Travaux Souterrains

Travaux souterrains
par
Pierre GESTA
Ingnieur de lcole Centrale de Paris
Ancien Directeur la SOGEA
Prsident du Comit technique
de lAssociation Franaise des Travaux en Souterrains (AFTES)
1.
Diffrentes catgories de souterrains ...............................................
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
Caractristiques gomtriques et profil en long ............................

Tunnels ferroviaires .....................................................................................
Tunnels routiers ...........................................................................................
Galeries hydrauliques .................................................................................
Collecteurs dassainissement .....................................................................
4
4
4
6
7
3.
3.1
3.2
Stabilit des ouvrages souterrains .....................................................

Creusement et stabilit ...............................................................................
Thorie du soutnement et du revtement...............................................
7
7
9
4.
4.1
4.2
quipements dexploitation ..................................................................

Ventilation ....................................................................................................
clairage .......................................................................................................
14
14
17
5.
5.1
5.2
Creusement des souterrains .................................................................

Tranches couvertes....................................................................................
Creusement en souterrain ..........................................................................
19
19
20
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
Soutnement .............................................................................................
Classification des modes de soutnement................................................
Cintres...........................................................................................................
Boulonnage ..................................................................................................
Bton projet................................................................................................
Bouclier et voussoirs prfabriqus ............................................................
Choix dun mode de soutnement.............................................................
28
28
28
31
32
33
33
7.
7.1
7.2
7.3
Revtement dfinitif ...............................................................................

Coffrage ........................................................................................................
Btonnage ....................................................................................................
tanchit des revtements........................................................................
34
34
34
34
8.
Conclusion .................................................................................................
34
C 5 565
11 - 1994
Pour en savoir plus...........................................................................................
C 5 565 - 2
Doc. C 5 565
l est dusage daffirmer que les ouvrages souterrains, sans mme parler des
cavernes naturelles qui abritrent les hommes prhistoriques et qui servirent de cadre leurs premires manifestations artistiques, figurent certainement parmi les plus anciennes constructions de lhomme.
Quil sagisse de moyens dattaque ou de dfense comme dans les tunnels
de communication secrets des chteaux forts du Moyen ge, de moyens dextraction des richesses de la terre dans les galeries des mines ou de moyens de transport comme les aqueducs souterrains des villes romaines, les tunnels taient
dj connus et utiliss dans la plus lointaine antiquit.
Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite.
Techniques de lIngnieur, trait Construction
C 5 565 1
TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________
Le tunnel le plus ancien actuellement connu semble bien tre celui qui a t
construit en Msopotamie sous lEuphrate il y a 4 000 ans lpoque de la reine
Smiramis. Dune longueur de 1 km, il reliait le palais royal de Babylone au temple
de Jupiter.
Les civilisations modernes ont largi lemploi des tunnels au domaine des
communications pour franchir un obstacle quil sagisse dune chane de
montagnes, dun cours deau, ou mme du cur dune ville. Aujourdhui, des
cavits souterraines sont construites pour assurer le stockage de matires
encombrantes ou dangereuses (ptrole, gaz), pour dcongestionner la surface
des villes (parkings souterrains) ou pour loger des units de production dnergie
(centrales enterres).
Limportance croissante des considrations denvironnement et la saturation
du sol devraient logiquement conduire un accroissement du nombre des
ouvrages souterrains, soit dans le domaine des installations industrielles, soit
pour le stockage des dchets, soit pour la protection des populations et des
installations vitales en cas de conflit.
1. Diffrentes catgories
de souterrains
Si lon se rfre leur objet, on peut distinguer plusieurs types
de tunnels :
les tunnels de communication parmi lesquels :
les tunnels ferroviaires,
les tunnels routiers,
les tunnels de navigation ;
les tunnels de transport :
adductions deau,
galeries hydrauliques,
gouts,
galeries de canalisations ;
les tunnels et cavits de stockage :
garages et parkings,
stockages liquides ou gazeux,
dpts.
Si lon se rfre leur mode dexcution, on peut distinguer
(figure 1) :
les tunnels ou cavits construits ciel ouvert ;
les tunnels construits en souterrain faible ou forte profondeur;
les tunnels construits par lments immergs.
Si lon se rfre la forme des ouvrages, on peut distinguer

(figure 2) :
les tunnels proprement dits et les puits qui sont des ouvrages
grand dveloppement linaire et dont la section est constante ou
peu variable ;
les cavits aux formes plus ramasses et souvent moins
rgulires dans lesquelles aucune des dimensions nest prpondrante.
Cette distinction est importante, notamment lorsque lon cherche
traiter des conditions dquilibre de la cavit, car on peut, sous
certaines rserves, se ramener, pour les tunnels, un quilibre
deux dimensions alors que ce nest gnralement pas possible
dans le cas des cavits.
Enfin, il faut faire une mention spciale aux exploitations
minires dont lobjet est fondamentalement diffrent puisque, au
contraire des ouvrages de gnie civil qui visent dgager des
volumes utiles, elles ont pour raison dtre de se procurer des matriaux utiles. Dans un cas, on cre du vide, le matriau extrait tant
un sous-produit dont on se dbarrasse gnralement en le dposant
la dcharge ; dans lautre cas, on cherchera un matriau, le vide
tant le sous-produit que lon limine par remblayage ou
foudroyage des galeries dexploitation.
Les exploitations minires reprsentent un linaire douvrages
prs de 20 fois suprieur celui des ouvrages de gnie civil et il
est bien certain que les techniques dexcution de ces derniers
sappuient largement sur lexprience des mines.
Lobjet du prsent article sera essentiellement focalis sur les
ouvrages souterrains de gnie civil. Nous y aborderons successivement les aspects thoriques (donnes du projet et dimensionnement du soutnement et du revtement), la dfinition des
quipements dexploitation (ventilation, clairage), les aspects pratiques des travaux : creusement, soutnement et revtement.
C 5 565 2
________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS
Figure 1 Classification des tunnels selon le mode dexcution
Figure 2 Classification des tunnels selon leur forme
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2. Caractristiques
gomtriques
et profil en long
Les donnes du projet diffrent suivant la destination finale des
ouvrages. Nous examinerons donc les donnes habituelles propres
chaque type de tunnel.
2.1 Tunnels ferroviaires

2.1.1 Section transversale
La section utile dun tunnel ferroviaire dpend de plusieurs
facteurs et, en premier lieu, du gabarit du matriel roulant appel
circuler sur la ligne.
On distingue en gnral le contour de rfrence et le gabarit limite
des obstacles qui tient compte de la ncessaire distance de scurit
et du surprofil ncessaire dans le cas des voies en courbe et en
dvers. Le contour de rfrence a volu avec le temps, tout dabord
en fonction de llectrification des lignes pour y inscrire les
catnaires. Cette premire volution a entran de nombreuses
modifications des profils de tunnels (alsage des maonneries ou
abaissement des voies) aujourdhui pratiquement acheves. Une
nouvelle srie de travaux se fait jour actuellement pour permettre
le ferroutage , cest--dire le transport des marchandises dans des
contenants spcialiss, par plusieurs modes de transports
successifs sans manutention des marchandises elles-mmes. Il peut
sagir de conteneurs maritimes ou terrestres ou de semi-remorques
routires. Tous ces engins font lobjet de standards internationaux
qui conduisent, dans certains cas, des gabarits (figure 3) moins
corns dans leur partie suprieure que le gabarit A actuel ; il sagit
du gabarit B (ou B +). La SNCF semploie faire en sorte que ce
nouveau gabarit soit respect sur quelques grandes liaisons. Un
gabarit C permettant daccepter indiffremment tous les types de
conteneurs actuels, mais qui comporte une surhauteur de 0,40 m,
pourrait tre pris en considration sur certaines lignes nouvelles. Un
chiffre indique bien lampleur du problme des gabarits, cest celui
du nombre total de tunnels en exploitation sur le rseau franais,
soit 1 354 pour une longueur cumule de 536 km.
Un autre facteur intervient sur les lignes o doivent circuler des
trains grande vitesse, cest la notion du volume minimal dair
rserver autour du gabarit pour limiter les effets du pistonnement qui nuisent la fois au confort des passagers et augmentent
les dpenses en nergie de traction. Le problme sest pos pour
la premire fois sur la ligne TGV Atlantique. Dans les tunnels double
voie, on a adopt des sections utiles de 55 71 m2 suivant que la
vitesse prvue tait de 200 ou 270 km/h. Dans le cas du tunnel de
Villejust (figure 4), la section utile est de 46,5 m2 pour un tunnel
une seule voie et une vitesse de 270 km/h. Enfin, dautres critres
peuvent intervenir dans le choix de la section et, en particulier, la
mthode dexcution. Lexemple le plus frquent est celui de
lutilisation dun bouclier mcanis qui entrane gnralement le
choix dune section circulaire.
Lorsquil ne sagit pas dune ligne ferroviaire classique, les gabarits
peuvent tre notablement diffrents. Ainsi, pour les mtros urbains
(figure 5), dans le cas dun systme VAL (mtros de Lille et de
Toulouse), le diamtre intrieur des tunnels nest que de 4,60 m pour
une voie. linverse, pour le tunnel sous la Manche (figure 6), le
gabarit des navettes de transport des voitures est trs largement
suprieur celui des vhicules SNCF classiques. Le diamtre intrieur du tunnel nest cependant que de 7,60 m parce que la voie a
pu tre cale un niveau relativement bas dans le profil.
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2.1.2 Profil en long et trac

