terrassement a ciel ouvert et transport

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CHANTIERS
Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] M 458
Prolongement de la ligne 4 du métro
parisien, lot T1 :
des techniques variées pour un lot complexe et délicat
M
Valérie DORÉ
Solétanche - Bachy
Bernard BIZON
Bec Frères
Franck BILLON
Solétanche - Bachy
Stéphane LEROUX
Urbaine de Travaux
Lionel PETITJEAN
Bec Frères
Sollicités par TES pour présenter notre chantier dans l’article qui suit, nous avons confié le soin de sa rédaction à trois jeunes
ingénieurs qui ont participé à notre travail d’équipe ; ainsi :
- Lionel PETITJEAN, ingénieur contrat, Bec Frères, présente l’ensemble du chantier et plus spécialement les travaux à ciel ouvert,
- Franck BILLON, géologue géotechnicien, Solétanche - Bachy, présente les études techniques et les auscultations ; c’est lui
qui a également réalisé les photos illustrant cet article,
- Stéphane LEROUX, ingénieur en charge des travaux souterrains, Urbaine de Travaux, présente les particularités de ces travaux
et les difficultés rencontrées.
Nous en avons rédigé la conclusion.
Valérie DORÉ, directrice des travaux, Solétanche - Bachy
Bernard BIZON, responsable projet, Bec Frères
Résumé
Pour le compte de la RATP et avec Xelis en tant que maître d’œuvre, le groupement d’entreprise BUSS réalise
le lot T1 du prolongement de la ligne 4 du métro parisien.
Ce lot comprend des travaux à ciel ouvert qui se raccordent sur les ouvrages existants du métro et des
travaux en souterrain avec un passage à très faible profondeur (moins de 4,5m de couverture) sous le
boulevard périphérique et des immeubles d’habitation à Montrouge. Au total, 900 ml d’ouvrages souterrains
de section très diverses sont ainsi réalisés.
Trois jeunes cadres de l’équipe travaux décrivent ce chantier (en particulier le creusement du tunnel courant
en méthode Perforex de prédécoupage mécanique et prévoûtes), leur expérience pendant trois années de
travail et les résultats des auscultations, sans omettre les difficultés rencontrées.
Cet article fait suite à celui rédigé par Ch. Blouet (Xelis) qui décrivait les confortements préalables de
carrières souterraines (TES n°219).
Principaux intervenants
PréambulePrésentation des intervenantsLa RATP, opérateur historique du métro parisien,
agissant en tant que maître d’ouvrage, a confié au
groupement d’entreprises BUSS, qui s’était constitué pour réaliser le projet, le soin de réaliser les
travaux difficiles du lot T1 du prolongement de la
ligne 4.
Les entreprises suivantes s’étaient ainsi regroupées
sous le nom de BUSS pour répondre à l’appel d’offres :
• Bec Frères (mandataire du groupement),
• Urbaine de Travaux,
• Sotraisol fondations,
ces 3 entreprises faisant partie du groupe FAYAT.
• Soletanche-Bachy,
entreprise du groupe VINCI.
C’est Xelis, société d’ingénierie filiale de la RATP,
qui assure la maîtrise d’œuvre de ce projet de
prolongement de la ligne 4.
Le groupement BUSS, le maître d’œuvre Xelis et le
maître d’ouvrage RATP ont œuvré ensemble sur ce
projet délicat dans l’esprit des recommandations
du Groupe de Travail N°25 de l’AFTES.
La particularité de ce chantier réside aussi bien
dans la diversité des techniques mises en œuvre,
dont la méthode Perforex® est la plus originale,
que dans le groupe humain d’origines professionnelles assez variées qui aura vécu ce chantier
pendant presque 3 années.
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°222 - Novembre/Décembre 2010
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• Etudes exécution : BET Travaux souterrains
Bec Frères
• Travaux topographiques et auscultation
automatique : MIRE SAS
• Berlinoises et pieux jointifs :
Solétanche-Bachy Pieux
• Terrassement à ciel ouvert et transport
en décharge : Vialis
• Ferraillage béton armé : SAS
• Etanchéité des cadres : Eurovia
• Assistance mécanique et fabrications
métalliques : SAML
• Fournisseurs : Béton : Lafarge - Cintres
métalliques : Arcane - Coffrages : Sermar
• Etudes de bruit et vibration,
prestations géotechniques : SolData
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CHANTIERS
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[ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat
Ces ouvrages-cadres en béton armé sont présentés
ci-dessous :
• Deux ouvrages de raccordement à la boucle de
retournement de la ligne n°4 (ouvrages Leclerc
et Appell) réalisés en tranchée couverte. Ils assurent la jonction entre le tunnel existant et celui
projeté ;
• Un ouvrage-cadre de 7,80m d’ouverture (2 voies),
de 85 m de long entre les ouvrages Leclerc et
Koufra réalisé en partie à ciel ouvert et en partie
sous platelage ;
• Un ouvrage-cadre de 5,00 m d’ouverture (1 voie
de service), de 78 m de long entre les ouvrages
Appell et Koufra exécuté en partie à ciel ouvert et
en partie sous platelage.
Figure 1 : Plan d’ensemble
1 - Présentation du projetde prolongement de la ligne 4(phase 1 - lot T1)La première phase du projet de prolongement de
la ligne n°4 se partage en deux lots :
• le lot T1 (groupement d’entreprises BUSS) dont
les travaux s’étendent de la station existante
Porte d’Orléans (km 0,000) et de la boucle
terminale du métro à la mairie de Montrouge
(km 0,676) (fig. 1).
• le lot T2 (entreprise RAZEL - groupe FAYAT) dont
les travaux débutent par la station « Mairie de
Montrouge » et se prolongent sur environ 600
mètres en souterrain vers Bagneux.
Le montant initial du marché travaux du lot T1 est
de 35 660 k€ H.T. Les travaux sont actuellement
en cours et seront terminés pour la mi-février 2011.
900 m d’espaces souterrains auront alors été creusés et revêtus.
Les horizons géologiques rencontrés sont les suivants, en partant de la surface : remblais récents
(env. 3 m), sables de Beauchamp (env. 2,5 m),
marnes et caillasses plus ou moins décomprimées
(env. 5 m), enfin calcaire grossier plus ou moins
résistant, au sein duquel se développe une couche
d’argile verte et de marne brune d’épaisseur
métrique variable.
On peut distinguer deux types d’activité sur ce
chantier : les travaux réalisés à ciel ouvert sur une
centaine de mètres au nord du projet au voisinage
de la station Porte d’Orléans et de la boucle et les
travaux réalisés en souterrain plus au sud jusqu’au
contact de la station Mairie de Montrouge. Seuls
les marnes et caillasses et le calcaire grossier
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sont rencontrés dans les travaux en souterrain.
D’anciennes carrières existent dans le calcaire
grossier dans la partie centrale du projet, affectant
le sud des travaux à ciel ouvert et le nord des
travaux en souterrain.
1.1 - Les ouvrages à ciel ouvert
Ainsi nommés car lors de leur construction la vue
du ciel est théoriquement perceptible (en fait une
grande part a été réalisée sous platelage), ces
ouvrages sont implantés au niveau de la place du
25-août-1944. Ce lieu est un carrefour stratégique
pour l’accès, par le sud et la porte d’Orléans, au
centre de Paris et, notamment, à la gare Montparnasse : un grand nombre de véhicules y circulent
chaque jour, avec de nombreux embouteillages.
Photo 1 : Vue de la zone à ciel ouvert.
M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°222 - Novembre/Décembre 2010
Photo 2 : Pose des platelages
dans la circulation.
Un conducteur de travaux et deux chefs de chantier
ont œuvré sur ces quatre ouvrages, avec le plus
souvent trois chantiers en activité simultanée.
Les emprises de chantier
Avec l’aide des services de la ville de Paris, des
emprises sont installées en pleine voirie pour
permettre la mise en place de platelages lourds
provisoires. Ce dispositif, réalisé pendant les
périodes de circulation les moins intenses, permet
d’assurer la circulation des véhicules en surface
tout en autorisant la poursuite des travaux en
dessous. Pendant les trois semaines d’installation,
les tâches suivantes se succèdent : fouille de
reconnaissance, forage des pieux berlinois, terrassement sur 1,8 m de profondeur et mise en place
CHANTIERS
Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat
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Photo 7 : Ouvrage raccordement achevé
avant démontage du tunnel métallique.
pris du retard, perturbant également l’exécution des
ouvrages à ciel ouvert.
A noter la construction sur l’emprise LECLERC d’un
égout (2,3 m x 2,7 m de section et 14 m de long)
d’un poids de 670 kN pour remplacer un ancien
ouvrage existant. La pose de cet égout neuf s’est
également déroulée de nuit à l’aide de deux grues
mobiles de 250 tonnes.
Photo 4 : Le blindage métallique dans la boucle
du métro en cours de démolition.
Photo 3 : Réalisation des pieux.
Les emprises situées en dehors des voies de circulation ont pu être conservées tout au long des
travaux et ainsi assurent les fonctions d’accès aux
ouvrages, de zone de préparation et de stockage.
Les ouvrages de raccordement
Les dimensions intérieures des ouvrages sont
les suivantes : 16 m de large, 35 m de long et 6 m
de haut recouverts de 1 à 2 m de couverture de
remblais et chaussée. Leur construction nécessite
la démolition d’une partie du tunnel existant
toujours en exploitation. Pour garantir la sécurité
des infrastructures de la RATP et avant tout démarrage des travaux en surface, une protection de la
voie du métro en exploitation, par l’intermédiaire
d’un blindage métallique, est mise en place. Ce
tunnel métallique dans le tunnel repose sur des
longrines en béton armé coulées en place. Le
blindage est constitué de profilés HEB 180 supportant
des tôles de 5 à 10 mm d’épaisseur, le tout formant
une enceinte « étanche ». Son installation est
réalisée par une équipe de 11 mineurs et soudeurs
à l’aide d’une mini-pelle montée sur un lorry spécialement conçu pour ces travaux. Le personnel du
chantier doit s’adapter aux horaires d’exploitation
de la ligne : les travaux se déroulent en « nuit courte »
de 2h à 4h30 environ. Du fait de nombreux aléas
liés à l’exploitation de la ligne, l’accès aux zones de
travaux est rendu difficile. Ces travaux préalables,
situés sur le chemin critique du chantier, ont ainsi
Les deux ouvrages de raccordement à la boucle se
distinguent dans leur conception : alors que le radier
et les voiles sont réalisés à l’abri d’une paroi
berlinoise pour l’ouvrage Appell, des pieux jointifs
(800 mm de diamètre) ont été choisis pour
construire l’ouvrage Leclerc. Cette disposition
permet ici de réduire la taille de l’emprise car les
pieux jointifs sont utilisés d’abord pour assurer le
soutènement provisoire puis comme partie structurante de l’ouvrage. Le soutènement provisoire de
ces deux ouvrages est complété pour l’ouvrage
Appell par des butons cylindriques traversants
associés à des tirants à câble de type III (50 tonnes)
et pour l’ouvrage Leclerc par des tirants de type III
uniquement.
