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Construction d’un tunnel semé d’embûches géologiques

Les forages pour l’injection et l’avancement ont été effectués compte tenu de la roche anhydrite turgescente à l’aide de chariots de forage Sandvik. Au lieu de rincer les trous de forage, comme d’habitude, le rinçage a été effectué avec de l’air.

Une tête d’aspiration a été montée à l’affût de forage en raison de l’énorme formation de poussière.

L’aspiration de la poussière d’Ilmeg a été montée sur le transporteur du fabricant autrichien Reform, modèle Muli.

Un grand nombre de trous allant jusqu’à 10 mètres 30 de profondeur ont été percés dans les parois du tunnel. Ces trous ont été compressés avec des gels acryliques ou de la résine au polyuréthane.

Le logiciel de contrôle du processus et de planification iSURE permet de réaliser les plans de forage avec la position, l’angle et la profondeur des trous de forage souhaités pour chaque trou.

Les jumbos de forage Sandvik et les aspirateurs de poussière mis à disposition par Avesco ont été utilisés pour l’avancement du tunnel, lequel avait été partiellement sécurisé au moyen de voûtes parapluie (sur la photo).

Pour le nouveau tunnel ferroviaire Stuttgart Feuerbach, une partie du grand projet Stuttgart 21, la géologie compliquée constitue un énorme défi pour l’homme et la machine. Compte tenu de la roche anhydrite, les forages d’excavation et d’injection ont majoritairement dû être réalisés en procédé de forage à sec. Ceci est la raison pour laquelle des jumbos de forage transformés par Avesco et des véhicules dotés d’agrégats d’aspiration ont été utilisés. Les travaux de creusement ont partiellement été sécurisés au moyen de voûtes parapluies.

Depuis 2014, un tunnel ferroviaire, constitué de deux galeries à voie unique de 2449 et 2426 mètres de long, en tant que pièce maîtresse, est en construction, partant du quartier urbain Stuttgart-Nord. Le tunnel en soi est une partie du grand projet Stuttgart 21, pour lequel la gare centrale  - une gare terminus, est transformée en gare de transit placée en contrebas.

La nouvelle gare centrale sera reliée en souterrain à diverses lignes d’accès, entre autres,  la ligne venant de Feuerbach.

Un consortium a été mandaté pour la construction du tunnel Feuerbach, dans lequel  les trois partenaires Baresel GmbH, Alfred Kunz Untertagebau und Bertschinger Bau GmbH  opèrent en étroite collaboration.

Or, le défi majeur du projet de construction du tunnel réside dans la roche autour des tubes du tunnel: il s’agit là d’un trias supérieur gypseux anhydrite turgescent qui, avec les arrivées d’eau conséquentes, peut augmenter jusqu’à 70% de volume. Cette réaction pourrait endommager l‘ouvrage.

Cette particularité a d’énormes conséquences pour les travaux de forage.

Pour le creusement, entretemps achevé, Avesco AG avait transformé cinq jumbos de forage Sandvik DT820-SC, DT821-SC et DT922i. Le premier, le DT820-SC, est arrivé sur place en novembre 2014 pour l’excavation de la galerie de 319 mètres de long, partant du portail est. Les deux tubes à voie uniques sont reliés à la galerie. Depuis la mi-septembre 2015, les travaux ont progressé avec deux jumbos de forage. Respectivement, un jumbo de forage a suivi fin avril 2016 ainsi qu’en mai 2018. Au total, cinq engins de forage étaient ai nsi sur place.


Jumbos de forage à l’œuvre, reconvertis en spécificité au projet

Les trous de forage sont généralement rincés à l’eau. Etant donné qu’une infiltration d’eau est exclue en raison de la roche anhydrite, Avesco a transformé les jumbos de forage pour un forage intégralement à sec. La formation de poussières extrêmement importante en résultant, a toutefois rendu l’intervention d’une aspiration mobile des poussières incontournable.

En collaboration avec le fabricant suédois ILMEG Products AB, Avesco avait conçu un agrégat approprié.

Les techniciens d’atelier de la maison Avesco à Langenthal ont monté l’aspiration ILMEG sur un transporteur Muli du fabricant autrichien REFORM. Par ailleurs, Avesco a planifié et fabriqué les têtes d’aspiration nécessaires pour les affûts, lesquelles aspirent les poussières directement au trou de forage.

Une composition, formée d’un jumbo de forage et d’un transporteur avec agrégat d’aspiration, effectuait les travaux de forage dans le tunnel.

La reconversion pour le forage à sec avait, en plus, nécessité une autre réadaptation.

Car, avant que l’eau n’afflue par le trépan pour le rinçage du trou de forage, celle-ci sert également de réfrigérant pour l’huile hydraulique. Cette fonction est désormais assumée  pour tous les jumbos de forage par les refroidisseurs d’air montés par Avesco.

Pendant toute la durée des travaux, les spécialistes de jumbos de forage d’Avesco avaient assuré la maintenance des machines. Les travaux de service des marteaux de forage ont été effectués dans un espace, spécialement aménagé pour ce grand projet, dans l’atelier spécialisé d’Avesco à Langenthal.


Solution de voûtes parapluies pour l’avancement du tunnel

Pour ce projet du tunnel Stuttgart Feuerbach, une sécurisation particulière de la voûte dans certains tronçons partiels est, de surcroît, nécessaire. L’intégration de tubes de voûtes parapluies, également au moyen d’un jumbo de forage Sandvik, a été privilégiée comme variante de sécurisation. Lors de l’intégration des tubes de voûtes parapluies, une méthode, développée par Avesco et qui, entretemps, a fait toutes ses preuves dans divers projets tout autour du globe, a été appliquée.

Son grand avantage réside dans la jonction des segments des tubes à l’aide d’un réducteur de vissage et d’une commande de toutes les fonctions par émetteur radio depuis la nacelle.

Cette solution avec commande radio et vissage automatisé, développée par Avesco, présente des avantages marquants par rapport au procédé conventionnel, en particulier sous l’aspect de la sécurité.

Grâce à l’expérience de longue date et au savoir-faire acquis en la matière, cette méthode permet de réagir aux exigences particulières, telles qu’elles se présentent dans ce projet de construction de tunnel sous forme de transformations des engins de forage.


Mesures prises permettant d’entraver l’écoulement des eaux

Afin de pouvoir assurer la sécurité du tunnel à long terme et d’éviter toute turgescence de la roche anhydrite, notamment autour des galeries du tunnel, il a été décidé au cours du projet de construction d’entraver l’écoulement des eaux provenant de la montagne dans la sphère des galeries.

Or, de vastes travaux de forage étaient nécessaires à cet effet, lesquels ont été réalisés à nouveau avec la méthode de forage à sec.

Un grand nombre de trous de forage allant jusqu’à 10 mètres de profondeur avaient été réalisés dans les parois du tunnel. Ceux-ci ont été compressés avec des gels acryliques ou des résines au polyuréthane. Ces zones de roche compressée doivent permettre de résorber l’écoulement des eaux vers les sphères anhydrites.


iSURE® : Assistance pour les travaux de forage par logiciel

A l’heure actuelle, les travaux de forage de tunnel ne sont guère imaginables sans une assistance performante par logiciel. Le tunnel Stuttgart Feuerbach n’y fait pas exception. Un logiciel de contrôle et de planification des processus iSURE, développé par Sandvik, a été mis en place ici.

Intéressé aux solutions Avesco pour la construction de tunnels? Dans ce cas, contactez-nous sur: Daniel Fleischlin, responsable des produits Sandvik, téléphone 062 915 81 69, e-mail daniel.fleischlin@avesco.ch