Tunnellisation dans la roche

La tunnellisation dans la roche est une spécialité intégrée à tous les secteurs des marchés où nous agissons. Cela comprend le transport, les routes et les autoroutes, les réseaux ferroviaires et de transport en commun, les stations souterraines, le transport de l’eau potable et des eaux usées, l’électricité et l’énergie, de même que les installations souterraines d’entreposage, dont les dépôts de pétrole et de déchets nucléaires. Nos ingénieurs possèdent une vaste expérience dans tous les aspects des projets de tunnellisation dans la roche et de minage de cavités. Notre expertise couvre la conception, les études de faisabilité, la conception détaillée, la construction, l’exploitation et la remise en état des installations pendant leur utilisation. Nous avons participé à des projets de conception de tunnels dans la roche dans la plupart des grandes villes du monde, entre autres dans tous les systèmes souterrains importants de transport en commun aux États-Unis.

WSP est familière avec l’adaptation des techniques traditionnelles de conception et de construction aux exigences particulières de certains sites. Nous sommes en mesure d’élaborer des techniques et des approches innovatrices pour les projets qui exigent des solutions qui vont au-delà des pratiques établies. Nous avons de l’expérience dans différents contextes géologiques et nous connaissons la géographie des six continents. Nous savons prévoir les complications susceptibles de survenir durant la construction et nous en tenons compte lors de la préparation des documents de conception et de construction, de même qu’au cours de la surveillance du chantier.

Forage et dynamitage

Le recours au forage et au dynamitage est une méthode très utilisée lors de tunnellisation dans la roche pour sa flexibilité qui permet de travailler dans différentes conditions géologiques. WSP a utilisé cette technique pour creuser des tunnels qui mesurent jusqu’à 30 m de diamètre, soutenus par des boulons en acier et du béton projeté (gunitage) renforcé par des fibres.

Lors de la conception, nous utilisons des techniques de dynamitage contrôlé pour éviter la surexcavation, réduire la vibration et assurer la stabilité de la formation rocheuse restante. Lorsque la roche ne peut subir de vibrations et qu’aucune zone ne peut être y affectée, la méthode peut être complétée par la technique du sciage par câbles. Un câble est alors passé par des trous de forage et tiré le long de la surface sans causer de vibrations. L’un des plus importants projets complétés récemment utilisant la technique du forage et du dynamitage est le stationnement Stigbergsgaraget à Stockholm, finaliste au prix des tunnels de l’AITES en 2016.

Parmi les tunneliers utilisés dans la roche, on trouve les machines à front ouvert avec appui radial (gripper), adaptées aux roches dures et résistantes. On utilise aussi des tunneliers à bouclier simple ou double à front pressurisé, comme les machines à pression de terre (EPB) et à pression de boue, idéaux dans la roche fortement fracturée. À San Francisco, un tunnelier à bouclier à pression de terre a été utilisé pour construire les deux couloirs du tunnel du métro central. À Istanbul, un tunnelier à bouclier mixte et pression de boue a été utilisé dans la formation fortement fracturée Trakya lors de la construction du tunnel Eurasie, qui a remporté le prix du projet de l’année 2015 de l’AITES. Pour le tunnel du port de Miami, une machine à pression de terre a été utilisée pour miner dans le modelé karstique de pierres calcaires, ce qui a exigé d’importantes injections de coulis pour améliorer le terrain.

Nouvelle méthode autrichienne de tunnellisation

La nouvelle méthode autrichienne de tunnellisation (NATM), connue aux États-Unis sous le nom de méthode d’excavation séquentielle (SEM) et au Royaume-Uni comme le revêtement en béton projeté (SCL), est basée sur la compréhension de la réaction de la roche à la création d’un tunnel. La méthode autrichienne offre la flexibilité permettant de construire des tunnels de n’importe quelle taille et de toutes les formes, la forme curvilinéaire (ovale) étant préférable, car elle permet une meilleure répartition de la tension. Cette méthode permet d’ajuster la séquence de construction, c’est-à-dire les avancements, le moment d’installer du soutènement et quel genre de soutènement utiliser. Elle permet également la tunnellisation dans une vaste gamme de terrains différents. Dans le tunnel Eurasie, la NATM a été utilisée dans la construction d’un kilomètre de tunnel dans de la roche de piètre qualité et sous un couvert limité de roc. De même, à San Francisco, la station Chinatown est construite dans de la roche de piètre composition grâce à la méthode NATM.

