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CHANTIERS/WORKSITES
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Record de construction en technique “sans
tranchée” pour les ouvrages de prise et rejet
d’eau de mer d’une ferme d’aquaculture au Portugal
Record trenchless installation of seawater
intakes and outfalls for a fish farm project in Portugal
Marc SCHUERMANS
K-BORINGEN nv, Belgium
L’ouvrage se situe à Mira (Portugal), à 100 km au sud de Porto.
Dans le cadre de la construction de la plus grande exploitation
d’élevage de turbots jamais réalisée (7000 tonnes/an), Pescanova,
un des leaders mondiaux du secteur, lança en 2008-2009 un
projet de microtunnels destinés à l’alimentation de cette ferme
d’aquaculture en eau de mer avec un débit continu de 25 m3/s,
ce afin de créer un environnement optimal pour les poissons.
Pour maintenir une température d’eau stable, il a été nécessaire
de réaliser des prises d’eau de grande longueur pour la
construction desquelles la technique du microtunnel, grâce à
son impact minimal sur l’environnement, a été choisie. Le projet
comprend la construction de deux galeries de prise d’eau de
1500 m de longueur et 3 m de diamètre et de deux galeries de
rejet de 1350 m de longueur, l’une de 2,6 m et l’autre de 3,0 m
de diamètre. Les puits de fonçage, de 20 m de diamètre et 15 m
de profondeur, furent réalisés en parois moulées. Ce projet de
microtunnel, attribué à K-Boringen (Belgique), est considéré
comme un record mondial en termes de dimensions (longueur
et diamètre) et de délai de construction. Les défis majeurs liés
à ce projet peuvent être résumés comme suit :
• Construction d’un nouveau microtunnelier (HERRENKNECHT
AVND 2400) et des équipements annexes.
• Construction sur place d’une usine de fabrication des tubes
poussés de 4 m de longueur, de diamètre 3,3 et 3,8 m, pour
un poids unitaire de 43 tonnes.
• Réduction au minimum des nuisances à l’environnement
naturel de la zone côtière.
• Construction des quatre galeries dans un délai strict et
récupération du microtunnelier dans des conditions locales
difficiles de travail en mer.
The english original version of this paper
was presented at the No-Dig 2011
international conference in Berlin.
The microtunnelling project is located in Mira, 100 km south
of Porto, Portugal. The project was developed within the frame
of the largest flatfish farms ever built. PESCANOVA, a world
leading fishing company, commissioned the microtunnelling
project in 2008-2009 to feed the aquaculture plant with an
annual production capacity of 7.000 tons.
The purpose of the pipe installation is to supply seawater,
with a continuous flow of 25 m3/s, to the fish farm to create the
ideal environment for flatfish. For maintaining a stable water
temperature long intakes had to be constructed. Preference was
given to microtunnelling given the minimal environmental
impact of this technology.
The microtunnelling project comprised the construction of two
1.500 m long sea intake tunnels with an inner diameter of 3,0 m,
and two 1.350 m long sea outfalls with an inner diameter of
2,6 m and 3,0 m. Jacking shafts were constructed with
diaphragm walls, 20 m in diameter and a depth of 15 m. The
project was awarded to K-BORINGEN from Belgium and is believed to be a world record in terms of dimension (length and
diameter) and time of installation.
The main challenges of the project can be summarized as:
• A new microtunnelling machine (HERRENKNECHT AVND 2400)
and auxiliary equipment had to be developed.
• A pipe factory had to be built on site to produce 4,0 m long
jacking pipes, with an outer diameter of 3,3 m and 3,8 m
respectively, each unit weighing 43 tons.
• To minimally disturb the natural environment of the coastal
area.
• To complete the four tunnels in a strict time schedule and
anticipate the recovery of the microtunnelling machine given
the local rough sea conditions.
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°233 - Septembre/Octobre 2012
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Le texte original de cet article a été présenté
en anglais à la conférence internationale
No-Dig 2011 à Berlin.
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1 - Description généraleDans les années 90, le Groupe espagnol Pescanova commença à étudier
les possibilités de développement de
fermes d’aquaculture à travers le
monde afin de satisfaire la demande
croissante de poisson et aussi à cause
des quotas limitant les pêches en
haute mer. Récemment, le Groupe a
construit une ferme d’élevage de
turbots en aquaculture, la plus grande
au monde de ce type. Cette exploitation est située au Portugal, à Mira,
à 100km au sud de Porto (fig. 1) ; elle
génère près de 200 emplois directs
ainsi que 600 emplois indirects. Elle
a nécessité un investissement de
200 millions d’Euros, dont 45 de la
part des pouvoirs publics. Pescanova
a prévu une production annuelle de
7000 à 10000 tonnes de turbot. Près
de 99 % de cette production sera
exportée vers des pays d’Europe.
