprising given that this
was a full-scale experiment in a tunnel
that had been chosen partly due to the
difficulty of repairing it. A high degree of
water ingress following an exceptionally
M
revêtus et d’autres ont été réparés
avec des coques en béton projeté
armé drainé. Les désordres constatés
étaient :
• un dépôt de calcite rendant la
chaussée glissante dans le virage
de sortie du côté des Echelles,
• des arrivées d’eau localisées, indésirables en toutes saisons et entraînant la formation de verglas et de
stalactites en hiver.
405
Le tunnel après les travaux : en octobre 2013, malgré la pluie visible sur la chaussée refaite, le parement du tunnel reste sec /
The tunnel after works : in october 2013, although rain is visible on the repaired roadway, the tunnel sidewalls remain dry.
nel en partie choisi pour la difficulté
de sa réparation… De fortes venues
d’eau consécutives à un printemps
exceptionnellement pluvieux et des
contraintes imprévues liées au maintien du gabarit sont apparues au cours
du projet. La jonction entre les procédés s’est avérée être un point particulièrement délicat dans l’une des zones
où il a été nécessaire de traiter un côté
du tunnel par un procédé adhérent et
l’autre par une coque drainée.
Un bilan complet des travaux sera
dressé dans un rapport destiné à évaluer cette première expérimentation,
puis des inspections périodiques et
des essais complémentaires seront
réalisés annuellement. Le CETU est
chargé du suivi de cette expérimentation pendant dix ans, période pendant laquelle les travaux sont garantis
par l’entreprise.
406
Outre le Conseil général de la Savoie,
l’entreprise ETANDEX et le CETU, très
impliqué dans ce projet, les partenaires de ces innovations sont les
Autoroutes et Tunnel du Mont Blanc
(ATMB) et Réseau Ferré de France
(RFF), maîtres d’ouvrage d’un patrimoine de tunnels. Les fournisseurs
des produits mis en œuvre sont SPPM,
BASF CC et t-mix. Le contrôle extérieur a été assuré par le Département
Laboratoire du CETE de Lyon. Enfin, le
pôle INDURA (INfrastructures DUrables
en Rhône-Alpes) a contribué également à l’émergence du projet.
Cette expérimentation ouvre de
nouvelles perspectives pour les
Maîtres d’ouvrages affectés par
des problèmes de venues d’eau en
tunnels avec de fortes contraintes
de budget et de gabarit. t
rainy spring and unexpected considerations relating to maintaining clearance emerged during the course of the
project. Interfacing between the different
procedures proved to be a particularly
delicate point in one of the areas, in
which it was found necessary to treat
one side of the tunnel using an adhesive
procedure and the other using a drained
shell.
A complete review of the works will be
drawn up in a report designed to assess
this initial experimental phase. Regular
inspections and supplementary tests
will be carried out annually thereafter.
The CETU Tunnels Study Centre is responsible for monitoring this experimentation for a period of 10 years – the
period during which works are guaranteed by the contractors.
In addition to Conseil Général de la
Savoie, ETANDEX and CETU (which
was closely involved with the project),
the other partners in these innovations
are Autoroutes et Tunnel du Mont Blanc
(ATMB) and Réseau Ferré de France
(RFF), which both own a large number
of tunnel assets. The products used
were supplied by SPPM, BASF CC and
t-mix. External control was provided by
the Laboratory Department of the Lyon
Highways Technical Research Centre
(CETE). The Rhône-Alpes Sustainable
Infrastructures unit INDURA (INfrastructures DUrables en Rhône-Alpes)
also contributed to the emergence of
the project.
This experiment opens up fresh
perspectives for Owners facing
issues with water ingress in tunnels combined with severe
constraints in terms of budget
and/or clearance. t
tmixbasf_Mise en page 1 12/11/13 15:06 Page1
zitron_Mise en page 1 06/11/13 11:54 Page1
409_416egis_Mise en page 1 08/11/13 13:46 Page409
TECHNIQUE/TECHNICAL
M
Influence d’un jet d’air sur la longueur
d’une nappe de retour de fumée
Influence of an air jet on the length
of a back layer
Mélanie LORENZ
EGIS TUNNELS (France)
Hervé BIOLLAY
EGIS TUNNELS (France)
Résumé
En présence d’un incendie, le fonctionnement d’un accélérateur
ou d’un injecteur dans une nappe de fumée stratifiée conduit à
la déstratification de cette nappe et donc à la perte de visibilité
pour les usagers. Lors des études de conception généralement
en 1D puis pour définir le descriptif fonctionnel permettant le
pilotage de l’installation de ventilation, il est important d’avoir
une estimation de la longueur de la nappe de retour des fumées
à contre sens du courant d’air (backlayering) et ce, en utilisant
principalement les outils 1D utilisés pour le dimensionnement.
Cet article permet de qualifier l’importance de certains paramètres pour pouvoir in fine les intégrer dans les outils adaptés.
Abstract
In the presence of fire, operating an accelerator or injector within
a stratified plume of smoke leads to destratification of this plume
and thus to a loss of visibility for users. During design studies,
generally in 1D, and subsequently in the definition of the
functional description to operate the ventilation installation, it is
important to have an estimation of the length of the back layer
(the plume of smoke moving counter to the air current), principally through the use of the 1D software used for dimensioning.
This article makes it possible to define the significance of a number of parameters in order to be able to incorporate them into
the appropriate software.
Introduction-
IntroductionIn the event of fire, the chief aim of
ventilation is to enable users to evacuate safely on their own. Users may
find themselves trapped upstream
and downstream from the fire in
two-directional tunnels and in
congested single-directional tunnels.
Consequently, smoke given off by the
fire needs to remain close to the ceiling: this condition is referred to as
stratification.
Auto-évacuation des usagers en sécurité / Safe self-evacuation of users.
M
En cas d’incendie, le principal objectif
de la ventilation est de permettre
l’auto-évacuation des usagers en
sécurité. Des usagers peuvent se
trouver bloqués en amont et en aval
de l’incendie dans les tunnels bidirectionnels et dans les tunnels unidirectionnels avec circulation congestionnée.
Il est alors nécessaire que les fumées
produites par l’incendie restent
« collées » au plafond ; elles sont alors
stratifiées.
409
TECHNIQUE/TECHNICAL M
Le système de ventilation vise à
conserver des conditions favorables à
la stratification des fumées.
Lorsque le système de ventilation est
de type longitudinal avec accélérateurs ou injecteurs, le fonctionnement
de ces systèmes d’entrainement d’air
induit un courant d’air longitudinal
dans le tunnel. Afin d’assurer des
conditions favorables à la stratification, la vitesse de ce courant d’air longitudinal doit être faible et donc
inférieure à la vitesse critique (vitesse
minimale permettant de repousser
l’ensemble des fumées d’un côté de
l’incendie). Il se forme ainsi une nappe
de fumée relativement stable se propageant à contre-courant de l’écoulement longitudinal. Cette nappe est
nommée nappe de retour ou backlayering.
La mise en route d’un accélérateur ou
d’un injecteur situé dans cette nappe
de retour stratifiée conduit à détruire
la stratification de cette nappe et donc
à la perte de visibilité pour les usagers.
