Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat

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1 CHANTIERS Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] 458 Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat 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 ontrouge. 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 Etudes exécution : BET Travaux souterrains Bec Frères Travaux topographiques et auscultation automatique : IRE 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 : SAL Fournisseurs : Béton : Lafarge - Cintres métalliques : Arcane - Coffrages : Sermar Etudes de bruit et vibration, prestations géotechniques : SolData Préambule- Présentation des intervenants- La RATP, opérateur historique du métro parisien, agissant en tant que maître d ouvrage, a confié au groupement d entreprises BUSS, qui s était cons - titué 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 Novembre/Décembre

2 CHANTIERS [ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat 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 ontrouge (km 0,676) (fig. 1). le lot T2 (entreprise RAZEL - groupe FAYAT) dont les travaux débutent par la station «airie de ontrouge» et se prolongent sur environ 600 mètres en souterrain vers Bagneux. Le montant initial du marché travaux du lot T1 est de k H.T. Les travaux sont actuellement en cours et seront terminés pour la mi-février 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 airie de ontrouge. Seuls les marnes et caillasses et le calcaire grossier 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 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 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 ontparnasse : un grand nombre de véhicules y circulent chaque jour, avec de nombreux embouteillages. Photo 1 : Vue de la zone à ciel ouvert. Photo 2 : Pose des platelages dans la circulation. 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. 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 450 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

3 CHANTIERS Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat ] Photo 7 : Ouvrage raccordement achevé avant démontage du tunnel métallique. 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. 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 pris du retard, perturbant également l exécution des ouvrages à ciel ouvert. Photo 4 : Le blindage métallique dans la boucle du métro en cours de démolition. 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/m 3 ), 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. 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. 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. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

4 CHANTIERS [ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat 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 ai/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 «éthode 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. 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 auscultations 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 Figure 2 : Exemple de modélisation sous le Boulevard Périphérique. berlinoise, souterrain sous voûte parapluie ou en traditionnel). Le tunnel Koufra-ontrouge 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. 452 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

5 CHANTIERS Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat ] Les auscultations 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 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 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 Koufra- ontrouge 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 ontrouge 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 ontrouge 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 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 ontrouge 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 SS 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. TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

6 CHANTIERS [ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat 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 ontrouge 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 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 arnes 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 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-ontrouge 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 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 arnes 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 souterrain- Quand 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. 454 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

7 CHANTIERS Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat ] 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 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. 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 C 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 Photo 11 : La machine Perforex de prédécoupage «EFI» Photo 12 : Lame de prédécoupage. 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 3,5m 3. 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 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

8 CHANTIERS [ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat 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 ontrouge 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 ontabert V32 puis de charger le marin sur son convoyeur sans changer d outil. Le chargement des mini-tombereaux Dieci de 7 m 3 s effectue par le convoyeur de l ITC. Le marinage est évacué par la grue à tour et stocké dans 2 trémies de 100 m 3. Le front est projeté après chaque terrassement pour éviter le déconfinement des arnes et Caillasses et limiter le risque de chute de blocs. Photo 13 : Terrassement sous prévoûte. 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 ontrouge 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 m 3 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 Problèmes rencontrés et adaptation du cycle Perforex 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. Les arnes 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 arnes 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/m 3 ), 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 456 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

9 CHANTIERS Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat ] ancrages sont réalisés à l avancement au plus près du front. Figure 3 : Profil longitudinal sous le boulevard périphérique. Photo 15 : Réalisation d un essai de plaque dans l ouvrage d épuisement pour caractériser les marnes brunes. 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 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 ). 4 - Conclusion- 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 arnes 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. ême 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 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

10 449 WORKSITES [ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job 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 ontrouge. 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: IRE SAS Retaining walls and jointed piles: Solétanche-Bachy Pieux Open-air earthworks and removal of waste: Vialis Concrete reinforcements: SAS Box section sealing: Eurovia echanical assistance and steel fabrication: SAL Suppliers: Concrete: Lafarge - Steel ribs: Arcane - Formwork: Sermar Noise & vibrations studies, geotechnical services : SolData Introduction- Presentation of stakeholders- The RATP is the historic operator of the Paris etro. 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. 458 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

11 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. 1 - Presentation of theline 4 extension project- (phase 1 - workpackage T1)- 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 airie de ontrouge (km 0.676) (fig. 1); workpackage T2 (RAZEL, part of the FAYAT group), for works extending from the airie de ontrouge 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 airie de ontrouge 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 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 This location is a strategic crossroads, providing access from the South and the Porte d Orléans to the centre of Paris and the ontparnasse rail terminus: there are high levels of vehicle traffic daily, and congestion is frequent. Photo 1: View of the open-air area taken from the tower crane. Photo 2: Installation of decking in traffic. A works director and two site foremen worked on these four structures, with three worksites progressing simultaneously for most of the time. 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; TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

12 WORKSITES [ 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 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. Photo 4: Steel shielding of the metro loop during demolition work. 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/m 3 ), 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. 460 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

13 WORKSITES Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] Underground works 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 ay/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 inspections 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). The Koufra-ontrouge tunnel, which was built using the Perforex method, was the subject of eight finite element method calculations, each represen- Figure 2: Example of modelling beneath the ring road. 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 onitoring surveys On this worksite, the position of geologist/geo - technician in charge of inspections, which corresponded more or less to that of Temporary Works TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

14 WORKSITES [ Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job 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 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 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 Koufra- ontrouge 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 ontrouge 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 ontrouge in order to locate and sample a bed of green clay and brown marl, at the interface bet- 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 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: onitoring 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 ontrouge 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 SS and 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. 462 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

15 WORKSITES Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] 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 ontrouge 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 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-ontrouge 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. ovements 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 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 calcu - lations 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 construction- methods- Although 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 onday 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 Tunnels built using the conventional method The 10m and 12m chambers were excavated in half sections.the top half-section was excavated TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

16 WORKSITES [ Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job 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 C 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). 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 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. aking 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 3.5m 3. 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 464 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

17 WORKSITES Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] pre-arches overlap by 2m beneath the ring road, 1.5m beneath buildings in ontrouge 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 ontabert V32 hydraulic hammer and then load muck onto a conveyor without changing the tool. The Dieci 7m 3 mini-mixers were loaded from the ITC conveyor. uck was removed by the tower crane and stocked in two hoppers with a capacity of 100m 3. 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 ontrouge, 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 1m 3 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 Difficulties encountered and adjustment of the Perforex cycle 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. arl 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. 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/m 3 ) in order to improve cohesion of the marl and limestone. Boreholes were made using the Robodrill machine and fitted with sleeved tubing. Inspection boreholes TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre

18 WORKSITES [ Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job 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. 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. 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. Its use was thus continued. However, this high resistance considerably slowed excavation work and led to the breaker arm failing on 2 occasions Adjustments relating to the environment 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. 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 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 - Conclusion- 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 466 TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n Novembre/Décembre 2010

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