Une grande ferme aquicole nécessite
d’énormes quantités d’eau de mer
fraîche pour que les poissons puissent
se reproduire dans leur environnement naturel. Dans le cas présent, ce
besoin est de presque 25 m3/s.
Pour réaliser les ouvrages de prise et
de rejet d’eau, c’est le procédé de
microtunnel qui a été choisi pour son
impact minimal sur l’environnement.
Le projet a été dirigé par Impulso,
une société espagnole d’ingéniérie.
L’entreprise principale pour la réalisation de cette ferme d’aquaculture
était une Joint Venture de plusieurs
entreprises portugaises, Somague,
MonteAdraino, Sacyr et Constrotunel.
Le lot de construction des microtunnels a été confié à l’entreprise belge
K-Boringen.
per cent of the total production will be
exported to European countries.
It is indispensable for a big fish farm
to dispose of huge amounts of fresh
seawater in order to let the fish breed
in their proper environment. The
amount of fresh seawater needed in
this case is almost 25 m3/s. Microtunnelling was preferred to realise the
sea intakes and sea outfalls because
of the minimal environmental impact
of this technology.
Figure 1 - Situation du projet à Mira, Portugal /
Location of the project site, Mira, Portugal.
phases est en fonctionnement depuis
la fin 2009. La ferme d’élevage de
turbots s’étend sur plus de 57 hectares,
ce qui représente environ 100 terrains
de football, avec 400 000 m2 de
surface construite : 3000 piscines
d’aquaculture, 35 bâtiments annexes
et les installations de traitement.
Le projet et les travaux de construction
de la ferme furent divisés en deux
phases, chacune nécessitant une
galerie d’amenée d’eau de mer
fraîche (prises T1 et T2) et une galerie
de rejet en mer de l’eau usée (rejets
V1 et V2). L’ouvrage étant situé en
zone côtière protégée, le choix
constructif se porta sur la réalisation
des 4 galeries par le procédé « sans
tranchée ».
La construction de la ferme d’aquaculture de Mira a débuté à la fin de
2007. En moins d’un an, le premier lot
représentant 50 % de l’ouvrage était
opérationnel ; l’ensemble des deux
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1 - General descriptionIn the 90s, the Spanish seafood group
Pescanova started studying the possibilities to develop aquaculture facilities around the world, in order to
meet the increasing demand for seafood and because of the limitation of
wild catch quotas. Recently the group
built the largest turbot farm of its type
worldwide. The new aquaculture plant
is located in Mira, 100 km south of
Porto, Portugal (Figure 1), generating
nearly 200 jobs as well as 600 indirect jobs. It required a 200 million
Euro investment of which 45 million
Euro came from public authorities.
Pescanova estimated an annual production of 7.000 tons of turbot with a
growth up to 10.000 tons. Almost 99
The project was led by IMPULSO,
a Spanish engineering consulting
company. The main contractor for the
realisation of this fish farm was a Joint
Venture of several Portuguese contractors, namely Somague, MonteAdriano,
Sacyr and Constrotunel. The microtunnelling operations were awarded to
K-BORINGEN from Belgium.
The construction of the fish farm
in Mira started at the end of 2007.
In less than one year, the first phase of
50% of the fish farm became operational. Since the end of 2009 the complete plant (2 phases) is operational.
The flatfish production plant is spread
over more than 57 hectares, which
is the size of about 100 football
fields. The plant covers more than
400.000 m2 of built surface: 3.000
cultivation pools and 35 auxiliary
buildings and processing facilities.
Figure 2 - Vue générale
de la ferme d’aquaculture
de Mira / Overview of the
fish farm in Mira.
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Le projet de microtunnel comprend
la réalisation de deux galeries de
prise d’eau de mer de 1500 m de
longueur en tubes de béton poussés
de 3m de diamètre intérieur et de
deux galeries de rejet de 1350 m de
longueur et de diamètres 2,6 et
3,0 m. Afin de maintenir une température d’eau stable, les ouvrages de
prise devaient avoir une longueur
supérieure à celle qui pouvait être
réalisée en microtunnel : aussi, les
deux galeries de prise d’eau en béton
furent-elles prolongées par deux
pipe-lines en HDPE de 2,0 m de
diamètre intérieur, portant ainsi à
2800 mètres la longueur totale de
chaque ouvrage de prise. Ces deux
pipe-lines furent posés en utilisant la
technique classique du cut-andcover sous le fond de la mer, les
prises d’eau étant situées sur le fond
de la mer. Quant aux galeries de rejet
en béton, elles comportent à leur
extrémité un système de diffuseur
composé de tubes verticaux.
4 puits furent réalisés pour le départ
des tunneliers, chacun de 20 m de
diamètre et 10 à 15 m de profondeur.