Connaître la longueur de cette nappe
permet, notamment en phase de
conception, de prévoir l’implantation
la plus adaptée des accélérateurs, ou
encore de savoir quels accélérateurs
peuvent être mis en route dans le cas
d’un incendie sans détériorer les
conditions favorables à la stratification. La longueur de cette nappe de
retour dépend principalement de la
puissance de l’incendie, du débit d’air
dans le tunnel, mais aussi de la répartition de la vitesse dans la section
notamment en présence d’un jet d’air.
L’étude réalisée a consisté à analyser
l’influence de ces trois paramètres sur
la longueur de la nappe de retour au
moyen d’une étude expérimentale
(maquette à l’échelle 1/3) et d’une
étude numérique avec un code de calcul de dynamique des fluides en 3D.
410
Formation d’une nappe
de retour / Formation of
backlayering.
L’utilisation de la maquette (à une
échelle importante) est fondamentale
pour valider l’approche numérique afin
de pouvoir réaliser une étude paramétrique relativement exhaustive.
Dans l’étude, le système d’entrainement de l’air (de type accélérateur ou
injecteur) est représenté par un jet
plan pariétal qui permet de représenter le gradient de vitesse dans la section du tunnel. A débit constant, la
vitesse d’éjection du jet peut être plus
ou moins importante.
Etude expérimentaleLes essais de cette étude expérimentale
ont été réalisés dans la galerie incendie
de l’Ineris. Cette galerie de section 5,4
m2 et de longueur 50 m permet de
représenter un tunnel à l’échelle 1/3. La
section en travers de la galerie, présentée sur le schéma ci-dessous, comprend une gaine de ventilation qui n’a
pas été utilisé dans cette étude.
Le schéma de la page suivante représente la galerie. Elle est composée d’un
tunnel (1) dans lequel se produit l’incendie. Les fumées transitent ensuite
dans une tour verticale (2), dans un
laveur (4) puis dans le ventilateur
extracteur et sont ensuite rejetées par
une cheminée (6).
The ventilation system is designed to
preserve conditions that encourage
smoke stratification.
as well as on the velocity distribution
in the cross-section, particularly in
the presence of an air jet.
For longitudinal ventilation systems
with accelerators or injectors, these air
entrainment systems generate a longitudinal air current in the tunnel. In
order to ensure conditions that encourage stratification, the velocity of this
longitudinal air current must be low,
and thus less than the critical ventilation velocity (the minimum velocity
required to push all smoke in one
direction from the fire). This creates a
relatively stable plume of smoke that
extends in the opposite direction to the
longitudinal flow. This phenomenon
is referred to as backlayering.
This research involved analysing the
influence of these three parameters on
the length of the back layer by means
of an experimental study (1/3 scale
model) and a digital study using a 3D
fluid dynamic design code. The use of
a large-scale model was fundamental
in validating the digital approach, in
order to be able to carry out a relatively
exhaustive study of parameters.
If an accelerator or injector located
within this stratified back layer starts
operating, the stratification will be
destroyed, resulting in a loss of visibility for users.
Knowing the length of this plume,
particularly during the design phase,
makes it possible to specify the most
appropriate installation of accelerators, and to know which accelerators
may be started up in the event of fire
without adversely affecting stratification. The length of the back layer
depends mainly on the intensity of the
fire and the flow of air in the tunnel,
In this research, the air entrainment
system (accelerators or injectors) was
represented by a parietal jet allowing
the velocity gradient in the tunnel
cross-section to be represented. The
jet ejection velocity could be varied
for a constant flow.
Experimental researchTests for this experimental research
were conducted in the Ineris fire
gallery. This gallery has a crosssectional area of 5.4 m2 and a length
of 50 m, allowing it to serve as a
1/3 scale model of a tunnel. The
cross-section of the gallery shown on
the left includes a ventilation duct that
was not used during this research.
The following diagram shows the
gallery. It comprises a tunnel (1) in
which the fire occurs. The smoke then
passes into a vertical tower (2), a
washer (4) and then through an
extractor fan before being discharged
through a chimney (6).
Section en travers de la galerie d’essai / Cross section of the test gallery.
TECHNIQUE/TECHNICAL
Schéma de la galerie d’essai /
Diagram of the test gallery.
Le ventilateur extracteur de la galerie
permet de créer un courant d’air longitudinal dans le tunnel. Un système de
ventelles permet de modifier la perte de
charge et le débit de fuite dans le circuit
aéraulique et donc de faire évoluer le
débit dans le tunnel. Ce ventilateur se
situe après le laveur, il fonctionne ainsi
à température quasi-constante. Les
expériences sont réalisées dans un premier temps sans gradient de vitesse
dans la section en travers, c’est-à-dire
sans représenter le jet d’air.
Dans un second temps, un ventilateur
relié à une gaine souple et un diffuseur
vont permettre de modéliser un système d’entrainement d’air en créant
un jet plan pariétal localisé en partie
haute de la galerie
6
5
2
3
4
1
Photographie du dispositif expérimental pour le jet /
Photograph of the experimental apparatus for the jet.
(Computational Fluid Dynamics)
Phoenics développé par la société
CHAM (UK). Phoenics est basé sur la
méthode des volumes finies. Il résout
les équations fondamentales de la
mécanique de fluides sur un maillage
In order to take into account the smaller scale of the gallery compared to a
tunnel, simulation parameters were
calculated using Froude number scaling. For these tests, the fire was
modelled using a heptane tank fire.
Cette installation, représentée sur
la photographie ci-dessus (caisson
blanc) permet d’obtenir un jet de la largeur du tunnel. Deux vitesses d’éjection du jet, 2,4 et 5,14 m/s, sont
expérimentées pour chaque puissance
d’incendie. Le débit fournit par le ventilateur est identique pour les deux
vitesses. L’épaisseur du jet va varier
pour modifier la vitesse d’éjection.
The gallery extractor fan allowed a longitudinal air current to be created in the
tunnel. A system of louvers allowed the
pressure differential and leakage rate
from the air circuit to be adjusted, thereby modifying the flow in the tunnel.
This fan is located after the washer and
therefore operates at a virtually
constant temperature. The experiments
were initially conducted with no velocity gradient across the cross-section,
i.e. without representing the air jet.
In the second stage, a fan connected
to a flexible duct and a diffuser allowed an air entrainment system to be
modelled, by creating a parietal jet
located at the top of the gallery.
This installation, shown on the photograph opposite (the white box)
made it possible to achieve a jet as
wide as the tunnel. For each fire intensity, jet ejection velocities of 2.4 and
5.14 m/s were studied. The flow supplied by the fan was identical for both
velocities. The jet thickness was altered to modify the ejection speed.
3D digital research-
Etude numérique 3DLes simulations numériques 3D sont
réalisées au moyen du code CFD
Two sizes of tank were used, representing fires of two different intensities.
The total intensity calculated on the
basis of the amount of heptane used
came to 266 and 358 kW respectively,
corresponding to full-scale intensity
of 4.15 and 5.58 mW respectively.
Schéma de la maquette numérique / Diagram of the digital model.
The 3D digital simulations were carried out using the CFD (Computational Fluid Dynamics) Phoenics code
developed by CHAM (UK). Phoenics
is based on the finite volume method.
