Étude de la faisabilité technique et des coûts sur le cycle de vie d un tunnel entre les villes de Lévis et de Québec

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1 Étude de la faisabilité technique et des coûts sur le cycle de vie d un tunnel entre les villes de Lévis et de Québec 13 septembre 2016 Bruno MASSICOTTE Professeur titulaire Polytechnique Montréal 1

2 Contenu Mandat Équipe et méthodologie Informations techniques Coûts Échéancier 2

3 Mandat Questions Mandat confié par le MTMDET : Déterminer la faisabilité technique d un tunnel sous le fleuve entre Québec et Lévis Estimer les coûts à l étape de préfaisabilité 3

4 Équipe et méthodologie Bruno Massicotte, ing. Ph.D. ingénieur civil Professeur titulaire Polytechnique Montréal Spécialiste en structures Direction du mandat, géométrie, tracé, sécurité, coûts, etc. André Rancourt, ing. Ph.D. ingénieur géologue HydroSys inc. Spécialiste en tunnels et fondations Géologie du site, tunnelier et tunnel, coûts Denis Leboeuf, ing. Ph.D. ingénieur géologue Professeur titulaire Université Laval Spécialiste en géotechnique sismique Risques sismiques MTMDET Direction des projets routiers stratégiques Aménagements routiers au sud et au nord 4

5 Informations techniques Site et tracé Choix du tunnel Méthode d excavation Particularités géologiques et géotechniques 5

6 Informations techniques Site et tracé Échelle 500 m N A-40 A km A-20 6

7 Informations techniques Choix du tunnel Gabarit 5.5 Voie 1 Voie

8 Informations techniques Choix du tunnel Géométrie 8

9 Informations techniques Choix du tunnel Géométrie : interconnexions usagers aux 500 m 9

10 Informations techniques Choix du tunnel Géométrie : interconnexion technique à mi-parcours 6.0 Direction Québec Direction Lévis [m] 10

11 Informations techniques Choix du tunnel Profil longitudinal : 7.8 km Rive Nord -6.04% Ave. Ruel 122e Rue Structure de raccordement au tunnel Voie Ferrée Boul. Sainte-Anne Autoroute 440 Puits de ventilation -4.50% Digue permanente Digue imperméable temporaire Dépôts meubles Dépôts meubles Distance (m) (Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1) Roc Puits de ventilation Grande marée haute 4.10 Grande marée basse Profil de la chaussée projeté -0.75% Terrain naturel Profil de la chaussée projeté Distance (m) Rive Nord Rive Sud (Échelles verticale et horizontalle identiques) Distance (m) Distance (m) Tunnel Foré RTE % Rive Sud Structure de raccordement au tunnel Puits de ventilation Autoroute 20 Installation du tunnelier (300 mètres) Roc Roc Roc Roc Roc

12 Informations techniques Choix du tunnel Portion nord : tunnel 150 Rive Nord Structure de raccordement au tunnel Tunnel Foré 100 Autoroute 440 Puits de ventilation Digue permanente % Digue imperméable temporaire Puits de ventilation Grande marée haute Ave. Ruel 122e Rue Voie Ferrée Boul. Sainte-Anne -4.50% Dépôts meubles Dépôts meubles Roc Grande marée basse Profil de la chaussée projeté -0.75% Roc Roc (Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1) Distance (m) 12

13 Informations techniques Choix du tunnel Portion nord : échangeur 13

14 Informations techniques Choix du tunnel Portion sud : tunnel Tunnel Foré Route 132 Puits de ventilation Équipements techniques Rive Sud Structure de raccordement au tunnel Tranchée ouverte Autoroute Terrain naturel 50 Roc Excavation en tranchée ouverte Installation du tunnelier (300 mètres) 4.50% 0 Profil de la chaussée projeté -50 Roc Roc Distance (m) 14