Sur les lignes anciennes, il existe, en zone montagneuse, des
pentes pouvant atteindre 43 lair libre et 34 en tunnel. La
rduction sexplique par la diminution dadhrence due latmosphre plus humide des souterrains. Sur les lignes rcentes, on
sefforce, lair libre ou en souterrain, de ne pas dpasser le seuil
de 12 pour les transports de marchandises et le ferroutage. Sur
les lignes grande vitesse, on pourrait admettre des pentes jusqu
35 , mais on se limite en gnral 25 (cas du TGV Atlantique).
Les courbes de raccordement entre rampes successives doivent
avoir un rayon minimal de 12 000 m dans le cas des lignes
courantes ; il est de 16 000 m dans le cas des TGV.
Quant au trac en plan, les rayons minimaux imposs dpendent
de la vitesse des convois : de 2 000 m dans les tronons de ligne
o la vitesse est limite 100 km/h, 6 000 m sur les lignes grande
vitesse (300 km/h).
Pour les rseaux de transport urbain, les caractristiques minimales sont sensiblement moins svres.
2.2 Tunnels routiers

Le premier des facteurs prendre en compte pour la dfinition
de la section transversale dun tunnel routier rsulte naturellement
des caractristiques de la voie laquelle il va livrer passage.
Dans son rapport au XVe congrs mondial de la Route Mexico
en 1975, qui fait encore autorit sur ces points, le Comit technique
franais des tunnels routiers indiquait que les voies de circulation
dans les tunnels doivent avoir la mme largeur que celle lair libre
aux approches du tunnel .
Si une surlargeur des voies elles-mmes semble effectivement
inutile au seul motif quil sagit de tunnel, par contre :
la largeur de chaque voie doit tre, comme lair libre, fixe
3,50 m pour les voies grande circulation ou les autoroutes, avec
rduction possible 3,25 m en zone urbaine ou en montagne ;
les dgagements latraux doivent tre dune largeur suffisante
pour viter l effet de paroi . Une largeur de 1 m entre la bande
de circulation latrale et la paroi, ou tout obstacle surlev, est
souhaitable ;
dans le cas o une bande darrt durgence existe lair libre,
sa largeur peut tre, dans certains cas, rduite dans le tunnel,
condition que la signalisation soit adapte en consquence et que
des limitations de vitesse soient imposes. Dans dautres cas, elle
est remplace, notamment dans les tunnels de grande largeur, par
des niches latrales de 20 25 m de longueur rgulirement
espaces.
La hauteur libre au droit des voies de circulation doit, en
principe, tre telle quelle rserve un intervalle libre de 0,50 m
au-dessus de la hauteur des vhicules normaliss admis circuler
de faon habituelle, ou de 0,25 m au-dessus des vhicules admis
titre exceptionnel et vitesse rduite. La hauteur libre est souvent
fixe 4,50 m pour les voies acceptant les poids lourds et 2,50 m
dans le cas des tunnels rservs aux seuls vhicules lgers.
Dans la pratique, les gabarits des tunnels bidirectionnels des
grandes traverses alpines et pyrnennes varient, en largeur de
chausse, entre 7,50 m et 9 m et, en hauteur, de 4,50 m 4,60 m.
Dans le cas de tunnels autoroutiers unidirectionnels 2 voies, la largeur de chausse conseille est plutt voisine de 9 m comme pour
les autoroutes lair libre.
Lorsque, pour des raisons de construction ou de stabilit, on
adopte une section vote, les ncessits de la ventilation ninfluent
gnralement pas sur les dimensions de la section.
Figure 3 Gabarits
Si le tunnel nest pas de trs grande longueur (2 3 km) ou sil

existe des puits de ventilation intermdiaires suffisamment
rapprochs, la vote peut abriter, au-dessus du gabarit, soit les
ventilateurs (cas dune ventilation de type longitudinal), soit les
gaines dalimentation dair frais ou de retour dair vici (ventilation
de type transversal ou semi-transversal).
Dans certains cas nanmoins, les impratifs de la ventilation
peuvent obliger un accroissement de la section totale excaver.
Pour les tunnels de section rectangulaire, la ventilation influe
habituellement sur la dfinition de la section de louvrage, soit quelle
ncessite une hauteur supplmentaire pour y installer les ventilateurs, soit quelle conduise augmenter la largeur pour y placer les
carneaux de ventilation.

La dclivit maximale doit rester, autant que possible, telle quelle
permette de maintenir la capacit de service de la route : jusqu 4
6 % dans les tunnels urbains de courte longueur, mais seulement
2 3 % sauf exception sur les longs tunnels autoroutiers. Lorsquil
est ncessaire dadopter des pentes plus fortes, sur des longueurs
importantes, il pourra tre souhaitable de prvoir une voie supplmentaire pour les vhicules lourds dans la mesure o leur vitesse
risque de descendre au-dessous de 50 km/h. Mais cette disposition
est souvent trs pnalisante du point de vue de linvestissement et
on devra sefforcer dviter davoir y recourir.
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Figure 6 Section transversale du tunnel sous la Manche :

comparaison avec dautres gabarits courants
2.3 Galeries hydrauliques

Figure 4 Coupe type du tunnel de Villejust
Il sagit essentiellement des galeries incluses dans les amnagements hydrauliques destins la production dnergie : galeries
damene en charge en amont des groupes de production, galeries
de fuite en aval pour la restitution de leau turbine ou de leau de
refroidissement dans le cas des centrales nuclaires. Dans les
amnagements de compensation destins au stockage dnergie
pour faire face aux irrgularits de la consommation, certaines
galeries peuvent fonctionner alternativement comme galeries
damene en charge et comme galeries de refoulement dans la phase
de pompage. Dans tous les cas, la section des galeries est dtermine
en fonction des dbits amener ou vacuer pour que le rgime
hydraulique corresponde la perte de charge la plus faible possible.
La section circulaire tend se gnraliser dans les projets rcents
avec le dveloppement de lemploi des tunneliers pour les creusements et en raison de ses avantages la fois sur le plan de lcoulement et sur le plan de la stabilit des parois et du revtement. La
plupart des galeries hydrauliques (90 %) sont revtues, soit en bton
coffr, soit en bton projet. Les galeries en charge sous plus de
10 m comportent gnralement un blindage mtallique destin
rsister la pression intrieure de leau.
Figure 5 Sections transversales de 4 mtros en service en France
On recommande de ne pas descendre au-dessous dune pente

de 0,25 % pour viter la stagnation des eaux de ruissellement.
Les rayons de raccordement entre les dclivits sont avant tout
conditionns par la distance minimale de visibilit, fonction
elle-mme de la vitesse autorise.
Le trac en plan en tunnel respecte, en gnral, les mmes rgles
que dans les zones lair libre. Si des rayons trs serrs sont indispensables, une surlargeur peut tre requise pour respecter le gabarit
dans le cas des vhicules longs. dfaut, il faudra prescrire une
rduction sensible de la vitesse autorise.
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Sagissant de centrales hydrauliques, les galeries sont implantes

en rgion de montagne. Leur trac et leur profil sont dfinis en
fonction de la topographie et de la qualit des terrains traverser.
Le projet doit ainsi tendre vers un optimum pour concilier les ncessits hydrauliques (trac direct, pertes de charge aussi faibles que possible) et la rduction des alas gologiques.
Si une galerie doit tre creuse partir de plusieurs attaques
(fentres intermdiaires ou extrmits), on sefforcera dviter les
attaques descendantes, surtout sil y a risque de rencontre de terrains
trs aquifres. Dans les zones semi-horizontales, on prvoit
gnralement une pente minimale de quelques millimtres par
mtre pour faciliter la collecte des eaux dinfiltration pendant le
creusement.
noter que lutilisation de tunneliers facilite lexcution de galeries
trs fortement inclines (40 50 %) o le marinage des dblais sera
ralis gravitairement. De telles galeries constituent souvent la
portion aval des galeries damene en charge dans les quipements
hydrolectriques les plus rcents.
2.4 Collecteurs dassainissement