It solves the fundamental fluid
M
Afin de prendre en compte la réduction
d’échelle entre un tunnel et la galerie,
les paramètres des simulations sont
calculés en utilisant une similitude de
Froude. Pour ces essais, l’incendie est
modélisé par un feu de bac d’heptane.
Deux tailles de bac ont été utilisées,
deux puissances d’incendie ont donc
été représentées. Les puissances
totales calculées à partir des consommations d’heptane atteignent 266 et
358 kW, ce qui correspond à des puissances à échelle non réduite de 4,15
et 5,58 MW respectivement.
411
digital simulations could then be
used to conduct a parametric study of
the influence of the flow, jet injection
velocity and fire intensity on the
length of the back layer.
The actual temperature and velocity
magnitudes measured in the scale
model include measurement uncertainties that are inherent in the sensors used: this explains some of the
discrepancies with the 3D digital
simulation.
structuré. Les résultats du système
d’équations différentielles couplées
sont obtenus de manière itérative en
utilisant un algorithme SIMPLEST.
En effet, le comportement des fumées
en tunnel est gouverné par les équations de la mécanique des fluides. Ces
équations de conservation de la
masse, de la quantité de mouvement
et de l’énergie peuvent s’écrire de
manière conservative :
Longueur de la nappe de retour pour les études expérimentale et numérique /
Length of back layer in experimental and digital research.
La maquette numérique utilisée
dans les simulations est représentée
sur le schéma ci-avant. Elle modélise le tunnel et la tour verticale de
la galerie.
Cette étude numérique a débuté par
une confrontation des résultats obtenus lors des essais maquettes avec
les simulations, afin de vérifier la pertinence du modèle 3D. Le graphe suivant présente les longueurs de nappe
de retour obtenues pour différentes
vitesses d’éjection (Vjet) dans les deux
approches (expérimentale et numérique) pour deux puissances d’incendie (249 kW et 184 kW).
La proximité des résultats entre les 2
approches, permet de s’assurer que
les modèles numériques utilisés sont
pertinents et reflètent la réalité physique et aéraulique. Les simulations
numériques 3D vont pouvoir être utilisées pour réaliser une étude paramétrique de l’influence du débit, de la
vitesse d’éjection du jet et de la puissance de l’incendie sur la longueur de
la nappe de retour.
Les grandeurs (vitesses, température)
mesurées réellement dans la
maquette comportent des incertitudes
de mesures inhérentes aux capteurs
utilisés, qui expliquent notamment
certains écarts avec la simulation
numérique 3D.
412
Définition des paramètresimportants de l’étudeSur les graphiques présentés dans
l’étude et pour appréhender correctement l’analyse réalisée, plusieurs
paramètres et notions doivent être
définis au préalable :
• La notion de vitesse critique (notée
Vc) correspond à la vitesse minimum qu’il faut imprimer à un écoulement pour repousser toutes les
fumées d’un côté de l’incendie.
Cette vitesse dépend principalement de la puissance de l’incendie,
de la géométrie et de la pente de
l’ouvrage. Dans le domaine des tunnels routiers ou en transport guidé,
cette notion est largement répandue
pour dimensionner des systèmes de
ventilation. La vitesse critique est
calculée selon la formule de Danzinger et Kennedy.
• La longueur de la nappe de fumées
(notée Lc) est estimée en analysant
le profil de température sur la hauteur entre la couche de fumées et
l’air frais situé au-dessous (avec la
zone de cisaillement entre les deux).
Lorsque, sur un profil vertical de
température directement en amont
de l’incendie, des écarts de température conséquents sont identifiés,
le processus de backlayering s’enclenche. La longueur de la couche
mechanics equations using a structured mesh. The results of the combined differential equation system
were achieved iteratively using a SIMPLEST algorithm.
Indeed, the behaviour of smoke in
tunnels is governed by fluid mechanics equations. These equations, relating to conservation of the plume, the
quantity of movement and energy,
may conservatively be expressed as
follows:
The digital model used in the simulators is shown in the diagram opposite. This models the tunnel and the
gallery’s vertical tower.
This digital research began by comparing the results obtained during the
model tests with the simulations in
order to ensure the relevance of the
3D model. The following graph shows
the lengths of back layer recorded for
different ejection velocities (Vjet) for
both experimental and digital
approaches, for two fire intensities
(249 kW and 184 kW).
The degree of proximity between the
two approaches indicates that the
digital models used are relevant and
reflect physical and airflow reality. 3D
Definition of keyparameters for the studyA number of parameters and concepts
were defined beforehand for the
graphs presented in the research, in
order to ensure the analysis conducted could be properly understood.
• The concept of critical velocity (Vc)
corresponds to the minimum velocity imposed on an airflow to direct
all smoke away from a fire in one
direction. This velocity depends
mainly on the intensity of the fire
and the geometry and incline of the
tunnel. For road and guided transport tunnels, this concept is widely
used to dimension ventilation systems. Danziger & Kennedy’s formula is used to calculate ventilation
velocity.
• The length of the plume of smoke
(Lc) is estimated by analysing the
temperature profile across the distance between the plume of smoke
and the fresh air located beneath
it (including the shear zone between the two). If major temperature differences are identified
across a vertical temperature profile directly upstream of the fire,
back layering will ensue. In this
case, the length of the plume of
smoke corresponds to the distance between the fire and the
location at which the vertical temperature profile is uniform across
its entire height. For relatively
TECHNIQUE/TECHNICAL
L’étude suivante est réalisée à partir
des résultats obtenus au moyen de
simulations numériques 3D.
short back layers, which are not
very thick, there may be some
uncertainty.
• The jet velocity (Vjet) achieved by
a specific fan corresponds to the
mean air injection velocity as it
leaves the jet nozzle. For the physical model, the design of the unit
used for the nozzle (with interior
deflectors) meant that this velocity
was relatively uniform across the
entire injection cross-section, establishing a flat jet at the top of the
model.
• The flow velocity (Vd) corresponds
to the mean velocity relative to the
volume flow (in fresh air) measured
in the gallery by its anemometers.
The flow velocity is established by
the gallery extractor fan located
beyond the washing tower. In this
research, the flow velocity can often
be assimilated to a confinement
velocity, since it allows the smoke
front flowing against the air current
to be halted.
Influence de la puissance
de l’incendie sur la longueur
de la nappe de retour
The two fans made it possible to
adjust the gallery flow velocity and the
jet velocity independently, both for the
l’importance du courant d’air dans
la galerie par rapport à la vitesse critique. Lors du dimensionnement
d’un système de ventilation cette
information peut être utilisée pour
notamment définir la capacité de
stratification ou non d’un écoulement, ou encore la notion de confinement d’une couche de fumée
(vitesse d’air permettant d’arrêter
l’écoulement de fumées).
Le rapport (Lc/H) qui caractérise la
longueur de la nappe de retour adimensionnée par la hauteur (notée H)
de la galerie. Ces deux longueurs, bien
que physiquement différentes, ont
réellement un lien à cause notamment
de l’effet indirect de la flottabilité de
l’écoulement.