Fraiseuses de tunnels

La méthode mécanisée avec fraiseuse de tunnels permet des coupes plus précises, réduit la vibration et évite la surexcavation. Des avancées récentes permettent maintenant l’excavation de tunnels rocheux dans la roche très dure. L’outil de coupe de base est constitué d’une tête de fraisage montée sur un bras articulé installé sur des rails ou dans un bouclier. La coupe transversale peut être effectuée selon n’importe quelle forme afin d’assurer une meilleure répartition du stress dans la masse rocheuse. À New York, des fraiseuses de tunnels ont été utilisées dans la construction de l’East Side Access, dans des roches dont la résistance à la compression dépasse 140 MPA (20,000 psi). Elles ont également été utilisées dans la construction de sections du tunnel Lane Cove, à Sydney, en Australie.

Le scellement avant l’excavation est utilisé pour gérer les infiltrations d’eau lors de la tunnellisation dans la roche. De longs trous sont forés avant l’excavation et remplis par pression d’une pâte d’étanchéité. Ce mortier se répand le long des joints autour du tunnel et contribue à y minimiser la pénétration d’eau.

WSP possède une solide expérience de travail avec la Directive-cadre sur l’eau et nous sommes en mesure de procéder à des études détaillées sur les ressources hydriques (hydrologie et prévisions d’inondations) et l’écoulement des eaux souterraines (hydrogéologie). Nous utilisons pour ce faire la modélisation informatisée et des procédures avancées d’évaluation du risque. Nos hydrologues et géochimistes travaillent de près avec nos ingénieurs des roches, surtout dans les cas qui comportent un suivi conjoint des eaux, des tests hydrauliques et du débit des eaux souterraines en 3D.

Mécanique des roches

Nos ingénieurs possèdent une vaste expertise dans le champ du génie des roches et de la conception de tunnels dans la roche. Nous fournissons à nos clients des solutions techniques innovatrices grâce à l’analyse numérique et la modélisation géologique en 3D. Nous utilisons des logiciels comme MicroStation, AutoCAD, et Surpac pour la modélisation en 3D, et Phase 2 et FLAC pour l’analyse numérique. En mécanique des roches, nous pouvons fournir des services d’études et de conception, d’entretien de tunnels et de cavités, et des solutions techniques.

Génie géologique

Nos géologues possèdent de l’expérience dans l’évaluation géologique de tout type de projet, de l’investigation à la construction, en passant par l’entretien. Les logiciels MicroStation and Surpac sont utilisés pour analyser les structures, les types de roches et les caractéristiques hydrauliques des terrains. Notre expertise couvre les études et les rapports géotechniques de référence, les mines et la géologie structurale, les minéraux industriels, les études de tunnels et la cartographie géotechnique.

La tunnellisation dans la roche exige des connaissances à la fois de la mécanique des roches, de la conception technique ainsi que des pratiques et des techniques de construction. Nous détenons de l’expérience dans toutes les techniques de construction de tunnels, dont le forage et dynamitage, la nouvelle méthode autrichienne de tunnellisation, les tunneliers et les fraiseuses de tunnels. L’utilisation d’une méthode plutôt qu’une autre oriente le choix de stratégie de stabilisation des roches et de systèmes de soutènement. Il arrive parfois que toutes ces méthodes soient mises en œuvre dans un même projet. Dans la réalisation de la ligne Follo à Oslo, en Norvège et du prolongement de la ligne de métro no 7, à New York, les techniques TBM et de forage-dynamitage sont toutes deux utilisées.

WSP fournit des services complets reliés aux tunnels dans la roche dans différentes conditions de surface, par exemple dans des zones montagneuses, urbaines ou sismiques et cela, dans tous les marchés. Parmi nos services, on compte :

• Investigations, analyses et suivi incluant le rapport de données géotechnique (GDR) et le rapport géotechnique de base (GBR).
• Conception de tunnels dans la roche, de cavités et de puits à différentes profondeurs allant jusqu’à plusieurs mètres, depuis l’élaboration du plan conceptuel jusqu’à la préparation de dossiers d’appels d’offres ou de documents détaillés de conception.
• Conception de tunnels dans la roche dans des conditions de terrain difficiles, incluant des terrains à comportements plastiques et gonflants, des conditions de surface hybrides, des terrains à haute pression hydrostatique, des espaces dotés d’un couvert rocheux limité et des terrains karstiques.
• Conception du support initial du tunnel, de l’imperméabilisation et du revêtement final.
• Services environnementaux reliés à la tunnellisation dans la roche, dont le contrôle de la vibration, du bruit solidien, de l’impact sur les régimes d’eau et de la durabilité.
• Gestion de programme et génie de la construction dont les analyses de constructibilité, la mise en place et l’échéancier de la construction, l’ingénierie de la valeur, l’analyse et la gestion du risque, la gestion de la construction et les services d’inspection sur le terrain, la prévention des réclamations, en plus de la gestion et du contrôle du projet.