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Apr 30, 2023

Tunnelling : comment les ingénieurs de Silvertown ont fait tourner le plus grand tunnelier du Royaume-Uni

Le projet Silvertown Tunnel dans l'est de Londres implique des solutions innovantes pour un

Le projet Silvertown Tunnel dans l'est de Londres implique des solutions innovantes pour une gamme de défis techniques et logistiques. Ils comprennent la mise en rotation d'un tunnelier de 1 800 t sur patins à azote.

Le tunnel Silvertown de Transport for London (TfL) sera le premier franchissement routier à être construit sous la Tamise à l'est de Tower Bridge en plus de 30 ans.

Le tunnel routier à double alésage de 1,4 km reliera Silvertown à Newham à la péninsule de Greenwich. Lors de son ouverture au printemps 2025, le tunnel devrait améliorer les transports publics transversaux et atténuer la pression sur le tunnel de Blackwall chroniquement encombré plus à l'ouest.

TfL a attribué au consortium Riverlinx, comprenant la filiale de Ferrovial Cintra, Abrdn, Invesis, Macquarie Capital et SK Ecoplant, le contrat de conception, construction, financement, exploitation et maintenance du tunnel de Silvertown en 2019.

Riverlinx Construction Joint Venture, un partenariat entre Bam Nuttall, Ferrovial Construction et SK Ecoplant, conçoit et construit le tunnel.

L'équipe de Riverlinx utilise le plus grand tunnelier (TBM) jamais utilisé au Royaume-Uni. Le tunnelier Jill pèse 1 800 t, mesure 82 m de long et 11,9 m de diamètre. Une petite section autour des entrées du tunnel sera construite dans un tunnel en tranchée couverte.

Jill a déjà terminé le premier forage, travaillant de Newham à Greenwich.

Étant donné que l'équipe n'utilise qu'un seul tunnelier pour construire les deux alésages, un défi majeur a été de savoir comment retourner cette énorme machine pour son voyage de retour à Newham.

Pour ajouter encore plus de complexité, diverses contraintes de droits fonciers à Greenwich signifiaient que cette rotation devait être réalisée dans un espace très restreint à l'intérieur d'un puits d'accès.

Riverlinx a surmonté ce problème avec ingéniosité, en concevant et en construisant une chambre à Greenwich où le tunnelier a été mis en rotation dans une chambre souterraine à l'aide de "patins à azote" et d'un système complexe de vérins hydrauliques.

Le tunnelier dans la chambre de rotation de Greenwich

Jill a été lancée du côté nord de la rivière début septembre 2022. Alors que le tunnelier se frayait un chemin sous la rivière depuis Newham, la construction de la chambre de Greenwich a commencé. C'est là que le tunnelier percerait puis serait relancé pour son voyage de retour de 1,1 km vers le site de Silvertown.

La plupart des tunnels à double alésage utilisent deux tunneliers ou démontent un seul tunnelier et le ramènent au point de lancement initial pour son deuxième entraînement.

Mais le directeur des opérations de Riverlinx, Borja Trashorras, explique que l'utilisation de deux tunneliers aurait été trop coûteuse, tandis que le démontage et la reconstruction d'un seul tunnelier pourraient prendre jusqu'à cinq ou six mois. En plus de cela, les actifs existants à proximité, tels que les routes et les services publics, ont rendu impossible la construction d'une chambre plus grande sur le site de la péninsule de Greenwich.

"La rotation de la machine était donc la meilleure solution du point de vue des coûts et du programme", explique Trashorras. "Et ce faisant, nous l'avons fait de la manière la plus innovante possible, d'une manière qui n'a jamais été faite auparavant au Royaume-Uni."

En conséquence, la société espagnole Ayesa a conçu une chambre de forme ovale qui éviterait les services publics existants dans la région tout en offrant suffisamment d'espace pour que le tunnelier puisse être tourné à 180° en morceaux. Il mesure 18 m de profondeur de la dalle de base à la surface, 40 m de long du mur de tête au mur arrière et 39 m de large. La chambre aura éventuellement deux ouvertures - une pour les tunnels du tunnelier au nord et l'autre pour permettre l'accès à la section du tunnel en tranchée couverte au sud.

La construction des parois moulées de la chambre a nécessité l'installation de 23 panneaux contenant au total 6 580 m3 de béton et 800 t d'armatures en acier et en plastique renforcé de fibres de verre. Il a été achevé par Bachy Soletanche en juillet dernier.

Trashorras poursuit : "Comme le puits était en terrain perméable, nous avons dû installer des mesures d'assèchement de surface pour pouvoir assécher les aquifères supérieurs et intermédiaires, d'une part pour obtenir une excavation sèche, et d'autre part, pour abaisser le niveau d'eau pour pouvoir construire la dalle de base au fond de la chambre de rotation.

