Visite des chantiers de tunnels ferroviaires San Lorenzo

CHANTIERS
Visite des chantiers de tunnels ferroviaires
San Lorenzo-Andora (Ligurie)
Benjamin LECOMTE - VINCI CONSTRUCTION GRANDS PROJETS
Jean PIRAUD - ANTEA
Résumé
Une visite de chantiers de tunnels sur
la Riviera italienne a été organisée
le 9 octobre 2008 dans le cadre du
congrès AFTES de Monaco ; il s’agit
de reconstruire à double voie la
ligne ferroviaire Vintimille-Gênes
selon un nouveau tracé presque
entièrement souterrain. Nous avons
visité le lot de travaux San LorenzoAndora, confié au groupement
d’entreprises Agroman-Cossi
Construzioni. Ce lot comprend
16,3 km de tunnels, avec 5 tronçons
successifs de tunnels creusés au
tunnelier à front ouvert Ø 11, 7 m,
et entièrement revêtus de voussoirs
en béton armé. Pour traverser les
vallées intermédiaires, le tunnelier
est transféré de tunnel à tunnel
sans être démonté. La vitesse
moyenne d’avancement est de
17 m/jour travaillé. Le lot comprend
aussi les deux grandes cavernes
d’aiguillage de Bardellini (diamètre
excavé 25 m), réalisées selon la
Nouvelle méthode autrichienne.
Abstract
SITE VISIT OF THE RAILWAY TUNNELS
ALONG THE SAN LORENZO-ANDORA
LINE (LIGURIA)
After the 2008 AFTES Congress in
Monaco, an excursion was organized on tunnelling works under way
on the Italian Riviera. A new double
carriage railway line is being built on
the Ventimiglia-Genova axis, with a
new lay-out designed mostly
underground, a few km away from
the coast. We visited the tunnels of
the San Lorenzo-Andora section,
awarded to the Agroman-Cossi
Construzioni joint venture. The
contract includes 16,3 km of tunnels
with 5 successive sections of TBM
tunnels Ø 11, 7 m in diameter,
using segmental concrete lining.
For crossing the intermediate valleys,
the TBM is pulled without dismantling. The mean progress rate reaches
17 m/working day. Two large
switching caverns 25 m in diameter
are being built using NATM at the
end of the Bardellini tunnel.
Dans le cadre du congrès international de
l’AFTES qui s’est tenu à Monaco du 6 au 8
octobre 2008, une visite de chantier a été
organisée par la SIG (Società Italiana Gallerie), co-organisatrice du congrès, sur les travaux de doublement de la ligne ferroviaire
Vintimille-Gênes ; elle a permis de visiter
plusieurs tunnels en construction sur le
tronçon San Lorenzo-Andora (province
d’Imperia).
1 - PRÉSENTATION
GÉNÉRALE DU PROJET
Le chantier visité s’inscrit dans le cadre d’un
vaste programme de modernisation de la
voie ferrée entre Vintimille et Savone (Ligurie), longue de 120 km environ. Cette ligne
constitue l’épine dorsale de « Riviera du
Ponant », mais elle est encore en grande
partie à voie unique et serpente le plus souvent le long du littoral ; de plus, elle assure
un trafic local intense puisque l’essentiel de
la population est concentrée en bord de
mer. Dans ces conditions, une ligne à voie
unique ne parvient plus à répondre aux
besoins, qu’il s’agisse du trafic voyageurs
ou fret, a fortiori du fret international, qui
reste minime faute de capacités.
vingtaine d’années la construction d’une
ligne nouvelle à double voie, située à
quelques km à l’intérieur des terres – donc
le plus souvent en souterrain puisque les
Alpes descendent en pente douce jusqu’au
bord de la mer (Figure 1). La longueur
cumulée des tunnels à construire dépassera
celle d’un tunnel transalpin, mais nos amis
italiens ne reculent jamais devant de
grands travaux lorsque la solution souterraine apporte des avantages marquants :
• libération des anciennes emprises ferroviaires, qui coupaient en deux les stations
balnéaires de la Riviera,
• relocalisation des gares à côté ou sous les
agglomérations,
• amélioration et intensification de l’exploitation ferroviaire grâce à la double voie, à un
tracé rectifié permettant une vitesse de 200
km/h, et à des pentes inférieures à 0,3 %.
Ce projet, en cours de réalisation par tronçons successifs, peut être considéré
comme une généralisation, à l’échelle de
toute la Ligurie, de ce qui a été fait pour la
traversée ferroviaire souterraine de
Monaco.