Résultats
The ratio (Lc/H) expresses the
dimensionless length of the back
layer with respect to the height (H) of
the gallery. Although these two
lengths are physically different, they
are genuinely linked, particularly due
to the indirect effect of buoyancy of
the airflow.
Results
The following study was conducted
using the results obtained from 3D
digital simulations.
Influence of the intensity
of the fire on the length
of the back layer
An initial series of simulations was
conducted for two convected intensities of 184 and 249 kW. The flow velocity was 0.97 m/s for all simulations.
The graph opposite shows the development of the dimensionless length
of the back layer (Lc/H) plotted
against the dimensionless jet injection velocity (Vjet/Vd).
Grâce aux deux ventilateurs, il est possible sur la maquette (et dans les
simulations) de modifier indépendamment la vitesse débitante de la galerie
et la vitesse de jet. La galerie étant
ouverte à une extrémité (au-dessous
du dispositif de jet), la conservation de
la masse dans la maquette est assurée par ce moyen.
A partir des données précédentes,
plusieurs nombres adimensionnels
sont utilisés dans l’étude :
• Le rapport (Vjet/Vd) qui représente
l’importance de la dynamique du jet
sur le débit de l’écoulement dans la
galerie.
• Le rapport (Vd/Vc) qui caractérise
Based on the previous data, a number
of dimensionless numbers were used
in this research:
• The ratio (Vjet/Vd), representing
the ratio of the jet dynamic to the
flow rate in the gallery.
• The ratio (Vd/Vc), expressing the
ratio of the air current in the gallery
to the ventilation velocity. When
dimensioning a ventilation system,
this information may be used to
define the stratification capacity of
an airflow and the notion of confinement of a layer of smoke (the air
velocity that allows a flow of smoke
to be halted).
Longueur de la nappe de retour en fonction de la puissance de l’incendie /
Length of back layer and fire intensity.
Une première série de simulations est
réalisée pour deux puissances
convectées de 184 et 249 kW. Pour
toutes les simulations, la vitesse débitante est de 0,97 m/s. Le graphe ci-
model and in the simulations. The
gallery was open at one end (below
the jet apparatus), thereby allowing
plume conservation to be preserved
in the model.
For the stronger fire of 249 kW, at
identical flow and jet ejection velocities, the back layer is longer than for
the 184 kW fire.
Increasing the intensity of the fire
with identical flow and ejection
M
de fumée correspond alors à la longueur entre le foyer et le point
métrique où le profil vertical de température est homogène sur toute la
hauteur. Des incertitudes peuvent
apparaitre pour des longueurs de
couche de retour faibles où l’épaisseur de la couche est peu marquée.
• La vitesse du jet (notée Vjet) obtenu
par un ventilateur spécifique, correspond à la vitesse moyenne
d’éjection de l’air en sortie de la
buse du jet. Sur la maquette, de par
la conception du caisson utilisé pour
la buse (avec des déflecteurs intérieurs), cette vitesse est relativement homogène sur toute la section
d’éjection, définissant ainsi un jet
plan en partie haute de la maquette.
• La vitesse débitante (notée Vd) correspond à la vitesse moyenne relative au débit volumique (dans l’air
frais) mesurée dans la galerie par
les anémomètres installés. La
vitesse débitante est fixée par le
ventilateur d’extraction de la galerie,
placé au-delà de la tour de lavage.
Dans l’étude la vitesse débitante est
souvent assimilable à une vitesse de
confinement puisque elle permet
d’arrêter le front de fumée qui
remonte à contre sens du courant
d’air.
413
dessus représente l’évolution de la
longueur adimensionnée de la nappe
de retour (Lc/H) en fonction de la
vitesse d’éjection du jet adimensionnée (Vjet/Vd).
Pour la puissance d’incendie la plus
importante, 249 kW, la nappe de
retour est plus longue que pour la
puissance d’incendie de 184 kW pour
des vitesses débitantes et des
vitesses d’éjection du jet identiques.
L’augmentation de la puissance de
l’incendie pour un débit et une vitesse
d’éjection identiques induit une augmentation de la longueur de la nappe
de retour.
Influence du débit sur
la longueur de la nappe
de retour
Une augmentation de la vitesse débitante induit une diminution de la longueur de la nappe du fait de
l’augmentation de l’énergie cinétique
de l’écoulement d’air frais. De plus,
une modification de la vitesse d’éjection du jet conduit à des variations de
la longueur de la nappe de retour.
Afin de s’affranchir de cet effet, les
simulations numériques suivantes
(graphe a) sont dans un premier
temps réalisées en fixant la valeur
du rapport entre la vitesse du jet et
la vitesse débitante : Vjet/Vd = 2,5.
Le graphe a représente l’évolution de
la longueur adimensionnée de la
nappe de retour (Lc/H) en fonction de
la vitesse débitante adimensionnée
par la vitesse critique (Vd/Vc).
Pour les deux puissances d’incendie
(300 kW et 740 kW), une augmentation de la vitesse débitante induit une
diminution de la longueur de la nappe
pour un rapport entre la vitesse
d’éjection du jet et la vitesse débitante
constant.
En présence du jet, l’augmentation de
la vitesse débitante induit une diminution de la longueur de la nappe pour
toutes les puissances d’incendie.
L’augmentation de la puissance de
l’incendie ne semble cependant pas
avoir d’impact important sur la longueur de la nappe de retour lorsque
les rapports Vjet/Vd et Vd/Vc sont
conservés.
Afin d’estimer le rôle du rapport
Vjet/Vd (précédemment constant) sur
le résultat précédent, les simulations
3D suivantes sont réalisées en faisant
varier ce rapport.
Le graphe b représente l’évolution de la
longueur adimensionnée de la nappe
de retour en fonction de la vitesse débi-
a : Longueur de la nappe de retour en fonction de la vitesse débitante /
Back layer length and flow velocity.
414
velocity increases the length of the
back layer.
Influence of the flow on the
length of the back layer
Increasing the flow velocity results in
a decrease in the length of the plume
due to an increase in the kinetic
energy in the fresh air flow. Moreover,
altering the jet ejection velocity
results in different lengths of back
layer.
In order to have results that are independent of this effect, the following
digital simulations (graph a) were initially conducted for a fixed jet velocity/flow velocity ratio of Vjet/Vd =
2.5.
The graph a shows changes in the
layer (Lc/H) plotted against dimensionless flow velocity/critical velocity
(Vd/Vc).
For the two intensities of fire (300 kW
and 740 kW), an increase in the flow
velocity results in a shorter plume, for a
constant jet injection/flow velocity ratio.
When a jet is applied, increasing the
flow velocity results in a shorter
back flow for all intensities of fire.
However, for equivalent Vjet/Vd and
Vd/Vc ratios, increasing the intensity of the fire appears not to have
any significant impact on the length
of the back flow.
In order to estimate the role of the
Vjet/Vd ratio (here kept constant) on
this result, the following 3D simulations were conducted with differing
ratios.
The graph b shows changes in the
layer plotted against dimensionless
flow velocity, for a fire intensity of 740
kW, and two different Vjet/Vd ratios of
1.5 and 2.5 respectively.
For these two ratios, for any given fire
intensity, an increase in the flow velocity results in a shorter back layer.
