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Types d’ouvrage
Dans le cadre du plus grand chantier de travaux souterrain en cours, le TIMA 1 pour le SIAAP, Spie Batignolles Fondations a mis en œuvre son outil de perforation le plus adapté aux contraintes environnementales du site : la Rotoforeuse.
Soucieux d’augmenter de manière significative la capacité de stockage des eaux excédentaires de temps de pluie, le S.I.A.A.P. (Syndicat Interdépartemental de l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne) a lancé un vaste programme d’ouvrages, dont le TIMA (Tunnel de stockage Ivry – Masséna – Austerlitz) est un chaînon essentiel.
C’est le groupement Bouygues TP (mandataire) – Campenon Bernard TP – Razel – Spie Batignolles Fondations qui a été choisi par le S.I.A.A.P. pour réaliser le tronçon du tunnel de stockage compris entre le puits existant des Cormailles, à Ivry-sur-Seine, et l’ouvrage Masséna à créer en rive gauche de Seine, quai Panhard et Levassor, en contrebas du Pont National.
Tel est le problème auquel est confronté le S.I.A.A.P. et qu’il a entrepris de résoudre en repensant et réadaptant tout son réseau afin d’en accroître la capacité de stockage.
En même temps qu’il achève son programme de traitement de la totalité des eaux usées de temps sec, le SIAAP s’engage en effet dans la voie du traitement des eaux excédentaires de temps de pluie dont les déversements ont parfois des effets dévastateurs sur le milieu récepteur.
Les usines d’épuration sont en général dans l’impossibilité de faire face à ces pointes hydrauliques en raison de la trop grande sensibilité des procédés de traitement aux variations de débits et de charge.
Pour faire face aux situations de temps de pluie sans multiplication prohibitive des capacités de transport et d’épuration, la solution consiste donc à stocker les eaux excédentaires dans l’attente d’un retour à la normale, ces eaux étant ensuite acheminées jusqu’aux usines d’épuration dès que leur capacité disponible le permet.
Le tunnel de stockage Ivry – Masséna (T.I.M.A.1) recevra, en temps de pluie, les eaux excédentaires actuellement rejetées directement dans le milieu naturel (la Seine ou la Marne). Il s’inscrit dans un vaste complexe de stockage d’une capacité totale de 240 000 m3, concernant le secteur “ Seine Amont ”, et qui comprend les principaux ouvrages suivants.
Le TIMA
Le Maillage Cachan – Charenton
Le Bassin du Parc des Cormailles à Ivry
L’intercepteur Blagis – Cachan
L’ouvrage comprend le déversoir, deux puits liaisonnés par une galerie basse et des locaux techniques d’exploitation, dont un certain nombre au-dessus d’une galerie d’amorce créée spécialement pour permettre au tunnelier d’attaquer le creusement de la galerie principale.
Il servira :
Il permettra le raccordement des DO sur le tunnel de stockage. Ces raccordements seront en effet réalisés grâce à des ouvrages profonds :
L’implantation de cet ouvrage, sur le Port de Tolbiac, à l’aval immédiat du Pont National présente le double avantage :
Les puits ont un diamètre intérieur de 17,50 m et une profondeur de 30 m au niveau du radier. Ils sont réalisés en parois moulées de 1,22 m d’épaisseur fichées à environ 55 m de profondeur.
La réalisation de ces travaux a nécessité au préalable l’alignement de la berge au droit du Pont National, pour rétablir la continuité entre les quais existants et disposer d’une largeur suffisante pour l’implantation de deux puits de grands diamètres, compte tenu de la présence d’une conduite de gaz côté voirie et à proximité du Pont National.
Ce réalignement de berge a été réalisé par battage en site fluvial d’un rideau auto-stable en phase provisoire, constitué de palplanches et de tubes métalliques de diamètre 1,22 m ancrés à la cote 7 NGF dans les argiles plastiques, un remblai compacté étant ensuite mis en place derrière le rideau pour constituer une plateforme de travail stable et protégée des inondations (photos n°3 et 4). En phase définitive, des tirants accrochés à la paroi seront disposés en tête de rideau pour en assurer la stabilité.
Le rideau accueillera en fin de chantier des parements permettant la continuité esthétique du quai depuis l’aval.