Les rseaux dassainissement (cf. article Assainissement des
agglomrations [C 4 200] dans ce trait) sont en majorit constitus
de tuyaux de petites dimensions faible profondeur. La plupart sont
poss en tranches. Certains, lorsque lencombrement de la surface
lexige, sont foncs partir des puits selon une technique qui tend
se dvelopper. Il sagit le plus souvent, en tout cas, des canalisations circulaires dont le trac est conditionn par la ncessit de desservir le plus grand nombre possible dimmeubles riverains une
cote compatible avec le niveau de leurs rejets et dont le profil en
long est dfini par les conditions minimales dcoulement hydraulique. Il ne sagit pas, proprement parler, douvrages souterrains.
Par contre, 10 % environ de la longueur des rseaux sont constitus de canalisations enterres des profondeurs suprieures 3 m
et dont les diamtres sont suprieurs 1,00 m. Une bonne partie
dentre elles sont ralises en souterrain, quil sagisse de rseaux
unitaires, deaux pluviales ou deaux uses.
Leur section est le plus souvent circulaire (quelquefois en fer
cheval) et peut atteindre ou dpasser 4 m de diamtre. Elles sont
toujours revtues (gnralement en bton coffr).
Le trac est, dans une moindre mesure que pour les canalisations
superficielles, tributaire de la topographie des voies en surface.
Toutefois, des ouvrages spciaux, tels que les siphons, peuvent tre
ncessaires pour le franchissement dobstacles naturels (fleuves) ou
douvrages linaires enterrs (voie ferre, autoroute).
3. Stabilit des ouvrages

souterrains
3.1 Creusement et stabilit
Les fondations et les ouvrages souterrains ont en commun le fait
que leur comportement dpend essentiellement de celui du terrain
encaissant louvrage, et aussi du mcanisme dinteraction entre le
terrain et la construction.
Mais il y a entre ces deux catgories douvrages une diffrence
fondamentale : alors que, dans le cas des fondations, on superpose
un tat dquilibre prexistant un tat de contraintes supplmentaires d des forces bien connues, dans le cas de louvrage
souterrain (ou de la tranche), on substitue ltat initial une
succession dtats dont on ne sait sils sont dquilibre et qui
rsultent dabord de la cration dun vide au sein du massif (annulation de la contrainte normale la paroi le long du pourtour de
lexcavation et redistribution des contraintes), puis de la mise en
place dun soutnement provisoire gnralement souple, enfin de
la pose dun revtement dfinitif gnralement plus rigide.
Dans ce second cas, on najoute pas des forces, mais on supprime des volumes de matire qui participaient lquilibre des
forces de pesanteur prexistantes et que lon remplace, aprs un
certain dlai, par des lments de structure non quivalents.
Cette modification invitable de ltat antrieur, qui dans certains
cas ntait dailleurs peut-tre pas un tat dquilibre mais un tat
dvolution lente, entrane obligatoirement lacceptation de
dformations plus ou moins importantes au voisinage de la cavit.
Elle entrane aussi une modification de lquilibre des nappes souterraines ventuelles.
On conoit donc la prminence du rle du terrain et limportance
exceptionnelle des conditions relles dexcution des ouvrages dans
toute tude de stabilit du tunnel.
Contrairement ce qui se passe dans le cas dun ouvrage en
lvation o le temps joue gnralement assez peu, le calcul dune
cavit doit prendre en compte, sinon le temps dans son droulement
continu, du moins la succession des phases partielles pendant toute

la priode de construction de louvrage. Cest ce qui, avec la
complexit des lois relles de comportement des terrains, fait toute
la difficult de la tche du projecteur. Cest aussi lun des domaines
du gnie civil o les progrs conjoints de la connaissance physique
des phnomnes et des possibilits de loutil mathmatique ont t
les plus sensibles au cours des dernires annes. Beaucoup reste
cependant faire pour arriver une meilleure connaissance des
phnomnes et leur prvision.
Nous allons voir dans ce qui suit comment la stabilit des ouvrages
souterrains est lie de faon spcifique non seulement certaines
caractristiques du terrain encaissant, mais aussi la prsence
ventuelle de leau, leffet tridimensionnel et la succession dans
le temps de chacune des phases des travaux.
3.1.1 Mcanismes dinstabilit

et nature du terrain encaissant
Un massif rocheux peut tre dfini gomtriquement comme un
assemblage ordonn de blocs de formes troitement complmentaires, assemblage que le moindre remaniement dtruit irrmdiablement ; les massifs ont t forms en place soit par
manifestations ruptives, soit par mtamorphisme, soit mme par
dpt sdimentaire et recompression ou cimentation ; ils ont gard,
petite chelle, leur cohsion, malgr les fracturations, failles ou
dplacements densemble quils ont pu subir par la suite, soit par
effet thermique, soit du fait de mouvements tectoniques ultrieurs.
Au contraire, un sol est en principe un assemblage dsordonn
et alatoire de grains plus ou moins gros et de forme quelconque
dont aucun remaniement ne modifie fondamentalement les
caractristiques ni les proprits (figure 7).
La formation dun sol rsulte gnralement de la dsagrgation
de massifs rocheux qui ont t, soit dtachs du massif dorigine,
transports, rods et redposs (alluvions), soit totalement
dcomposs sur place (arnes granitiques).
Mais cette distinction thorique laisse de ct certains types de
terrains intermdiaires comme les marnes ou les molasses qui ne
peuvent tre considres comme un assemblage de blocs, mais que
les remaniements ne laissent pas indiffrents. Cest pourquoi il est
souhaitable de disposer, au moins pour certains critres, dune
dfinition suffisamment souple et progressive pour inclure la fois
les sols et les roches.
Il nen reste pas moins que les mcanismes de la rupture et les
critres prendre en compte pour caractriser le massif sont
sensiblement diffrents suivant quil sagit de roche ou de sol.
Dans le cas des sols, la stabilit est lie directement la cohsion
du matriau. Dans un milieu sans cohsion il ny a pas de stabilit
possible sans soutnement, et la rupture est immdiate. Il faudra
donc soutenir les terrains avant mme que lon ait excav (bouclier,
enfilages...).
Figure 7 Structures compares dune roche et dun sol
C 5 565 7
Certains sols ont, court terme, une cohsion apparente suffisante

pour assurer la stabilit de la paroi pendant le dlai ncessaire pour
installer un blindage. Nanmoins, cette cohsion diminuant lorsque
le terrain est expos lair et dcomprim, il est important que la
protection soit mise en place trs rapidement.
Dans le cas des roches, deux types principaux de rupture peuvent
tre envisags :
dans les tunnels peu profonds o les contraintes initiales sont
peu leves en gnral, les ruptures sont essentiellement lies, soit
aux circulations deau que nous voquerons au paragraphe suivant,
soit la chute de blocs en surface de paroi en raison dune conjonction dfavorable des discontinuits naturelles (figure 8). Ces chutes
peuvent se propager de proche en proche et entraner des
hors-profils importants ou mme la formation de cloches ;
dans les tunnels profonds o les contraintes sont importantes,
leur libration entrane des dformations angulaires de blocs
rocheux les uns par rapport aux autres. Ces dplacements se
traduisent par une dilatance de la masse rocheuse, une augmentation du volume des vides et une diminution de la rsistance globale
qui peut conduire une acclration du phnomne. Dans les cas
extrmes o la limite de rsistance de la roche elle-mme est
dpasse, il peut y avoir rupture fragile des blocs par cisaillement.
Dans la plupart des cas, il y a formation dune zone de roche
dcomprime o des blocs ont tendance se fracturer en petits lments inorganiss et se comporter, la limite, de faon analogue
un sol (figure 9).
Tout lart du soutnement consiste profiter de ladaptation
procure par la dformation de cisaillement du massif qui permet
de rduire la charge supporte par le soutnement sans autoriser
une trop grande dsorganisation du massif.
On voit par ailleurs quel point, dans le cas des roches, la prise
en compte des discontinuits et de leur anisotropie est gnralement
fondamentale alors que les sols peuvent souvent plus facilement tre
assimils du point de vue mcanique des milieux isotropes.
Figure 8 Rupture par conjonction de familles de discontinuits
Figure 9 Tunnels profonds. Dformation de type plastique
3.1.2 Rle de leau dans les phnomnes

dinstabilit
Quil sagisse de massifs rocheux ou meubles, leau est trs
souvent prsente dans le terrain sous forme de nappes statiques ou
dcoulements. Le fait de creuser une cavit modifie lquilibre
hydrostatique ou hydrodynamique par la cration dun nouvel
exutoire. De nouveaux parcours dcoulement se crent.
Dans le cas dun massif rocheux fissur (figure 10a), leau utilise les fissures existantes o se concentrent les forces de courant
dont laction sexerce en priorit sur les blocs situs en parement de
la cavit. Les blocs peuvent tre chasss un un et crer de vritables
cloches mettant en pril la stabilit de la cavit.
Cette rosion rgressive peut galement se traduire par un
dbourrage brutal des matriaux meubles qui remplissent parfois
les fissures et par une irruption de dbits deau importants et
soudains qui sont lorigine de bien des accidents et ncessitent
des dispositions onreuses pour la reprise des chantiers.
Leau peut agir la fois par rduction des contraintes effectives
auxquelles est soumis le matriau rocheux, par altration des surfaces des fissures et par rduction de langle de frottement interne
du matriau de remplissage.
Dans le cas dun massif meuble semi-isotrope et relativement
permable (figure 10b ), lcoulement vers la cavit se fait plus
rgulirement et les forces dcoulement radiales sajoutent aux
contraintes effectives sur le squelette solide. Sil sagit de terrain
peu permable (figure 10c ) et si la vitesse de creusement est forte,
lessorage ne peut se faire au fur et mesure de lavancement et les
gradients de pression peuvent tre importants au voisinage de la
paroi. Dans tous les cas, la prsence de leau est un facteur trs
aggravant de linstabilit. Chaque fois que de tels phnomnes sont
C 5 565 8
Figure 10 Influence des coulements deau
craindre, des dispositions prventives sont adopter (forages

lavancement, procds spciaux) pour rduire les risques daccidents.
3.1.3 Aspect tridimensionnel de la stabilit