En conséquence, le propriétaire des chemins
de fer italiens RFI (Rete Ferroviaria
Italiana) a entrepris depuis une
Figure 1 - Modernisation de la partie Ouest de la liaison ferroviaire Vintimille-Gênes
TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 212 - MARS/AVRIL 2009
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Après la mise en service du tronçon Vintimille-San Lorenzo (33 km), qui a permis
d’assurer le contournement ferroviaire de
San Remo, le tronçon San Lorenzo-Andora
a été mis en chantier en 2003, avec l’attribution du génie civil en conception-construction à un groupement piloté par l’entreprise espagnole Ferrovial-Agroman,
associée à Cossi Costruzioni. Ce lot comprend 18,8 km de ligne entièrement nouvelle, pour un montant de 320 Ma et une
durée initiale de travaux de 47 mois. La
maîtrise d’œuvre est assurée par ITALFERR,
filiale ingénierie des chemins de fer italiens.
2 - LE LOT SAN
LORENZO-ANDORA
• La zone Cossi, à l’Ouest de la section en
travaux, qui comprend le creusement de 3
tunnels totalisant 2900 m en méthode traditionnelle, ainsi que deux autres viaducs.
La visite réalisée le 09/10/08 concernait la
zone Ferrovial ; par la suite, nous ne décrirons que cette partie des travaux.
2.2 - Implantation des ouvrages
Les principaux ouvrages à construire sont
représentés en plan et en coupe sur les
Figures 2a et 2b. L’originalité du projet tient
à la réalisation, avec un seul et même tunnelier travaillant d’Est en Ouest, de 5 tunnels successifs qui recoupent perpendiculairement les contreforts alpins descendant
vers la mer ; le tunnelier franchit les vallées
qui séparent ces tronçons sans être
démonté, par diverses méthodes (cf. 5.2).
2.3 - Contexte géologique
Les terrains rencontrés dans toutes les zones
creusés au tunnelier, ainsi que dans les cavernes de Bardellini, sont constitués essentiellement de flyschs très monotones, avec des
alternances siliceuses et calcaires peu différenciées, imperméables et de bonne tenue
géotechnique ; du point de vue géologique,
ces terrains appartiennent à la même série
que le Flysch à Helminthoïdes de la vallée de
Barcelonnette. Le tunnel de Castello, long de
500 m, est en revanche réalisé dans des terrains argileux. La hauteur de couverture
maximale varie entre 150 et 300 m.
2.1 - Caractéristiques du lot
En majorité souterrain, ce lot comporte :
• 11 tunnels totalisant 16,3 km, le plus long
étant de 3400 m et la quasi totalité du
linéaire étant formé de tunnels à double
voie ;
• 2 cavernes successives d’environ 350 m2
de section, longues de 108 et 135 m,
situées à l’Est du tunnel de Bardellini ; ces
cavernes ont une fonction d’aiguillage, et
permettent de passer d’un tunnel à deux
voies foré au tunnelier aux 4 voies à quai
nécessaires pour la future gare à ciel ouvert
d’Imperia ;
• 3 viaducs principaux pour franchir les valées perpendiculaires au littoral, dont un de
620 m de long.
Pour la réalisation des ouvrages, les travaux
ont été scindés en deux zones géographiques :
• la zone Ferrovial sur la partie Est du projet,
qui comprend le viaduc d’Imperia (600 m),
la caverne d’aiguillage de Bardellini et une
succession de tunnels décrits dans le
tableau ci-dessous, soit d’Est en Ouest :
1
2
3
4
5
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Figure 2a - Vue en plan du lot San Lorenzo-Andora
TUNNELS
LINEAIRE
Tunnel COLLECERVO
Tunnel CAIGHEI
Tunnel CASTELLO
Tunnel GORLERI
Tunnel BARDELLINI
Tunnel auxilaire A accès à la caverne
Tunnel auxilaire B accès à la caverne
Tunnel central d'accès à la caverne
Cavernes C et D
Reste du tunnel
3 400 m
2 600 m
500 m
3 300 m
Tunnelier
Tunnelier
Traditionnel
Tunnelier
350 m
200 m
200 m
243 m
2 550 m
Traditionnel
Traditionnel
Tunnelier
Traditionnel
Tunnelier
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TYPE D'EXCAVATION
Figure 3 - Tunnelier Herrenknecht Ø 11,70 m
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EST
Sens de creusement au tunnelier
OUEST
Avancement Chambre
octobre
de passage
2008
à 4 voies
Tunnel
traditionnel
Caighei
Collecervo
Castelo
Gorleri
Bardellini
Poggi
3 - LES TUNNELS CREUSÉS
AU TUNNELIER
3.1 - Caractéristiques
du tunnelier
Environ 12 200 m sont creusés au tunnelier sur ce projet, en 6 tronçons mesurant
de 200 à 3 400 m. Le tunnelier utilisé, de
marque Herrenknecht, est muni d’un bouclier simple à front ouvert, long de 9 m,
avec un diamètre d’excavation de 11,7 m
pour un diamètre fini de 10,75 m (Figure
3) ; cette machine d’occasion était précédemment sur le chantier du tunnel routier
du port de Dublin. A la manière espagnole, le tunnel est entièrement revêtu de
voussoirs, nonobstant la bonne qualité du
rocher excavé. Chaque anneau comprend
6 voussoirs de 40 cm d’épaisseur et de
1,7 m de long, pesant 9 t, plus une clef ;
chaque voussoir est fixé aux voussoirs
contigus par 6 boulons longitudinaux et 2
boulons transversaux.