Sur proposition du groupement BUSS, un système
de poutres en béton armé jointives avec un remplissage en béton de polystyrène (densité de 0,5 t/m3),
le tout liaisonné par une dalle de compression, a été
mis en œuvre pour couvrir les ouvrages là où le
projet initial prévoyait une dalle épaisse en béton
armé coulée en place. La pose de ces poutres s’est
déroulée de nuit.
Ouvrages-cadres 1 voie et 2 voies
Ces ouvrages-cadres se situent, respectivement, à la
suite des raccordements APPELL et LECLERC. Leurs
dimensions sont les suivantes : 78 x 5 x 4,7 m et 86 x
7,8 x 4,7 m (L x l x h). Le soutènement provisoire est
une paroi berlinoise constituée de pieux de 600 mm
espacés de 2 m et butonnée à l’aide de profilés HEB.
Le soutènement entre les pieux est réalisé en béton
projeté par voie humide. Le terrassement puis les travaux
de génie civil (radier, voile et traverse) se sont déroulés
à 70 % en taupe sous platelages, le plus souvent
dans l’encombrement des réseaux traversants
conservés (égouts en service, fibre optique, …). La
pente des ouvrages-cadres, de 5%, permet de gagner
la profondeur nécessaire à l’excavation en souterrain.
Photo 8 :
Ouvrage-cadre
une voie sous
platelage : fin du
terrassement.
Photo 5 : Pose des
poutres de couverture.
Photo 6 : Pose de
l’égout préfabriqué.
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d’un blindage bois, bétonnage de longrines, installation d’un pont provisoire lourd (HEB 300 jointifs),
en appui sur les longrines, au-dessus de la tranchée
terrassée, application d’une couche d’enrobé sur
cette structure et enfin dépose de l’emprise et de
la signalisation, de nuit, toujours avec l’aide des
services de la ville de Paris. A noter que les platelages provisoires sont dimensionnés en supposant
possible le passage de convois militaire ou exceptionnel.
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CHANTIERS
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1.2 - Les travaux souterrains
C’est dans une partie du square du Serment de
Koufra que se situe l’emprise principale du chantier :
regroupant à la fois la base vie, la principale zone
de stockage du matériel et le puits de travail provisoire, c’est à partir de cet accès que les travaux
souterrains ont débuté.
Les tunnels nord 1 voie et 2 voies, respectivement
d’ouverture 5 m et 7,8 m, assurent la jonction avec
les ouvrages-cadres décrits précédemment. Leur
soutènement est réalisé selon la méthode traditionnelle (cintre HEB et béton projeté) en section divisée
(1/2 section supérieure et 1/2 section inférieure).
Au km 0.158, les tunnels nord rejoignent l’entonnement KOUFRA. Celui-ci permet le passage de 3
voies (2 + 1) à 2 voies (section courante). L’ouverture des ouvrages passe de 14 à 12 puis 10 m pour
enfin aboutir au tunnel de section courante de 7,8 m.
Ces ouvrages situés au-dessus d’anciennes carrières
(dont le confortement a fait l’objet d’un article rédigé
par Xelis dans le numéro de Mai/Juin 2010 de TES),
à faible profondeur, d’ouverture importante et
elliptique, sont réalisés en méthode conventionnelle.
L’ouvrage de 14 m, plus sensible du fait de son
ouverture et de sa plus grande proximité de la surface, a été exécuté à l’abri d’une voûte parapluie.
Commence alors la partie du tunnel courant réalisé
sur 440 m environ à l’aide de la méthode de prédécoupage mécanique (système breveté « Méthode
Perforex® »).
Enfin ce tunnel ne serait pas complet sans la
construction de ses « annexes », constituant ainsi
un véritable espace souterrain, à savoir :
• Les rameaux de ventilation au niveau de l’emprise
KOUFRA (ouverture de 3,5 et 5 m) réalisés en
méthode traditionnelle et terrassés en pleine section (autour d’une galerie de reconnaissance pour
le 5 m). On pourra d’ailleurs noter l’aspect tridimensionnel de l’espace (et des calculs) créé à la
jonction des rameaux et de l’entonnement ;
• L’ouvrage d’épuisement situé boulevard Romain
Rolland. Il s’agit d’un puits de 20 m de profondeur, creusé sous la protection d’un blindage en
palfeuilles et cadres HEB, prolongé par 2 galeries
superposées de 8 m de long venant tangenter
l’ouvrage courant. Ces chambres accueilleront un
ensemble de pompes de relevage au point le plus
bas du tunnel ;
• La baie d’aération motorisée : un rameau d’une
longueur de 15 m relie le tunnel à un puits
construit sur le lot T2.
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• 9 niches servant soit à la manœuvre d’aiguillages
soit à la protection du personnel cheminant à pied
dans le tunnel.
2 - Etudes d’exécution,méthodes, suivi géologiqueet auscultations2.1 - Les études d’exécution et
les méthodes
Un chantier d’une telle variété technique dans un
intervalle de temps aussi court, avec jusqu’à quatre
ouvrages réalisés simultanément, requiert un
volume d’études considérable : chaque tunnel,
chambre, puits, niche ou rameau nécessite ses
propres notes de calcul, ses plans de soutènement,
de ferraillage, de coffrage, ses procédures d’exécution et d’auscultation. Ces études, en amont de
la réalisation et mises à jour au cours des travaux,
ont été confiées au bureau d’études de Bec Frères,
en liaison étroite et contact quasi-permanent avec
le chantier. Un tel volume a nécessité également un
travail important pour le visa de la maîtrise d’œuvre,
dont une très grande réactivité a été sollicitée et
obtenue.
Les ouvrages nord sont situés à faible profondeur
dans des horizons géologiques en grande partie
meubles et sont réalisés avec un soutènement
lourd ; les études ont donc été conduites selon la
méthode des réactions hyperstatiques, quel que soit
le procédé de réalisation (ciel ouvert avec paroi
berlinoise, souterrain sous voûte parapluie ou en
traditionnel).
Le tunnel Koufra-Montrouge réalisé selon la
méthode Perforex a, quant à lui, fait l’objet de huit
sections de calcul aux éléments finis, chacune
représentative d’une portion spécifique du tracé :
chargements dissymétriques sous les murs de
soutènement du Boulevard Périphérique, faible
couverture et passage sous les égouts de ce dernier,
surcharges dissymétriques des immeubles,
changement de géologie, etc (fig. 2). La première
section calculée, sous la square du Serment de
Koufra, géométriquement la plus simple, a permis
le retour d’expérience sur les méthodes de calcul,
sur lequel nous reviendrons plus longuement. Le
calcul aux éléments finis permet en particulier une
estimation fine des tassements, essentielle dans un
cadre urbain dense et sensible, en particulier lors
du passage à 4,5 mètres (dont deux d’égouts) sous
le Périphérique, ouvrage stratégique et point névralgique du sud parisien.
En complément au dimensionnement des soutènements, le chantier a dû développer des méthodes
spécifiques à chacune des tâches critiques du
chantier : interfaces entre ouvrages, coactivités,
amenées délicates de matériel et matériaux. Ces
plans méthodes sont développés directement sur
le chantier sous la direction du coordinateur étudestravaux (CET), en liaison avec les responsables de
production et le dessinateur-projeteur présent à
temps plein sur le site.
Figure 2 : Exemple de modélisation sous le Boulevard Périphérique.
CHANTIERS
Le poste de géologue/géotechnicien responsable
des auscultations, correspondant peu ou prou au
titre de Chargé des Ouvrages Provisoires, recouvre
sur ce chantier trois grandes composantes : le suivi
géologique lors des travaux spéciaux préparatoires
et des excavations, l’instrumentation géotechnique
des ouvrages provisoires et définitifs, et enfin la
gestion des auscultations topographiques.
2.2.1 - La géologie
Le suivi géologique consiste en premier lieu en un
contrôle de la conformité du terrain réellement terrassé avec les configurations du marché, et donc
avec les hypothèses de calcul. Ledit contrôle passe
par des relevés de fouilles dans le cas des puits et
des tunnels-cadres et par des levés de front de taille
pour les chambres, tunnels voûtés et niches ; il
exige par conséquent un suivi rigoureux de la production, en particulier sur un chantier en 2 ou 3
postes de 8 heures, la priorité étant la sécurisation
des postes de travail par la projection de béton sur
tout terrain nu dès la fin des excavations, ce qui
rend le délai d’observation très court, en particulier
dans la géologie plus complexe des terrains remaniés ou confortés, où il faut à la fois retrouver la
géologie originale et pister les altérations.
2.2.2 - La géotechnique
Les mesures géotechniques sont, elles, fondées sur
l’instrumentation du soutènement et des ouvrages.
Dans les ouvrages à ciel ouvert, les butons et tirants
ont été régulièrement équipés (à raison d’une pièce
équipée sur dix) de vérins plats et de cales dynamométriques, chaque paroi d’ouvrage de raccordement
a été pourvue d’un tube inclinométrique mesuré une
fois par phase de travaux et les platelages métalliques
au-dessus des terrassements en taupe ont été suivis
par des jauges de contraintes à piézorésistances.
En souterrain, les cintres lourds du tunnel KoufraMontrouge sont auscultés par des jauges de contrainte
à corde vibrante. De plus le Calcaire Grossier fait l’objet
de reconnaissances à l’avancement par sondages
destructifs, l’Inspection Générale des Carrières ne
pouvant garantir l’absence complète d’ancienne
exploitation de pierre de taille ou de puits abandonnés
dans les limites du projet. Des reconnaissances
complémentaires et plus ciblées ont été menées à
Montrouge afin de localiser précisément les
anciennes carrières, celles-ci figurant sur la carte de
l’IGC mais avec une faible précision ; ce complément
a été fait au moyen d’une méthode géophysique,
le cylindre électrique. Enfin, une campagne de
sondages carottés a été menée à Paris et Montrouge
afin de localiser et échantillonner un banc d’argiles
vertes et de marnes brunes à l’interface entre les
niveaux supérieur et moyen du Calcaire Grossier. Les
prélèvements ont fait l’objet d’essais en laboratoire
en fonction des caractéristiques de chacun des
échantillons : valeur au bleu, teneur en matière
organique, calcimétrie, triaxial CU+U, œdométrie, etc.
