La conception innovante des revêtements segmentaires peut éliminer le contreventement externe au niveau des connexions — TBM : Tunnel Business Magazine

Par Vojtech Ernst Gall

Les segments de tunnelier modernes ont parcouru un long chemin depuis leur première utilisation il y a plusieurs décennies. De plus en plus, l'industrie du tunnelage optimise la forme des segments, introduit de nouvelles méthodes de renforcement et améliore les composants des segments pour les rendre plus robustes et plus économiques. Il convient de noter en particulier l'amélioration du segment des accessoires. Les accessoires de segment modernes tels que les chevilles de segment, les toupies ou les joints modernes améliorent non seulement la construction des segments, mais ils permettent également d'utiliser les systèmes de revêtement segmentaire dans une plus grande variété de conditions géotechniques et dans une plus large gamme d'arrangements structurels que jamais auparavant.

L'un des domaines dans lesquels les accessoires de segment ont amélioré les performances du segment est celui des coupes de segment. Les revêtements segmentaires doivent inévitablement être découpés pour créer des ouvertures pour les connexions aux structures adjacentes. Les découpes dans les revêtements segmentaires perturbent cependant grandement l'équilibre statique du système structurel et nécessitent une redistribution des charges vers les anneaux adjacents autour d'une ouverture découpée. Cela conduit généralement à des forces de cisaillement élevées dans les joints annulaires, à des forces de tension élevées dans les segments au-dessus et au-dessous de la coupe, et à des forces de poussée élevées dans les segments adjacents à la découpe.

Les segments de tunnelier modernes ont parcouru un long chemin depuis leur première utilisation il y a plusieurs décennies.

Traditionnellement, les coupes de segments sont mises en œuvre en introduisant une charpente externe en acier depuis l'intérieur du tunnel pour soutenir les anneaux coupés jusqu'à ce que la connexion soit établie entre le tunnel principal et la structure de liaison. Cette approche est coûteuse et intrusive, en particulier dans les tunnels de plus petit diamètre où la charpente en acier réduit l'espace disponible pour l'exploitation principale du tunnel. De plus, cette situation a potentiellement un impact sur le calendrier de construction puisque le raccordement ne peut être réalisé tant que la construction du tunnel principal n'est pas terminée.

Afin d'éviter ces inconvénients, Gall Zeidler Consultants (GZ) développe des approches innovantes pour les coupes de segments autoportants en incorporant des toupies de haute capacité ainsi qu'un renforcement de segment supplémentaire dans des segments spécialement conçus. Ces toupies et renforts supplémentaires fonctionnent ensemble pour fonctionner comme un cadre interne qui permet aux charges d'être transférées autour d'une coupe de segment.

Systèmes de centrage et chevilles de cisaillement selon fiche produit Optimas Sofrasar. Chevilles de cisaillement haute capacité en haut à gauche.

Le tunnel de débordement des égouts unitaires de Pawtucket (CSO) est l'un de ces projets pour lequel GZ a développé une conception de segment spéciale. Le tunnel de Pawtucket est un tunnel tunnelier à revêtement segmentaire actuellement en construction à Pawtucket, RI. Le tunnel rocheux de 2,2 milles de long est construit par la coentreprise de construction CB3A, composée de CBNA et Barletta. Le revêtement segmentaire a un diamètre intérieur de 30'-2", une épaisseur de 14" et est principalement renforcé de fibres d'acier.

Le tunnel principal est relié à plusieurs galeries minières de 8 pieds de diamètre le long de son alignement, pour lesquelles le revêtement segmentaire doit être coupé. Les ingénieurs de GZ ont donc développé une conception de segment spéciale pour les segments situés immédiatement autour de la coupe, éliminant ainsi le besoin de renfort externe. Grâce à la combinaison de toupies de grande capacité et de cages de renfort supplémentaires dans chaque segment, les segments spéciaux peuvent supporter les charges de terre et d'eau existantes et redistribuer ces charges autour des ouvertures temporaires. De plus, comme les segments sont préfabriqués à l'aide des mêmes moules que les segments réguliers, ils sont installés comme des segments normaux et n'ont aucun impact négatif sur la construction.

GZ utilise une approche similaire pour la conception des passages transversaux du tunnel de Silvertown. Le tunnel de Silvertown est un nouveau tunnel routier TBM à double forage de 1,4 km de long traversant sous la Tamise dans un sol meuble. Le diamètre extérieur du tunnel est de 37'-5" et le revêtement a une épaisseur de 15,75". Les tunnels du tunnelier seront reliés par 7 passages transversaux de 15'-9", dont 5 seront construits en utilisant le gel du sol pour une stabilisation temporaire du sol. En utilisant des toupies de grande capacité en plus d'une cage de renfort interne, GZ a développé une conception qui élimine le besoin de contreventement externe autour des coupes de segments nécessaires au passage transversal. Contrairement aux segments de Pawtucket, les passages transversaux de Silvertown sont construits uniquement en sol meuble. De plus, les segments spéciaux du tunnel de Silverton doivent supporter des charges de gel supplémentaires, démontrant que l'approche bicône plus renforcement interne présente un degré élevé d'applicabilité pour les coupes de segments réalisées à des fins diverses dans un large éventail de types de sol.