"Une fois que nous avons terminé la paroi moulée, nous avons installé les puits d'assèchement à partir de la surface. Ensuite, nous avons commencé l'assèchement actif et après cela, nous avons commencé les travaux d'excavation."

Les travaux d'excavation, réalisés avec des pelles à benne preneuse, ont duré environ quatre semaines et ont enlevé environ 30 000 m3 de déblais.

L'équipe a terminé la dalle de base et le mur de tête en béton – l'œil en béton armé que traverse le tunnelier – entre septembre et janvier.

Le tunnelier étant tenu par le berceau qui repose sur les patins à azote

Une fois que TBM Jill a fait irruption dans la chambre de rotation de Greenwich en février, l'équipe a dû faire face à la tâche ardue de retourner la machine.

Le chef de projet Riverlinx pour les tunnels, Ivor Thomas, explique que cela devait être fait en divisant la machine en quatre sections, en commençant par le bouclier de 1 400 t, puis les trois portiques de secours.

Pour contrôler l'avant de la machine lorsqu'elle émergeait dans le puits, l'équipe a utilisé un système de retenue en forme de plate-forme qui s'est fixé sous la cloison du tunnelier, derrière la tête de coupe. Comme la machine se poussait vers l'avant, le système de retenue l'empêchait d'avancer trop rapidement.

« Nous avons une machine de 12 m [de diamètre] qui construit des anneaux derrière elle, donc une fois que nous avons percé, nous n'avons plus de charge de retenue à l'avant », explique Thomas. "Ainsi, même cette machine de 1 400 tonnes a tendance à avancer d'elle-même lorsqu'elle pousse sur les anneaux derrière elle."

Lorsque le bouclier est sorti propre du tunnel, il a été retiré de son portique attenant.

Mais comme le tunnelier s'élève depuis la base plate du tunnel sous la rivière sur une pente de 4 %, il était toujours incliné une fois sorti du tunnel. L'équipe a donc dû le rendre aussi horizontal que possible.

Cela impliquait d'abord l'utilisation d'une grande bande métallique qui a attrapé le bouclier à sa sortie du tunnel. Des vérins hydrauliques étaient placés directement sous cette bande et utilisés pour soulever l'arrière du bouclier, il était donc horizontal.

Lorsque le bouclier était entièrement horizontal, un berceau en acier était placé en dessous sur des "patins à azote" - un système innovant de pieds hydrauliques avec une jupe en caoutchouc. L'azote a été pompé dans la base de chaque patin, scellé par la jupe en caoutchouc et maintenu à 250 bars.

Lorsque le berceau était prêt à être déplacé, le système hydraulique était éteint et les patins flottaient sur le coussin d'azote comprimé. Des plaques d'acier qui avaient été installées sur le sol de la chambre de rotation lors de sa construction ont été huilées pour faciliter le mouvement des patins lors de la rotation du bouclier.

"Nous utilisons de l'azote parce qu'il est couramment disponible. Il est inerte, non toxique, plus léger que l'air et hautement compressible", explique Thomas.

Il ajoute que le système de patins à l'azote « consiste à réduire la friction entre les plaques d'acier et la machine ; il ne s'agit pas de soulever la machine ».

Alors que la rotation d'une machine sur des patins à azote a déjà été effectuée deux fois, une fois à Paris et une fois à Stuttgart, c'est la première fois que la technique est utilisée sur une machine de cette taille.

"Les machines tournaient à l'air auparavant", note Thomas, "mais pour faire tourner une machine de cette taille à l'air comprimé, nous aurions probablement dû louer tous les compresseurs du Royaume-Uni."

L'équipe a ensuite utilisé des tractions de chaîne à air télécommandées de 25 t ancrées au mur de la chambre de rotation pour faire sortir le bouclier et le retourner par étapes jusqu'à ce qu'il fasse face à la direction opposée. Ce processus a pris une journée. Il a ensuite été répété avec les portiques de secours relativement légers qui ont été placés derrière le bouclier TBM.

Le bouclier du tunnelier face au nord après avoir été retourné à l'intérieur de la chambre de rotation

Pour préparer le tunnelier pour son trajet vers le nord, l'équipe utilise une autre innovation inhabituelle, appelée système de "lancement volant".

"Avec un lancement normal, vous montez un cadre, construisez des anneaux et vous poussez la machine", explique Thomas. "Mais le problème ici est que le système remplirait le fond de notre fosse d'anneaux.

"Nous utilisons donc un système de lancement volant où nous construisons le châssis de propulsion très près de l'œil du tunnel."

Le bouclier du tunnelier est ensuite tiré vers l'avant vers l'œil du tunnel à l'aide d'un anneau de pression en acier, de barres de tension et de vérins hydrauliques.