Lors du creusement dun tunnel au rocher, la tenue du terrain
au voisinage du front est videmment largement influence par la
proximit du front. Dans cette zone, le volume du terrain
dcomprim est limit par une surface sphrique en avant du front
qui progresse avec celui-ci (figure 11).
La dcompression se fait sentir dans une section avant que le front
ny soit parvenu, mais elle natteint son amplitude totale qu une
distance de quelques diamtres de percement en arrire. Dans toute
la zone intermdiaire, le noyau du terrain non encore excav en
arrire du front participe au soutnement et facilite la tenue des
parois pendant la mise en place ventuelle du soutnement.
Cet aspect tridimensionnel qui est certainement trs important

pour le dimensionnement du soutnement provisoire est encore
difficile apprhender par le calcul si lon est en prsence dun terrain
anisotrope ou htrogne. Cest encore lexprience qui permet trs
gnralement de tenir compte des phnomnes correspondants et,
par exemple, de dfinir la distance optimale laquelle le soutnement doit tre plac par rapport au front. Nanmoins, nous verrons
que certaines mthodes rcemment dveloppes permettent linterprtation rationnelle des mesures faites sur le chantier et ladaptation
du dispositif aux conditions rencontres.
Dans le cas des tunnels en terrain meuble, cet aspect est
souvent moins prpondrant parce que la stabilit dpend en
premier lieu des caractristiques mcaniques du sol et que
linfluence du front est relativement plus limite.
3.1.4 Facteur temps et stabilit

Lors du creusement dune galerie, le processus de dcompression
du terrain encaissant nest pas immdiat. Il est facile de vrifier que,
dans une section donne, le mouvement de convergence des parois
se poursuit en fonction du temps, mme lorsque la progression du
creusement est interrompue (figure 12). Les dformations
prsentent un caractre viscolastique ou viscoplastique. Le temps
joue donc un rle important dans la lutte contre linstabilit des
parois dune galerie, quil sagisse de terrains rocheux fracturs dont
les mouvements sont gouverns par la dformabilit des fissures
et des matriaux quelles contiennent ou quil sagisse de terrains
meubles.
Mais ici encore, cest le plus souvent lexprience quon se rfrera pour dfinir les dlais admissibles pour la mise en place des
soutnements, faute de pouvoir dfinir prcisment les lois de dformation des matriaux en fonction du temps.
Dun point de vue pratique, la mise en place immdiate du soutnement entrane, moins que lorganisation du chantier nait t
prvue en consquence, un ralentissement sensible des cadences.
On mesure donc toute limportance des reconnaissances pralables
pour le choix des types de soutnement et lorganisation mme du
chantier. On mesure aussi ltroite imbrication rciproque de ces
choix avec les mthodes de dimensionnement des ouvrages.
3.2 Thorie du soutnement

et du revtement
Les efforts supports par le soutnement et/ou le revtement
dun tunnel dpendent la fois :
de ltat de contraintes prexistant dans le massif avant le
creusement de louvrage ;
du comportement mcanique de ce massif ;
de laction de leau dans le massif ;
des phases successives et du calendrier de lexcution (aspect
tridimensionnel et influence du temps) ;
de la raideur du soutnement ou du revtement.
Procder au calcul dun ouvrage souterrain devrait consister,
de faon idale, quantifier, pour un ouvrage dtermin, les paramtres qui dfinissent lensemble de ces phnomnes et en
dduire prcisment, grce un modle mathmatique capable de
les intgrer tous, le fonctionnement rel de louvrage, donc, par
approches successives, son dimensionnement optimal.
Figure 11 volution de la convergence et de la charge radiale

de part et dautre du front
Figure 12 Influence de lloignement du front sur la convergence
a pour effet premier de perturber le champ des contraintes. Enfin,

les conditions relles de lexcution, bien quelles dpendent
thoriquement de la dcision du constructeur, sont en fait souvent
modifies ou adaptes en cours de ralisation en fonction de
circonstances imprvues de tous ordres.
Faut-il alors renoncer toute analyse logique des phnomnes
physiques et se contenter de recettes empiriques pour dimensionner les ouvrages ? Les nombreuses mthodes de calcul
existantes doivent-elles tre toutes rejetes cause de leur imperfection ?
Nous croyons, bien au contraire, que, dans beaucoup de cas, le
calcul doit venir pauler lexprience pour aboutir au dimensionnement de louvrage, condition de bien en connatre les limites
et les imperfections. Il faut savoir quaucun type de calcul nest applicable dans tous les cas, et quaucun napporte une rponse rigoureuse. Linterprtation et lexprience demeurent indispensables.
Dans ce qui suit, nous rappelons les diffrentes mthodes de calcul
existantes et nous tentons de mettre en lumire les conditions optimales de leur utilisation. Dans les Rflexions sur les mthodes
usuelles de calcul du revtement des souterrains , publies par
lAFTES, auxquelles on pourra se rfrer et dont nous citons ci-aprs
de larges extraits, les mthodes de calcul ont t classes en quatre
catgories (figure 13) que nous dcrivons succinctement.
On mesurera lutopie dun tel idal si lon songe que le terrain

encaissant, matriau naturel, est toujours htrogne et anisotrope,
quil comporte des discontinuits qui, mme si on peut les regrouper
en quelques familles, sont essentiellement alatoires. De mme,
ltat rel des contraintes dans le massif vierge est, par essence, non
mesurable puisque tout dispositif de mesure introduit dans le massif
C 5 565 9
Figure 13 Soutnement et revtement. Classification des mthodes de calcul
3.2.1 Mthode des actions et des ractions

(ou des ractions hyperstatiques)
3.2.1.1 Principe
Dans ces mthodes, on tudie le comportement du revtement
sous laction de charges extrieures.
On distingue des charges dites actives , qui sont indpendantes
de ltat de dformation du revtement (poids mort, charges et surcharges intrieures et extrieures, actions du terrain encaissant), et
des charges dites passives , qui sont des ractions hyperstatiques
du terrain dpendant de sa dformation.
On dtermine ces ractions hyperstatiques en crivant que les
dformations du terrain auxquelles elles correspondent sont gales
aux dformations du revtement sous leffet de lensemble des
charges actives et passives.
Les dformations du revtement sont calcules par les mthodes
classiques de la rsistance des matriaux, en lassimilant un
portique, un arc, une coque ou une structure barres.
Les dformations du terrain sont estimes partir de la notion
schmatique du module de raction, cest--dire que lon suppose
que la raction en un point est uniquement fonction de la dformation en ce point et, gnralement mme, lui est proportionnelle.
Le coefficient k de proportionnalit dpend des caractristiques
du terrain, du rayon moyen de lexcavation (ou mieux de la surface
sur laquelle agissent les charges passives) et de sa forme. Cest le
module de raction.
Les calculs correspondants ont donn lieu de nombreux
programmes numriques mais, dans les cas simples, une approche
analytique est possible.
C 5 565 10
On peut, avec la plupart des programmes numriques existants,

traiter le problme sous son aspect le plus gnral, cest--dire que
lon peut introduire :
la forme exacte de la galerie (le revtement est introduit sous
forme dune structure barres) ;
les charges actives calcules, sous forme de charges concentres aux nuds de la structure ;
la raction du terrain, sous forme de ressorts (gnralement
horizontaux et verticaux, figure 14) agissant en chacun des nuds
et affects de coefficients de raideur tenant compte du module de
raction du terrain et de la surface de contact correspondant chaque
nud.
Il faut veiller galement introduire la condition selon laquelle
la raideur des ressorts est nulle lorsque les dformations ont pour
effet dloigner le revtement du terrain.
Il faut galement vrifier que linclinaison de la rsultante de toutes
les forces en un nud nest pas, par rapport la direction radiale,
suprieure langle de frottement revtement/terrain. Si ce nest pas
le cas, on doit reprendre le calcul en rduisant les forces passives
jusqu ce que cette condition soit vrifie. Le coefficient de frottement prendre en compte dpend de ltat des surfaces. Il est
prudent de prendre une valeur nettement infrieure (50 %) au
coefficient de frottement interne du terrain dans le cas des sols.
Pour obtenir rapidement un ordre de grandeur du dimensionnement, on utilise quelquefois des mthodes simplifies qui, bases
sur le mme principe, donnent, par des abaques ou des tableaux,
les efforts dans le revtement en fonction de quelques paramtres
simples. Linconvnient de ces mthodes consiste en ceci que lon
ne connat pas toujours avec prcision les hypothses simplificatrices introduites. Elles se rapportent toutes des sections de galeries
circulaires et varient entre elles par la nature des charges actives
introduites (composantes radiales seulement pour certaines) et
surtout par la nature du contact terrain/revtement (frottement nul

