LUTTE CONTRE LES INONDATIONS DANS LE VAR (83) : FONÇAGES AU MICROTUNNELIER - PASSAGE SOUS VOIES FERREES

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1 LUTTE CONTRE LES INONDATIONS DANS LE VAR (83) : FONÇAGES AU MICROTUNNELIER - PASSAGE SOUS VOIES FERREES FLOODING PLAN IN VAR (83) PIPE JACKING (MICROTUNNELING) - UNDER RAILWAY Christophe SABATIER 1, Jean-Michel RESCOUSSIER 2 1,2 : ARCADIS, Marseille - France RÉSUMÉ Afin de lutter contre les inondations, des travaux de fonçage au microtunnelier ont été réalisés à Saint-Raphaël pour franchir les remblais des voies ferrées de la ligne Marseille Vintimille. Le contexte géotechnique particulier du site a nécessité en cours de travaux la réalisation d injections de façon à réduire la perméabilité localement élevée des sols suite à une perte totale de la boue de marinage dans le terrain, rendant impossible la poursuite du fonçage. Ces travaux ont nécessité la mise en place d un suivi topographique des tassements en surface. ABSTRACT In order to avoid flooding, microtunneling works have been done in Saint-Raphael city to cross railway fills of the line Marseille Vintimille. Due to the particular geotechnical environment of the site, injections were needed during the works to reduce soils permeability which was locally high. Indeed, the pipe jacking had been stopped because of a complete drilling mud loss in soils, and was restarted thanks to the injections. Those works needed the establishment of a topographic monitoring for surface settlements. 1. Description de l opération Suite aux graves inondations survenues en 2002, la ville de Saint-Raphaël a engagé un vaste programme de lutte contre les inondations. Dans ce cadre, un important projet hydraulique basé sur la crue centennale a été lancé, incluant notamment le recalibrage des vallons de l Armitelle et de la Péguière dans le quartier de Boulouris. De façon à faciliter l évacuation des eaux de ces deux vallons, franchis en remblais par la ligne SNCF Marseille - Vintimille, la ville de Saint-Raphaël a entrepris la création de nouveaux passages hydrauliques par fonçage de cinq buses béton destinées à doubler les ouvrages hydrauliques existants, de capacité insuffisante. Figures 1 et 2 - Ouvrage hydraulique existant 361

2 Les travaux, réalisés sur 2 sites distants d environ 500 m (respectivement au PK et de la ligne SNCF) comprenaient la réalisation de : - 3 nouvelles buses béton de 39 ml chacune, et de 1500mm de diamètre intérieur sur le site de l Armitelle, - 2 nouvelles buses béton de 36 ml chacune (diamètres intérieurs de 1400 et 1500 mm) sur le site de la Péguière. Figure 3 - Vue en plan du projet de fonçage Site de l Armitelle Les travaux ont démarré en octobre 2006 en parallèle sur les 2 sites, après notification des marchés respectivement aux Entreprises SMCE Forage et SPAC HDI, toutes deux spécialistes en micro-tunnelier. 2. Contexte géotechnique du projet Les terrains traversés avaient été préalablement reconnus par de nombreux sondages et essais géotechniques : sondages carottés, sondages destructifs avec enregistrement des paramètres de forage (vitesse instantanée d avancement, pression sur l outil, couple de rotation), essais pressiométriques et essais d eau type LE- FRANC, programme d essais de laboratoire... Ces sondages de reconnaissances, (réalisés fin 2004 début 2005) étaient alternativement verticaux, inclinés et horizontaux au droit de chacun des futurs ouvrages à réaliser. Ils ont permis de mettre en évidence la succession des terrains suivante : - des remblais ferroviaires avec présence de blocs de grès de dimensions parfois importantes (Dmax = 800 mm) dans une matrice sablo-argileuse plus ou moins abondante, - des alluvions récentes de nature essentiellement limono-argileuse, - un substratum rocheux constitué de grès et de pélites plus ou moins fracturés et altérés dans leur partie supérieure. La synthèse géotechnique a montré que les fonçages envisagés étaient situés au dessus du niveau de la nappe, à l interface entre les remblais ferroviaires et les alluvions récentes. La hauteur moyenne de couverture est de 7 à 8 m environ au droit de la plate-forme ferroviaire (cf coupe géotechnique en page suivante figure 4) 362

3 Figure 4 - Coupe géotechnique 3. Choix de la technique du microtunnelier AVN Compte tenu de la nécessité de maintenir les circulations ferroviaires en permanence pendant les travaux, ces ouvrages devaient être impérativement réalisés par une technique sans tranchée. Après analyse du contexte géotechnique des sites de travaux et étude du bilan avantages / inconvénients inhérents à chaque méthode, c est la technique de fonçage au microtunnelier qui a été retenue pour ces travaux. (voir schéma de principe ci-après figure 5) Figure 5 - Principe de fonçage au microtunnelier 363

