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La
ligne D du métro Lyonnais |
| de
VIEUX LYON Saint Jean |
| à
GUILLOTIERE |
de 1985 à 1987
construction de la ligne D fut génératrice de nombreuses innovations
techniques. Parmi celles-ci, la plus importante est sans conteste l'emploi
d'un "tunnelier avec bouclier à bentonite" pour creuser deux tunnels entre
la "Fosse aux Ours" (rive gauche du Rhône) et le quartier du Vieux-Lyon "Saint
Jean"(rive droite de la Saône.)
Ces travaux ne concernèrent qu'une faible partie de la ligne D, mais n'en
constituèrent pas moins une partie des plus délicates par la variété des conditions
naturelles rencontrées, à savoir:
-
géographiques: passage sous les fleuves Rhône et Saône,
sous la ligne A du métro,
-
géologiques et hydrologiques: terrains alluvionnaires très
perméables et pratiquement sans cohésion, avec présence de galets de grande
dimension,
-
archéologiques: Le tracé se développe dans l'ancienne ville
romaine et toute intervention à ciel ouvert doit être précédée de fouilles
archéologiques.
C'est ainsi que ce tunnelier avec bouclier à bentonite est utilisé
pour la premier fois au monde dans des terrains grossiers avec une charge
d'eau importante. Si le terme de bouclier désigne avant tout le dispositif
de protection du personnel, le creusement du tunnel nécessite un certain nombre
de matériels qui progressent au fur et à mesure de l'avancement et dont l'association
cohérente constitue le Tunnelier. Ce dernier, d'une longueur totale d'environ
100 mètres, rassemble les fonctions suivantes:
-
stabilisation des terrains traversés, et notamment du front
de taille, qui est la partie de terrain située en avant de la machine et
qui est taillée par l'engin,
-
abattage au front, c'est-à-dire attaque du terrain par des
pics disposés en étoile sur un plateau porte-outils entraîné en rotation
(1 à 2 tours/min.) avec un couple de 180 mètres-tonnes sur l'axe central.
Ces pics, d'une quinzaine de centimètres de longueur, peuvent être changés
par l'arrière du plateau,
-
évacuation des déblais par pompage hydraulique, c'est
le marinage,
-
pose du revêtement du tunnel en "béton extrudé" qui est
un composé de ciment et de fibres d'acier en queue de bouclier.
La
bentonite
Schéma du bouclier à bentonite
Le bouclier est équipé d'une cloison étanche en avant de laquelle se trouve
une boue sous pression, la bentonite qui permet durant le creusement:
- de compenser la pression des terres au front de taille pour éviter l'éboulement
de celui-ci,
- de contrebalancer la pression de l'eau de la nappe phréatique.
La bentonite est une argile naturelle.Elle doit son nom à l'endroit où furent
découvert ses premiers gisements: Forts Benton au Wyoming (USA). Sa propriété
thixotropique, qui lui permet de se figer lorsqu'elle est au repos et de reprendre
son état liquide lorsqu'on l'agite, lui vaut d'être retenue depuis plusieurs
années au cours des travaux de parois moulées.
Pour maintenir une pression constante de bentonite dans la chambre d'abattage,
une réserve d'air comprimé fait office de ressort de stabilisation.
La jupe
Le tunnelier
La jupe du bouclier est une grande virole métallique de 6.5 mètres de diamètre
et de 12 mètres de longueur. Elle se divise en trois tronçons:
- le premier tronçon est le plus exposé à l'usure du terrain. Son extrémité
renforcée fait office de trousse coupante. La cloison qu'il comporte est fortement
raidie pour reprendre jusqu'à 3.5 bars de pression dans la chambre d'abattage.
Divers équipements sont fixés dessus: plateau de coupe, moteurs, sas à personnel,
concasseur...
- le deuxième tronçon est couplé au premier par une rotule hydraulique permettant
de diriger le cheminement du tunnelier. La progression de cet ensemble se
fait au moyen de 15 vérins de 1.20 mètres de course utile, développant une
poussée totale de 3000 tonnes. En terrain rocheux, cet effort de poussée est
transmis par des patins latéraux avec force sur les parois de l'excavation.
En revanche, en terrain meuble et gorgé d'eau, l'effort ne peut être mobilisé
que par transfert sur le revêtement du tunnel que l'on construit à l'arrière
du bouclier.
- le troisième tronçon est assemblé au second par télescopage et actionné
par des vérins de traction.
Le bétonnage
in situ
Le revêtement du tunnel n'est pas constitué par l'assemblage de voussoirs préfabriqués,
mais par le coulage du béton en place, à l'intérieur de coffrages intégrés au
tunnelier. Tous les 1.20 m d'avancement, le dernier anneau de coffrage est transféré
en tête de façon à permettre le bétonnage tout en télescopant le troisième tronçon
de jupe.
Le revêtement coulé en place est constitué de béton renforcé de fibres métalliques
à raison de 45 kg.m-3 de béton.
Le marinage
Le tunnelier, de nuit.
Le marinage par pompage hydraulique doit s'accommoder de toutes les conditions
de terrains rencontrés, afin de ne pas freiner l'avancement du tunnelier. A
l'abattage, les matériaux arrachés au front de taille tombent par gravité dans
la boue de bentonite et sont entraînés vers l'extérieur par charriage dans les
canalisations de marinage.
Pour les éléments non compatibles avec les canalisations, le plateau porte-outils
est équipé de godets de reprise pour déverser les gros galets dans un concasseur
afin de les briser en éléments inférieurs à 120 mm.
Toutefois, certains blocs de très gros diamètres (>400 mm) ne pourront être
admis dans ce concasseur. Il sera alors nécessaire de les fracturer dans la
chambre même d'abattage après substitution de la boue bentonitique par de l'air
comprimé .