Increasing the Vjet/Vd ratio results in
the length of the back layer decreasing slightly.
However, for both Vjet/Vd ratios (1.5
and 2.5), the back layer lengths are
similar for the same Vd/Vc ratio.
An increase in the flow velocity
results in a decrease of the back
layer length for all Vjet/Vd ratios.
For different Vjet/Vd ratios, the back
layer lengths appear to be the same
provided the Vd/Vc ratio is unchanged.
b : Longueur de la nappe de retour en fonction de la vitesse débitante /
Length of back layer and flow velocity.
TECHNIQUE/TECHNICAL
L’augmentation de la vitesse débitante a pour conséquence une diminution de la longueur de la nappe de
retour pour tous les rapports Vjet/Vd.
Pour différents rapports Vjet/Vd, les
longueurs des nappes de retour semblent du même ordre de grandeur
lorsque le rapport Vd/Vc est identique.
D’après les deux comparaisons précédentes, la longueur de la nappe de
fumée de retour semble directement
reliée au paramètre Vd/Vc, et ce quelle
que soit la puissance de l’incendie ou
l’augmentation du rapport Vjet/Vd.
Cela est résumé sur le graphique c.
Ce graphe c représente l’évolution de
nappe de retour en fonction de la
vitesse débitante adimensionnée,
pour 2 puissances d’incendie et pour
des rapports entre la vitesse d’éjection du jet et la vitesse débitante
variables.
La longueur de la nappe de fumée
reste relativement proche pour chaque
classe du rapport (Vd/Vc). Lorsque la
longueur de la nappe de fumée est faible (pour Vd/Vc = 1.8), la relative
amplitude des résultats est en partie
liée à l’imprécision numérique pour
déterminer la limite et donc la longueur
précise de la nappe de retour.
partially due to the lack of digital precision in determining the limits and
therefore the precise length of the back
layer.
c : Longueur de la nappe de retour en fonction de la vitesse débitante /
Back layer length and flow velocity.
Influence de la vitesse
d’éjection du jet sur la longueur
de la nappe de retour
Le paragraphe précédent a permis de
montrer l’influence de la vitesse débitante sur la longueur de la nappe de
retour et l’importance du rapport
Vd/Vc sur la relative stabilité de la longueur de nappe. L’impact sur la longueur de la nappe est notamment lié
à la dynamique du jet et donc à la
répartition du profil de vitesse sur la
hauteur du tunnel.
Le graphe d représente l’évolution de
nappe de retour en fonction du rapport
entre la vitesse d’éjection du jet et la
vitesse débitante (Vjet/Vd).
From the two previous comparisons, it would appear that the back
layer length is directly linked to the
Vd/Vc parameter, irrespective of fire
intensity and any increase in the
Vjet/Vd ratio. This is summarised in
the c graph.
This graph c shows changes in the
dimensionless back layer compared
to dimensionless flow velocity, for two
fire intensities of fire and for varying
jet ejection velocity/flow velocity
ratios.
The length of the smoke plume
remains relatively unchanged irrespective of the Vd/Vc ratio. For short
smoke plumes (when Vd/Vc = 1.8),
the relatively large spread of results is
Influence of jet ejection velocity
on back layer length
The previous paragraph shows the
influence of flow velocity on the
length of the back layer and the
important influence of the Vd/Vc ratio
on the relative stability of its length.
The impact on the length of the plume
is related in particular to the jet dynamic, and thus to the distribution of the
velocity profile across the height of
the tunnel.
The graph d shows changes in the
layer compared to the ratio between
jet ejection velocity and flow velocity
(Vjet/Vd).
The fire intensity was 740 kW in these
simulations.
Simulations were conducted for flow
velocities of 1.26, 1.6 and 1.89 m/s.
To study the impact of jet ejection
velocity on the plume, three simulations were conducted for each flow
velocity.
The dotted lines connect simulations
with a constant Vd/Vc ratio.
La puissance de l’incendie est de 740
kW dans les simulations.
Les simulations sont réalisées pour
des vitesses débitantes de 1,26, 1,6
et 1,89 m/s. Pour étudier l’impact de
la vitesse d’éjection du jet sur la
nappe, 3 simulations sont réalisées
pour chaque vitesse débitante.
Les lignes en pointillés relient les
simulations avec un rapport Vd/Vc
constant.
Pour une même vitesse débitante adimensionnée, plus la vitesse d’éjection
d : Longueur de la nappe de retour en fonction de la vitesse d’éjection du jet /
Length of back layer and jet ejection velocity .
M
tante adimensionnée, pour une puissance d’incendie de 740 kW, et deux
rapports Vjet/Vd (1,5 et 2,5).
Pour ces deux rapports, l’augmentation de la vitesse débitante induit une
diminution de la longueur de la nappe
à puissance d’incendie constante.
Une augmentation du rapport Vjet/Vd
conduit à une faible diminution de la
longueur de la nappe de retour.
Toutefois, pour les deux rapports
Vjet/Vd (1,5 et 2,5), les longueurs des
nappes de retour sont du même ordre
de grandeur lorsque le rapport Vd/Vc
est identique.
415
du jet est importante, plus la longueur
de la nappe diminue. D’autre part,
l’écart entre la longueur de la nappe
obtenue avec un jet faible et avec un
jet fort, augmente lorsque la vitesse
débitante diminue. En d’autres termes,
plus la longueur de la nappe est
importante, plus la dynamique du jet
a un impact, même si cela reste assez
limité.
Stratification de la nappede retourLe paramètre de Newman est utilisé
pour déterminer si la nappe de retour
est stratifiée :
Dans cette formule, Tc est la température près du plafond à une hauteur
416
de 0,88 H, Tf est la température près
du sol à une hauteur de 0,12 H, Th est
la température de la nappe de retour
et To la température ambiante.
Ce paramètre donne une information
sur l’amplitude de la différence de
températures. Lorsque S devient
proche de 0, la nappe est déstratifiée.
Les fumées ont alors envahi toute la
section en travers du tunnel Pour une
valeur de S proche de 1, la température près du sol est très proche de la
température ambiante. La nappe de
fumées est donc stratifiée près du
plafond.
Dans toutes les simulations numériques de cette étude de la nappe de
retour, ce paramètre de stratification
est toujours proche de 0,99. La stratification de la nappe de retour a donc
été conservée même dans les cas
avec jet.
For a given dimensionless flow velocity, the greater the jet ejection velocity, the shorter the length of the
plume. Moreover, the difference between the length of plume for weak and
strong jets increases as the flow velocity decreases. In other words, the
longer the plume length, the greater
the impact of the jet, even if this
remains relatively slight.
Stratification ofthe back layerNewman’s parameter is used to determine whether the back layer is stratified:
In this formula, Tc is the temperature
adjacent to the ceiling, at a height of
0.88 H, Tf is the temperature adjacent the floor at a height of 0.12 H,
Th is the temperature of the back
layer and To is the ambient temperature.
This parameter provides information
about the amplitude of the temperature differential. As S tends to 0, the
plume is destratified. This means that
the smoke has invaded the entire
cross-section of the tunnel. As S
tends to 1, the temperature adjacent
to the floor is very close to the
ambient temperature. This means that
the smoke plume is stratified close to
the ceiling.
