Fig 1.9 Cavité ellipique considéré par Lekhnitsk
2.3 Méthode d’excavation et soutènements mis en œuvre
La méthode de creusement repose sur une excavation conventionnelle à l'explosif ou à la machine à abattage ponctuel.
Le creusement dans la série de roches carbonatées et le front du Houiller n‟a pas posé de problème particulier. La zone des dépôts fluvio-glaciaires, rencontrés depuis le front du houiller jusqu'au PM 912, et restant dans la zone d'influence au-dessus de la voûte jusqu'au PM 987, a été traversée en section divisée à une cadence de l'ordre de 10 m/j avec traitement des matériaux non cohérents.
Les soutènements mis en place dans l‟unité des Encombres ont varié pour s‟adapter aux fortes convergences rencontrées et tenir compte de l'augmentation de la hauteur de couverture. A la sortie de la zone alluvionnaire, un soutènement rigide (profil P2, Fig. 2.4a) a été d‟abord mis en place à partir du PM 987. Cependant, une fissuration très forte et un flambement des cintres lourds en piédroit ont été observés en parement gauche du PM 1190 au PM 1217.
L'impossibilité de maintenir un système de soutènement rigide au delà de 250 m de profondeur a conduit à installer des soutènements souples (profil P7.2 et ses variantes P7-2b et P7bis, Fig. 2.4b ; profil P7.3, Fig. 2.4c) à partir du PM 1217 au PM 1385. Le principe de soutènement souple consiste à renforcer le terrain par un boulonnage radial dense en accompagnant la convergence du terrain par des saignées longitudinales (profil P7.2 et ses variantes) ou des cintres coulissants (profil P7.3). La géométrie de la section est en fer à cheval. La surface excavée est de 94 m2 (rayon d‟excavation de 5,4 m) pour une section libre finale de 63 m2.
Après avoir rencontré des convergences diamétrales de l‟ordre de 2 m sous des couvertures de l‟ordre de 300 m, un système de soutènement déformable (profil DSM, Fig. 2.4d) a été défini et mis en œuvre à partir du PM 1385. Ce profil de soutènement est mise en œuvre en trois phases (Barla et al. 2009, Bonini et Barla 2012) :
Descenderie de Saint-Martin-la-Porte
35 - 1ère phase : Après avoir renforcé le noyau d'avancement par des inclusions en fibre de verre, le terrain est excavé par pas de 1 m en partie supérieure de la section (environ 3/4) et un soutènement souple est posé immédiatement en arrière du front. Ce soutènement est constitué d‟une couche de béton projeté fibré de 10 cm d'épaisseur, armé d'un treillis soudé de sécurité 150x150x8 à l'intrados, d‟un boulonnage systématique autour du tunnel, d‟un cintre coulissant TH 44/58 tous les mètres avec épinglage au terrain et un béton projeté de blocage des pieds de cintres. Il accompagne les déformations du massif et doit absorber 40 % de la convergence totale attendue.
- 2ème phase : Un soutènement intermédiaire semi-rigide est posé à 15-20 m du front, à l‟intrados du soutènement souple initial. Il est constitué d‟une couche de béton projeté de 20 cm comprenant jusqu'à 9 éléments en béton compressible dans des saignées longitudinales, d‟un cintre TH 44/58 tous les mètres. Il est fermé en radier par une contre-voûte et supporte les convergences diamétrales supplémentaires à celles produites en 1ère phase tout en apportant un confinement suffisant pour contrôler et homogénéiser les déformations.
- 3ème phase: Finalement, un soutènement rigide, constitué d'un anneau confortatif en béton coulé de 1 m d‟épaisseur est réalisé à 80 m du front, ce qui bloque les déformations et ferme définitivement la section.
Descenderie de Saint-Martin-la-Porte
36 La géométrie de la galerie a été modifiée. La section en fer à cheval est abandonnée au profit d‟une géométrie circulaire, agrandie pour tenir compte des convergences et des différentes épaisseurs des soutènements. La section excavée fait 125 m2 (rayon d‟excavation de 6,70 m) pour une section libre finale de 54 m2.
Les blocs compressibles, insérés dans la couche de béton projeté au niveau des joints entre les cintres, ont pour but de fournir un support souple qui permet de contrôler les déformations en paroi. Ces blocs sont composés d'un mélange de ciment, de fibres d'acier et de particules creuses de verre. Les dimensions de ces éléments sont bien adaptées avec 40 cm de hauteur, 80 cm de longueur et 20 cm d‟épaisseur. Les particules de verre, qui augmentent la proportion de vide du mélange, s‟effondrent sous une contrainte prédéterminée en compression en permettant la déformation souhaitée de l'élément. Les blocs compressibles présentent la caractéristique majeure de se déformer jusqu‟à 35 % de leur taille initiale, tout en conservant la même résistance en compression simple : une première phase de mise en compression présente une réponse pseudo élastique puis un palier plastique qui correspond à une contrainte de confinement quasi constante tout en laissant les terrains converger. De plus, le comportement est caractérisé par une phase de rigidification passé 35 % de déformation, qui peut être utilisée pour bloquer les terrains après les avoir laissés se déformer (Fig. 2.5).
Fig. 2.5 Essai en compression simple des blocs compressibles (SolExperts 2006)
Il est prévu que la convergence contrôlée ne dépasse pas 400 mm dans la deuxième phase (Barla 2010). Le dimensionnement du soutènement souple conduit à déterminer le nombre n des blocs compressibles. En connaissant la hauteur des blocs et la déformation maximale, on peut calculer le déplacement maximal des blocs compressibles : Δs = 160mm (40 % de 400 mm). Le déplacement du béton projeté est négligeable, le nombre n est trouvé par la relation géométrique :
nu/s8
. Ainsi le choix de 8 ou 9 blocs compressibles est raisonnable dans la zone de forte convergence. A la sortie de cette zone, le nombre et la position des blocs compressibles sont modifiés pour s‟adapter à la convergence observée et éviter la sur- excavation dans la descenderie (Tab 2.1).Descenderie de Saint-Martin-la-Porte
37 Tab 2.1. Nombre et position des blocs compressibles (Bonini et Barla 2012)
De manière schématique, les différents profils mis en œuvre dans la descenderie sont récapitulés dans le