Leur construction nécessita au préalable la réalisation de parois moulées
de 32 m de profondeur. A leur base,
ces puits comportent des structures
d’appui capables d’encaisser une
poussée jusqu’à 3000 tonnes. Au
niveau des « soft eyes », c’est-à-dire
des zones devant être traversées par
le tunnelier, les aciers de la paroi
furent remplacés par des fibres GRFP
(Glass Fibre Reinforced Polymers). Le
profil en long des microtunnels fut
défini de manière à conserver une
couverture de terrain d’au moins
5 mètres afin d’assurer des conditions satisfaisantes de sécurité et de
stabilité lors du fonçage. En ce qui
concerne les données géologiques,
The design and the operational activities of the fish farm were set up in
2 phases, each requiring one pipeline
for the supply of fresh seawater
(intakes T1 and T2) and one pipeline
for the discharge of the used water to
the sea (outfalls V1 and V2). Since the
site is located in a protected coastal
environment, preference was given
for trenchless installation of the 4
pipelines.
2 HDPE pipe lines, each with a inner
diameter of 2,0 m, and thus finally
reaching an overall length of 2.800 m
each. The HDPE pipe lines have been
conventionally laid with cut-and-cover
technique under the sea bed and
equipped with water intake structures
above the sea bed. The outfalls showed
at the end of the concrete pipeline a
diffuser system consisting of raiser
pipes.
The microtunnelling project comprised the construction of two 1.500 m
long sea intake tunnels with concrete
jacking pipes with an inner diameter
of 3,0 m and two 1.350 m long sea
outfalls with an inner diameter of
2,6 m and 3,0 m. To maintain a stable
seawater temperature, longer intakes
were required than what can be realised with microtunnelling techniques.
The two intake pipelines in concrete
segments have been extended with
4 Launch shafts for the TBM have
been realised, each 20 m in diameter
and with a depth of 10 to 15 m. The
shaft construction involved the sinking
of cast in-situ concrete-diaphragm
walls with depths of 32 m into the
ground before commencement of the
shaft excavation. The shafts include
reaction structures, capable of withstanding jacking forces up to 3.000
tons. The “soft eyes”, i.e. the localised
spots in the wall to be penetrated by
Figure 3 - Vue générale de la ferme d’aquaculture avec les galeries de prise et de rejet. / Overview of the fish farm including intakes and outfalls.
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les puits et les galeries étaient
situés dans un horizon de sables
fins à moyens comportant quelques
passages de silts et d’argile.
Etant donné le planning de construction très strict (moins de 12 mois
pour la mise en service de la première phase d’exploitation) et
compte tenu des risques prévisibles
de difficultés de récupération des
tunneliers si les conditions de mer
devaient être mauvaises, il s’avéra
nécessaire de réaliser les deux premiers fonçages simultanément avec
deux tunneliers et de construire sur
place une usine de préfabrication de
tubes. Ainsi, un ensemble neuf
complet AVND 2400 Herrenknecht fut
acheté pour le fonçage des deux
prises d’eau et de la seconde galerie
de rejet et transporté sur site en
moins de 5 mois ; un autre ensemble
de type AVND 2000 Herrenknecht
fourni par l’une des entreprises fut
modifié pour le fonçage de la première galerie de rejet.
2 - Les microtunneliersPour ce projet, il a fallu construire un
tunnelier entièrement neuf, un TBM
compact avec sas intégré, équipé
spécialement pour le forage des
galeries en mer. Afin d’assurer les
meilleures performances possibles,
K-Boringen fit le choix de la machine
la plus puissante existant sur le
marché, un tunnelier construit par
Herrenknecht (Allemagne) selon les
meilleurs standards de qualité et
sécurité. Le design du TBM, en particulier de la roue de coupe et des
équipements spéciaux, fut réalisé en
coopération étroite entre Herrenknecht et K-Boringen. La roue de
coupe présente une configuration
mixte de molettes et de couteaux. En
effet, bien que le sol soit sableux, les
molettes étaient nécessaires pour
couper les armatures en fibre de
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verre du béton des parois du puits de
départ. La roue elle-même était
largement renforcée en carbure de
tungstène afin de réduire son usure
et accroître ses performances. Ainsi
fut-il possible de réaliser 3 tronçons
de 4 350 mètres au total sans avoir
à effectuer de réparations importantes sur la roue de coupe.
Le TBM Herrenknecht type AVND
2400 fut construit avec un diamètre
standard de 3 mètres permettant
ainsi son transport par la route. A son
arrivée sur chantier le TBM fut équipé
d’un kit élargisseur de 3800 mm
correspondant au diamètre des
éléments de tubes préfabriqués.
Outre le fait de faciliter le transport,
l’utilisation d’un élargisseur offre
une meilleure flexibilité d’utilisation
du tunnelier pour d’autres projets.