dans la plupart des cas). On conoit que les rsultats varient trs
largement dune mthode lautre.
Dans ce domaine, on se reportera avantageusement aux
Rflexions de lAFTES qui dcrivent lune de ces mthodes
(drive des travaux de Schultze et Dddeck) qui permet de se
rapprocher, pour des galeries circulaires, des rsultats obtenus avec
la mthode dveloppe des programmes numriques.
3.2.1.2 Reprsentativit des donnes
et des hypothses du calcul
La simplification fondamentale introduite dans ces mthodes
porte sur le fait que la totalit des facteurs lis au terrain est reprsente par lensemble des charges actives (verticales v et horizontales h) et passives (module de raction). Lanalyse de la validit
de la mthode consiste notamment rechercher dans quelle mesure
ces seules donnes peuvent intgrer la fois :
ltat initial de contrainte du massif ;
les caractristiques physiques et mcaniques qui conditionnent
sa dformation ;
linfluence des phases dexcution et de leur droulement dans
le temps ;
la nature du contact terrain/revtement.
En fait, ltat initial de contrainte nest pris en compte que de faon
trs indirecte lorsque lon value la composante horizontale des
charges actives en fonction du rapport = h0 /v0 des contraintes
initiales.
Les caractristiques mcaniques du matriau interviennent sous
la forme des paramtres (angle de frottement interne) et c
(cohsion) du sol ou de lanneau de roche dcomprim autour de
la galerie, et sous la forme du module de raction dont la valeur
peut ventuellement tre corrige pour tenir compte des injections
de serrage ralises autour de louvrage.
Quoi quil en soit, ces corrections ne peuvent tre quapproches
et les principales incertitudes lies la mthode rsident :
pour la charge gostatique verticale, dans la validit des
formules habituelles de calcul en fonction des caractristiques
gotechniques du terrain. Lincertitude est dautant plus grande que
la couverture de terrain est plus paisse. Lincertitude est galement
beaucoup plus forte dans le cas de terrain rocheux que dans le cas
des sols, en raison de linfluence prdominante des grandes
discontinuits susceptibles de provoquer lapparition de charges
concentres ou dissymtriques qui sont trs souvent lorigine des
accidents les plus graves ;
pour la charge active horizontale, dans les difficults de mesure
de et dans la mconnaissance de la qualit relle du contact
terrain/revtement (injection de blocage et de serrage) ;
pour le module de raction, dans les difficults de sa mesure
relle, lapproximation tant gnralement meilleure lorsque la
dtermination rsulte dessais in situ que lorsquil sagit uniquement
dessais de laboratoire ;
enfin dans la prise en considration des phnomnes lis la
dcompression au soutnement ou lexcution par parties qui ne
peut se faire que de faon trs imparfaite.
Par contre, les mthodes de cette famille prsentent lavantage
dun maniement trs facile. Certaines dentre elles peuvent tre
utilises sous forme dabaques et la rsolution des problmes est
quasi instantane. Il faut toutefois tre parfaitement inform des
hypothses quelles contiennent, notamment en ce qui concerne la
transmission des charges actives et passives de part et dautre de
la surface de contact terrain/revtement.
On peut galement porter au crdit de ces mthodes le fait que
linterprtation physique des rsultats est facile et doit permettre
lingnieur exerc de dceler rapidement les erreurs matrielles du
calcul.
3.2.2 Mthode du solide composite

3.2.2.1 Principe
Dans ce type de mthodes, on utilise un modle mathmatique
dans lequel le terrain et le revtement de louvrage, considrs
comme constituant ensemble un solide composite, avec des
comportements mcaniques diffrents, sont reprsents par des
mailles (ou des volumes) lmentaires lis les uns aux autres en fonction de lois qui traduisent ce comportement (figure 15).
On fait lhypothse que les dformations aux frontires du modle
sont nulles, mais cette hypothse nest pas pnalisante si le modle
est assez tendu.
La mthode la plus courante est celle des lments finis.
Les diffrences entre plusieurs programmes de ce type peuvent
porter sur :
le type de mthode (lments finis, diffrences finies, quivalences) ;
la plus ou moins grande finesse du dcoupage ;
ltendue du modle tudi ;
le type de matrice (rigidit ou flexibilit) caractrisant les
lments ;
ltude en section plane ou en tridimensionnel ;
la possibilit dintroduire des quations constitutives des matriaux (lois de comportement) diffrentes de llasticit linaire ;
la possibilit de tenir compte des anisotropies du milieu ;
la possibilit de tenir compte des discontinuits du milieu et
de la surface de contact entre le terrain et le revtement.
Figure 14 Mthode des ressorts. Modlisation des efforts

de raction du terrain
Figure 15 Mthode des lments finis. Modle de maillage
C 5 565 11
Le maniement des programmes est dautant plus dlicat et

onreux que leurs performances sont plus dveloppes.
Cest notamment le cas des mthodes qui permettent ltude des
milieux discontinus.
et des hypothses de calcul
Si lon se rfre nouveau aux conditions du calcul idal, le principe mme de ces mthodes en est beaucoup plus proche puisque
ltat de contraintes initiales du massif peut y tre introduit directement sous la forme des conditions aux limites du modle. Les lois
de comportement du terrain et du revtement peuvent tre
individualises pour chaque lment du modle. De mme, certains
quilibres intermdiaires correspondant aux phases dexcution
peuvent tre tudis notamment si le modle est tridimensionnel.
Les approximations et les incertitudes ou les difficults
concernent dans ce cas les points suivants.
Les hypothses fondamentales et plus spcialement celles qui
concernent lamplitude maximale des dformations et la continuit
du milieu. Ces hypothses, qui sont gnralement bien vrifies dans
le cas o il sagit de terrain rocheux peu fractur, risquent dtre plus
loignes de la ralit en cas de sols peu cohrents ou de rocher trs
fractur ou trs branl par les tirs. En prsence de tels terrains, et
si des prcautions exceptionnelles ne sont pas prises, le creusement
du tunnel peut provoquer des dplacements importants et des ruptures locales qui nobissent pas aux lois de la mcanique des
milieux continus et qui se traduisent la fois par des changements
de gomtrie et par des modifications locales des caractristiques
mcaniques du milieu.
Les difficults de traduction mathmatique des qualits relles
du terrain, compte tenu du nombre obligatoirement limit des
investigations et des essais. Pour que les possibilits de la mthode
soient pleinement exploites, il serait ncessaire de connatre avec
suffisamment de prcision la loi de comportement des diffrentes
natures de terrains rencontrs et de pouvoir exprimer ces lois de
faon assez simple. Or ces conditions sont trs rarement runies
parce que les terrains sont rarement homognes et que les caractristiques mcaniques varient de faon alatoire autour de valeurs
moyennes dans chaque formation du massif. Dautre part, dans le
cas des sols, le coefficient dlasticit varie largement avec la
charge, et la notion de limite entre les dformations lastiques et
plastiques nest quune approximation simplificatrice.
En fait, dans le matriau, les deux types de dformation se
produisent en gnral simultanment et leur importance relative
dpend notamment de la vitesse de chargement.
Il faudrait en particulier connatre linfluence du temps dans le
processus de dformation diffre sous charge constante qui
constitue en ralit la caractristique fondamentale de certains
terrains. Pour ces raisons, les quations constitutives du matriau,
qui traduisent son comportement mcanique, seront la fois plus
complexes et moins sres dans le cas des sols ou des roches trs
fractures que dans celui des roches peu fractures. Au surplus, les
roches fractures manifestent un effet dchelle marqu.
Les difficults pratiques lies la dfinition du modle mathmatique au voisinage et lintrieur du revtement. Dans cette zone,
la variation des contraintes et des dformations entre deux lments
voisins est en effet beaucoup plus rapide que dans le corps du massif
et, si le maillage est constant, la prcision sera donc beaucoup moins
bonne. Cette difficult est aggrave lorsque le revtement est
constitu dlments prfabriqus de forme complexe (voussoirs
vids) o les joints reprsentent des plans singuliers. Une
augmentation de la densit du maillage dans la zone de revtement
est toujours ncessaire ; elle devra souvent, en cas de voussoirs, tre
complte par des hypothses simplificatrices concernant leur
gomtrie.
C 5 565 12
Enfin, certaines des difficults dj numres propos des