4 Du fait de l hétérogénéité des terrains et de la présence des blocs de grès, une solution de fonçage «classique» à front ouvert a été rapidement écartée. Le choix technique s est alors porté sur un microtunnelier AVN (marinage hydraulique) à tête de coupe mixte «rocher / terrain meuble» (cf photo ci-contre). Etant donné la taille importante des blocs rencontrés (D max de l ordre de 0.80 m), l alternative d un microtunnelier à marinage mécanique par vis était exclue. Figure 6 - Tête de coupe du microtunnelier L utilisation d un microtunnelier à pression de boue permet d assurer le confinement du terrain au front et d évacuer les déblais abattus par marinage hydraulique. Figure 7 - Schéma fonctionnel d un micro-tunnelier AVN (source : Herrenknecht) Figures 8 & 9 - conduites de marinage & bâti de poussée 364

5 4. Déroulement des travaux sous voies SNCF en service Afin de garantir la sécurité des trains circulant sur les voies, les travaux ont été effectués avec mise en place d un ralentissement des trains par la SNCF (à 100 km/h puis 40 km/h) et d une surveillance topographique des voies en surface (voir paragraphe ci-après d analyse des tassements). Les travaux du site de la Péguière se sont déroulés dans de bonnes conditions, non sans quelques petits soucis normaux «d exécution» (position décalée de certains réseaux existants, légère déviation de trajectoire ). La fin des 2 fonçages de ce site a eu lieu le 20 novembre 2006, soit seulement 2 mois après le début des travaux. Pour le site de l Armitelle, les choses se sont avérées plus compliquées : dès le 1 er tir, le microtunnelier s est retrouvé arrêté après seulement 10 ml de foration, avec une perte totale de boue de forage dans le terrain. Compte tenu des pertes de boue importantes rencontrées dès les premiers mètres du fonçage, l Entreprise a travaillé avec une boue épaissie au maximum (densité atteinte de l ordre de 1.4 pour une valeur habituelle de 1.2), en étant toutefois limitée par une limite haute de densité pour permettre d assurer le retour de la boue chargée en déblais par les conduites de marinage. La perte totale de boue rendant impossible le retour des déblais excavés par la tête de coupe, le microtunnelier a ainsi dû être arrêté, après plusieurs tentatives de redémarrage sans succès (densité de boue encore augmentée, poussage «en force» de la machine sur quelques cm ). Plusieurs hypothèses sont alors avancées : présence d une cavité non reconnue (vide naturel ou ouvrage ancien : puits, galerie ), remblai ferroviaire drainant constitué de blocs L analyse de la situation menée par une visite au front et des reconnaissances complémentaires, en collaboration entre la Maîtrise d œuvre et l Entreprise, a montré que la cause des problèmes était la perméabilité localement très élevée des remblais. La solution retenue a donc été d injecter les remblais ferroviaires. 5. Travaux d injection des remblais ferroviaires Les injections ont été réalisées depuis l aval du talus SNCF par des forages horizontaux d une longueur variant entre 20 et 35 m. Un maillage spécifique a été prévu afin de créer dans un 1 er temps une enceinte délimitant la zone à traiter. Il a ainsi été injecté successivement dans le terrain un produit très expansif réagissant à l eau (de type résine polymère, CARBOSTOP) et un coulis de ciment (plus classique). Ces injections avaient pour but de réduire la perméabilité localement très élevée des remblais ferroviaires dont la composition réelle s est avérée être un empilement de blocs (matrice fine très peu présente) et non de renforcer mécaniquement le terrain, dont les caractéristiques étaient satisfaisantes. Les travaux de fonçage ont pu alors reprendre, moyennant un délai de quelques jours après la fin des injections, pour garantir la bonne prise des produits injectés. Le 1 er fonçage s est ainsi terminé le 20 décembre 2006 avec toutefois des pertes résiduelles de boue dans le terrain non négligeables. Ces pertes peuvent s expliquer par le fait que les injections n ont volontairement pas été menées jusqu au refus (remplissage complet des vides) par souci d économie. 365