La majeure partie des équipements
annexes dut également être fabriquée spécialement, ainsi qu’un portique de 50 tonnes pour la descente
des anneaux de béton dans le puits.
L’unité principale de poussée,
construite en Belgique, était équipée
de 8 vérins développant une poussée
totale maximum de 2800 tonnes. La
lubrification nécessaire pour réduire
le frottement entre les éléments
poussés et le terrain était assurée par
un double système à base de bentonite, assisté par ordinateur. Les équipements tels que pompes à boue,
conduites de boue, système de
refroidissement, etc. furent fabriqués
spécialement pour ce projet.
Le TBM lui-même était équipé d’un
moteur électrique de 400 kW.
Compte tenu de la longueur des tronçons de poussée, il s’avéra nécessaire d’installer dans la galerie un
système de transport d’énergie à
haut voltage comportant un transformateur de 1000 kVA délivrant
10 kV ; cela permit d’utiliser en
galerie des câbles électriques
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the TBM, were reinforced using a
GRFP (Glass Fibre Reinforced Polymers) section.
The profiles of the microtunnels were
designed in such a way to guarantee
an overburden of at least 5 m to get
safe and stable conditions for the
jacking operation. The geological
information showed that both shafts
and pipelines were situated in fine to
medium sand, with layers of silt and
clay.
Under the condition of a very strict
time schedule (less than 12 months
to get the first phase of the fish farm
operational) and anticipating the
risks regarding a difficult recovery of
the TBM due to the local rough sea
conditions, it was necessary to realise
the first two jackings simultaneously
with two different microtunnelling
machines and to build a pipe factory
on site. A complete new AVND 2400
Herrenknecht system was purchased
for the jacking of the two intakes and
the second outfall and could be transported to the jobsite in less than 5
months time. An existing AVND 2000
Herrenknecht equipment from a subcontractor was upsized for the jacking
of the first outfall.
2 - MicrotunnellingequipmentA brand new microtunnelling equipment had to be built for this project.
The TBM is a compact single-can
machine with an integrated air lock
chamber, and equipped with special
features for sea-outfalls. In order to
achieve the best possible performance, K-Boringen chose the most
powerful machine in its class on the
market. The machine has been manufactured by Herrenknecht from Germany, according to the latest
technical and safety standards. The
design of the machine, in particular
the cutting wheel and the special
requirements for sea-outfalls, has
been done in close cooperation between Herrenknecht and K-Boringen.
The cutting wheel consisted of a
mixed configuration of discs and
chisels. Although the soil was sandy,
cutting discs were necessary to cut
through the glass-fibre reinforced
concrete wall of the launch shaft. The
wheel itself was heavily armoured
with tungsten carbides, to reduce
wear and improve performance. It
appeared to be possible to execute 3
drives or 4350 meters in total without
major repairs on the wheel.
An AVND 2400 Herrenknecht TBM
with an standard external diameter of
3 m was built. As a result of that,
transportation by road was still possible. Upon arrival at the jobsite, it was
upsized with an extension kit in order
to produce a bore of 3800 mm and to
match with the concrete pipe diameter. Aside from easier transportation,
the use of an extension kit also
increases flexibility for future projects.
Not only the machine itself, but most
of the auxiliary equipment had to be
built too. A 50 tons gantry crane was
necessary to lower the heavy concrete
pipes into the shaft. The main jacking
station was built in Belgium and
equipped with 8 jacks, to produce a
maximum jacking force of 2800 tons.
For the lubrication of the tunnel, which
is necessary to reduce friction losses
between the pipes and the ground, a
double, computer assisted bentonite
lubrication system was used. Furthermore, slurry pumps, slurry pipes, the
machine cooling system, etc. were
custom built for this project.
The machine itself was powered by a
400 kW electric motor. Taking into
account the length of the drives, it was
necessary to set up a high voltage
power transmission system in the
tunnel. This included a 1000 kVA
step-up transformer, which delivered
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beaucoup plus petits et plus légers,
ce qui améliora énormément leur
manutention et leur entretien dans
la galerie et dans le puits d’attaque.
Au niveau du TBM, un transfor-
mateur réduisait les 10 kV à respectivement 400 et 1000V pour alimenter la machine et les équipements
annexes en galerie.
a 10 kV output. This allowed for much
smaller and lighter power supply cables
in the tunnel, which drastically improved handling and maintenance in the
tunnel and in the launch shaft.
At the TBM, a step down transformer
reduced the 10 kV back to 400 &
1000 V to power the machine and other
equipment in the tunnel.
Figure 4 - Vue générale du tunnelier AVND 2400 avec sa roue de coupe et
les équipements annexes / Overview of the AVND 2400, cutting wheel and auxiliary tunnel equipment.