Ces niveaux marneux et argileux ont également été
l’objet de deux essais pressiométriques cycliques et
d’un essai à la plaque.
2.2.3 - Les auscultations
Troisième composante du poste de géologue/
géotechnicien sur ce projet : la direction des auscultations topographiques, en souterrain comme en surface. L’équipe de topographes du chantier est
composée d’un chef de brigade et de deux équipes,
la première étant quasi-exclusivement consacrée aux
nivellements de surface de l’ensemble des ouvrages
en cours de réalisation ou de stabilisation, la seconde
travaillant principalement en souterrain, en auscultations et en implantation et guidage. Sur la totalité
du linéaire d’ouvrages, que ce soit sur la voie
publique, dans les emprises de chantier, ou chez les
tiers et riverains, ont été implantés des points de
nivellement (clous au sol ou réglettes sur les façades)
pour des mesures au micromètre, précises jusqu’à
0.3 mm dans les meilleures conditions. En souterrain,
des sections de convergence de trois ou cinq points
sont placées sur les cintres lourds, les prévoûtes et
sur le revêtement définitif, pour détecter d’éventuels
déplacements ou déformations du soutènement.
Selon la sensibilité de l’ouvrage et des tiers, la phase
de travaux en cours et le comportement des ouvrages
et des terrains encaissants, la fréquence de ces
mesures peut aller par défaut d’une par jour pour les
sections de convergences de prévoûtes et les points
de surface au droit du décousu, à une par mois pour
les ouvrages stabilisés mais où des travaux ont
encore lieu.
Pour le passage sous le Boulevard Périphérique,
ouvrage tiers le plus sensible du projet, une
méthode particulière a été employée, celui-ci étant
inaccessible pour des piétons et nécessitant une surveillance permanente. Une station totalement automatisée a été installée sur le pont de la Porte de
Montrouge pour effectuer toutes les deux heures
un cycle de mesure de tous les points fixés sur le
boulevard. A chaque dépassement de seuil prédéfini, des alarmes étaient transmises par SMS et
courriel aux responsables du chantier. A ceci
s’ajoute un nivellement spécifique de la chaussée
effectué depuis le pont.
Pour chaque ouvrage réalisé, une procédure spécifique d’auscultation constituée de ces trois
aspects a été rédigée et validée par la maîtrise
d’œuvre. Elle définit pour chaque mesure un seuil
de vigilance accrue et un seuil d’alerte ; le premier,
en général fixé aux valeurs théoriques de la note de
calcul, prévient d’un déroulement anormal des travaux et pousse à la correction dans les meilleurs
délais et à une réflexion sur les causes, sans pour
autant remettre en cause les méthodes et calculs,
alors que le second, fixé le plus souvent à 150%
des valeurs théoriques, correspond à un péril potentiel des biens et des personnes du chantier ou
tierces, la production doit être arrêtée, des mesures
drastiques de sécurisation lancées sans délai et une
analyse en profondeur des causes est requise.
Photo 9 : Cibles
d’auscultation sur
les prévoûtes.
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2.2 - Les auscultations
]
453
CHANTIERS
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Un autre type d’auscultations, plus inattendu, a dû
être employé lors du passage sous l’avenue de la
République. Un autre chantier important pour la ville
de Montrouge est alors en cours, la rénovation du
Centre Culturel et de Congrès, qui nécessite la
démolition complète du bâti intérieur, ne laissant
en place que la façade parallèle au futur tunnel,
elle-même reprise en sous-œuvre. Cette façade
courait deux risques majeurs : un basculement dû
aux tassements différentiels générés par le tunnel
et des dégradations, voire un effondrement, du fait
des vibrations lors des excavations au BRH. La
densité de points devant et sur la façade a été
augmentée et le groupement a installé trois capteurs
de vibrations (géophones) reliés à une centrale
d’acquisition et transmettant tout dépassement de
seuil préjudiciable au bâti aux responsables du
chantier pour stopper les activités générant trop de
vibrations.
2.3 - Le retour d’expérience
Si toutes ces auscultations ont pour objectif le
contrôle de l’influence que peut avoir le tunnel sur
les riverains après sa réalisation, elles permettent
également de constituer une expérience des
travaux effectués et ainsi anticiper les difficultés.
Le travail le plus important de synthèse et d’analyse
des auscultations a été fait sous le square du
Serment de Koufra, point principal de la validation
de la méthode Perforex pour passer sous le Boulevard
Périphérique : le passage sous le mur de soutènement,
avant d’atteindre la bretelle d’accès puis les voies
de circulation, constituant un point d’arrêt, il a
fallu valider les hypothèses de calcul, confirmer la
maîtrise des tassements et tester la capacité du
Groupement à réagir en cas d’alerte. Le test dans
cette zone est d’autant plus opportun que la
sensibilité des riverains y est très faible : ni infrastructure ni réseau, ni habitation. Lors du passage
sous le square Koufra, les seuils de vigilance accrue
et d’alerte ont été dépassés (25mm au maximum,
pour respectivement 10 mm et 15 mm) sans aucun
mouvement dans le tunnel, les mouvements étant
donc uniquement dus aux terrains de couverture.
L’hypothèse de plus faibles caractéristiques mécaniques que prévu pour les Marnes et Caillasses en
voûte a été corroborée par leur débit farineux lors
des excavations, indice d’un possible déconfinement lors de l’exploitation, puis du confortement
des carrières souterraines. Un calcul paramétrique
454
est venu confirmer cette théorie : en diminuant le
module E et la cohésion de 80 % (valeurs conclues
par deux voies différentes) et en abaissant le taux
de déconfinement de 0,5 à 0,3 dans une nouvelle
simulation de tassements aux éléments finis, les
résultats ont retrouvé exactement les valeurs réellement mesurées. La perte de cohésion due au
déconfinement a également expliqué les difficultés
de réalisation des prévoûtes dans les cinquante
premiers mètres du tunnel courant (cf. infra) et les
adaptations nécessaires à la poursuite du chantier,
dans le tunnel Koufra-Montrouge comme dans les
tunnels nord.
Une fois le point d’arrêt levé pour le passage sous
le Boulevard Périphérique, le tunnel a traversé des
terrains qui n’avaient pas été perturbés par les
exploitations du Calcaire Grossier et les tassements
se sont révélés conformes aux prévisions, avec une
valeur moyenne de 8 mm. Les mouvements ont
également été analogues aux valeurs prévues sous
les immeubles (6 mm) et sous l’avenue de la République (4 mm).
La multitude des techniques employées a permis
de comparer l’impact des ouvrages, chacun ayant
une sensibilité particulière. Le contraste s’est avéré
saisissant entre les ouvrages nord, en particulier
les tunnels-cadres, réalisés à ciel ouvert, et les
tunnels réalisés en souterrain, plus au sud : si ces
derniers ont, comme nous venons de le voir, généré
au dessus des anciennes carrières des tassements
au-delà des valeurs prévues, les tranchées
couvertes, qu’elles soient réalisées au moyen de
parois berlinoises ou de pieux jointifs, n’ont causé
absolument aucun désordre dans les immeubles
riverains, pourtant à quelques mètres des ouvrages
ancrés dans des confortements de carrières et
butés sur les mêmes marnes décomprimées.
2.4 - Conclusion sur le rôle
du Chargé d’Ouvrage Provisoire
Le poste de Chargé des Ouvrages Provisoires est
donc au carrefour de deux disciplines finalement
très différentes mais intimement complémentaires,
que l’on peu décrire comme suit.
La géologie est une approche naturaliste, il s’agit
d’observer, décrire et analyser les terrains pour en
comprendre l’histoire, mieux les connaître et ainsi
parer à l’imprévu. Il s’agit par exemple de détecter
la présence de gypse, sain ou pseudomorphosé
pour en conclure un risque potentiel ; en effet, il
pourrait former des vides au contact d’eaux fuyant
des égouts sous le Périphérique ; de même il est
opportun de reconnaître la surface érosive très irrégulière à l’interface entre les Sables de Beauchamp
et les Marnes Caillasses, quand les notes de calcul
prennent pour hypothèse une interface précise et
plane.
La géotechnique, à l’opposé, est le domaine du calcul,
des lois de la physique, il s’agit de confirmer ce qui
a été prévu dans les notes de calcul et d’analyser,
comprendre les écarts pour mieux corriger les
éventuels désordres et éviter les récurrences. Ou
détecter les « faux désordres », comme la mise en
pression d’un buton provoquée non pas par la poussée
des terres, mais par le chaud ensoleillement d’un
profilé métallique au mois de juillet…
Ces deux approches peuvent paraître opposées
mais tenter d’aborder un problème par les deux
voies garantit d’avoir toutes les clés pour surmonter
les complications. Ce jeu d’équilibriste entre empirisme naturaliste et rigueur mathématique est
forcément prenant, mais s’est révélé passionnant
et enrichissant.
3 - Les méthodes de réalisationen souterrainQuand bien même on ne s’attardera dans ce qui
suit que sur la partie souterraine du projet, il faut
souligner que les méthodes et la réalisation des
ouvrages à ciel ouvert ont été tout aussi compliquées et passionnantes.
Ce chantier a nécessité la mise en œuvre de
plusieurs méthodes de réalisation des ouvrages
souterrains, préalablement définies en fonction des
dimensions des ouvrages, de l’environnement ainsi
que de la géologie rencontrée. Tous les tunnels ont
été réalisés depuis le même puits ; au moment où
l’activité était maximale, 3 tunnels étaient ainsi
simultanément en cours de creusement.
Les travaux se déroulent du lundi matin au
samedi matin : en 3 postes de 8 heures pour les
équipes de creusement, chacune constituée de
6 mineurs polyvalents, en 2 postes de 8 heures
pour les équipes de coffrage - bétonnage (5
maçons coffreurs) et en 1 poste de 3 hommes de
servitude, chaque poste encadré par un chef de
chantier.
CHANTIERS
3.1 - Les ouvrages réalisés
en méthode conventionnelle
Les chambres de 10 m et de 12 m ont été creusées
en section divisée.
