Tunnelier

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Le tunnel du métro du Grand Paris Express est réalisé, dans sa grande majorité, à l’aide de tunneliers. Utilisée en Ile-de-France pour de nombreux chantiers, cette méthode permet la construction rapide et sûre de tunnels, tout en limitant les emprises nécessaires pour les travaux en surface.

Le tunnelier : une technologie sûre à grande profondeur

La réalisation du tunnel du métro du Grand Paris Express est un chantier colossal, pas renouvelé depuis la construction du métro parisien au début du siècle dernier. A l’époque, les techniques de construction des travaux souterrains étaient différentes en raison de l’inexistence des tunneliers. Les avenues étaient alors éventrées par des tranchées ouvertes. De même, il était difficile de définir un tracé hors des grandes artères et de passer sous les immeubles. Le creusement a grande profondeur se révélait aussi très difficile.

Avec l’arrivée des tunneliers, les travaux se sont accélérés et sécurisés, notamment grâce à la possibilité de creuser à grande profondeur. En effet, cette méthode de construction permet de maintenir une pression continue sur les sols afin d’assurer leur stabilité lors du creusement.

Cette technique réduit également le besoin d’emprise de chantier en surface, ce qui réduit considérablement la gêne pour les riverains du projet. Ces emprises se limitent aux puits de départ et de sortie des tunneliers et aux ouvrages annexes de sécurité.

Un creusement quasi imperceptible

La conception du tunnel du métro du Grand Paris Express est donc prévue quasi exclusivement avec cette technique. Pour prévenir et anticiper les risques, la Société du Grand Paris prépare et prend les mesures appropriées de protection des bâtiments avoisinants sensibles.

Les tunneliers vont évoluer en très grande profondeur – de 15 à 55 mètres sous la surface – à un rythme de 10 à 12 mètres par jour (soit environ 3 km/an). Ces engins de forage dont la longueur totale (avec les équipements auxiliaires) peut atteindre 100 mètres assurent plusieurs fonctions : creusement du terrain, évacuation des déblais, soutènement provisoire et montage du revêtement définitif du tunnel.

Les machines progressent à partir des puits d’entrée jusqu’aux puits de sortie. Ces puits sont des ouvrages de génie civil permettant l’assemblage des tunneliers en vue du creusement du tunnel, puis leur démontage. Ils sont creusés dans le sol, à l’intérieur d’une enceinte de parois moulées. Leur profondeur peut varier de 20 à 40 mètres selon l’altimétrie du tunnel.

Les puits peuvent utiliser les emprises d’une future gare ou d’un futur ouvrage de service et bénéficier d’installations de chantiers communes aux deux ouvrages. Cependant, il est parfois nécessaire d’implanter des puits sur des emprises spécifiques.

Les tunneliers sont acheminés, pièce par pièce, avant d’être montés à l’intérieur des puits. Durant la phase de creusement du tunnel, les puits d’entrée servent à l’approvisionnement des tunneliers, en particulier les voussoirs, ainsi qu’à l’évacuation des déblais. A l’achèvement de la section concernée, les tunneliers sont démontés au sein d’un puits de sortie. Ils sont ensuite déplacés par convoi spécial et peuvent être remontés dans un nouveau puits d’entrée si nécessaire.

Dix puits de tunneliers, dont sept dédiés au montage des tunneliers et à la logistique de leur fonctionnement, sont prévus pour la réalisation du tronçon 15 sud.

 

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Chaque tunnelier est introduit dans un ouvrage appelé puits de départ, qui permet également l’évacuation de tous les déblais pendant le creusement d’une section de tunnel. 

 

Une progression efficace et sûre

La roue de coupe (ou tête d’abattage) fixée à l’avant du bouclier est une pièce rotative équipée de multiples molettes de coupes, de pics et de couteaux, permettant une excavation efficace des sols dans les terrains de toute nature.

La chambre d’abattage, cavité située entre la roue de coupe et le bouclier, reçoit les terres excavées par la roue de coupe tout en les maintenant à une pression suffisante pour résister à la pression exercée par le terrain et l’eau de la nappe, assurant ainsi la stabilité du front d’attaque.

Le bouclier, pièce maîtresse de la structure du tunnelier, est la cloison étanche et résistante qui sépare la chambre d’abattage, sous pression, de la partie arrière du tunnelier et du tunnel déjà réalisé, qui sont à la pression atmosphérique.

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Il regroupe les systèmes permettant d’extraire les déblais, de faire tourner la roue de coupe et de faire avancer le tunnelier. En particulier, les vérins de poussée s’appuient sur le dernier anneau posé du tunnel pour faire avancer le tunnelier. 