Le creusement du tunnelier a commencé
à Andora par le tunnel de Collecervo. Le
marinage est effectué avec des bandes
convoyeuses (Figure 4a), en direction
d’une décharge installée dans un vallon
© Nicole Plasse
Figure 4b - Tête Est du tunnel de Gorleri,
en attente de la sortie du tunnelier
Figure 5 – Zone de dépôt des déblais
inhabité, où les déblais sont stockés sur
une hauteur maximale de 23 m (Figure 5) ;
lors de notre visite, le creusement était
arrêté depuis plusieurs mois faute d’accord avec le propriétaire de la décharge
sur le prix de mise en dépôt. L’approvisionnement du tunnelier se fait depuis
Andora par camions roulant sur une plateforme remblayée provisoirement, et
munie d’un système drainant sur le côté ;
une fois le creusement achevé, ce remblai
sera remplacé par un gros béton avant
pose de la voie ferrée.
© Benjamin Lecomte
Figure 4a - Tête Ouest du tunnel de Collecervo,
avec évacuation des déblais par bande
3.2 - L’usine de préfabrication
L’usine de préfabrication des voussoirs est
située près de l’entrée Est du tunnel à
Andora. Conçue spécifiquement pour ce
projet, elle comporte 42 moules. Afin d’accélérer la production, une cure thermique
variant de 6 à 8 heures selon les saisons est
effectuée sur les voussoirs, avec un carrousel pouvant faire passer en étuve 4 lignes
parallèles de voussoirs. Les cages d’armatures (de densité 150 kg/m3 de béton) sont
préfabriquées au Nord de Milan et acheminées par camion (Figure 6).
© Nicole Plasse
© Benjamin Lecomte
© Benjamin Lecomte
Figure 2b - Profil en long du lot San Lorenzo-Andora
Figures 6a & b - Ferraillage et
joint d’étanchéité des voussoirs
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La future gare de voyageurs d’Imperia est
située sur un viaduc franchissement le torrent Impero (Figure 7). Faute de place, le
débranchement des 4 voies desservant les
quais doit se faire en souterrain, à l’extrémité Est du tunnel de Bardellini, d’où la
nécessité de creuser en traditionnel les
deux grandes cavernes d’aiguillage mentionnées plus haut. Ces ouvrages très
impressionnants (diamètre excavé 25 m,
hauteur 16,30 m) étaient presque achevés
lors de notre visite ; ils sont creusés selon le
schéma de la Figure 8.
© Benjamin Lecomte
4 - LES CAVERNES
DE BARDELLINI
Figure 7 - Viaduc de la gare d’Imperia, avec au fond les 3 tubes conduisant aux cavernes de Bardellini
OUEST
EST
Figure 8 - Schéma général des cavernes de Bardellini
© Benjamin Lecomte
Le phasage retenu pour les travaux est le
suivant :
• Creusement du tunnel auxiliaire A en
traditionnel,
• Début du creusement de la caverne C,
vers l’Ouest,
• Début du creusement de la caverne D,
vers l’Est (Figure 9),
• Creusement du tunnel auxiliaire B en
traditionnel,
• Achèvement des cavernes et préparation
du passage du tunnelier, en créant un
berceau dans le radier contrevoûté avec du
gros béton,
• Creusement du tunnel central avec le tunnelier venant de l’Est, jusqu’à la caverne D,
• Ripage du tunnelier à travers les cavernes
D puis C,
• Creusement du restant du tunnel de
Bardellini au tunnelier, vers l’Ouest.