mthodes du premier type se retrouvent encore partiellement ou
intgralement. Cest le cas :
de la prise en considration des phnomnes lis la
dcompression et au soutnement qui, quoique thoriquement
possible, est en fait rarement ralise en raison, dune part, de la
complexit et du cot des programmes ncessaires et, dautre part,
de la mconnaissance des donnes relles du problme (tendue
de la zone boule par les tirs, rhologie des terrains, dlai de mise
en place du soutnement...) ;
de la mconnaissance de la qualit relle du contact entre le
terrain et le revtement et de la difficult de traduire labsence habituelle de rsistance la traction le long de linterface.
Les avantages de la mthode rsultent de son caractre de

grande gnralit et notamment :
du fait que sa reprsentativit est absolument indpendante
de la hauteur de couverture au-dessus du tunnel, ce qui la rend
particulirement adapte et pratiquement irremplaable dans le cas
des tunnels grande profondeur ;
de la possibilit de tenir compte des grandes discontinuits
du terrain (plans de glissement principaux, failles caractrises, formations diffrencies) ou des charges isoles (fondations dimmeubles, autres ouvrages souterrains...) ;
de sa possibilit dadaptation sans complication supplmentaire toutes les formes de section de louvrage et tous les
types de contact terrain/revtement y compris le contact parfait ;
de sa possibilit de traduire les comportements non linaires
qui sont les comportements rels des terrains dans les zones proches
de lexcavation.
3.2.3 Mthode convergence-confinement

3.2.3.1 Principe
Contrairement aux autres mthodes, la mthode convergenceconfinement privilgie laspect tridimensionnel des dformations du
terrain. Elle prend notamment le contre-pied de la mthode des ractions hyperstatiques en tudiant non pas le comportement du
soutnement sous laction de charges reprsentatives du terrain,
mais le comportement du terrain sous laction dune pression intrieure fictive, dite pression de confinement, qui schmatise laction
du revtement (ou du soutnement) et leffet darc-boutement le long
du front dattaque.
Le processus est le suivant (figure 16).
Pour ramener le problme tridimensionnel un problme de
dformation plane, on admet que la pression initiale 0 supporte
par le noyau cylindrique de terrain avant son excavation (qui est
gale la contrainte gostatique initiale du terrain) nest pas rduite
brutalement zro en de du front de taille du fait de sa disparition,
mais quelle se rduit progressivement au fur et mesure que lon
sloigne du front, ce qui correspond en fait leffet darc-boutement
longitudinal.
Le problme de ltude de la dformation du terrain encaissant
et de la convergence des parois au voisinage du front est ainsi
ramen ltude de la convergence dans une section plane lorsque
lon fait dcrotre progressivement partir de 0 la pression centripte exerce sur la paroi ou pression de confinement.
La premire phase de ltude concerne le terrain encaissant ; elle
consiste tracer la courbe qui reprsente la variation de la convergence des parois lorsque la pression de confinement dcrot partir
de 0 .
La deuxime phase de ltude concerne le soutnement et/ou le
revtement ; elle consiste tracer la courbe qui reprsente, partir
de son tat initial de repos contraintes nulles, la dformation radiale
du soutnement (et/ou du revtement) lorsque la pression quil
supporte de la part du terrain crot depuis 0.
existe un tat dquilibre, au moins temporaire, sans que le soutnement soit ncessaire. Si elle ne la recoupe pas, le soutnement est
indispensable.
partir des donnes didentification, les courbes peuvent tre
tablies, soit laide de formules si lon admet des hypothses trs
simplificatrices, soit point par point par un calcul aux lments finis.
Dans les deux cas, la reprsentativit est loin dtre assure car tout
repose sur quelques paramtres difficiles mesurer (comportement
de la roche aprs rupture) et la sensibilit du rsultat par rapport
la variation des paramtres est forte.
Sil sagit dun sol, il est galement trs difficile dvaluer en
laboratoire des paramtres tels que la variation de son volume en
fonction du dchargement.
Figure 16 Mthode convergence-confinement.

Courbes caractristiques du terrain et du soutnement
Si lon peut caler cette deuxime courbe par rapport la

premire sur le mme graphique, cest--dire si lon connat la
convergence u0 qui sest dj produite dans la galerie lorsque, le
soutnement tant en place et parfaitement bloqu, tout mouvement
supplmentaire du terrain provoque une mise en charge du soutnement, il est alors possible de dterminer, par intersection des deux
courbes, le point dquilibre, cest--dire la pression rellement
supporte par le soutnement, sa dformation u1 et la convergence
totale des parois u0 + u1 . Cest la troisime phase de ltude.
Pour tre facilement utilisable, la mthode est quelquefois assortie
dhypothses simplificatrices suivant lesquelles le tunnel prsente
une section circulaire, le massif est homogne et isotrope, et les
contraintes initiales sont isotropes et constantes dans tout le volume
intress par le tunnel.
En contrepartie de ces hypothses dune simplification trs
brutale, il est possible danalyser avec prcision le comportement
au voisinage du front et notamment lincidence de la mthode de
construction (distance du front laquelle on met en place le soutnement et le revtement, raideur du soutnement, etc.).
Nanmoins, la mthode sapplique aussi au cas gnral dun
souterrain de forme quelconque en utilisant, par la mthode des
lments finis, la dformation du terrain en chaque point sous
laction dune pression intrieure variable.
On peut aussi tenir compte de leffet du temps (si lon connat le
comportement du terrain en fonction du temps) en faisant varier la
courbe de dformation du terrain.
et des hypothses de calcul
La reprsentativit de la mthode dpend des donnes dont on
dispose pour construire les courbes et plus spcialement la courbe
relative au terrain encaissant.
la phase du projet, on peut utiliser les paramtres habituels
servant lidentification du massif et notamment le module de
dformation pseudolastique et les paramtres du comportement
dans la phase plastique au-del de la rupture (par exemple et c ainsi
quun coefficient de dilatance de la roche dans la zone o le seuil de
rupture est dpass). La courbe comprend en fait une partie linaire
correspondant la phase lastique initiale de la dtente, suivie dune
courbe taux de convergence croissant correspondant la dformation pseudoplastique. Si la courbe recoupe lorigine des abscisses, il
Cest pourquoi il est prfrable, au stade de lavant-projet, de se

rfrer, pour lutilisation de cette mthode et chaque fois que cela
est possible, des mesures faites dans une galerie de reconnaissance. On peut alors mesurer la convergence, non seulement au
parement, mais des profondeurs diverses grce des extensomtres points multiples (ou des distofores). On peut galement
valuer les pressions de confinement en plaant des jauges de
contraintes dans les soutnements (boulons, cintres, bton projet).
On peut galement mesurer linfluence du temps.
Ces mesures sont ensuite transposables au tunnel dfinitif ; leffet
dchelle peut toutefois altrer cette transposition dans le cas o
linfluence des fracturations est prdominante. cette rserve prs,
la transposition peut donner une image fidle du comportement de
louvrage dfinitif et permettre de dfinir le soutnement et le revtement, car tous les facteurs qui caractrisent le comportement du
terrain sy trouvent rellement intgrs. La mthode convient
probablement mieux dans le cas des roches que dans celui des sols.
la phase des travaux, quoi que lon fasse au cours des reconnaissances, il demeurera une incertitude sur les conditions relles,
principalement cause des htrognits du terrain. Ces incertitudes sont grandement aggraves lorsque lon na pas de galerie de
reconnaissance. La seule parade consiste continuer mesurer
pendant les travaux, et cest encore la mesure des convergences et
des dformations internes du massif qui renseigneront le mieux. Les
appareils recommands sont les suivants (cf. article Extensomtrie
[R 1 850] dans le trait Mesures et Contrle) :
extensomtres points multiples en forage ;
extensomtres mission radio ;
fil invar.
Ces instruments, utiliss systmatiquement (par exemple
plusieurs dans des sections distantes de quelques dizaines de
mtres), sont la meilleure garantie de scurit du chantier et ils
vitent des surdimensionnements coteux.
Les mesures sont interprtes en fonction du temps, compte tenu
des donnes du problme, non seulement dans la zone o le
soutnement existe, mais aussi dans celle o il manque.
Lvolution dune quantit avec le temps (par exemple, la dformation relative dune zone du terrain) est une indication fondamentale
pour linterprtation. la limite, une valeur stable avec le temps
traduit la stabilit mcanique, quelle que soit son intensit. Mais
inversement, lextrapolation dune volution est dlicate. Elle ne peut
se faire qu la lumire du modle mcanique, lui-mme ajust grce
lapport des mesures faites prcdemment.
Un modle mcanique, mme correct, ne peut tre utilis, dans
le milieu complexe et gnralement mal connu quest le terrain, que
sil sappuie sur des mesures in situ. Mais, inversement, et cest
peut-tre le point capital aujourdhui, ces mesures ne peuvent tre
utilement interprtes que dans le cadre dun modle mcanique
correct.
Cest le mrite essentiel de la mthode convergence/confinement
que de permettre cette interprtation pour adapter le soutnement
au fur et mesure de lavancement.
C 5 565 13
Du fait quelle permet dtudier tout spcialement le comportement de louvrage pendant et aprs le creusement, elle est
particulirement indique pour ltude du soutnement provisoire
(surtout sil sagit de boulonnage ou de bton projet mis en place
lavancement).
3.2.4 Mthodes empiriques

