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Grand Paris

RÉALISATION DES PUITS AU MOYEN DE LA MACHINE VSM - <p>Tracé de la ligne 17 nord.</p>
13/12/2021

RÉALISATION DES PUITS AU MOYEN DE LA MACHINE VSM


Mise en place du premier anneau équipé d’une trousse coupante.
Poutre annulaire VSM.
Aspect puits réalisé en VSM.

Présentation générale du projet de la L17

La ligne 17 du Grand Paris Express est une ligne entièrement nouvelle qui reliera à terme les gares de Saint-DenisPleyel et du Mesnil-Amelot. Elle comporte deux tronçons :

  • Un tronçon commun avec la ligne 16 d’environ 6 km entre les gares SaintDenis-Pleyel et Le  Bourget-RER (« ligne 17 sud ») ;
  • Un tronçon reliant les gares Le BourgetRER (gare exclue) et Le Mesnil-Amelot, appelé « ligne 17 nord », d’une longueur d’environ 20  km. Elle desservira 3 départements (la Seine-Saint-Denis, le Val-d’Oise et la Seine-et-Marne) et traversera 10 communes.

La ligne 17 nord sera majoritairement souterraine, avec une partie aérienne d’environ 5,4  km, et comportera à terme 6 nouvelles gares de métro et 14 ouvrages de sécurité (ouvrages annexes d’aération et de secours).

Le projet de la ligne 17 nord se compose donc de plusieurs types d’ouvrages : tunnels, gares, ouvrages annexes, ouvrages en terre, viaducs, etc.

Cette future ligne de métro aura des rames plus courtes que celles du métro déjà existant (54 m au lieu de 108 m) et sera entièrement automatisée. À l’horizon 2030, la mise en service de la totalité de la ligne permettra de proposer une offre de service de l’ordre de 7 500 à 10 000 voyageurs par heure et par sens.

 

PRÉSENTATION DU LOT 1 DE LA L17

 

Les travaux de génie civil de l’infrastructure de la ligne 17 nord sont décomposés en 4 lots. Le lot 1 correspond aux travaux de génie civil entre l'OA 3406P (dernier ouvrage de la ligne 16) exclu et la tranchée couverte de Gonesse incluse.

Ce marché de travaux, attribué au groupement Avenir, a été notifi é en janvier 2019  ; il consiste en la réalisation du tunnel du secteur sud de la ligne sur une longueur de 6 km environ, en créant 2 nouvelles gares : Le Bourget-Aéroport (LBA) et Triangle-de-Gonesse (TDG), et à la réalisation de 7 ouvrages annexes.

 

CREUSEMENT DES PUITS AU VSM

 

La Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) est une nouvelle technologie qui fait ses premiers pas en France sur les chantiers du Grand Paris. Cette machine qu’on appelle encore « tunnelier vertical » réalise des puits circulaires de grande profondeur. C’est dans le cadre de réalisation de métros souterrains où les réglementations sécurité imposent des puits de ventilation et d’accès secours à intervalles réguliers (800m) que cette machine trouve son utilité. Tout d’abord utilisée sur 3 ouvrages de la ligne 15 sud, c’est aujourd’hui sur 4 ouvrages de secours et d’aération de la ligne 17 nord qu’elle est mise à l’épreuve. La VSM est une variante à la méthode traditionnelle des parois moulées, classiquement utilisée depuis le début des années 1970 pour ce genre d’ouvrage.

La méthode VSM est une amélioration de la méthode historique de havage. Le principe est de faire descendre, par simple effet gravitaire le revêtement défi nitif du puits. Pour le VSM, le revêtement est suspendu depuis la surface, et l’excavatrice est posée sur un support fi xé sur certains voussoirs constituant les premiers anneaux. Au fur et à mesure du creusement, le bars d’excavation descend avec le revêtement. Ce revêtement est composé d’anneaux de voussoirs préfabriqués, comparables à ceux des tunneliers. Cela donne donc des avantages à cette méthode en termes de sécurité et de qualité de revêtements. Sécurité par l’entière mécanisation de l’excavation qui entraîne l’absence de présence humaine dans le puits tout au long de la réalisation. L’aspect qualité du revêtement provient de la préfabrication des voussoirs, mais aussi de l’assemblage. Des défauts très communément rencontrés pour les parois moulées sont les défauts d’étanchéité dus aux recollements. Dans le cadre d’assemblage de voussoirs, cette notion n’existe pas. D’autres avantages reconnus de cette méthode sont les gains de délais, les tâches d’excavation et de pose du revêtement étant réalisées en parallèle, et l’adaptabilité de l’atelier sur des emprises exiguës, ce qui le rend avantageux en milieu urbain.

La première étape de réalisation du puits est la fabrication d’une poutre annulaire provisoire ; cette poutre sert de support aux équipements de suspente du puits et de l’excavatrice et de support à la chaîne énergétique d’alimentation de la machine. Elle peut reprendre une charge d’exploitation pouvant atteindre les 2 000 t. En fonction de la nature et des caractéristiques géologiques et géotechniques du terrain, la poutre peut être construite soit sur des fondations superfi cielles, type semelle de répartition, soit sur des fondations profondes, type pieux sécants. Sa stabilité est essentielle pour le calibrage de la machine et le bon fonctionnement de l’excavation. À la fin des travaux, cette poutre est démontée laissant place à la dalle de couverture définitive en béton armé.

 

Le puits est ensuite pré-excavé avec des engins classiques de terrassement afin de mettre en place les premiers anneaux du revêtement. Le premier anneau est particulier, appelé anneau de coupe (trousse coupante), il est renforcé avec des plaques métalliques qui permet d’attaquer le terrain.

À son extrados est fixé un joint à lèvre permettant d’assurer l’étanchéité entre le vide annulaire et la fouille  ; enfin, il est liaisonné à la surface au moyen de torons. Il est en fait le point bas de suspente du puits. Les anneaux suivants sont ensuite posés pour mettre en place les supports sur lesquels sera posée la machine. L’excavatrice en elle-même est constituée d’un corps central et d’une tête d’excavation fixée au bout d’un bras télescopique qui réalise des mouvements de balancement et de rotation. Au cours de l’excavation, le puits est entièrement immergé pour maintenir l’équilibre hydrostatique, l’excavation est réalisée sur un diamètre supérieur à celui du revêtement, créant un vide annulaire. Ce vide permet de réduire les efforts de friction lors de la descente du revêtement, en complément des injections de bentonite sont réalisées sur le pourtour, la bentonite exerce un rôle de lubrifiant. Les voussoirs sont donc grutés en place pour former les anneaux et le revêtement est ensuite descendu sous l’effet de son poids propre.

Après avoir amené le puits en position finale, un bouchon immergé est réalisé en béton autoplaçant pour assurer la stabilité hydraulique et bloquer le vide annulaire en partie basse. L’excavatrice est donc évacuée, puis le bouchon est coulé sous l’eau. Le vide annulaire est ensuite rempli avec du coulis de ciment pour sceller le puits en place. Les frottements du revêtement sur le coulis et du coulis sur le terrain permettent de contrer les effets de la poussée d’Archimède sur le puits. Les injections sont réalisées à la base du puits et à des niveaux intermédiaires, par conséquent, la bentonite injectée lors de l’excavation est évacuée par le haut du puits. Le puits, une fois scellé, peut être vidangé pour pouvoir construire le génie civil intérieur.

 

Nazih Sedira et Cécile Boulard

Chefs de projet génie civil

Ingérop

 


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