Après réalisation des parois moulées des puits, le déversoir d’une ouverture de 12 m par 1,70 m, ainsi que la chambre devant accueillir la vanne d’isolement de la Seine, seront terrassés entre la paroi et le rideau mixte.
Les différentes campagnes de sondages géotechniques réalisées sur le site entre 1999 et 2002 ont permis d’établir la coupe des terrains suivante (à partir d’une plateforme à 30,50 NGF):
Les fonds de fouille varient en altitude entre – 3,75 NGF, au droit du puits aval, et – 0,70 NGF, au droit de la galerie amorce et de la galerie intermédiaire, et devraient donc se développer au sein des sables de Bracheux.
Les terrains du site sont baignés par l’aquifère des alluvions anciennes et du calcaire grossier, qui est en communication directe avec la Seine, et par l’aquifère des sables de Bracheux, du marno-calcaire du Montien et de la craie, dont la nappe est en charge sous l’argile plastique, et qui est lui aussi en communication avec la Seine (là où l’argile disparaît).
Ces éléments ont conduit à arrêter les choix techniques suivants (voir la figure n°5):
Les deux puits seront excavés sur 33,30 m et 34,25 m de profondeur, les deux galeries n’étant terrassées que sur environ 10 m de hauteur à partir des fonds de fouille des puits, après percement des parois moulées, et sur 7 m en tête, libérant ainsi un emplacement pour des locaux techniques.
Le choix de l’engin de forage des parois moulées a résulté d’une profonde réflexion, tant les facteurs d’incertitude étaient nombreux.
Le premier critère de choix était naturellement lié à la géologie rencontrée (succession d’alluvions, de calcaire glauconieux, de fausses glaises et d’argiles plastiques, de sables d’Auteuil, de marno-calcaire, et enfin de craie), l’alternance de terrains raides, voire très raides, militant pour l’emploi de la Rotoforeuse, alors que d’autres, très argileux, semblaient constituer un obstacle à l’utilisation de tambours fraisants.
Deux autres facteurs plaidaient pour l’utilisation de la Rotoforeuse :
C’est donc l’ensemble de ces facteurs qui a conduit à la mobilisation d’une Rotoforeuse pour traverser les bancs de terrains indurés tout en garantissant une déviation inférieure à 0,5 % et en limitant les vibrations au droit des ouvrages avoisinants.
Le forage s’effectue donc par panneaux primaires / secondaires, l’engin venant remordre, en une seule passe secondaire, les extrémités des deux panneaux primaires précédemment bétonnés.
Une benne à câbles spécialement adaptée (largeur réduite à 1,80 m) a d’ailleurs été fabriquée par Spie Batignolles Fondations afin de faciliter le forage des panneaux secondaires, là où les tambours fraisants peinaient à remordre le béton des panneaux primaires adjacents en même temps que les terrains argileux sans consistance.
On peut voir sur la photo n°6 la benne spéciale posant à côté de la Rotoforeuse.
Le choix de ce type de matériel conduit inévitablement à des installations de chantier conséquentes pour assurer son fonctionnement. Outre la présence d’un porteur de 100 tonnes pour la Rotoforeuse, deux autres grues sont nécessaires à la bonne marche de l’atelier : un porteur pour la benne à câbles ainsi qu’une grue de manutention. A cela s’ajoute une centrale à boue imposante, équipée de dessableurs et dessilteurs, ainsi que 24 silos de stockage de bentonite. Tout ce matériel est à agencer dans une emprise très réduite (75 m x 30 m) et un contexte urbain très dense.
Afin de limiter au maximum les circulations d’engins de chantier autres que les grues, il a été décidé que seuls le béton et les cages d’armatures seraient approvisionnés par camion. Le chantier étant situé en bordure de Seine, la centrale de fabrication et de recyclage de la bentonite a été implantée de façon à pouvoir vider, directement dans des barges, les déblais de forage acheminés en continu par le fluide de perforation (circulation inverse), pour évacuation ultérieure par voie fluviale.
Parmi les spécificités techniques que l’on peut également noter sur cet ouvrage, deux sont à souligner :
Afin de ne pas entraver le percement de la paroi par les tunneliers, aucun acier n’est toléré au droit de ces ouvertures. Certaines cages ont dû être équipées avec des levées d’armatures en fibres de verre, afin de garantir leur bonne mise en place sur toute leur hauteur tout en assurant ainsi l’absence totale d’armatures métalliques aux endroits concernés.