La demie section supérieure a été creusée au
moyen d’une pelle de 21 t équipée d’un bras tunnel
et d’une fraise de 60 kW. Le soutènement était
réalisé en cintres lourds plus béton projeté par travée
de 1,05 m avec patte d’éléphant. Le creusement
se faisait en 3 phases : terrassement d’un four et
soutènement puis successivement terrassement et
soutènement des reins. Le décousu était limité à
5,25 m. Le revêtement était réalisé à l’avancement
par plot de 2,10 m sur un coffrage métallique adaptable au 2 sections.
La demie section inférieure a été réalisée selon
un calepinage précis. La cunette du stross a été
terrassée sur la longueur des 2 chambres (env.
30 ml) avec un trax de 16 t équipé d’un ripper 3
dents, la voûte reposant de chaque côté sur une
banquette talutée. Le radier a été ferraillé et bétonné
en plusieurs plots. Les piédroits ont été réalisés par
plots alternés dans le but de limiter les tassements.
revêtement définitif. Celui-ci était réalisé par plots
de 2,10 m sur un second coffrage métallique.
La 1/2 section inférieure a été exécutée de la même
manière que les chambres 10 m et 12 m (terrassement
du stross, bétonnage du radier puis piédroits par
plots alternés).
Les tunnels nord ont également été réalisés en
traditionnel en section divisée avec un soutènement
lourd (cintres HEB plus béton projeté et reprise en
sous œuvre du soutènement de la 1/2 section
supérieure). Le terrassement a été réalisé au moyen
d’un engin de terrassement adapté, type Brokk
400, équipé d’une fraise pour la 1/2 section supérieure et d’un BRH pour la 1/2 section inférieure ;
une pince a été spécialement adaptée pour poser
les cintres avec le Brokk. Le revêtement a été coulé
en pleine section par plot de 4m, le décousu étant
limité à 25m.
3.2 - Le tunnel réalisé
en méthode Perforex
A l’aide d’une grande lame, une saignée est créée,
au sein du massif encaissant puis remplie de béton
projeté. On peut assimiler cette méthode, par certains
aspects, à une sorte de paroi moulée courbe épousant
la forme de l’extrados du tunnel. Cette coque
conique (soutènement provisoire appelé « prévoûte »)
protectrice pour le personnel de production travaillant
en souterrain l’est aussi pour les habitants en surface.
Sa fonction première est de limiter la rupture de
]
l’équilibre naturel du sous-sol et ainsi réduire
au maximum les tassements en surface lors de
l’excavation en pleine section. En jouant sur le
recouvrement entre prévoûtes, on rigidifie plus ou
moins la coque, permettant ainsi une adaptation à
l’environnement rencontré (passage sous périphérique, habitations, géologie, ouvrages souterrains,…).
La confection des prévoûtes demande la fabrication
d’une machine spéciale ressemblant à une haveuse,
appelée machine Perforex. Celle du chantier a été
baptisée du doux nom d’ EFI au cours de ce chantier.
Le cycle de production est détaillé ci-dessous.
Réalisation d’une prévoûte
La machine Perforex est dotée d’une lame de 4 m
de long et 22 cm d’épaisseur et d’un robot pouvant
se déplacer sur une arche à la forme du tunnel. La
puissance à la tête est de 120 kW fournie par un
powerpack électrique. Pour se déplacer, l’arche de
la machine peut coulisser sur 2 grandes poutres
longues de 13 m. La machine est mise en place
près du front de taille puis réglée grâce à un laser.
Photo 10 : 1/2 section inférieure des chambres :
plot de piédroits.
Photo 12 : Lame de prédécoupage.
Photo 11 : La machine Perforex
de prédécoupage « EFI »
Les prévoûtes sont constituées de panneaux remplis
de béton projeté ; le nombre de panneaux peut
varier en fonction de la géologie rencontrée dans
le but de garantir la stabilité de la saignée (8 panneaux en moyenne). Dès qu’un panneau est
découpé, il est rapidement rempli par le robot. Le
béton est transporté à pied d’œuvre au moyen de
2 mini-toupies Dieci de 3,5m3. Celui-ci est pompé
et projeté depuis l’entrée de la saignée grâce à
une pompe Aliva 285 permettant ainsi de remplir
le panneau en quelques minutes (en moyenne
moins de 10 mn).
La lame et le robot sont montés sur 2 chariots indépendants ; le sciage d’un panneau et le bétonnage
d’un autre peuvent se faire simultanément : la
M
La chambre de 14m a quant à elle été terrassée
sous une voûte parapluie dont les caractéristiques
sont les suivantes : forages de 210 mm de diamètre
équipés de tubes de 177,8 mm de diamètre et
d’épaisseur 10 mm espacés d’axe à axe de 50 cm.
Une première volée de 25 m puis une deuxième de
15 m ont été réalisées. Une foreuse de type MC
600 est utilisée pour la 1ère volée et une foreuse
de plus petite dimension (espace plus confiné) de
type Beretta montée sur un échafaudage pour la
2nde. Comme les chambres 10m et 12m, celle-ci
a été réalisée en section divisée. La 1/2 section
supérieure a été terrassée avec la même pelle que
les autres chambres. Le décousu était limité à
3,15 m : en effet les tubes avaient été calculés pour
reposer à l’avant sur le terrain et à l’arrière sur le
455
CHANTIERS
M
saignée ne reste ouverte que quelques minutes,
limitant ainsi le déconfinement du terrain.
Les prévoûtes ainsi réalisées forment une coque en
béton projeté qui garantit la sécurité du personnel
au front de taille. Les longueurs de terrassement
peuvent être adaptées pour que les prévoûtes se
chevauchent plus ou moins (de 0,67 m à 2 m) en
fonction du terrain à soutenir et ainsi limiter les
tassements en surface. Par exemple, le recouvrement des prévoûtes est de 2 m pour le passage
sous le périphérique, de 1,5 m sous les immeubles
de la ville de Montrouge et de 0,67 m sous l’avenue
de la République.
Pose du soutènement complémentaire
Le tunnel étant réalisé en milieu urbain dense, un
soutènement complémentaire est mis en place
sous chaque prévoûte en arrière du front de taille.
Un cintre lourd est posé au milieu de la prévoûte et
un cintre réticulé (type Pantex 95 x 22 x 32) est
posé à son extrémité (appelée « talon ») puis enrobé
de béton projeté. Les cintres sont pré-assemblés
en surface avec des articulations pour être mis en
place grâce à un chariot télescopique rotatif équipé
d’une pince à cintre.
Terrassement sous prévoûte
Le terrassement sous les prévoûtes est réalisé
par une pelle ITC 312 : c’est une pelle à attaque
ponctuelle équipée d’un double bras permettant
d’utiliser un BRH type Montabert V32 puis de charger
le marin sur son convoyeur sans changer d’outil.
Le chargement des mini-tombereaux Dieci de 7 m3
s’effectue par le convoyeur de l’ITC. Le marinage
est évacué par la grue à tour et stocké dans 2 trémies
de 100 m3. Le front est projeté après chaque
terrassement pour éviter le déconfinement des
Marnes et Caillasses et limiter le risque de chute
de blocs.
Boulonnage du front
Des boulons de 15 m de longueur sont réalisés
dans le front de taille tous les 10 m avec une
foreuse Robodrill équipée d’une glissière de 5 m et
d’un marteau HC120. Les boulons en fibre de verre,
constitués de deux lames minces (livrées par
couronne de 500 m) sont assemblés sur place et
injectés au coulis de ciment.
Revêtement définitif
Le revêtement définitif est réalisé à l’avancement
avec un décousu maxi de 35 m sous le périphérique
et les bâtiments de la ville de Montrouge puis de
50 m sous l’avenue de la République. Le coffrage
a une longueur de 10 m et se déplace hydrauliquement sur des rails. Il a été conçu de telle manière
qu’il puisse être modifié en 3 jours pour passer de
la section 7,40 m à 7,80 m.
Le bétonnage est assuré par une pompe située en
surface. Le ferraillage de la voûte a été optimisé et
préfabriqué, il se limite aux piédroits sur 2 m de haut.
Le reste de la voûte n’est pas du tout ferraillé : le
treillis de peau initialement prévu a été remplacé
par l’incorporation dans le béton, en centrale, de
fibres en polypropylène (0,9 kg de fibre pour 1 m3
de béton).
Compte tenu du décousu limité, le radier est
bétonné après la voûte pour que la machine Perforex
EFI puisse reculer jusqu’au coffrage de voûte. Son
ferraillage est entièrement préfabriqué (20 panneaux) et peut être mis en place à la main. La
circulation au-dessus du radier se fait sur un pont
lourd de 13m, celui-ci permet ainsi de dissocier le
creusement du revêtement définitif, en maintenant
la circulation dans le tunnel lors du bétonnage du
radier.
3.3 - Problèmes rencontrés et
adaptation du cycle Perforex
3.3.1 - Les adaptations liées
à la géologie
Les différents aléas géologiques rencontrés ont
demandé une grande réactivité et adaptabilité du
personnel pour adapter la méthode et ainsi limiter
le retard d’exécution.
Photo 13 : Terrassement sous prévoûte.
456
Les Marnes et Caillasses décomprimées
La bonne cohésion des terrains à court terme (par
expérience Cuu minimum de 35 kPa env.) est la
caractéristique géotechnique la plus importante
pour la réalisation convenable d’une prévoûte ; en
effet, elle garantit la stabilité de la saignée et permet
ainsi le remplissage correct d’un panneau. Les
marnes situées au-dessus des anciennes carrières
ont été affectées par le mauvais remplissage des
carrières qui a provoqué leur décompression. Leur
cohésion diminuée ne permet plus la stabilité de
la saignée avant et pendant le bétonnage d’un
panneau, ce qui provoque des cloches au-dessus
de la saignée. De plus, les cloches trop importantes,
dépassant parfois 1 m, ne peuvent plus être remplies
par le robot de la machine Perforex. Pour améliorer
la cohésion des marnes et ainsi limiter le phénomène de cloche, elles sont injectées à l’avancement
au-dessus des prévoûtes.
Photo 14 : Le front de taille dans la zone
des carrières ; à noter la perturbation des Marnes
et Caillasses et les confortements de carrières.