6 Compte tenu du retard pris dans l exécution de ce 1 er fonçage et des impératifs de circulation sur la ligne ferroviaire, la SNCF a dû, fin décembre 2006, demander l arrêt des travaux car le maintien du ralentissement des trains sur ce tronçon (à 40 km/h) n était plus possible. Grâce à une étroite collaboration entre la Ville de Saint-Raphaël et la SNCF, les travaux de fonçage ont pu reprendre début mars 2007 (nouveau créneau possible pour le ralentissement des trains) et se sont achevés fin avril 2007 avec les tirs n 2 et 3, préalablement injectés. D autres entreprises ont ensuite pris le relai sur ce chantier avec notamment la création des ouvrages d entonnement, la réalisation des travaux de recalibrage des vallons ainsi que l élargissement des ponceaux routiers de franchissement de la route du littoral, dernier obstacle avant le débouché en mer des vallons. 6. Analyse des tassements en surface et surveillance des voies ferrées Un système de surveillance topographique a été mis en place sur les voies SNCF dans la zone des travaux. Les mesures traditionnelles (réalisées manuellement par un géomètre) ont été effectuées quotidiennement, avec une fréquence renforcée (2 à 3 mesures / jour) pendant les phases délicates de travaux. Suite aux incidents rencontrés, le site de l Armitelle a été par la suite (en novembre 2007) équipé d un système automatisé de mesures permettant d assurer une surveillance en continu des voies SNCF (un relevé toutes les 30 minutes, 7 jours sur 7, 24h/24). Figure 10 Prisme sur traverse SNCF Figure11 - Théodolite motorisé Les tassements mesurés en surface sur le site de la Péguière sont restés très faibles, de l ordre au maximum de 4 à 5 mm. Les modélisations aux éléments finis avaient d ailleurs permis d estimer correctement ces valeurs. Le principe retenu dans le calcul aux éléments finis pour estimer les tassements prévisibles a été un modèle en 2 dimensions selon un maillage étendu (resserré dans la zone des travaux) et d appréhender la 3 ème dimension (avancement du front) par la notion du taux de déconfinement des terrains. 366

7 Figure 12 - Estimation théorique des tassements modélisation aux éléments finis Pour l Armitelle, les tassements des voies SNCF se sont avérés plus importants (tassement cumulé de l ordre de 40 à 50 mm). Des interventions d agents de la SNCF ont ainsi été nécessaires à plusieurs reprises pour réhausser les voies (voir ci-après la figure 12 présentant l évolution des tassements maximums mesurés en surface) Ces tassements se sont produits en surface, malgré une couverture relativement importante de 7 à 8 m au-dessus des fonçages. Ils peuvent s expliquer en grande partie par une mise en mouvement (rotation) des blocs constitutifs des remblais ferroviaires à l avant du micro-tunnelier. Ce phénomène n avait pas pu être pris en compte dans les modélisations aux éléments finis, basées sur des caractéristiques moyennes des terrains, d où les écarts constatés avec les prévisions de tassements (tassement théorique calculé de 10 à 15 mm). Aucune apparition de fontis n a toutefois été à déplorer lors de ces travaux, grâce en particulier à l utilisation d un microtunnelier à pression de boue. Evolution rapide des tassements Intervention SNCF (remontée des voies) Intervention SNCF (remontée des voies) Figure 13 - Evolution des tassements (mesurés en surface) 367

8 7. Conclusion Les difficultés rencontrées lors de ce chantier «ordinaire» de fonçage ont montré les limites d emploi de la technique d un micro-tunnelier à pression de boue, très sensible hors nappe à une perméabilité localement très élevée des terrains (perte totale de boue empêchant le retour de marinage et entraînant donc un arrêt forcé du micro-tunnelier). Ces travaux rappellent que des aléas géologiques sont toujours possibles, et ce malgré la réalisation préalable d une campagne de reconnaissances géotechniques conséquente. Les injections effectuées dans les remblais ferroviaires ainsi qu une adaptation quasiment en temps réel des paramètres de pilotage du micro-tunnelier en fonction des mouvements observés en surface ont toutefois permis de terminer ces travaux dans de bonnes conditions, sans incidence notable sur la circulation ferroviaire (aucun arrêt de circulation des trains n a en effet était nécessaire durant la totalité du chantier). Coordination et communication entre les différents intervenants (Mo/Moe/Entreprises/SNCF ) constituent les clés de la réussite d une telle opération, notamment lorsque des difficultés sont rencontrées lors des travaux. Localisation : SAINT RAPHAËL (83) Quartier de Boulouris Maître d Ouvrage : Ville de ST RAPHAËL Maître d œuvre : Entreprises : Groupement CETIBA / ARCADIS / PINGAT SPAC H.D.I. SMCE Forage Montant des travaux (fonçage) 1,4 millions d euros Figure 14 - Fonçages terminés site de l Armitelle Durée des travaux 5 mois 368