15 Informations techniques Choix du tunnel Portion sud : échangeur 15

16 Informations techniques Excavation Tunnelier 16

17 Informations techniques Excavation Tunnelier 17

18 Informations techniques Excavation Tunnelier Joint circonférentiel Voussoir Joint radial Anneau 18

19 Informations techniques Géologique Faille de Logan : inactive depuis plus de 250M années 19

20 Informations techniques Géologique Activité sismique : intensité prévisible de M6.9 à M7.6 20

21 Informations techniques Géotechnique Dépôts meubles : potentiel de liquéfaction 150 Rive Nord Structure de raccordement au tunnel Tunnel Foré 100 Autoroute 440 Puits de ventilation Digue permanente % Digue imperméable temporaire Puits de ventilation Grande marée haute Ave. Ruel 122e Rue Voie Ferrée Boul. Sainte-Anne -4.50% Dépôts meubles Dépôts meubles Liquéfaction Mouvements et tassements Roc Grande marée basse Profil de la chaussée projeté -0.75% Roc Roc (Échelle verticale / Échelle horizontale = 10/1) Distance (m) 21

22 Informations techniques Liquéfaction Définition (Youd, T.L., et al ) Transformation d un matériau granulaire lâche et saturé, de l état solide à l état liquide due à l augmentation rapide des pressions d eau interstitielles et à la réduction de la contrainte effective entre les grains. Sol saturé d eau avant le séisme Sol saturé d eau durant le séisme Ce phénomène engendre la perte momentanée de la capacité portante du sol, des déformations importantes et des tassements différentiels dans les fondations. 22

23 Mandat Réponses Mandat confié par le MTMDET : Déterminer la faisabilité technique d un tunnel sous le fleuve entre Québec et Lévis Faisable Estimer les coûts à l étape de préfaisabilité Construction 4.0G$ Exploitation sur 100 ans 2.3G$ 23

24 Coûts Construction COÛTS REGROUPÉS Item Coût Études préliminaires et conception finale 152 M$ Gestion de projet et contrôle de la qualité 322 M$ Tunnel foré 2142 M$ Structures de raccordement 395 M$ Structures, mécaniques, systèmes surveillance, etc. 599 M$ Échangeurs 312 M$ Coûts administratifs et divers 64 M$ 3988 M$ Total (2x7.8km) 256 M$ / km Tunnel foré (2x7.0km) 153 M$ / km 24

25 Coûts Comparaison 25

26 Coûts Opération OPÉRATION Coût annuel Frais d'exploitation, alimentation électrique, etc. 5.0 M$ Entretien courant, tunnel et échangeurs 4.0 M$ Équipes d'intervention incendie (nord et sud) 0.0 M$ Centre de contrôle et patrouilles 1.0 M$ Gestion du transport des matières dangereuses 0.0 M$ 10.0 M$ 26

27 Coûts Entretien et maintenance ENTRETIEN / RÉPARATIONS Coût annuel Remplacement de l'enrobé bitumineux chaussée externe 0.34 M$ Remplacement de l'enrobé bitumineux Tunnel en tranchée 0.06 M$ Remplacement de l'enrobé bitumineux Tunnel foré 1.22 M$ Remplacement de la membrane Chaussée externe 0.16 M$ Remplacement de la membrane Tunnel en tranchée 0.03 M$ Remplacement de la membrane Tunnel foré 0.56 M$ Réparation majeure du béton aux approches 0.29 M$ Réparation majeure du béton en tunnel 0.20 M$ Réparation de l'anneau 1.25 M$ Réparation de la protection thermique 0.48 M$ Métallerie 0.30 M$ Ventilation du tunnel 5.00 M$ Alimentation électrique, éclairage, etc M$ Systèmes de télésurveillange (caméra, barrières, etc.) 1.88 M$ Équipements d'intervention d'urgence (nord et sud) 0.05 M$ 13.3 M$ 27

28 Coûts Cycle de vie de 100 ans / $

29 Échéancier Phases grands projets Phases de préparation des grands projets d infrastructures et précision des coûts 29

30 Échéancier plausible Finalisation de l étude des solutions : 1 an Conception / Avant-projet : 3 ans Plans, devis et appel d offres : 3 ans Fabrication et assemblage du tunnelier : 2 ans Construction : 4 ans Total : ±13 ans (± 2030) 30

31 MERCI POUR VOTRE ATTENTION 31