For all the digital simulations in this
back layer research, this stratification
parameter remained close to 0.99.
Back layer stratification was thus
maintained, even when jets were
used.
Conclusion-
Conclusion-
La similitude des résultats obtenus lors des essais expérimentaux et
avec les simulations a permis de montrer que le modèle numérique permettait de reproduire les expériences.
Les simulations numériques réalisées ont permis de conduire une étude
paramétrique de l’influence de la puissance de l’incendie, de la vitesse
débitante en tunnel et de la vitesse d’éjection du jet sur la longueur de
la nappe de retour.
Les résultats obtenus sont les suivants :
• Une augmentation de la puissance de l’incendie conduit à une diminution de la longueur de la nappe de retour.
• Une augmentation de la vitesse débitante a pour conséquence une
diminution de la longueur de la nappe de retour pour tous les rapports
Vjet/Vd et pour toutes les puissances d’incendie.
• La longueur de la nappe de fumée de retour semble directement reliée
au paramètre Vd/Vc, et ce quelle que soit la puissance de l’incendie
(retenu pour cette étude) ou l’augmentation du rapport Vjet/Vd. L’augmentation de la vitesse d’éjection du jet induit une légère diminution
de la longueur de la nappe de retour pour toutes les puissances d’incendie et pour toutes les vitesses débitantes.
• L’introduction du jet (hors zone enfumée) ne conduit pas inévitablement à la déstratification de la nappe de retour. t
The similarity of the results of the experimental tests and the simulations
demonstrated that the digital model could reproduce these experiments.
The digital simulations conducted made it possible to carry out parametric research into the influence of fire intensity, tunnel flow velocity
and jet ejection velocity on the length of the back layer.
The results were as follows:
• The greater the intensity of the fire, the shorter the length of the back
layer tends to be.
• Increasing the flow velocity results in a decrease of the length of the
back layer, irrespective of the Vjet/Vd ratio and the intensity of the fire.
• The length of the back layer appears to be directly correlated to the
Vd/Vc parameter, irrespective of the intensity of the fire (in this study)
or any increase in the Vjet/Vd ratio. Increasing the jet ejection velocity
results in a slight decrease in the length of the back layer, irrespective
of the intensity of the fire and the flow velocity.
• Introducing a jet (outside the smoke-filled zone) does not necessarily
result in destratification of the back plume. t
417_420avisdexpertgt9_Mise en page 1 08/11/13 13:47 Page417
AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9
M
Procédés ou produits d’étanchéité innovants
Joint ancré mixte M 389 23 type « CVV »
d’étanchéité des voussoirs
MAHUET
M Jean-Louis
Animateur du GT9 - AFTES
1 - Présentation du procédéLe 11 mai 2012, la filiale française de la Société DATWYLER SEALING TECHNOLOGIES DEUTSCHLAND GmbH a sollicité auprès du GT n°9 une demande
d’attribution d’un « Avis d’Experts procédés ou produits d’étanchéité innovants ».
© DATWYLER
Cette demande s‘applique à un joint manufacturé mixte M 389 23 type « CVV »,
utilisé pour l’étanchéité des voussoirs béton mis en œuvre dans le cas de tunnels
forés mécaniquement. Ce joint manufacturé est ancré dans le béton du voussoir.
Domaines d’utilisation revendiqués par
le joint mixte ancré M 389 23 type « CVV » :
Photo n°1 - Joint mixte ancré type « CVV ».
Cette demande concerne le cas suivant de mise en œuvre qui sera prévu par le
Fascicule 67 – titre III, actuellement en cours de révision :
• Etanchéité par simple barrière, avec la mise en œuvre du joint M 389 23 type
« CVV » seul sur les 4 faces du voussoir,
Les ouvrages concernés sont les suivants :
• Tunnels forés mécaniquement, avec voussoirs béton, de transport routier et
ferroviaire
• Tunnels forés mécaniquement, avec voussoirs béton, de transport hydraulique
Photo n°2 - Jonc hydroexpansif BLACK-SWELL MP 351 92
Photo n°3 - Joint mixte M389 23 type »CVV » complétement équipé.
M
Schéma n°1 coupe du joint
M 389 23 type « CVV ».
© DATWYLER
a: normal tunnel gasket
b. anchored part
Le joint ancré mixte « M 389 23 “CVV” » est composé :
• D’un joint compressible M 389 23, à base de caoutchouc synthétique du type
EPDM. Ses dimensions sont de 33 mm de largeur pour la table et de 16 mm
de hauteur active (hors base et ergots d’ancrage). Il est livré en cadres vulcanisés
aux 4 angles, fabriqués aux dimensions de chaque voussoir et repérés individuellement. Une réservation semi-cylindrique est aménagée au niveau de la
table supérieure du
joint pour recevoir le
joint hydroexpansif
(schéma n°1 et
photo n°1).
© EGIS Rail
Présentation du joint ancré mixte M 389 23 « CVV »
417
AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 M
• D’un joint hydroexpansif, BLACK-SWELL M351 92 se présentant sous forme
d’un jonc cylindrique de 5 mm de diamètre, livré en rouleau (photos n°2 et
3). Il est composé de caoutchouc synthétique du type EPDM et de charges
hydrophiles. Ce joint hydroexpansif bénéficie sous sa désignation BLACKSWELL MP389 13, d’un Avis d’Expert AFTES, attribué le 3 mars 2011 sous
forme d’un profilé livré en cadre (dimensions : 20 mm de largeur et de 5 mm
d’épaisseur totale) – T.E.S n° 225 – Mai/Juin 2011. Le jonc hydroexpansif est
mis en œuvre manuellement, juste avant l’introduction des voussoirs en tunnelier, à l’aide d’un outil de pose spécialement conçu par DATWYLER (photo
n°4). La lubrification du jonc (talc) facilite son encastrement dans la réservation
du joint EPDM (photo n°5).
b. Jonc hydroexpansif :
• Dureté Shore A – ISO 7619 :
• Densité – ISO 37 :
• Résistance à la rupture – ISO 37 :
• Allongement à la rupture – ISO 37 :
• Gonflement à 24H00 – ISO 815 B :
• Gonflement à 48H00 – ISO 815B :
• Gonflement à 72H00 – ISO 815 B :
58
1.18 g/cm3
5.2 MPa
651 %
148 %
271 %
397%
2 - Essais laboratoire et chantier testConformément à la procédure établie pour la délivrance d’Avis d’Experts AFTES,
les examens, essais et tests suivants ont été réalisés :
• Examen et analyse du dossier technique du procédé, joint à la demande d’Avis
d’Expert du 11 mai 2012.
• Réalisation d’un chantier test réalisé à l’usine CBE à l’Ile Bouchard à CHINON,
de mise en œuvre du joint mixte ancré dans un moule de voussoir. Cet essai de
mise en œuvre a été fait en présence de représentants de la commission le 12
juin 2012. Visite d’un chantier de mise en œuvre de ce procédé, au Lee Tunnel
au Royaume Uni, par un membre de la commission le 14 juin 2012.
• Essais et tests de vérification du gonflement du jonc hydroexpansif selon les
recommandations de l’AFTES – Procédures d’évaluation et de contrôle qualité
des joints » - TOS n° 151 de 1998.