Grâce à l'utilisation de ce système, un tunnel temporaire n'est pas nécessaire pour démarrer le forage. Parce que ce système nécessite moins d'espace, il est également idéal pour les sites contraints.

« L'idée, c'est qu'on lance et qu'on se prépare à percer avec un portique, qu'on roule, puis qu'on fasse demi-tour avec les autres portiques », explique Thomas.

Cela signifie qu'après le rattachement du premier portique au bouclier du TBM, l'équipe a lancé ce qu'on appelle un "lancement ombilical", où la moitié avant de la machine a percé un premier 70 m de l'entraînement. Ensuite, les deuxième et troisième portiques ont été ajoutés à la machine. Une fois toutes les pièces de la machine assemblées, le tunnelier sera mis en "mode complet" et lancé officiellement vers le nord, ce qui devrait avoir lieu en juin.

Thomas attribue le succès de l'opération de rotation à un "mariage de partenaires clés de la chaîne d'approvisionnement", Herrenknecht fournissant le tunnelier et les travaux temporaires. Max Wild a participé à la rotation du tunnelier, Mammoet a fourni les services de levage de charges lourdes et PHL Hydraulics a fourni l'équipement utilisé pour le lancement volant.

Grâce à cette approche collaborative, le projet a battu trois records de construction.

"C'est la première fois qu'une machine de cette taille est utilisée au Royaume-Uni, c'est la première fois qu'une machine de cette taille est mise en rotation à l'aide de patins à azote, et c'est la première fois qu'une machine de cette taille est lancée à l'aide du système de "lancement volant"", note Thomas.

Pour compléter cette liste, un système complexe d'évacuation des déblais du tunnel a dû être imaginé car les déblais ne peuvent pas être évacués de la chambre de rotation. Au lieu de cela, il sera renvoyé par le premier alésage sur un convoyeur et transporté vers le côté nord de la rivière où il sera chargé sur des barges et acheminé vers un site de récupération dans l'est de Londres.

Lorsque l'équipe recommencera à creuser des tunnels cet été, elle devra faire face à d'autres défis, cette fois liés aux conditions du sol. En effet, le sol sous la Tamise sur le tracé du tunnel est "aussi délicat que possible à l'est de Canary Wharf", explique Thomas.

C'est la face mixte et la forte teneur en eau du sol qui rendent le creusement de tunnels et d'excavation particulièrement difficile à cet endroit de la rivière - et pourquoi l'ingénieur civil britannique Ernest William Moir a tant lutté lors de la construction du tunnel original de Blackwall sous la Tamise dans les années 1890, commente Thomas.

L'équipe doit également faire face à d'autres obstacles, comme éviter les pieux du téléphérique qui passe au-dessus de la rivière et directement au-dessus de l'alignement du tunnel.

Contrairement à l'équipe du tunnel Blackwall de Moir, les ingénieurs de Silvertown disposent d'innovations modernes pour rendre les opérations de tunnel plus faciles et plus sûres.

Pour surmonter les problèmes d'assèchement, par exemple, ils ont installé des puisards dans le tunnel à son point le plus bas.

Thomas déclare : « Le point bas du tunnel signifie que l'eau s'écoule vers le bas. Pour cette raison, nous installons 160 éléments préfabriqués en béton à la base de la section médiane du tunnel pour former un puisard. Ils seront boulonnés dans le revêtement du tunnel, puis cimentés.

Les puisards recueilleront les eaux de ruissellement qui seront ensuite pompées hors du tunnel.

L'équipe a commencé à installer les éléments préfabriqués en béton dans le premier forage en mars alors que la rotation se déroulait pour "voler du temps sur le programme", explique Thomas. Ensuite, le tunnel sera remblayé pour l'amener au niveau de la chaussée, tous les principaux travaux de génie civil dans le premier forage devant être achevés avant que le tunnelier ne commence le tunnelage en mode complet du deuxième forage en juin.

L'équipe utilisera également la congélation du sol - ce que Thomas appelle la "Rolls-Royce" des options de traitement du sol - sur quatre passages transversaux du tunnel. La technique sera utilisée pour geler les sédiments saturés d'eau du groupe de Lambeth afin de permettre à l'équipe de creuser les passages transversaux.

Le gel du sol sera effectué lorsque les deux forages seront terminés afin que l'équipe puisse faire passer les tuyaux de congélation entre eux.

Une autre première au Royaume-Uni, ajoute Thomas, est que l'équipe n'étaiera pas les passages transversaux, mais construira à la place tous les étayages temporaires dans les revêtements des passages transversaux.

À chaque extrémité, des travaux de creusement de tunnels en tranchée couverte pour 600 m de routes d'accès ont également commencé.

Les murs des tranches tranchées et couvertes sont construits avec des pieux sécants. Les travaux d'excavation pour la section de coupe et de couverture à Greenwich ont commencé en mars et devraient s'achever cet été.

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