La jupe est placée derrière le bouclier. Elle a pour fonction de contenir les terres et, sous sa protection, de poser à l’avancement le revêtement définitif du tunnel (voussoirs) de façon semi-automatisée au moyen de l’anneau érecteur.

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Le travail du tunnelier s’effectue en deux temps. Pendant la phase de forage, les voussoirs sont acheminés depuis la surface et stockés à l’arrière du bouclier. Une fois le forage terminé, ces voussoirs sont mis en place à l’aide d’un bras automatique. D’environ 1,80 m de large, ils sont mis en place bout à bout afin de constituer la paroi du tunnel. Du mortier de compensation est ensuite coulé entre le terrain et l’anneau, assurant une parfaite cohésion de l’ensemble. C’est ce qui garantit la stabilité du terrain situé au-dessus du tunnel et évite les impacts et nuisances directs pour les constructions en surface. 

 

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Le tunnelier est accompagné lors de sa progression par le train suiveur, qui assure toutes les fonctions vitales pour le bon fonctionnement du tunnelier, en particulier la distribution d’énergie.  Ce train possède une cabine de pilotage, un poste de transformation électrique, des cuves et des pompes à mortier et à huile, ainsi que des systèmes de ventilation permettant de garantir le renouvellement de l’air.

Une organisation bien huilée

Pour réaliser chaque tronçon, la Société du Grand Paris organise une partie des travaux en parallèle.

D’une part, les travaux de génie civil de chacune des gares sont lancés en même temps, car le volume souterrain des gares doit être creusé avant le passage des tunneliers.
D’autre part, à certaines phases du calendrier, plusieurs tunneliers sont prévus pour creuser plus rapidement le tunnel. Ainsi, jusqu’à sept tunneliers vont travailler en simultané sur la ligne 15 sud. Quant aux lignes 14 nord, 16 et 17, ce sont cinq machines qui vont percer en même temps :

  • deux tunneliers vont démarrer depuis Aulnay – l’un jusqu’à la gare Clichy-Montfermeil après un parcours de 8,1 km, le second vers la gare Bourget RER après un parcours de 5,6 km ;
  • un troisième va débuter depuis Champs / Marne jusqu’à la gare Clichy-Montfermeil après un parcours de 7 km ;
  • un quatrième va être employer pour le tronc commun entre les lignes 16 et 17 avec un puits d’entrée de tunneliers à proximité du Canal Saint-Denis. Il partira, d’une part, vers le Bourget pour environ 4 km (sortie du tunnelier dans l’ouvrage de raccordement de La Courneuve), d’autre part vers Saint-Denis Pleyel et son arrière gare pour environ 2,5 km ;
  • un dernier pour le prolongement de la ligne 14 à Saint Denis Pleyel sur une longueur d’1,5 km avec un puits d’entrée prévu sur une partie des emprises du stade Nelson Mandela à Saint-Denis. Celui-ci utilisera le puits de sortie du prolongement de la ligne 14 à Mairie de Saint-Ouen, situé en arrière gare sur la commune de Saint-Denis.

Afin de minimiser les impacts sur la ville résultant de l’évacuation des déblais de chantier, les emprises des puits de départ des tunneliers sont prévues au plus près des voies fluviales ou des voies ferrées.

Ainsi, pour la Ligne 15 sud, il est prévu l’utilisation de la voie fluviale pour l’évacuation des déblais de trois tunneliers et la voie ferrée pour un tunnelier.

Pour les lignes 14 nord, 16 et 17, le canal Saint-Denis sera notamment utilisé pour évacuer les déblais générés par le creusement des deux tunneliers de la plate-forme d’Aubervilliers.

 

En bref :

Section courante du tunnel ferroviaire : 10 m environ

Nombre de voies de circulation : 2

Courbes : rayon minimal de 600 m pour une vitesse maximale de 120 km/h. Une réduction de la valeur de ce rayon impose une diminution de la vitesse de circulation des trains. En voie secondaire ou en atelier, du fait de la faible vitesse de circulation du matériel roulant, le rayon de courbure du tracé en plan peut être réduit jusqu’à 150 mètres lorsque le tunnel est réalisé en tranchée couverte.

Pentes du tunnel : 4 % maxi en section courante (limitée à 3 % en voie secondaire et en atelier).

Dévers maximum en profil en travers : 160 mm (au droit des gares, le tracé est en alignement droit et la pente est nulle).