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Deux tunnels contre sables et marées

Olivier Baumann |  le 23/12/2011  |  EuropeInternational

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Travaux souterrains -

La liaison ferroviaire de 16 km en construction dans le port d’Anvers comprend un tunnel bitube de 6 km percé par deux tunneliers. Passage sous le fleuve, substitution et congélation de sol sont de la partie.

C’est le plus gros chantier de Belgique. Seize kilomètres de plates-formes et de tunnels ferroviaires sous le port d’Anvers pour désengorger un trafic fret saturé. La nouvelle liaison du Liefkenshoek doit répondre à l’objectif d’Infrabel, l’opérateur des infrastructures ferroviaires belges, de doubler la part du rail dans le port d’Anvers d’ici à 2020. Pour mener à bien ce projet de très grande ampleur, Infrabel a fait appel au privé. La société a signé fin 2008 un contrat de partenariat public-privé avec le consortium Locorail, constitué de Vinci Concessions, de CFE (un major de la construction en Belgique, détenu à 47 % par Vinci) et du néerlandais BAM PPP. Le contrat d’un montant total de 841 millions d’euros comprend le financement, la conception, la construction et la maintenance des tunnels pendant trente-huit ans. La conception et la construction de la liaison ont été déléguées à LocoBouw, un groupement associant Vinci Construction Grands Projets à des filiales de CFE et de BAM.

Côté génie civil, le programme est varié. La liaison comprend une partie en remblais sur 5 km, des sections en tranchées ouvertes et couvertes sur 4 km, la rénovation d’un tunnel existant de 1,2 km. Mais l’ouvrage majeur est sans conteste le tunnel bitube de 6 km (voir coupe ci-contre) qui relie la rive gauche et la rive droite de l’Escaut. Pour tenir un planning serré, le groupement a décidé de percer les deux tubes en parallèle, grâce à deux tunneliers à pression de boue. Au cours de leur périple, qui s’est achevé l’été dernier avec le percement du second tunnel, les tunneliers ont rencontré une géologie sableuse globalement favorable et homogène, sauf en deux passages très délicats, sous l’Escaut (lire p. 37) et sous le bassin-canal (lire p. 38). Le chantier est aussi l’occasion de faire appel à une technique rare, la congélation de sol, employée ici en masse sur 20 des puits d’évacuation et des intertubes liant les deux tunnels (lire p. 38).
Le tunnel doit aussi se conformer à de très fortes exigences en matière de sécurité incendie : la courbe de feu considérée, la « RWS », est plus contraignante que la courbe de feu d’hydrocarbures majorée classique. Aux puits d’évacuation et aux intertubes s’ajoutent ainsi des moyens particuliers de lutte passive et active contre le feu. Le béton des voussoirs est fortement dosé en fibres polypropylène (2 kg/m 3 ), véritables fusibles qui épargnent la structure du tunnel en fondant à haute température. Les parois sont couvertes d’un revêtement coupe-feu de 2,5 cm en béton projeté à base de vermiculite (fibres céramiques). Enfin, tout feu qui se déclarerait serait immédiatement détecté par des caméras et des capteurs de température qui déclencheraient un innovant système d’aspersion de mousse pour l’étouffer.
Alors que la fin du génie civil est prévue pour la mi-2013, les entreprises d’équipement ferroviaire (voies, signalisation…) s’empareront du tunnel dès 2012. La mise en service est prévue pour la mi-2014.

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Tunnelier Des cadences records malgré les marées