3.2.4.1 Principe
Il faut galement mentionner lexistence de mthodes empiriques
qui, bases sur le collationnement de rsultats obtenus sur un
nombre important de chantiers varis, permettent, en partant de
paramtres simples, de dfinir un soutnement en principe appropri.
Ces mthodes concernent gnralement le seul soutnement
provisoire.
Les paramtres choisis peuvent tre globaux et tirs eux-mmes
dune exprimentation in situ comme la dure de stabilit dune
excavation non soutenue, qui est utilise dans les classifications de
Lauffer employes en vue du soutnement immdiat par la mthode
autrichienne. Ils peuvent aussi tre plus dtaills et tirs dessais ou
de mesures de laboratoire (fracturation, rsistance au cisaillement,
contraintes, comportement hydraulique). Pour tenir compte
simultanment des diffrents paramtres, des notes sont attribues
en fonction de la valeur de chacun deux et des tableaux donnent
les soutnements possibles en fonction des rsultats cumuls
(classification des terrains daprs Lauffer).
3.2.4.2 Reprsentativit
Il est difficile dapprcier de faon trs gnrale la reprsentativit
de ces mthodes qui sont peu employes en France, mais trs
employes dans les pays anglo-saxons o elles servent galement
de critre pour le rglement de lentreprise.
Il semble pourtant que le rsultat ne puisse avoir une gale rigueur
dans tous les cas et que chaque mthode ait un domaine demploi
relativement restreint et orient de faon prfrentielle vers un type
de soutnement particulier.
3.2.5 Choix dune mthode de dimensionnement

Il nest pas possible de fixer des rgles immuables pour choisir
une mthode de dimensionnement dans chaque cas.
Comme nous avons pu nous en apercevoir, aucune mthode ne
peut rendre compte de la totalit des facteurs qui interviennent dans
lquilibre dun ouvrage souterrain et de son revtement. Suivant
leur degr de complexit, elles sont capables de prendre en considration un plus ou moins grand nombre de paramtres. Les plus
sophistiques sont aussi, bien entendu, celles dont lutilisation est
la plus onreuse.
Certaines mthodes simplifies, donc plus conomiques, sont
souvent admissibles, mais leur domaine dutilisation est obligatoirement plus restreint puisquil faut que les simplifications ne
concernent pas lun des paramtres qui se trouve tre prpondrant
dans le cas tudi.
Dans cet esprit, il est possible de fixer quelques orientations gnrales pour lemploi des diffrentes mthodes.
Les mthodes du type actions-ractions sont rserves au cas
o le revtement joue le rle essentiel, ce qui se produit lorsque sa
rigidit est trs forte par rapport celle du terrain (revtement pais
dans un sol meuble faible profondeur). Cette condition peut se
kR 4
traduire par le fait que le rapport = ------------- soit infrieur 500 (k est
EI
le module de raction du terrain par rapport louvrage, R le rayon
de lexcavation, E le module dlasticit du matriau constituant le
revtement et I linertie du revtement). est un nombre sans
dimension.
C 5 565 14
Une deuxime condition lemploi de ce type de mthode

concerne la hauteur de couverture qui ne doit pas dpasser une
valeur de lordre de 10 fois le rayon du tunnel, faute de quoi lvaluation des charges actives est trs incertaine.
Les mthodes de type convergence-confinement sont surtout
indiques pour linterprtation des mesures et ladaptation du
soutnement provisoire aux conditions rencontres, plus spcialement sil sagit dun soutnement mis en place trs faible distance
du front. Dune faon plus gnrale, on peut les utiliser pour tout ce
qui concerne le soutnement provisoire (avant-projet et excution).
Les mthodes empiriques sont galement plutt destines au
dimensionnement du soutnement provisoire (cintres, boulons ou
bton projet), plus particulirement dans le cas o lon ne dispose
sur la nature du terrain que de donnes relativement qualitatives ne
permettant pas lutilisation dun modle mathmatique.
Les mthodes du type solide composite et notamment le calcul
aux lments finis sont utilisables dans tous les autres cas,
particulirement lorsque lon a affaire un tunnel profond en terrain
rocheux, mais on peut aussi les employer dans la plupart des autres
cas condition de sassurer que les donnes chiffres dont on
dispose sur le comportement du terrain sont rellement significatives.
Pour le dimensionnement des grands ouvrages rcents, notamment raliss au tunnelier avec revtement en voussoirs prfabriqus, on a eu tendance combiner plusieurs mthodes.
Ainsi, pour la section courante du tunnel sous la Manche, on a
eu recours la mthode convergence-confinement pour le calcul de
la pression dquilibre lextrados du revtement, complte par
un modle analytique pour lvaluation des efforts dans le revtement lui-mme.
Un modle numrique a t utilis pour le traitement des cas
difficiles et des points singuliers : prsence de plusieurs couches
diffrentes de terrain, interaction rciproque des tunnels voisins,
galeries de liaison entre les tubes principaux, ouvrages spciaux.
4. quipements dexploitation
Les quipements dexploitation que nous traitons dans le prsent
paragraphe concernent particulirement les ouvrages destins la
circulation des vhicules et plus spcifiquement les tunnels routiers.
Il sagit des installations de ventilation et dclairage.
4.1 Ventilation
Pendant la traverse dun tunnel, les usagers ne doivent pas
absorber des teneurs irritantes ou nocives de polluant. Par ailleurs,
la scurit requiert une visibilit suffisante, donc une transparence
suffisante de latmosphre.
Or les vhicules, quips de moteurs thermiques, mettent des
gaz toxiques parmi lesquels loxyde de carbone est considr comme
le plus reprsentatif. Ils mettent aussi, lorsquil sagit de moteurs
Diesel, des suies et fumes qui opacifient latmosphre. Les conditions de scurit des usagers peuvent nanmoins tre considres
comme assures dans la mesure o les proportions de gaz toxiques
dune part, de suies et fumes dautre part, dans lair ambiant, ne
dpassent pas les seuils considrs comme acceptables. Le fait que
lune ou lautre des conditions (oxyde de carbone ou suies) soit
dterminante pour le dimensionnement de la ventilation dpend de
la proportion de vhicules lourds dans le trafic total et des conditions
locales.
Une tude de ventilation consiste donc dabord procder au
calcul des dbits dair frais ncessaires pour remplir les conditions
de scurit (gaz toxiques et opacits), ensuite dfinir les moyens
appropris pour y parvenir.
Une telle tude est videmment souhaitable pour les tunnels

ferroviaires comme pour les tunnels routiers, mais il est rare quelle
conduise, dans le premier cas, la ncessit dun quipement spcifique de ventilation, compte tenu du fait que la traction vapeur
nexiste plus qu titre tout fait pisodique et que la traction Diesel,
cause de la faible frquence des convois, entrane en gnral des
pollutions nettement infrieures celles des vhicules automobiles
dune route. La traction lectrique elle-mme nentrane ni pollution
gazeuse ni pollution solide (suies et poussires).
Toutefois, il faut signaler deux cas exceptionnels o une ventilation force sest avre ncessaire malgr la traction lectrique,
savoir :
le rseau express rgional, cause de la grande frquence des
rames : la ventilation naturelle tait insuffisante pour renouveler lair
pollu par la respiration humaine, gnratrice de gaz carbonique et
de vapeur deau ; les puits dintroduction dair frais et dextraction
dair vici ont t en consquence quips de ventilateurs calculs
pour obtenir un renouvellement complet de lair du souterrain, trois
fois par heure ;
le tunnel sous la Manche, cause de la grande longueur des
tunnels (50 km), de la frquence des trains, du faible nombre de puits
(2 puits distants de 35 km et 2 portails dextrmit) et des risques
dincendie prendre en compte. Dans ce cas, il a t estim quen
priode dexploitation maximale (anne 2003) loccupation pourrait
atteindre 20 000 personnes. Les quipements de ventilation normaux peuvent insuffler, par la galerie de service, un dbit de 73 m3/s
au puits de Sangatte et de 88 m3/s au plan inclin de Shakespeare
Cliff, soit 26 m3/h par personne. ces installations sajoute un systme supplmentaire rversible capable dassurer les secours et le
refroidissement en cas dincendie raison de 260 et 300 m 3/s
respectivement ct britannique et ct franais.
tunnel < 50 ppm,

tunnels en exploitation :
circulation fluide < 75 ppm,
congestion occasionnelle
< 250 ppm,
congestion frquente < 150 ppm.
Ces valeurs peuvent tre majores de
50 % en section dextrmit sans
dpasser 300 ppm si le tunnel est
ventil longitudinalement,
coefficients correcteurs en fonction de
la pente et de laltitude. Ils sont donns
par les courbes des figures 18 et 19,
nombre de vhicules prsents par
kilomtre de voie : cest le quotient du
trafic horaire par la vitesse des vhicules.
4.1.1 Dtermination des dbits ncessaires