Element
TBM Herrenknecht
AVND 2400
Description
Data
Poids / Weight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Longueur / Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diamètres extérieur / Ext. diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kit extension : diamètre ext. / . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Extension kit : ext. diameter
Moteur principal / Main motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Couple constant / Continuous torque . . . . . . . . . . . . . . . .
Couple maxi. / Break-free torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vitesse de rotation de la roue / . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cutting wheel speed
Nombre de cylindres de poussée / . . . . . . . . . . . . . . . . . .
No. of steering cylinders
Puissance / Power supply machine . . . . . . . . . . . . . . . . .
Besoins spécifiques pour les galeries en mer / . . . . . . . . . .
Special requirements for sea-outfalls
Env. 120 tonnes / approx. 120 Tons
7,6 m
3,0 m
3,8 m
1000 V - 400 kVA
1200 kNm
1600 kNm
0 à 6,5 t/minute / 0…6,5 RPM
8 / 8 pc
1000 knVA - 10 kV
Machine compacte, pas de jupe arrière, sas intégré, système hydraulique
commandé à distance pour séparer le TBM des anneaux béton en cas de
submersion, cloison arrière étanche / Compact machine, no trailing tube
integrated air-lock, remote controlled hydraulic push-off device to
separate the machine from the pipes when submerged, bulkhead
Système de boue / Slurry system
Diamètre / Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Puissance de pompage installée / Installed pumping power .
DN 200
550 kW
Séparateur / Separation plant
Capacité installée / Installed capacity . . . . . . . . . . . . . . . .
Puissance électrique / Electrical power . . . . . . . . . . . . . . .
2 x 300 m³/h
2 x 100 kW
Sytème de refroidissement /
Machine cooling system
Tour de refroidissement externe 150 kW / External cooling tower 150 kW
Puissance électrique totale installée /
Total installed electrical power
2500 kVA
Tableau 1 - Données techniques principales de l’ensemble du TBM neuf / Principal technical data of the new microtunnelling equipment.
Afin d’éviter les problèmes de circulation autour et à l’intérieur de la
municipalité de Mira et à cause de
l’environnement sensible de la zone
côtière, les autorités demandèrent que
les tubes poussés soient construits
sur place. Cette fabrication fut confiée
à l’entreprise allemande Gollwitzer qui
a une grande expérience des usines
provisoires de fabrication de tubes sur
site.
Les machines et les moules nécessaires à la production des tubes furent
installés sur chantier au début de
3 - Jacking pipesTo avoid traffic disturbance in and
around the municipality of Mira and its
sensitive environment of the coastal
area, the licensing authorities demanded that the jacking pipes should be
produced on site. The pipe production
was awarded to GOLLWITZER. This
German company has a lot of experience with temporary on-site pipe factories. The necessary machinery and
moulds for the pipe production were
installed on site in the beginning of
2008. Within a time period of 9 months,
more than 1.400 jacking pipes DN2600
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3 - Tubes poussés-
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l’année 2008. En 9 mois, plus de
1400 tubes DN2600 et DN3000, ainsi
que 38 stations de poussée intermédiaires et d’autres tubes spéciaux
(brides, raccords, systèmes antirotation, etc.) furent fabriqués. La
production journalière maximum de
tubes dépassa 40 mètres.
Les tubes poussés furent conçus
selon les critères de qualité les plus
rigoureux. (figure 5).
Pour tenir compte des charges d’eau
pouvant atteindre 20 mètres et des
problèmes de flottaison lors du creusement sous le fond de la mer, une
épaisseur de 35 cm fut choisie pour
les tubes de 2600 mm de diamètre
intérieur et de 40 cm pour les tubes
de 3000 mm de diamètre intérieur,
conduisant à un poids de 43 tonnes
pour chaque élément de tube de 4 m
de longueur.
and DN3000, together with 38 intermediate jacking stations and other special pipes (flanges, raiser connections,
anti-roll devices, etc.) were produced.
The maximum daily production exceeded 40 m of pipeline.
The jacking pipes have been designed
according to the most severe quality
standards. Because of water pressures
up to 20 m and the expected buoyancy
during microtunnelling under the sea
bed, the chosen wall thickness of the
pipes with ID 2600 mm was 35 cm.
The ID 3000 mm pipes had a thickness of 40 cm, resulting in a weight of
43 tons for each standard pipe of 4 m
length.
Figure 5 - Tubes poussés / Pipe factory on site.
4 - Forage aumicrotunnelierLes données principales des microtunneliers sont résumées sur le
tableau 2. Les travaux furent réalisés
en continu (7x24h/semaine) afin de
réduire les frottements et de minimiser le délai de construction. Ainsi, un
tronçon de 1500 m de microtunnel
put-il être réalisé en 62 jours seulement, c’est-à-dire 24 m/jour. Le pic de
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production maximum atteignit 52 m
en 24 heures. La figure 6 montre les
courbes d’avancement des deux
galeries de prise d’eau.