En Belgique, la bande dessinée se niche jusque dans les profondeurs du sous-sol : les deux tunneliers ont été baptisés « Fanchon » et « Bobette », du nom de deux personnages de la célèbre série « Bob et Bobette ». Mais ce clin d’œil humoristique initial a vite laissé place à un travail titanesque. Sept jours sur sept et 24 h sur 24 h, les deux engins d’acier jumeaux fonctionnant à pression de boue (fabrication Herrenknecht), munis de têtes de coupe de 8,4 m de diamètre, ont ainsi percé à un rythme endiablé les sables fins qui constituaient la quasi-totalité de la géologie rencontrée. Un peu plus de treize mois auront suffi au plus rapide des deux (quinze mois pour l’autre) pour avaler les six kilomètres de son périple, à la moyenne record de 15 mètres excavés par jour ! Pour atteindre cette performance, les équipes ont dû soigneusement préparer en amont les quelques points délicats du parcours. Au passage sous l’Escaut notamment, où un mètre seulement séparait la machine de la couche de sédiments de dix mètres d’épaisseur tapissant le fond du fleuve, et où - difficulté supplémentaire - le cycle des marées induisait un marnage de 8,5 m, soit un différentiel de surpression maximum de presque 1 bar pour le tunnelier. Toutes les heures, évaluant en temps réel le niveau de l’Escaut, les pilotes devaient régler finement la pression de confinement pour s’adapter aux fluctuations du fleuve.

Technique de perçement De vastes zones sont congelées avant d’être excavées

Lorsque le sol à excaver n’est pas suffisamment cohérent et présente des risques d’effondrement, on peut le congeler pour améliorer sa tenue mécanique. Si la technique n’est pas nouvelle, elle n’avait jamais été utilisée à si grande échelle. Jusqu’à huit ateliers ont en effet été menés en parallèle, portant à 13 le nombre d’intertubes et à 7 (sur 8) le nombre de puits excavés dans un sol préalablement congelé. Des tubes réfrigérés à la saumure circulant à - 30 °C sont enfoncés dans le sol autour de la zone à excaver selon une géométrie circulaire, afin de former une couronne de 2 m d’épaisseur. La congélation commence six semaines avant l’excavation, se poursuit durant celle-ci, et perdure sept jours après le coulage du dernier béton. On considère que le sol est gelé lorsque sa température moyenne est de - 10 °C et sa température maximale de - 5 °C. Il se tient alors suffisamment pour être excavé au brise-roche hydraulique ou à l’aide d’une fraise. Des cintres et du béton projeté sont posés à l’avancement. Puis, une membrane d’étanchéité PVC est placée. On monte alors les cages d’armatures, puis on place les coffrages et, enfin, on coule le béton, en commençant par le radier.

Béton Le fond vaseux d’un canal est remplacé par 42 000 m3 de béton !

Du fait de sa très faible pente, le tunnel passe à seulement trois mètres du fond du bassin-canal. Une couverture si fine constituée de matériaux si lâches (sédiments) que les entreprises ont dû procéder à une large substitution du sol à cet endroit. Cette opération a été réalisée en plusieurs étapes. Après avoir formé un rideau de palplanches battues depuis des barges afin de confiner la zone de substitution en encadrant le tracé des tunnels (étape 1), le fond du canal a été dragué : 62 000 m 3 de sédiments en ont été extraits (étape 2). C’est alors une véritable armada de machines qui est entrée en scène. Pas moins de 120 chauffeurs de camions-toupies se sont relayés pendant quatre jours le long des rives du canal pour y déverser, via quatre pompes à béton, 25 000 m 3 de mortier, lui-même fourni par quatre centrales à béton fonctionnant en continu ! Une fois cette première couche de mortier faiblement dosé en ciment (5 MPa de résistance à la compression) mise en place, un « bouchon » en béton fibré de 2,1 m d’épaisseur (17 000 m 3 ) a été coulé par-dessus deux mois plus tard (étape 3). Fortement dosée en fibres métalliques, cette surcouche est destinée à « lester » la couche de mortier sous-jacente et à éviter d’éventuels chocs d’ancres de porte-conteneurs sur la voûte du tunnel. Le sol ainsi substitué, les deux tunneliers ont pu percer sous le nouveau fond du canal (étape 4) sans craindre de le vider de son eau !

Fiche technique

Concédant et maître d’ouvrage : Infrabel. Concessionnaire : Locorail : Vinci Concessions 25 %, CFE 25 %, BAM PPP Investments 50 %. Groupement constructeur : LocoBouw : Vinci Construction Grands Projets 25 %, MBG (filiale de CFE) 25 %, CEI-de Meyer et Wayss & Freytag (filiales du groupe BAM), 25 % chacune.

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