Photo n°4 - Outil de mise en œuvre du jonc.
© Photos : EGIS Rail
a) Examen du dossier technique DATWYLER : celui-ci n’a pas donné lieu à des
commentaires particuliers de la part des examinateurs. Il a été validé par la commission des Avis d’Experts d’étanchéité, lors de sa réunion du 5 juillet 2012.
Photo n°5 - Détail de mise en œuvre du jonc dans la réservation.
Rappel des caractéristiques physico-mécaniques
des composants du joint ancré mixte :
a. Joint compressible :
• Dureté Shore A – ISO 7619 :
• Densité – ISO 37 :
• Résistance à la rupture – ISO 37 :
• Allongement à la rupture – ISO 37 :
418
70
1.20 g/cm3
> à 7,5 MPa
> à 300 %
b) Réalisation d’un chantier test le 12 juin 2012 à l’usine CBE de l’Ile Bouchard à
CHINON. Ce chantier test avait pour objectif :
- La vérification de la bonne mise en place du joint mixte dans le coffrage métallique,
avant bétonnage du voussoir. Le chantier test a permis de constater la faisabilité
de la mise en œuvre du joint dans la réservation aménagée dans le moule métallique (photos n°6 et 7). Cette mise en œuvre nécessite cependant un contrôle
systématique du bon encastrement du joint mixte dans la réservation, notamment
au niveau des angles du moule (photo n°8). Celui-ci s’est bien comporté lors du
bétonnage du voussoir, il n’est pas sorti de sa réservation (photo n°9)
- La vérification sur un voussoir équipé d’un joint mixte ancré de la mise en
œuvre du jonc hydroexpansif dans sa réservation. L’outil mis au point par
DATWYLER permet effectivement un bon enchâssement du jonc dans la réservation du joint compressible. Le passage des angles du voussoir nécessite une
attention toute particulière (photos n°10 et 11).
b) Visite du LEE TUNNEL au Royaume Uni le 14 juin 2012 par un représentant de
la commission Avis d’Expert de l’AFTES (photo n° 12). Celui-ci a constaté que la
mise en œuvre de voussoirs équipés du joint ancré ne posait pas de problèmes
particuliers.
Les conclusions du chantier test du 12/06 et de la visite du LEE TUNNEL du 14/06/2012
ont été validées par la Commission d’Avis d’Expert AFTES du 5 juillet 2012.
AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9
M
Photo n°7 - Mise en œuvre du joint mixte ancré dans la réservation.
Photo n°8 - Détail de la mise en œuvre du joint dans les angles du moule.
Photo n°9 - Bétonnage du voussoir.
Photo n°10 - Mise en œuvre du jonc hydroexpansif dans la réservation.
Photo n°11 - Détail de la mise en œuvre du jonc au niveau d’un angle.
Photo n°12 - Joint mixte
ancré au LEE TUNNEL.
M
© RATP
© Photos : EGIS Rail
Photo n°6 - Détail de la réservation du joint dans le coffrage.
419
AVIS D’EXPERTS DE L’AFTES GT9 M
c) Tests de vérification du gonflement du jonc expansif BLACK-SWELL : ces tests
ont été réalisés de juillet à décembre 2012.
Dans un premier temps des essais réalisés sommairement avec l’eau du réseau
par la RATP en juillet 2012 avaient donné un taux de gonflement du joint hydroexpansif de 156 à 200 %, valeur très inférieure au 400% annoncé par DATWYLER
à 72h00.
En accord avec la Commission Avis d’Experts AFTES, des essais complémentaires
ont été réalisés par DATWILER, de novembre à décembre 2012, selon plusieurs
modes opératoires et natures chimiques de l’eau. Les résultats obtenus sont les
suivants :
• Essais de gonflement « eau distillée » selon ISO 1817 – 525 à 549%
• Essais de gonflement « eau de la nappe » du chantier T6 (VELIZY) – 260 à
333%
• Essais de gonflement « eau du réseau » selon le conditionnement des recommandations AFTES (– Procédures d’évaluation et de contrôle qualité des joints
- TOS n° 151 de 1998) - 416 à 517%
Le rapport de synthèse des essais complémentaires réalisés par DATWYLER, a
été envoyé à la Commission d’Avis d’Experts AFTES le 13/01/2013. Lors de sa
réunion du 24 janvier 2013 la Commission a validé les conclusions suivantes de
ce rapport :
• Le taux de gonflement du jonc BLACK-SWELL (eau distillée selon ISO 1817)
de 525% mini est conforme à celui mesuré en 2010, lors de la procédure d’Avis
d’Experts du BLACK-SWELL
• Le taux de gonflement varie en fonction de la composition physico-chimique
de l’eau du terrain encaissant, notamment en fonction de sa dureté (Titre Alcalimétrique Complet – T.A.C)
420
3 - AVIS DU GT N°9 DE L’AFTESLors de sa réunion du 9 octobre 2013, 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 joint ancré mixte
M 389 23 type « CVV » pour l’étanchéité des voussoirs béton mis en œuvre dans
le cas de tunnels forés mécaniquement.
Cet Avis d’Experts AFTES couvre les utilisations suivantes :
Etanchéité par simple barrière, avec la mise en œuvre du
joint ancré mixte M 389 23 type « CVV » seul sur les 4 faces
du voussoir,
Cet Avis d’Experts AFTES couvre les ouvrages souterrains suivants:
• Tunnels forés mécaniquement, avec voussoirs béton, de transport routier et ferroviaire
• Tunnels forés mécaniquement, avec voussoirs béton, de transport hydraulique.
Le stockage et la mise en œuvre du joint compressible M 389 23 et du jonc hydroexpansif BLACK-SWELL, devront être réalisés conformément au cahier de pose
de la Société DATWYLER. Préalablement à sa mise en œuvre il est fortement
conseillé de vérifier le taux de gonflement du jonc hydroexpansif avec l’eau du site.
La réparation éventuelle du joint ancré mixte M 389 23 type « CVV », devra
être réalisée conformément au cahier de pose du procédé. t
421_422promat_Mise en page 1 08/11/13 08:53 Page421
VISITE DE CHANTIER
M
Les parois résistantes au feu chez Promat
MILLARD
M Philippe
AFTES
L’AFTES a organisé le 17 septembre
dernier une visite de l’usine
Promat de Tisselt en Belgique.
Très bien accueillis par Cyril Erout, Directeur des
ventes OEM, Tunnels, OIL & GAS France et Hélène
Paillard, responsable de la communication, cette
journée a débuté par une très intéressante présentation qui a permis de mieux connaître la division
Promat à travers le monde. Filiale du Groupe Etex
depuis 1981, Promat International bénéficie de l’ex-
pertise et de l’assise d’un grand Groupe réunissant
plus de 18 000 collaborateurs et 105 sociétés
industrielles touchant à presque tous les matériaux
et systèmes de construction. Une puissance qui a
permis au groupe Etex de réaliser un chiffre d’affaires de 3,168 milliards d’euros en 2012.