Un mélange de bentonite et de différents additifs fut utilisé à la fois pour
diminuer les frottements entre les
tubes et le terrain et comme boue de
confinement du front de taille. Ce
mélange a été adapté aux conditions
de terrain, à la qualité de l’eau ainsi
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4 - MicrotunnellingoperationThe principal data of the different
microtunnels are summarised in Table
2. The works have been executed in
a continuous 24/7 working system in
order to reduce the construction time
and to minimize the friction forces.
This resulted in completion of 1500 m
microtunnel in only 62 days, meaning
an average of 24 m per day. The
maximum peak production reached
52 m in 24h. Figure 6 illustrates
the production chart of the two
intakes.
A mixture of bentonite and additives
was used both as a lubricant to reduce
friction losses between the pipes and
the ground as well as slurry mixture for
face support. The mixture was adapted
to geological conditions, water quality
and the presence of salt water environ-
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Figure 6 - Courbes d’avancement des galeries de prise T1 et T2 /
Production Chart of Intake T1 and Intake T2.
Data
T1
V1
T2
Type
Exécution / Execution
Longueur totale (m) / Total length (m)
Diamètre intérieur (mm) / Inside diameter pipe ID (mm)
Diamètre extérieur (mm) / Outside diameter pipe OD (mm)
Longueur des tubes (m) / Pipe length (m)
Stations de poussée intermédiaires (No.) /
Intermediate jacking stations (No.)
Type de TBM / TBM
Couverture maximum (m) / Maximum overburden (m)
Charge d’eau maximum (m) / Maximum water pressure (m)
Gradient (m/m) / Gradient (m/m)
Courbure / Curve / Straight drive
Début des travaux / Start of microtunnelling
Fin des travaux / End of microtunnelling
Réception des galeries / Handover tunnel
Date de récupération en merdu TBM /
Date of subsea recovery of machine
Maximum production en 24 h (m) /
Maximum production in 24 hrs (m)
Maximum production en 1 semaine (m) /
Maximum production in 1 week (m)
Maximum production in 1 mois (m) /
Maximum production in 1 month (m)
Durée totale microtunnelling (jours) /
Total microtunnelling time (days)
Rendement moyen (m/jour) / Average production rate (m/day)
Organisation du travail / Working schedule
V2
Prise / Intake
Rejet / Outfall
Prise / Intake
Rejet / Outfall
K-Boringen
Subcontractor
K-Boringen
K-Boringen
1.500
1.350
1.500
1.350
3.000
2.600
3.000
3.000
3.800
3.300
3.800
3.800
4,0
4,0
4,0
4,0
10
10
10
8
AVND 2400
AVND 2000
AVND 2400
AVND 2400
21
21
21
21
20
19
20
19
-0,007
-0,011
-0,007
-0,011
Courbe / Curve
Droit / Straight
Courbe / Curve
Droit / Straight
14-5-2008
28-5-2008
17-9-2008
19-4-2009
17-7-2008
5-8-2008
17-11-2008
17-7-2009
17-8-2008
10-9-2008
9-12-2008
8-8-2009
10-9-2008
8-10-2008
25-2-2009
15-9-2009
44
44
52
44
238
226
316
252
912
807
912
942
65
70
62
90
23,1
19,3
24,2
15,0
2 postes /
2 shifts
2 postes (1 poste la
première semaine) /
2 shifts (first week 1 shift)
2 postes /
2 shifts
2 postes (1 poste les
2 premières semaines) /
2 shifts (first 2 weeks 1 shift)
M
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°233 - Septembre/Octobre 2012
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CHANTIERS/WORKSITES M
qu’à l’environnement d’eau salée. Ce
mélange lubrifiant était injecté à travers des buses réparties sur la circonférence du tube au moyen d’un
système d’injecteurs commandés par
ordinateur. Ainsi, les efforts de poussée ont été réduits au point que le train
complet de tubes long de 1500 m a
pu être poussé par vérinage à partir
du puits de départ sans qu’il ait été
nécessaire d’utiliser l’une des stations
de poussée intermédiaires (SPI). Ces
SPI qui avaient été installées tous les
150 m à titre de précaution ne furent
utilisées qu’après de longues périodes
d’arrêt du poussage (vérification de la
géométrie de la galerie, panne matérielle, entretien des générateurs, etc.).
Le système de guidage utilisé pour de
telles longueurs de poussage était le
SLS-LT (Tachymètre Laser) fourni par
VMT, dont le principal composant est
un théodolite laser motorisé asservi
monté dans la galerie sur un châssis
spécial qui suit la progression du tube
poussé. La position exacte du théodolite laser est calculée en continu à
partir de la position réelle des tubes
déjà installés. Les intervalles de
mesure nécessaires pour un calibrage
régulier du système sont généralement de l’ordre de 100 à 150 mètres.