Ainsi, pour passer ce moment délicat situé juste
avant l’entrée sous le périphérique, a été intégrée
au cycle de production courant la réalisation d’un
traitement préventif 6m en avant du front par injection au coulis de ciment (dosé à 400 kg/m3), dans
le but d’améliorer la cohésion des marnes et caillasses. Les forages sont réalisés avec la foreuse
Robodrill et équipés de tubes à manchettes. Des
forages de contrôle au-dessus des prévoûtes ont
également été réalisés afin de remplir les éventuels
vides résiduels par des injections de clavage.
Pour la même raison, lors du terrassement des tunnels réalisés en traditionnel, la longueur des travées
doit être réduite à 1m afin de limiter les hors-profils
importants rencontrés.
Les marnes brunes et l’argile verte
La couche d’argile verte et de marnes brunes a
été croisée à 2 reprises par le radier du tunnel.
Pour limiter le tassement des prévoûtes fichées
dans l’agile verte, elles ont été ancrées dans le
calcaire grossier supérieur avec 6 boulons (3 par
piedroit) diam 32 scellés au coulis de ciment. Les
CHANTIERS
Figure 3 : Profil
longitudinal
sous le boulevard
périphérique.
ancrages sont réalisés à l’avancement au plus près
du front.
Photo 15 : Réalisation d’un essai de plaque
dans l’ouvrage d’épuisement pour caractériser
les marnes brunes.
4 - Conclusion-
3.3.2 - Les adaptations liées
à l’environnement
Le couloir RATP
Le tunnel de 7,80 m (tunnel nord 2V réalisé en
traditionnel) passe sous un couloir d’accès à la station
Porte d’Orléans ; il passe si près qu’il a fallu ponctuellement démolir les semelles de fondation du
couloir (ouvrage non ferraillé) afin de poser le cintre
lourd de soutènement. Auparavant, une intervention
a été faite dans le couloir, préalablement fermé au
public, pour y mettre en place un soutènement
provisoire. Celui-ci consistait à couler un radier
provisoire ancré dans les piédroits du couloir
permettant de « suspendre » le radier existant, puis
de sceller à chacun des piédroits du couloir une
poutre réticulée (treillis) longue de 20 m.
Ce soutènement a été déposé et le couloir remis en
Photo 16 : Renforcement du couloir RATP.
circulation à la fin de la réalisation du tunnel sans
dommage à l’ouvrage.
Les égouts du périphérique
De la même manière que pour le couloir RATP, le
tunnel tangente le radier des égouts pluviaux du
périphérique (fig. 3). Pour limiter leur fissuration, des
poutres réticulées de forme trapézoïdale ont été
assemblées à l’intérieur des égouts. Ces poutres ont
été démontées après avoir coulé le revêtement du
tunnel. La pose et la dépose du soutènement ont pu
être réalisées en journée grâce à la mise en place
d’une emprise sur une bretelle du périphérique et
d’une ventilation continue des égouts.
Terrassement de nuit
Le tunnel est terrassé en partie dans les calcaires
avec une couverture faible au moyen d’un BRH ; il
s’est avéré que les vibrations générées étaient ressenties par les riverains dans un cercle de 40 m
autour du front à l’avant comme à l’arrière. Le chantier a été contraint à ne pas terrasser la nuit pour
limiter la gêne auprès des riverains. Ainsi, afin de
ne pas trop pénaliser l’avancement du tunnel, des
modifications de cycle ont dû être effectuées au
jour le jour pour réaliser de nuit les tâches qui ne
génèrent que peu de vibrations et de bruit (boulonnage du front, pose des cintres…).
La méthode Perforex a prouvé sur ce chantier
qu’elle apportait une grande sécurité en
matière de limitation des tassements dans un
environnement urbain très délicat. Confronté
à des aléas géologiques non prévus, elle a
montré son adaptabilité : face à une perte de
cohésion des Marnes et Caillasses au dessus
des anciennes carrières, le chantier a complété le cycle par des injections préventives
légères. La cadence initialement prévue de
10 m par semaine de tunnel creusé et revêtu
a pu être obtenue durant les derniers mois du
chantier, malgré la résistance du calcaire qui
ralentissait sciage et terrassement. Dans son
domaine d’application privilégié (environnement sensible, sols cohérents ou roche
tendre) cette méthode allie sécurité et rendement et constitue un procédé de production
original et performant.
Ce chantier, qui a nécessité la mise en œuvre
de nombreuses techniques, a été très riche
d’enseignements pour les nombreux jeunes,
membres des entreprises partenaires ou
stagiaires qui ont intégré nos équipes.
Il s’est toujours déroulé dans un esprit de
compréhension réciproque dans les relations
avec la maîtrise d’œuvre et la maîtrise d’ouvrage. Même si au départ ce contrat n’était
pas établi sur la base des recommandations
du GT 25 de l’AFTES, c’est bien dans l’esprit
de ces recommandations qu’il s’est toujours
déroulé. Nous sommes certains que ces
jeunes tireront une expérience positive de ce
type de relation contractuelle. t
M
Pour garantir la stabilité et limiter les tassements
du tunnel à long terme, les marnes brunes altérées
(tourbeuses) et les argiles vertes ont été purgées à
l’avancement sous les piédroits pour être remplacées par du béton projeté.
Le calcaire grossier
Il s’est avéré que le calcaire qui n’avait pas été
exploité (zones hors carrières) était faiblement
fracturé et sensiblement plus résistant que prévu,
surtout dans la zone sous les immeubles. La pelle
ITC 312 équipée du double bras est la machine
d’abattage la plus adaptée à cette section de tunnel
pour terrasser et charger dans un faible décousu.
Elle a donc été conservée. Cependant cette résistance élevée a beaucoup ralenti le terrassement et
a été la cause de la casse du bras d’abattage à
2 reprises.
]
457
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M
449
WORKSITES
M
Extension of Paris metro line 4,
workpackage T1: a variety of techniques
for a complex and delicate job
M
Valérie DORÉ
Solétanche - Bachy
Bernard BIZON
Bec Frères
Franck BILLON
Solétanche - Bachy
Stéphane LEROUX
Urbaine de Travaux
Lionel PETITJEAN
Bec Frères
TES has invited us to present this worksite. The article which follows was written by three young people who were involved in this piece of teamwork;
- Lionel Petitjean, contract engineer with Bec Frères, presents the worksite as a whole and, more particularly, the open-air works;
- Franck Billon, geologist and geotechnical engineer with Solétanche - Bachy, presents the technical studies and inspections; he also provided the photos
accompanying this article;
- Stéphane Leroux, the engineer in charge of underground works from Urbaine de Travaux, presents these works’ distinctive features and the various difficulties
encountered.
It then fell to us to write the conclusion.
Valérie DORÉ, works director, Solétanche - Bachy
Bernard BIZON, head of project, Bec Frères
Abstract
The BUSS consortium was responsible for Workpackage T1 on the Paris metro line 4 extension for the RATP,
with Xelis as the main contractor.
This workpackage included both open-air works linking in with existing metro tunnels, and underground
works, including a very shallow-depth section (less than 4.5m below ground) beneath the city ring road
and residential buildings at Montrouge. In all, this involved the construction of 900 linear metres of underground
tunnels of very different types.
We invited three junior managers from the works team to describe this worksite, more particularly work on the
standard sections of tunnel using Perforex mechanical pre-cutting and pre-arches, as well as their experience
during this three-year project, the results of the surveying and of course the difficulties we encountered.
This article follows on from the one by Ch. Blouet (Xelis), describing the preliminary reinforcements of old
underground quarry workings (TES no. 219).
Principal stakeholders
• Construction design: BET Travaux
souterrains Bec Frères
• Surveying and automatic monitoring:
MIRE SAS
• Retaining walls and jointed piles:
Solétanche-Bachy Pieux
• Open-air earthworks and removal
of waste: Vialis
• Concrete reinforcements: SAS
• Box section sealing: Eurovia
• Mechanical assistance and steel
fabrication: SAML
• Suppliers: Concrete: Lafarge Steel ribs: Arcane - Formwork: Sermar
• Noise & vibrations studies,
geotechnical services : SolData
458
IntroductionPresentation of stakeholdersThe RATP is the historic operator of the Paris Metro.
As contracting authority, it entrusted the BUSS
contractor consortium (put together for this particular
project) with carrying out the complex works involved
in workpackage T1 for extension of its N° 4 line.
The BUSS consortium bid submission brought
together the following contractors:
• Bec Frères (the lead partner),
• Urbaine de Travaux,
• Sotraisol fondations
These three companies are all part of the FAYAT
group
• Soletanche-Bachy,
a VINCI group company.
Xelis, the RATP’s subsidiary engineering company,
was the prime contractor for the line 4 extension
project.
The BUSS consortium, prime contractor Xelis and
the contracting authority RATP worked together on
this delicate project, making use of the recommendations by AFTES Working Group 25.
The particularity of this worksite resides both in the
wide variety of techniques implemented – the most
innovative of which was the Perforex® method –
and in the equally broad variety of professionals
involved, working together on this worksite for
almost three years in all.
WORKSITES
Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job
]
These reinforced concrete box section structures
are presented below:
• Two tunnels linking the return loop to line 4
(Leclerc and Appell tunnels) in covered trenches.
These connect the existing tunnel and the new
project;
• A box section structure 85m long and 7.80m
wide (2 tracks), between the Leclerc and Koufra
tunnels, built partly in the open air and partly
beneath decking;
• A box section structure 78m long and 5.00m
wide (1 service track) between the Appell and
Koufra tunnels, built partly in the open air and
partly beneath decking.
Figure 1: Overall plan.
The first phase of the line 4 extension project was
divided into two workpackages:
• Workpackage T1 (the BUSS consortium), ran from
the existing Porte d’Orléans station (km 0.000)
and the metro terminus loop to Mairie de Montrouge (km 0.676) (fig. 1);
• workpackage T2 (RAZEL, part of the FAYAT
group), for works extending from the Mairie de
Montrouge station for a distance of some 600
metres underground towards Bagneux.
The initial amount for the T1 workpackage was
€35,660k plus VAT. Works are currently underway
and are due for completion in mid-February 2011,
by which time 900m of underground space will
have been excavated and lined.
Starting from the surface, the following geological
horizons were encountered: recent backfill (approx.
3m), Beauchamp sand (approx. 2.5m), marl and
limestone layers in various states of compression
(approx. 5m), and finally coarse limestone of varying
strengths, within which there is a layer of green clay
and brown marl, of varying thickness.