Pour l’ensemble du projet TIMA 1, le SIAAP à choisi de confier à un bureau spécialisé une étude de l’incidence des travaux d’excavation sur les ouvrages environnants, qui débouchera sur la validation des méthodes d’exécution, sur l’identification des zones à instrumenter en surface et sur les procédés de suivi environnemental tout au long du chantier.
D’autre part le SIAAP a prévu, autour de l’emprise principale et au droit des zones urbanisées traversées par le tunnelier, un dispositif de suivi topographique automatisé des ouvrages (Pont National, quai ) qui permettra de localiser et quantifier en temps réel toute déformation ponctuelle.
Concernant les travaux de parois moulées, bien que le choix de la Rotoforeuse limite de façon considérable le risque d’impact négatif sur l’environnement, une structure de suivi des déformations des ouvrages mitoyens a malgré tout été mise en place, avec pose de cibles et relevés périodiques des déformations.
Comme cela a déjà été signalé ci-dessus, une des plus grosses difficultés du chantier résidait dans la faible emprise au sol disponible pour les équipes de Spie Batignolles Fondations, à la fois pour s’installer et pour évoluer entre les aires de travail. Qu’à cela ne tienne, l’encadrement du chantier a su encore une fois faire preuve d’ingéniosité et de sens de l’organisation pour permettre aux acteurs d’œuvrer dans un environnement sécurisé où chaque chose a pu trouver sa place.
Autre difficulté, liée aux activités antérieures des hommes au droit du site, la rencontre, lors de la réalisation des murettes-guides et lors du forage de certains panneaux, d’obstacles non naturels tels des anciennes galeries désaffectées ou des pieux de fondations en bois et en béton armé (ancien appontement), comme l’élément de pieu visible sur la photo n°12. Pour les obstacles rencontrés lors de la réalisation des murettes-guides, il a été nécessaire de purger les zones concernées et de remblayer ensuite les fouilles avec de la grave-ciment, avant de reprendre la construction des murettes. Pour les obstacles rencontrés lors du forage des parois moulées, il a fallu utiliser la benne à câbles pour extraire les éléments de pieux, ce qui a ralenti l’avancement de l’atelier de forage.
Enfin, et cela a certainement été la plus grosse difficulté sur ce chantier, Spie Batignolles Fondations a dû faire face à la présence de terrains argileux (fausses glaises et argiles plastiques), intercalés entre des terrains plus compacts à très compacts, dont la découpe a nécessité l’utilisation de dents spéciales sur les tambours fraiseurs. En effet, pour les panneaux primaires forés en pleine terre, les dents ont été choisies de telle sorte qu’elles puissent découper à la fois des terrains de consistance molle et des terrains très compacts comme les marno-calcaires. Par contre, pour les panneaux secondaires, Spie Batignolles Fondations a utilisé deux types d’appareils de forage :
La présence de terrains argileux a également représenté une difficulté pour le recyclage de la boue bentonitique, et les premières passes de forage ont été utilisées à tester des systèmes de séparation des cuttings qu’il a fallu mettre au point “ in situ ”. Cela a permis de limiter les pertes de fluides et de travailler avec des boues correctement régénérées.
Avec une cadence moyenne de forage avoisinant 80 m²/jour ouvrable, l’avancement du chantier de parois moulées est conforme au planning prévisionnel redéfini au démarrage des travaux, pour tenir compte d’une demande de la Maîtrise d’Ouvrage de prendre des mesures d’accélération destinées à ne pas retarder les travaux préparatoires au débouché du tunnelier de l’ouvrage Watt dans le puits aval (passage à deux postes de travail au lieu d’un poste prolongé).
Le traitement d’étanchéité des fonds de fouille doit démarrer ensuite en présentant un recouvrement d’environ trois semaines avec les travaux de parois moulées, de façon à permettre, après terrassement des puits et des galeries, la mise en place, dans les meilleures conditions et dans les délais prévus, du tunnelier dont la mission sera de creuser sur 1 850 m la galerie de TIMA 1.
Mais cela sera une autre histoire…
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