De cette manière, l’opérateur est
capable de diriger le TBM avec une
précision de quelques centimètres et
la position du TBM peut également être
contrôlée en temps réel à partir de la
cabine de contrôle située en surface à
proximité du puits de lancement.
Les microtunnels ont ainsi été réalisés
sans problème majeur. Dans la
deuxième galerie de rejet, l’alimentation en énergie tomba en panne pendant plusieurs jours et, à cause de cet
arrêt, des frottements importants
furent observés, entraînant un ralentissement de l’avancement journalier.
Toutes les stations intermédiaires (SPI)
furent alors mobilisées pour ramener
les efforts de poussée à la normale.
Des avancements de 15 cm/minute,
c’est-à-dire un élément de tube de 4m
470
Figure 7 - Montage de l’équipement de microtunnel / Set up of microtunnelling equipment.
de longueur poussé toutes les 30
minutes, furent régulièrement atteints.
Chaque tube correspond à un volume
excavé de 45 m3 (90 tonnes) ce qui
signifie une quantité de 180 tonnes/
heure de matières solides arrivant à
l’unité de séparation ; les dessableurs
avaient été prévus pour un débit de
boue total de 600 m3/heure et un débit
solide de 150 tonnes/heure.
5 - Récuperation en merL’opération de récupération de TBM
en mer fut effectuée en deux phases :
la préparation puis la récupération
proprement dit.
La préparation pouvait débuter dès
que le TBM avait achevé son creusement. En premier lieu, tous les équipements tels que transformateur,
pompes, générateur hydraulique,
tubes, câbles etc. durent être extraits
de la galerie. Puis, les éléments de
galerie furent reliés entre eux sur une
longueur de 50 mètres juste à l’arrière
du tunnelier pour éviter une séparation
accidentelle pendant la phase de
récupération. La cloison étanche à
l’arrière de la machine fut fermée et
tous les évents, raccords, tuyaux
furent bouchés avec des brides
pleines. Ensuite, la machine fut mise
sous une pression d’air légèrement
supérieure à la hauteur d’eau. Enfin,
une vanne fut installée en tête de
galerie dans le puits de départ et la
M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°233 - Septembre/Octobre 2012
ment. The lubricant has been injected
through nozzles distributed over the
circumference of the pipe by means of
a computer assisted automatic injection system. In this way jacking forces
could be reduced in a way that the
complete pipe string of 1500 m has
been pushed until the endpoint with
the hydraulic jacks in the launch shaft,
without the need to use one of the
intermediate jacking stations (IJS).
These IJS have been installed every
150 m as a safety measurement and
were only activated after a longer
period of standstill (survey of the
tunnel, breakdown of equipment,
mainte-nance of the generators, etc.).
The guidance system SLS- LT (Laser
Tachymeter) from VMT has been used
for these long-distance microtunnels.
The system’s main component is a
servo-motorised laser theodolite
mounted inside the tunnel on a special bracket, which moves along with
the pipeline. The laser theodolite’s
actual position is continuously calculated using the known ‘as-built’ position of the pipes already installed. The
measurement check intervals needed
for regularly calibrating the system
are generally 100-150m intervals. In
this way, the operator is able to navigate the microtunnelling machine
within a few centimetres. The TBMposition can be monitored in real time
in the control container at the surface
next to the launch shaft.
The microtunnels have been realised
without major problems. In the second
outfall, the power supply broke down
during several days. Due to this
breakdown higher friction forces were
noticed and caused a slow down of
the daily progress. All of the IJS had
to be activated to get the jacking
forces back down again.
Advance rates up to 15 cm/minute
were no exception, meaning that a
pipe segment of 4 m length has been
jacked repeatedly within 30 minutes.
One pipe corresponds with an excavated volume of 45 m3 or 90 tons of
solid soil. This corresponds to a load
of 180 tons of solids per hour at the
separation plant. These desander
units were designed for a total slurry
flow of 600 m3 per hour and a solid
volume of 150 tons per hour.
5 - Subsea recoveryThe subsea recovery operation consisted of two phases; the preparation
and the actual recovery.
Once the TBM reached its end point,
the preparation of the recovery could
start. First, all of the tunnel equipment, as there are the step down
transformer, tunnel pumps, hydraulic
interjack power station, pipes and
cables, etc. had to be removed from
the tunnel. Then, the pipe segments
were connected together over a
length of 50 m just behind the
machine to avoid accidental separa-
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CHANTIERS/WORKSITES
galerie fut entièrement noyée afin
d’équilibrer les pressions interne et
externe. Pendant ce temps, en mer,
une drague dégagea le tunnelier en
excavant avec précision une tranchée à l’avant et de chaque côté de
la machine. Pour chaque galerie, la
préparation et la récupération durèrent environ un mois.