Très orientée sur le thème de la protection au feu
de tunnels, la journée a permis successivement de
suivre un exposé sur les différents types d’essais
de feu et d’enfumage/ventilation dans les tunnels 1 , d’assister à la présentation des différentes
gammes de produits de protection feu de la société
(dont les nouvelles générations avec armatures
en fibres). Ce fut ensuite la visite du laboratoire
1
2
M
421
421_422promat_Mise en page 1 08/11/13 08:53 Page422
VISITE DE CHANTIER M
d’essais au feu avec des caissons 2 allant
jusqu’à 4mx3m, équipés de multiples capteurs
et de caméras et enfin de l’usine avec ses
grandes chaînes automatisées de production
des différents types de plaques coupe-feu,
depuis la livraison des liants et agrégats
jusqu’au stockage.
La production des produits résistants au feu
concerne principalement la protection au feu
des gaines de ventilation, les trappes de
désenfumage, les cloisons et doublage coupefeu, des plafonds, structures métalliques,
en béton, etc.
Ces plaques d’épaisseur variable de 23 mm à
44 mm possèdent des résistances au feu de 30 à
120 minutes. Elles sont principalement composées
de silicate de calcium autoclavé en vue de protéger
le béton dans les tunnels en ouvrage neuf comme
en rénovation. La plupart sont incombustibles et
imputrescibles. 3
La nouvelle gamme de panneaux de finition
GLASAL®T 4 permet de créer un aspect “design”
grâce à un large choix de couleurs. Elle présente
une grande résistance aux impacts, et à l’humidité ;
elle permet un nettoyage largement amélioré et un
meilleur vieillissement visuel mais le prix, naturellement plus élevé, conduit à un investissement
amortissable sur environ 10 ans. t
4
3
422
423_424agenda_Mise en page 1 12/11/13 14:56 Page423
AGENDA/CALENDAR
9 au 13 novembre 2013
17th IRF World Meeting and Exhibition
RIYADH, SAUDI ARABIA
www.irf2013.org
17th IRF World Meeting and Exhibition
RIYADH, SAU
irf2013.org
JUIN
2014
11 au 13 juin 2014
MARS
Swiss Tunnel Congress
LUCERNE, SUISSE
www.swisstunnel.ch
12 au 14 mars 2014
6th International Symposium on Tunnel
Safety and Security - ISTSS 2014
MARSEILLE, FRANCE
www.istss.se
11 au 13 juin 2014
15-16 novembre 2013
AVRIL
International workshop on
Performance-based specification and
control of concrete durability
ZAGREB, CROATIE
www.rilem.org
TAC - Rock Tunnelling Workshop
VANCOUVER, CAN
www.tunnelcanada.ca
14 au 17 avril 2014
11 au 13 juin 2014
5th Transport Research Arena TRA 2014 - Transport Solutions: from
Research to Deployment - Innovate
Mobility, Mobilise Innovation!
PARIS, FRANCE
tra2014.sciencesconf.org/
CIC 2014 - First Concrete Innovation
Conference
OSLO, NORWAY
www.tekna.no
Latin American Congress on Tunnels
& Underground Space
SANTIAGO, CHILE
www.ctes.cl
STUVA Conference’13
STUTTGART, ALLEMAGNE
www.stuva.de
GEOTEC HANOI 2013 - The 2nd
International conference on
Geotechnics Sustainable Development
HANOI, VIETNAM
www.geotechn2013.vn
22 au 25 avril 2014
ICTI 2014 - 3rd International
Conference on Transportation
Infrastructures - Sustainability,
Eco-Efficiency, and Conservation in
Transportation Infrastructure Asset
Management
PISE, ITALIE
www.icti.it
MAI
29-30 novembre 2013
9 au 15 mai 2014
3rd International Symposium and
Exhibition on Underground Excavations
for Transportation
ISTANBUL, TUR
www.uyak2013.org
World Tunnel Congress and
40 th ITA-AITES General Assembly
IGUASSU FALLS, BRASIL
www.wtc2014.com.br
7th International Symposium on
Sprayed Concrete - Modern Use of Wet
Mix Sprayed Concrete for Underground
Support
SANDEFJORD, NORVEGE
[email protected]
18 au 20 juin 2014
8th European Conference on Numerical
Methods in Geotechnical Engineering
(NUMGE14)
DELFT, PAYS-BAS
www.numge2014.org
22 au 25 juin 2014
North American Tunneling Conference
(NAT 2014)
"Tunneling : mission impossible"
LOS ANGELES, USA
www.smenet.org
DECEMBRE
JUILLET
8-10 juillet 2014
10 au 11 décembre 2013
ATC 2013 - 1st Arabian Tunneling
Conference & Exhibition
DUBAI, UAE
uae-atc2013.com/
16 au 19 juin 2014
12 au 13 mai 2014
7th International Conference
Tunnel Safety and Ventilation New developments in Tunnel Safety
GRAZ, AUTRICHE
www.tunnel-graz.at
JNGG 2014 : Journées Nationales
de Géotechnique et de Géologie
de l’ingénieur
BEAUVAIS, FRA
jngg2014-lasalle-beauvais.fr
AOÛT
25 au 27 août 2014
8th International Symposium on
Geotechnical Aspects of Underground
Construction in Soft Ground
SEOUL, COREE
www.is-seoul2014.org
14 au 16 mai 2014
INTERTUNNEL - 6th International
Tunnelling Exhibition
MOSCOU / RUSSIE
intertunnelrussia.com/
SEPTEMBRE
27 au 29 mai 2014
EUROCK 2014 - ISRM European Rock
Mechanics Symposium
Rock Mechanics and Rock Engineering: Structures on and in rock masses
VIGO, ESPAGNE
www.eurock2014.com
1 au 3 septembre 2014
5th International Conference on
Concrete Repair
BELFAST, ROYAUME-UNI
www.concrete-solutions.info
M
NOVEMBRE
423
423_424agenda_Mise en page 1 08/11/13 13:48 Page424
AGENDA/CALENDAR
ICCMATS 2014 - International
Conference on Construction Materials
Engineering, Structural Performance
and Durability
JOHANNESBURG, AFRIQUE DU SUD
www.iccmats-wits.co.za
IAEG XII Congress: Engineering Geology
for Society and Territory
TURIN, ITALIE
www.iaeg2014.com
10th International Conference
on Geosynthetics
BERLIN, ALLEMAGNE
www.10icg-berlin.com
InnoTrans 2014 - International
Trade Fair for Transport Technology
Innovative Components · Vehicles ·
Systems
BERLIN, ALLEMAGNE
www.innotrans.de
24-26 septembre 2014
ACUUS 2014 - 14th World Conference
of the Associated research Centers for
the Urban Underground Space
SEOUL, KOR
acuus2014.com
28 septembre au 1er octobre 2014
EETC 2014 - 2nd Eastern European
Tunnelling conference "Tunnelling
in a challenging environment"
ATHENES, GRECE
www.eetc2014athens.org
OCTOBRE
13 au 15 octobre 2014
Congrès international de l’AFTES
“Tunnels et Espace souterrain :
risques et opportunités”
LYON, FRANCE
www.aftes.asso.fr
424
3edecouv
2/11/07
10:57
Page 1
SOLDATA237_Mise en page 1 25/06/13 13:34 Page1

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