Figure 9 - Caverne D de Bardellini ; confection du berceau pour le ripage du tunnelier
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L’excavation de chaque caverne est réalisée en 4 tranches horizontales successives,
uniquement au BRH (pas d’explosif), par
passes de 1 m ; le soutènement, à base de
boulons, comprend les éléments suivants :
- en calotte, une auréole-parapluie de
53 tubes en fibre de verre Ø 60/40 mm,
longs de 12 m, mis en place tous les 6 ml
de tunnel,
- une couche de béton projeté de 20 cm
d’épaisseur,
- un cintre (double IPN 180) tous les mètres,
- une auréole de 29 boulons Superswellex
(Ø 36 mm, L = 8 m), plus 21 boulons de 5 m
intercalés entre les boulons de 8 m.
Les convergences observées à ce jour sont
restées faibles (5 cm environ), la hauteur
maximale de couverture étant de 80 m
seulement. Le bétonnage de la coque définitive (épaisseur : 1,2 m en calotte à 1,5 m
en piédroits) sera effectué après le passage
du tunnelier dans les cavernes.
5 - POINTS SINGULIERS
5.1 - Le tunnel de Collecervo
Le tunnel de Collecervo est en fait constitué d’un premier tunnel de 3100 m, suivi
de 150 m à l’air libre et d’une nouvelle
portion de 150 m à creuser au tunnelier ; il
a été décidé de joindre les deux tunnels
creusés au tunnelier par un faux tunnel sur
les 150 m de partie aérienne. (Figure 10).
Par la suite, la topographie de la zone
avoisinante a été remodelée en créant
une zone de dépôt du marinage d’environ 500 000 m3 au-dessus du faux tunnel.
Pour cela, une sortie du convoyeur depuis
le tunnel a été créée en ouvrant 3 anneaux
dans le tunnel.
Figure 10 - Faux tunnel de Collecervo
prévu d’utiliser un chariot porteur muni
de 45 lignes d’essieux afin de répartir au
mieux le poids du tunnelier (environ
1000 t) lors de son passage sur le viaduc.
6 - AVANCEMENT
DU PROJET
En octobre 2008, le tunnelier parti d’Andora vers l’Ouest était parvenu à 200 m
de la sortie du tunnel de Gorleri (juste
avant le franchissement du viaduc d’Imperia). Il avait déjà creusé un linéaire total
de 9,1 km sur les 16,3 à creuser, avec une
cadence moyenne de l’ordre de
17 m/jour (lorsqu’il était en fonctionnement). Nous avons noté que les exigences en matière de désaffleurement des
voussoirs semblaient beaucoup moins
sévères qu’en France. L’usure des molettes est faible dans les terrains rencontrés.
Les venues d’eau sont en général faibles
(même si localement, elles sont montées
jusqu’à 80 l/s). Le passage des quelques
failles s’est effectué à ce jour sans difficulté majeure, souvent en injectant du
béton dans le terrain pour consolider la
faille, puis en forant à travers. Dans le tunnelier, 4 équipes se relaient 7 jours sur 7,
par poste de 8 heures.
L’excavation des cavernes de Bardellini
était quasiment achevée et les premiers
gros bétons destinés à créer un berceau
pour le passage du tunnelier étaient en
cours.
L’AFTES et les participants à cette visite
tiennent à remercier chaleureusement la
SIG et l’entreprise Ferrovial-Agroman pour
les avoir accueillis avec autant d’attentions
pendant une journée complète, et restaurés si agréablement sur le chantier. ●
5.2 - Les traversées d’un tunnel
à l’autre
© Nicole Plasse
Le passage d’un tunnel à l’autre nécessite
de franchir une vallée ; plusieurs méthodes
ont été utilisées à cette fin :
• Pour le passage du tunnel de Collecervo
à Caighei, la vallée étant étroite, elle fut
temporairement remblayée afin de faire
passer le tunnelier ; une fois celui-ci passé,
les franchissements hydrauliques définitifs
ont pu être construits ;
• Pour le passage du tunnel de Caighei à
Gorleri (le tunnel de Castello étant excavé
en traditionnel), le tunnelier fut en partie
démonté ;
• Pour le passage du tunnel de Gorleri
à Bardellini, le tunnelier doit franchir le
viaduc d’Imperia (cf. Figure 7) ; il est
Figure 11 - Vue du revêtement à l’arrière du tunnelier
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