La fenêtre de réalisation de l’opération ne dépendait que des conditions
météorologiques et marines. Pour
des raisons techniques et de sécurité, l’opération ne put être réalisée
qu’avec des hauteurs de vagues inférieures à 1 mètre.
Ainsi, après avoir terminé le forage
de la galerie de prise T2, la machine
dut rester plus de trois mois au fond
de la mer ; dès que les conditions
météorologiques devinrent favorables, un remorqueur mouilla près de
la position du TBM et des plongeurs
branchèrent des flexibles hydrauliques à un orifice spécial installé à
l’extérieur du tunnelier. Puis, au
moyen d’un groupe hydraulique installé sur le remorqueur, une vanne
située dans le TBM fut ouverte afin
d’équilibrer la pression d’eau extérieure et la pression d’eau dans la
galerie sans noyer le tunnelier ; cela
était indispensable pour pouvoir détacher le TBM de la galerie. Dès que
l’équilibre fut obtenu entre les pressions interne et externe, des vérins
spéciaux installés à l’arrière du TBM
purent être activés, permettant ainsi
de détacher lentement le TBM du
dernier tube jusqu’à une distance
d’environ 50 cm. Puis les plongeurs
installèrent sur le TBM des crochets
de levage et des ballons gonflables et
la machine fut alors remontée lentement à la surface en ajustant le gonflage des ballons, toujours sous le
contrôle continu des plongeurs. Enfin,
la machine fut remorquée jusqu’au
port le plus proche d’Aveiro situé à
environ 35 km où elle fut sortie de
l’eau et chargée sur un camion au
moyen d’une puissante grue.
6 - ConclusionCe projet a repoussé les limites
d’utilisation des microtunneliers
et peut être à ce jour considéré
comme un record mondial en
termes de longueur et diamètre
ainsi que de délai d’exécution.
Un facteur limitatif, dont il faudra
tenir compte dans le planning
d’exécution de futurs émissaires
en mer, s’avéra être la récupération en mer du tunnelier. Après
que l’émissaire de prise T2 ait été
foré, les conditions de mer très
difficiles ont entraîné un retard de
3 mois pour la récupération du
TBM. t
tion during the recovery operation.
The bulkhead at the rear end of the
machine was closed and all ports,
connectors and piping were sealed
with blind flanges. Next, the machine
was air pressurised, slightly above the
external water pressure. At last, a
valve was installed onto the pipe in the
shaft and then the tunnel was flooded
completely, in order to equalise the
inside and outside water pressure.
Meanwhile at sea, a dredging machine
uncovered the TBM, by dredging a
trench precisely in front of and on
both sides of the position of the
machine. The preparation of each
tunnel and the recovery took about
one month.
The actual recovery time window
depended solely on the meteorological and nautical conditions. For technical and safety reasons, the
operation could only take place given
wave heights less than 1m. Therefore,
the machine had to remain on the
seabed after finishing intake T2 for
more than three months. As soon as
the weather conditions were favourable, a tugboat moored near the position of the TBM. Divers went down and
connected hydraulic hoses to a special external port on the machine.
Then, by means of a hydraulic power
pack on the tugboat, a valve inside the
TBM could be opened to equalise the
outside water pressure and the water
pressure of the flooded tunnel without
flooding the machine itself. This was
indispensable, to be able to separate
the TBM from the concrete pipes. As
soon as there was no more difference
between the outside and the inside
pressure, specially designed hydraulic
jacks at the back of the TBM could be
extended, separating it slowly from
the first concrete pipe and removing
it approximately 50 cm from the completed tunnel. Then the divers bolted
the hoisting anchors to the machine
and attached lifting balloons to them.
By controlled inflation of the balloons
and continuous monitoring by the
diving crew, the machine was lifted to
the surface. Finally, the machine was
towed behind the tugboat to the nearest harbour at some 35 kms in
Aveiro, where it was lifted out off the
water and loaded onto a truck using
a heavy duty crane.
6 - ConclusionThis project pushed the microtunnelling technology for submarine
outfalls to a new limit, in what at
present is believed to be a world
record in terms of both length and
diameter as well as time of installation.
A limiting factor on the overall
planning, which has to be considered in future outfall construction, turned out to be the subsea
recovery of the machine. Rough
sea conditions were responsible
for a delay of three months for the
recovery of the TBM after the execution of intake T2. t
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°233 - Septembre/Octobre 2012
M
Figure 8 - Récupération en mer du TBM au moyen de ballons gonflables /
Subsea recovery of the machine by means of lifting balloons.
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