Two types of activity may be distinguished on this
worksite: open-air works over a distance of some
one hundred metres at the northern end of the project, adjacent to the Porte d’Orléans station and
loop, and the underground works further to the south,
as far as the Mairie de Montrouge station. Only the
marl and limestone layers and coarse limestone were
encountered during the underground works.
There are former quarry workings in the coarse
limestone in the central section of the project, which
affected the southern open-air works and the north
of the underground works.
1.1 - Open-air structures
These are referred to as such because during
construction, it was theoretically possible to see
above ground from them (in actual fact, much of
the work was carried out beneath decking). The
structures are located at the Place du 25 août
1944. This location is a strategic crossroads, providing access from the South and the Porte d’Orléans to the centre of Paris and the Montparnasse
rail terminus: there are high levels of vehicle traffic
daily, and congestion is frequent.
Worksite areas
With the assistance of Paris City Council, works
areas were installed in the middle of the highway
to enable temporary heavy decking to be installed.
These measures, carried out during times when
there was less traffic, allowed vehicles to pass
above the worksite while works continued beneath.
Installation work took three weeks and included the
following tasks: survey excavations; boring the
retaining piles; earthworks to a depth of 1.8m and
the installation of timber sheeting; concreting of
beams; installation of a temporary heavy-duty
bridge (flush HEB 300 profiles) supported by the
side beams, above the covered trench;
Photo 1: View of the open-air area
taken from the tower crane.
Photo 2: Installation of decking in traffic.
M
1 - Presentation of theline 4 extension project(phase 1 - workpackage T1)-
A works director and two site foremen worked on
these four structures, with three worksites progressing simultaneously for most of the time.
459
WORKSITES
M
[ Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job
Photo 7: The completed connecting structure
prior to dismantling of the steel tunnel.
application of a layer of asphalt on top of this structure, followed by night work to dismantle the work
area and signage, also with the assistance of Paris
City Council. It is worth pointing out that the temporary decking was sized to cater for the possibility
of military or other exceptional loads using the route.
existing obsolete infrastructure. Installation of this
new drain also took place at night, with the use of
two 250-tonne mobile cranes.
Photo 4: Steel shielding of the metro loop during
demolition work.
Photo 3: Construction of piles.
It was possible to keep some work areas located
away from traffic throughout the course of works
and thus provide access to the structures; these
areas also served for preparation and storage.
Connecting tunnels
The internal dimensions of the structures were as
follows: 16m wide, 35m long and 6m high, covered
with between 1 and 2m of backfill and roadway.
Their construction required part of the existing tunnel, still in use, to be demolished. To ensure the
safety of the RATP infrastructures, prior to the commencement of any surface works, protection of the
metro track in use was carried out, by means of
steel shielding. This steel tunnel within the tunnel
rested on reinforced concrete beams poured on
site. The shield consisted of HEB 180 profiles bearing sheet metal plates of between 5 and 10mm
thickness, with the structure as a whole forming a
“sealed” unit. It was installed by a team of 11
mining and welding engineers using a mini-excavator mounted on a trolley which was specially designed for these works. The worksite personnel had
to work round the metro’s operating times: works
took place during a “short night”, between around
2am and 4.30am. Various unforeseeable events
relating to operation of the line meant that access
to the work zones was difficult. As a result, these
preliminary works, which were on the worksite’s
critical path, fell behind schedule: this also disrupted
work on the open-air structures.
460
The two tunnels connecting to the return loop were
of different designs: while the Appell tunnel’s slab
and walls were constructed in the shelter of a retaining wall, 800mm-diameter jointed piles were
adopted for construction of the Leclerc tunnel. Here,
this solution made it possible to work in a smaller
volume: the jointed piles served firstly to provide
temporary retaining support and then as a structural
component of the tunnel. Temporary support of
these two tunnels was completed as follows: cylindrical cross stays were used for the Appell tunnel,
along with type III 50-tonne cable tie-backs, while
type III cable tie-backs alone were used for the
Leclerc tunnel.
Following a proposal by the BUSS consortium, a
system of flush reinforced concrete beams with a
polystyrene infill (with a density of 0.5t/m3), linked
together by a topping slab, was installed to cover
the structures; the initial project had been to use a
thick reinforced concrete slab poured on site. These
beams were installed at night.
On the LECLERC site, a drain (with a cross-section
of 2.3m x 2.7m, 14m in length and with a weight
of 670kN) was also constructed to replace an
Single and double-track box
section tunnels
These box section structures are located immediately after the APPELL and LECLERC connections.
Their dimensions are as follows: 78 x 5 x 4.7m and
86 x 7.8 x 4.7m (length x width x height). Provisional
support was by means of a retaining wall consisting
of 600mm piles spaced 2m apart, braced using
HEB profiles.
Support between the piles was by means of wet
process shotcreting. 70% of the earthworks and
civil engineering works (slab, walls and crosspieces)
used top-down methods beneath decking, and
often had to cope with preserved crossover networks
(sewers, fibre-optic cables, and other networks in
use). The box section tunnels had a 5% incline, in
order to reach the depth required for underground
excavation works.
Photo 8:
One-track box
section tunnel
beneath
decking: end of
excavations.
Photo 5: Installation of
cover beams.
Photo 6: Installation of
the prefabricated drain.
WORKSITES
The principle work area for the worksite was located
in part of the Square du Serment de Koufra: this
included the site facilities, the principal equipment
storage area and the temporary work shaft.
Underground works began from this access. The
single and dual-track northern tunnels, 5m and
7.8m wide respectively, connected to the box section tunnels described above. They were supported
in the traditional manner (HEB steel ribs and shotcrete) and excavated in half sections (top and bottom half-sections). At km 0.158, the northern and
southern tunnels reach the KOUFRA junction. This
forms the transition from 3 tracks (2 + 1) to 2 tracks
(standard section). The tunnels decrease in width
from 14 to 12 and then 10m before ending up in a
standard tunnel section width of 7.8m.
These tunnels, located above former quarry workings (the reinforcement of which was the subject
of an article by Xelis in TES’ May/June issue), at a
shallow depth, with wide diameters and elliptical
in shape, were constructed using standard
methods.
The 14m tunnel, which was more delicate due to
its size and its location closer to the surface, was
built beneath an ‘umbrella’ arch. From there, the
standard tunnel section begins, with approximately
440m built using the patented Perforex® mechanical pre-cutting method.
Naturally the tunnel would not be complete without
the construction of its related structures, making it
a genuine underground space:
• Ventilation branches at the KOUFRA site (with diameters of 3.5 and 5m) built using standard
methods and excavated using the full-section
method. (around an inspection gallery for the 5m
branch). Worthy of note is the three-dimensional
aspect of the space (and the related design work)
where the shafts meet the junction;
• The drainage shaft located at Boulevard Romain
Rolland. This is a shaft with a depth of 20m, the
excavation of which was protected by steel sheet
piling and HEB profiles, with 28m-long galleries
above it leading off towards the standard tunnel.
These chambers will house lift pumps at the
lowest point of the tunnel;
• The motorised ventilation bay: a 15m spur
connects the tunnel to a shaft built by workpackage T2.
• 9 niches for points equipment and for the protection of personnel on foot in the tunnel.
2 - Construction design andmethods, geologicalmonitoring and inspections2.1 - Construction design
and methods
With such a great technical variety within such a
short timeframe, involving up to four structures
being built at the same time, the worksite called for
a considerable amount of design work: each tunnel,
chamber, shaft, niche and spur required its own
design calculations, support, reinforcement and
formwork plans and construction inspection procedures. This design work, ahead of construction and
updates during works, was entrusted to the Bec
Frères design office, working in close, virtually
constant contact with the worksite. The scale of the
project meant there was a lot of work to be approved by the prime contractor in short order; the latter’s responsiveness was appreciated.
The northern infrastructures are at a shallow depth
and located in geological horizons which are mostly
loose, so they were built with heavy-duty retaining
structures; design was carried out using statically
indeterminate reaction calculations, irrespective of
the construction process (open-air with retaining
walls, underground beneath an ‘umbrella’ arch or
in the traditional manner).
ting a specific part of the route: asymmetric loads
beneath the ring road retaining walls, with little
depth and a route beneath the road’s drains, asymmetric overloads of buildings, changes in geology
and so on. The first section for which design calculations were performed, beneath the Square du Serment de Koufra, was the simplest in terms of
geometry and provided the opportunity for experience feedback with regard to the design methods,
described in more detail below. Finite element
method calculation makes it possible to have precise estimates of settlement, which is vital in a
dense and sensitive urban environment, particularly
for the section only 4.5m (including two metres’
worth of drains) beneath the Paris ring road – a
strategic infrastructure which is particularly crucial
for the south of Paris.
In addition to sizing the retaining structures, the
worksite also had to develop specific methods for
each of the critical tasks forming part of the worksite: interfaces between structures, concurrent
activities, and particularly delicate deliveries of
equipment and materials. This method planning
was carried out directly on the worksite, under the
supervision of the design and works coordinator,
in liaison with heads of production and the project
designer who was present full-time on the site.
2.2 - Monitoring surveys
The Koufra-Montrouge tunnel, which was built
using the Perforex method, was the subject of eight
finite element method calculations, each represen-
On this worksite, the position of geologist/geotechnician in charge of inspections, which corresponded more or less to that of Temporary Works
Figure 2: Example of modelling beneath the ring road.
M
1.2 - Underground works
]
461
WORKSITES
M
Supervisor, had three major components: geological
monitoring during special preparation works and
excavations; geotechnical instrumentation of temporary and permanent structures; and responsibility
for monitoring surveys.
2.2.1 - Geology
Geological monitoring consists first and foremost in
inspecting whether the soil actually excavated is in
line with the tender configurations and thus with
the design hypotheses. This inspection involves
excavation samples for shafts and box tunnels,
along with cutting face samples for chambers,
arched tunnels and niches; consequently, it calls for
stringent production oversight, particularly for worksites involving two or three eight-hour shifts. The
priority is to secure work positions by shotcreting
unlined sections immediately on completion of
excavations. This allows only a very short time for
observations, particularly for the more complex geology found in reworked and reinforced soil, for which
it is necessary both to identify the original geology
and track the alterations.
2.2.2 - Geotechnics
Geotechnical measurements are based on instrumenting the retaining walls and structures. In openair structures, one in ten stays and ties were fitted
with flat jacks and torque gauges, while each surface of the connecting structures was fitted with an
inclinometer from which readings were taken once
during each phase of works, while the steel decking
above the top-down excavations was monitored by
semiconductor strain gauges.
Underground, the heavy-duty ribs in the KoufraMontrouge tunnel were monitored using vibrating
wire strain gauges. In addition, the coarse limestone
was the subject of surveying during the progress
of works by means of destructive boreholes, since
the French Quarry Works Inspectorate (IGC) could
not guarantee the complete absence of former
quarry works or abandoned shafts within the scope
of the project. Additional, more targeted surveys
were carried out at Montrouge in order to locate the
old quarry workings more precisely: these were
shown on the IGC’s map, but only approximately;
this additional work was carried out using a geophysical method, with a linear actuator. Lastly, a
survey borehole campaign was conducted in Paris
and Montrouge in order to locate and sample a bed
of green clay and brown marl, at the interface bet462
ween the top and intermediate levels of coarse
limestone. The samples were tested in a laboratory,
as appropriate for the characteristics of each:
methylene blue value, organic matter content, calcimetry, CU and UU triaxial tests, œdometer, etc.
These marly and clayey levels were also the subject
of two cyclical pressure tests and a plate test.
2.2.3 - Inspections
The third aspect of the work of the geologist/geotechnician on this project involved overseeing monitoring surveys both above and below ground. The
worksite surveyor team was made up of a shift
supervisor and two teams.
The first of these worked almost exclusively on surface levelling for all structures under construction
or being stabilised, while the second worked mostly
underground on inspecting, locating and guiding.
Along the entire length of the structures – on the
public domain, within site work areas, and in premises belonging to third parties and local residentslevelling points (ground pins and strips on facades)
were installed for micrometer readings, accurate to
within 0.3mm in optimum conditions. Underground,
three to five-point closure sections
were placed on heavy-duty ribs, pre-arches and on
the final lining, to detect any displacement or distortion of the retaining wall. Depending on the
degree of sensitivity of the structure and third parties, the phase of works underway, and the behaviour of structures and surrounding soil, the
frequency of these measurements could range from
once a day (by default) for pre-arch closure sections
Photo 9: Monitoring markers on pre-arches.
and surface points adjacent to unlined sections, to
once a month for stabilised structures for which
works were still going on.
For the section beneath the Paris ring road, the most
sensitive third-party structure for the project, a particular method was used, since the ring road is not
accessible to pedestrians and required continuous
monitoring. A complete automated station was set
up on the Porte de Montrouge bridge in order to
carry out a set of measurements every two hours,
covering all the set points on the ring road. Each
time a pre-defined threshold was exceeded, alarms
were sent by SMS and e-mail to the site staff. In
addition, specific levelling of the roadway
was carried out from this bridge.
For each structure completed, a specific monitoring
procedure Including each of these three aspects
was drafted and validated by the prime contractor.
For each measurement, this defined a heightened
vigilance threshold and an alert threshold: the first,
generally set in line with the theoretical values of
the design calculations, warned of abnormalities in
the progress of works and flagged up the need for
correction as soon as possible as well as investigation into the causes.
However, it did not involve calling into question the
methods or calculations, whereas the second level
of alert, usually set to a value of 150% of the theoretical values, corresponded to potential danger to
worksite plant and personnel or third parties: production would have to be halted, drastic safety measures engaged at once and an in-depth analysis of
the causes was required.
WORKSITES
2.3 - Experience feedback
The purpose of all this monitoring was not only to
check the influence the tunnel could have on the
neighbourhood after completion, but also to compile
a record of the works carried out and thereby anticipate future difficulties.
Particular attention was paid to summarising and
analysing inspections from beneath the Square du
Serment de Koufra, the key point for validating the
use of the Perforex method for passing beneath the
Paris ring road: passing beneath the retaining wall,
before reaching the slip road and the carriageway
itself, was a hold point, at which design hypotheses
had to be validated, confirming proper control of
settlement and testing the ability of the consortium
to react in the event of an alert. Testing in this area
was all the more appropriate in that there was very
little local sensitivity, with no infrastructure, networks or housing. For the section beneath the
Square Koufra, heightened vigilance and alert thresholds were exceeded (with a maximum of 25mm
for levels of 10 and 15mm respectively) without any
movement within the tunnel: these movements
were therefore due solely to the cover soil.
The hypothesis of weaker mechanical characteristics than forecast for the marl and loam around the
arch was borne out by their floury consistency
during excavations, indicating both potential stress
relief during operations and reinforcements of
underground quarry workings. Parametric calculations confirmed this theory: by decreasing the
Young’s modulus and cohesion by 80% (values arrived at by two different means) and lowering the
stress relief rate from 0.5 to 0.3 in a new finite element method settlement simulation, the results corresponded exactly to the values actually measured.
The loss of cohesion due to stress relief also explained the difficulty of constructing pre-arches in the
first 50m of the standard tunnel (see above) and
the adjustments required to continue the worksite,
both in the Koufra-Montrouge tunnel and in the northern tunnels.
Once the hold point prior to continuing beneath the
ring road had been cleared, the tunnel crossed soil
which had not been disturbed by coarse limestone
quarrying and the settlement was in line with forecasts, with a mean value of 8mm. Movements were
also fairly consistent with the forecast values
beneath buildings (6mm) and beneath the Avenue
de la République (4mm).
The wide variety of techniques used made it possible to compare the impact of different structures,
each with its own particular sensitivity. There was
a particularly striking contrast between the northern
structures, particularly the box tunnels, built in the
open air, and the tunnels built underground more
to the south: while the latter generated settlements
in excess of the forecast values as described above,
the covered trench work, whether it used retaining
walls or jointed piles, resulted in absolutely no anomalies in neighbouring buildings, despite being only
a few metres away from structures bedded in quarry
working reinforcements and grounded on the same
marls under stress relief.
2.4 - Conclusions on the role of
Temporary Works Supervisor
The position of Temporary Works Supervisor therefore lies at the crossroads of two disciplines which
are both different and complementary, and which
may be described as follows.
Geology is an approach based on natural science,
involving the observation, description and analysis
of soils to understand their history and gain greater
knowledge of them, in order to deal with the unexpected. For instance, this might involve detecting
the presence of gypsum (whether unaltered or
pseudomorphosed) to determine whether there is
a potential hazard; in the latter case, water leakage
from drains beneath the ring road could lead to the
formation of voids; similarly, it was well worth surveying the highly irregular erosive surface at the
interface between the Beauchamp sand and the
marl and limestone, given that the design calculations were based on the hypothesis of a clear,
smooth interface.
Geotechnics, on the other hand, relates to calculations and the laws of physics, and involves
confirming what was predicted by the design calculations, then analysing and understanding any
discrepancies in order to correct any anomalies and
avoid them re-occurring. It may also involve the
detection of “false anomalies”, such as an increased pressure reading on a stay, not because of the
weight of earth, but due to the warming of a steel
profile in mid-July!
While these two approaches may appear to be completely opposed, dealing with a problem using both
is an excellent way of finding all the keys to open
up a way through any complications. This balancing
act between empirical natural science and mathematical rigour is highly demanding - but also fascinating and fulfilling.
3 - Underground constructionmethodsAlthough only the underground aspect of the project
is discussed here in more detail, it should be
emphasised that the construction of open-air structures and the methods used were equally complex
and interesting.
This worksite required the implementation of a
number of construction methods for underground
structures, defined beforehand in terms of the
dimensions of the structures, the environment and
the geology in question. All the tunnels were
constructed from the same shaft; at the busiest
period, 3 tunnels were being bored simultaneously.
Works took place from Monday morning to Saturday
morning, with 3 8-hour shifts for tunnelling teams
(each consisting of 6 multi-skilled mining engineers), 2 8-hour shifts for formwork/concreting
teams (5 shutter hands) and 1 shift of 3 service personnel, with each shift supervised by a site foreman.
3.1 - Tunnels built using the
conventional method
The 10m and 12m chambers were excavated in
half sections.The top half-section was excavated
M
Another, more atypical type of monitoring had to be
carried out for the section beneath Avenue de la
République. Another major worksite for the town of
Montrouge was underway at the same time: renovation of the Conference and Arts Centre. This involved complete demolition of the inside of the
structure, leaving only the facade standing parallel
to the future tunnel: this was also to have subsurface work carried out on it. There were two major
risks for this facade: tilting due to the differential
settlement generated by the tunnel, and damage or
even collapse due to vibrations during hydraulic
hammer excavations. The density of monitoring
points in front of and on the facade was increased,
and the consortium installed three vibration sensors,
connected to a recording unit. These alerted site staff
if any danger thresholds were exceeded, so as to halt
any activities creating too many vibrations.
]
463
WORKSITES
M
using a 21-tonne excavator fitted with a tunnelling
arm and a 60kW cutter. The retaining walls were
made of heavy-duty steel ribs and then shotcreted
in 1.05m sections with flared bases. Excavation
took place in three phases: chamber excavations
plus retaining walls, followed by excavation and
retaining works on the spandrels. The unlined section was restricted to 5.25m. Lining took place as
work progressed in 2.1m sections using formwork
which could be adjusted for both dimensions.
The bottom section was completed according to a
very precise plan. The stross was excavated for the
length of the two chambers (approx. 30m) with a
16-tonne traxcavator equipped with a 3-tooth ripper, with the arch supported by embankments on
both sides.
The slab was reinforced and concreted in several
segments. The side walls were built in alternating
segments with the aim of minimising settlement.
Photo 10: Bottom half-section of the chambers:
side wall segment.
The 14m chamber was excavated beneath an
‘umbrella’ canopy, whose characteristics were as
follows: 210mm diameter boreholes fitted with
tubes 177.8mm in diameter and 10mm thick, with
centrelines spaced 50cm apart. A first run of 25m
followed by a second of 15m were built. An MC 600
drill was used for the first run, and a smaller Beretta
drill mounted on a scaffold was used for the second
run (due to the smaller space). Like the 10m and
12m chambers, this one was built in half sections.
The top half-section was excavated using the same
excavator as for the other chambers. The unlined
section was restricted to 3.15m: the tubes had been
designed to rest on the earth to the front and on the
final lining to the rear. The latter was made in 2.1m
segments on a second layer of steel formwork.
The bottom half-section was built in the same way
as the 10m and 12m chambers (excavation of the
stross, concreting of the slab then side walls in alternating segments).
464
The northern tunnels were also dug in the traditional
manner, in half sections with heavy-duty retaining
walls (HEB steel ribs and shotcrete, and subsurface
work on the retaining wall of the top half-section).
The earthworks were carried out using a suitable
Brokk 400 machine fitted with a cutter for the top
half-section and a hydraulic hammer for the bottom
half-section; a claw was also specially adapted so
the Brokk machine could be used to install the ribs.
The lining was poured for the whole circumference
at once in 4m segments, with the unlined surface
restricted to 25m.
3.2 - Tunnel section using
the Perforex method
A large blade is used to cut a channel in the surrounding rock. This channel is then filled with shotcrete. In some aspects, this method is similar to a
curved, diaphragm wall which runs flush with the
tunnel’s upper curve. This conical shell (a provisional support known as a ‘pre-arch’) protects production personnel working underground as well as
people on the surface.
Its primary purpose is to minimise the disturbance
to the natural equilibrium below ground and thus
limit surface settlement as much as possible when
full-scale excavations are carried out. The shell can
be made more or less rigid by adapting the covering
between the pre-arches, making it possible to
adjust to the environment in question (passing
beneath the ring road, houses, geology, underground structures, and so on).
Photo 11: “EFI”, the Perforex pre-cutting machine.
Making the pre-arches required the manufacture
of a special machine which resembles a channelling
machine, known as a Perforex machine. The worksite machine was christened “EFI” during the course
of this project.
The production cycle is explained below.
Construction of a pre-arch
The Perforex machine has a blade 4m long and
22cm wide, plus a robot which can move along an
arch in the shape of the tunnel. The cutting head
has 120kW of power supplied by an electrical
power pack. To move, the machine arch slides along
two large beams, 13m long. The machine is installed close to the cutting face and then adjusted by
means of a laser.
Photo 12: The pre-cutting blade.
The pre-arches are made of panels filled with shotcrete; the number of panels may vary depending
on the geology encountered, in order to ensure stability of the channel (on average, 8 panels were
used). As soon as a panel was cut, it was quickly
filled by the robot. The concrete was brought to the
working surface using two Dieci mini mixers with a
capacity of 3.5m3. It was then pumped and sprayed
from the channel entrance using an Aliva 285
pump, filling the panel within less than 10 minutes
on average.
The robot and blade are mounted on two independent trolleys; one panel may be cut while another
is being concreted; the channel remains open for
just a few minutes, which keeps the stress relief to
a minimum.
The pre-arches built in this way form a shotcrete
shell ensuring the safety of personnel at the cutting
face. Excavation lengths can be adjusted in order
for the pre-arches to have a degree of overlap (from
0.67 to 2m) depending on the soil to be supported,
minimising surface settlement. For instance, the
WORKSITES
pre-arches overlap by 2m beneath the ring road,
1.5m beneath buildings in Montrouge and by
0.67m beneath the Avenue de la République.
Installation of additional retaining
structures
Since the tunnel was built in a dense urban environment, additional retaining structures were built
beneath each pre-arch, to the rear of the cutting
face.
A heavy-duty rib was installed in the middle of the
pre-arch and a reticulated rib arch (Pantex 95 x 22
x 32) was installed at its end (known as the “heel”),
then covered in shotcrete. The ribs were preassembled above ground, with joints so that they
could then be installed using a rotating telescopic
handler fitted with a rib claw.
Excavations beneath pre-arches
Excavations beneath the pre-arches were carried
out by an ITC 312 excavator. This header is fitted
with a dual arm, enabling it to use a Montabert V32
hydraulic hammer and then load muck onto a
conveyor without changing the tool. The Dieci 7m3
mini-mixers were loaded from the ITC conveyor.
Muck was removed by the tower crane and stocked
in two hoppers with a capacity of 100m3. The face
was shotcreted after each excavation to prevent
stress relief of marl and limestone and minimise the
risk of falling rocks.
Bolting the face
15m-long bolts were inserted into the cutting face
every 10m using a Robodrill machine fitted with a
5m skid and an HC120 hammer The fibreglass
bolts, made of two thin blades (delivered in 500m
coils) were assembled on site and sealed by
cement grouting.
Final lining
The final lining was carried out as works progressed,with a maximum unlined section of 35m
beneath the ring road and the buildings in Montrouge, and 50m beneath the Avenue de la République. The formwork was 10m long and was moved
hydraulically on rails. It was designed so as to be
able to be modified within 3 days to move from the
7.40m section to the 7.8m section.
Shotcreting was carried out using a pump located
on the surface. Reinforcement of the arch was optimised and prefabricated, extending just 2m up the
side walls.
The rest of the arch was not reinforced at all:
the originally planned skin mesh was replaced
by the inclusion of polypropylene fibres in the core
of the concrete (0.9kg of fibre for every 1m3 of
concrete).
In view of the minimal unlined section, the slab was
concreted after the arch in order for EFI, the Perforex machine, to withdraw as far as the arch
formwork. Its reinforcement was prefabricated
throughout (20 panels) and could be installed by
hand. The traffic above the slab used a 13m heavyduty bridge, which made it possible to separate tunnelling work from final lining whilst maintaining
traffic in the tunnel during shotcreting of the slab.
]
3.3 - Difficulties encountered and
adjustment of the Perforex cycle
3.3.1 - Adjustments relating
to geology
The various geological incidents encountered called
for a high degree of flexibility and adaptability on
the part of personnel to adjust the method and thus
minimise delays in construction.
Marl and limestone under stress relief
The good soil cohesion in the short term (with experience giving minimum CU and UU values of
approximately 35kPa) was the most important geotechnical characteristic required for acceptable
construction of a pre-arch; this ensures stability of
the channel and allows panels to be filled properly.
The marl located above the former quarry workings
had been affected by the poor filling of the quarry
workings, resulting in stress relief. The reduced
cohesion was no longer sufficient to ensure the stability of the front channel section during the concreting of a panel, which resulted in subsidence above
the channel. In addition, if the subsidence was too
great (sometimes it was in excess of 1m), it could
no longer be filled by the Perforex robot. To improve
cohesion of the marl and minimise subsidence,
injection was carried out above the pre-arches as
work progressed.
Photo 14: The cutting face in the quarry working area;
note the disturbed marl and loam and the quarry
works reinforcements.
M
Photo 13: Excavation beneath pre-arch.
To overcome this delicate stage, situated just prior
to passing beneath the ring road, an addition was
made to the standard production cycle: preventive
treatment 6m ahead of the cutting face by injection
of cement grouting (400 kg/m3) in order to improve
cohesion of the marl and limestone.
Boreholes were made using the Robodrill machine
and fitted with sleeved tubing. Inspection boreholes
465
WORKSITES
M
Photo 16: Reinforcement
of the metro corridor.
Figure 3: Longitudinal profile under the ring road
(Boulevard périphérique).
above the pre-arches were also made in order to
fill any residual voids by injecting grouting.
For the same reason, during tunnel excavations
using the standard method, the length of the sections had to be reduced to 1m in order to minimise
major sinkages.
Its use was thus continued. However, this high resistance considerably slowed excavation work and led
to the breaker arm failing on 2 occasions.
Brown marl and green clay
The tunnel slab crossed the layer of green clay and
brown marl on two occasions. To minimise settlement
of the pre-arches set in green clay, they were anchored
in the upper layer of coarse limestone using 6 32mm
diameter bolts (3 per side wall) sealed by cement
grouting. The anchors were made as works progressed, as close as possible to the tunnel face.
The RATP corridor
The 7.80m tunnel (the northern, twin-track tunnel
built using traditional methods) runs beneath a subway giving access to the Porte d’Orléans station:
this was so close that at some points it proved
necessary to demolish the subway foundation base
(which was not reinforced) in order to install the
heavy-duty retaining rib arch.
Beforehand,works were carried out in the subway
(which had been closed to the public) in order to
install a temporary support. This involved pouring a
temporary slab anchored in the subway’s side
walls, allowing the existing slab to be “suspended”.
Next, a reticulated trellis beam 20m long was sealed
into each of the side walls.
This support was removed and the subway reopened to traffic once the tunnel had been completed,
with no damage to the structure.
Photo 15: Plate testing in the drainage shaft
to characterise the brown marl.
To ensure stability and minimise settlement of the
tunnel over the long term, the altered peaty brown
marl and the green clay were cleared beneath the
side walls as works progressed, and replaced by
shotcrete.
Coarse limestone
It was found that the limestone which had not been
quarried was slightly fractured and significantly
more resistant than had been expected, especially
beneath buildings. The ITC excavator fitted with two
arms was the most appropriate heading machine
for this section of the tunnel, since it could excavate
and load leaving only a small unlined section.
466
was found that the resulting vibrations could be felt
by local residents within a radius of 40m from the
cutting face in every direction. To minimise the disturbance to local residents, the worksite therefore
had to avoid excavation works at night.
In order not to delay progress on the tunnel too
much, changes were made to the cycle on a dayto-day basis, carrying out work which generated
less vibrations and noise (bolting the cutting face,
installing rib arches, and so on) at night.
4 - Conclusion3.3.2 - Adjustments relating
to the environment
Ring road drains
As with the RATP subway, the tunnel ran immediately adjacent to the rainwater drains of the ring road.
To keep cracking to a minimum, oblong reticulated
beams were assembled inside the drains. These
beams were removed once the tunnel lining had
been poured.
Installation and removal of these supports took
place during the daytime, with the installation of a
works area on a ring road slip road and continuous
ventilation of the drains.
Night excavations
Part of the tunnel was excavated through limestone
at a shallow depth, using a hydraulic hammer. It
On this worksite, the Perforex method
demonstrated that it could provide a high
degree of safety in terms of minimising settlement in a highly sensitive urban environment. Confronted with unexpected geological
phenomena, it also proved its adjustability:
faced with a loss of cohesion of marl and
limestone above former quarry workings, the
worksite added minor preventive injections
to the production cycle. The initially planned
rate of progress of 10m per week of excavated, lined tunnel was achieved during the final
months of the worksite, in spite of the highly
resistant limestone slowing down cutting and
excavation operations. In its preferred field of
application (sensitive environments, consistent soil or soft rock), this method combines
safety and productivity and represents an
innovative, high-performance production
process.
This worksite required the use of a large number of techniques and was highly instructive
for the large number of younger participants
from partner contractors and the interns who
joined our teams.
Throughout, it took place in a spirit of mutual
understanding in terms of relations between
the prime contractor and the contracting
authority.
Even if the tender was not originally drawn up
on the basis of the AFTES Working Group 25,
it always proceeded very much in the spirit of
these recommendations. We are sure that
these younger participants have benefited
from a positive experience of this type of
contractual relationship. t

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