4.1.1.1 Trafic prendre en compte
Figure 17 Dgagement en CO des voitures particulires
Les prvisions de trafic doivent gnralement dcouler dune

tude spcifique et dextrapolations applicables au futur proche. En
labsence dune telle tude, il est recommand de se baser, pour les
tunnels en zone urbaine, sur une valeur maximale de 2 000 vhicules
lgers par heure et par voie de circulation. Il faut galement prvoir
le cas du trafic congestionn, que lon estime quivalent 150 180
vhicules par voie et par kilomtre. Pour les tunnels en rase
campagne, ou en montagne, de mme que pour la proportion de
poids lourds, seule une tude spcifique est susceptible de donner
des indications fiables.
4.1.1.2 Calcul en fonction des missions doxyde
de carbone
Figure 18 Coefficient de dclivit

(voitures particulires, 50 60 km/h)
On calcule le dbit minimal dair frais ncessaire pour obtenir une

dilution correspondant au taux limite ne pas dpasser. On applique
la formule suivante :
q u 10 3 1
Q = --------------------- ----- fn
60
avec
Q (m3/s km de voie) dbit dair frais installer,

qu (L/min)
dbit de CO par vhicule. On se rfre
gnralement, pour les vhicules lgers
comme pour les vhicules lourds, la
courbe de la figure 17 qui donne la
valeur de qu en fonction de la vitesse
moyenne des vhicules en palier horizontal laltitude zro,
(ppm en masse)
taux limite de CO ne pas dpasser. Les
valeurs recommandes pour sont les
suivantes :
en cas douvriers travaillant dans le
Figure 19 Coefficient daltitude (voitures particulires)
C 5 565 15
4.1.1.3 Calcul en fonction des fumes

Lapproche thorique est beaucoup plus difficile que pour le critre
de loxyde de carbone car il sagit de calculer la teneur en fumes
au-del de laquelle la visibilit devient insuffisante pour distinguer
un obstacle une distance au moins gale la distance de freinage.
Cette distance dpend elle-mme de la vitesse des vhicules (par
exemple 105 m pour 80 km/h). Par ailleurs la quantit de fumes
mises dpend beaucoup plus de la dclivit que lmission de CO ;
ainsi, elle est 3 fois plus forte 4 % de rampe quen palier. En trafic
congestionn elle peut tre 2 fois plus leve quen trafic fluide.
Il existe plusieurs mthodes de calcul pour valuer le dbit dair
ncessaire : mthode optique (dite des fumes) et mthode pondrale (dite des suies) bases sur des hypothses simplificatrices. Leur
description sortirait du cadre du prsent article. Nous citerons
seulement la mthode pondrale qui permet de donner une valeur
approximative du dbit dair ncessaire et qui sexprime de la faon
suivante :
qDR NG
Q = ------------- ---------------- f
C DR 3 600
avec
Q (m3/s km de voie) dbit dair frais ncessaire,

masse des suies Diesel la sortie du
qDR (mg/km t)
pot dchappement par kilomtre
parcouru et par tonne de vhicule en
palier laltitude 0. On admet
quelquefois qDR = 60 mg/km t,
C DR (mg/m3)
teneur admissible en suie de latmosphre du tunnel. La valeur admissible
de CDR est souvent comprise entre 0,80
et 1,5 mg/m3 suivant les distances de
visibilit requises,
N
G (t)
f
nombre de vhicules lourds par heure

et par voie affect des coefficients de
pondration dus la dclivit
(figure 20). Cest le trafic horaire total
des seuls vhicules lourds dcompos
en trafic montant et trafic descendant
sil sagit de tunnel en pente double
sens de circulation,
masse moyenne des vhicules,
coefficient de correction d laltitude
(figure 21).
4.1.2 Ventilation naturelle

Lorsque lon a valu la quantit dair frais ncessaire en chaque
section du tunnel pour obtenir une dilution suffisante tant du point
de vue des gaz toxiques que des fumes, il faut dfinir les moyens
ncessaires pour y parvenir. Suivant les cas, ce peut tre, soit la
ventilation naturelle, soit la ventilation dite longitudinale, soit la
ventilation semi-transversale.
En labsence de toute ventilation mcanique force, la vitesse du
courant dair rsulte de laction combine :
des diffrences de pression en tte douvrage (pression
atmosphrique ou pression dynamique due au vent). Mme sil
existe des vents dominants, ces derniers sont naturellement
variables et ne doivent tre pris en compte dans le projet qu titre
dappoint ventuel intermittent ;
du pistonnement de lair par les vhicules dont laction nest
rellement significative que dans les tunnels unidirectionnels. Ce
terme peut tre important mais est rarement connu avec une grande
prcision.
Pour un tunnel court et faible circulation, le courant dair
rsultant de ces deux termes peut tre suffisant pour assurer la
ventilation qui ne requiert, dans ce cas, aucune installation spcifique. Cest le cas de certains tunnels de courte longueur en site
montagneux.
C 5 565 16
Figure 20 Coefficient de dclivit (poids lourds, 40 60 km/h)
Figure 21 Coefficient daltitude (poids lourds)
4.1.3 Ventilation longitudinale

Dans dautres cas, la ventilation naturelle est insuffisante. On doit
alors prvoir linstallation de ventilateurs dont la pousse doit
permettre dacclrer la vitesse de circulation de lair pour assurer
la dilution requise. Ce besoin peut tre permanent ou limit
certaines heures de la journe o le trafic est le plus important. Les
ventilateurs fonctionnent alors de faon intermittente.
Dans le systme de ventilation longitudinale, le schma de
circulation de lair est le mme que dans la ventilation naturelle,
cest--dire que lair frais pntre par une extrmit en utilisant la
section totale du tunnel et schappe par lautre extrmit aprs
stre progressivement charg de gaz toxiques et de fumes. Sil
sagit de tunnels circulation unidirectionnelle, le sens dcoulement
de lair sera celui de la circulation des vhicules pour profiter de leffet
de pistonnement. Sil sagit de tunnels double circulation, le sens
de circulation de lair sera choisi, soit en fonction du diffrentiel de
pression entre les ttes, soit des vents dominants, soit dune direction plus charge de la circulation des vhicules.
Les ventilateurs sont gnralement suspendus la vote du tunnel
et rgulirement rpartis le long du trac. Lorsque la section est
vote, la ventilation longitudinale ne ncessite pas une augmentation par rapport la section ncessaire pour des raisons de construction et de stabilit.
Pour des motifs de confort, de scurit et dconomie, on limite
gnralement la vitesse longitudinale de lair une valeur de lordre
de 10 m/s (exceptionnellement 12 m/s). Cette limite est abaisse
8 m/s dans le cas de tunnels bidirectionnels. Elle entrane, pour un
ouvrage de caractristiques dtermines (sections, pollution maximale admissible, intensit du trafic et vitesse moyenne des vhicules), une longueur maximale de tunnel au-del de laquelle la
ventilation de ce type nest plus possible. Ce peut tre, suivant les
cas, quelques centaines de mtres ou quelques kilomtres.
Il est toutefois possible denvisager la ventilation longitudinale

pour des longueurs suprieures cette limite lorsque la topographie
et lenvironnement autorisent la cration de puits intermdiaires. Il
peut sagir :
dun puits dextraction dans le cas dun tunnel bidirectionnel ;
dun ou plusieurs puits intermdiaires mixtes (admission dair
frais et extraction dair vici) dans le cas de tunnels unidirectionnels
(figure 22).
Ce type de puits doit faire lobjet dtudes approfondies et dune
surveillance attentive, car on vite difficilement le court-circuit dune
partie du dbit dair frais vers la chemine dvacuation de lair vici.
Lorsque le critre dterminant du dimensionnement de la ventilation nest pas la teneur en CO mais la quantit des fumes,
cest--dire lorsque la proportion de vhicules lourds Diesel est
importante (suprieure 10 %), il est possible dtendre encore le
domaine demploi de la ventilation longitudinale des tunnels de
grande longueur grce la prcipitation lectrostatique des poussires.
Un dispositif de prcipitation lectrostatique des fumes est un
appareillage que lon interpose sur le circuit de lair pollu (gnralement dans une galerie en by-pass par rapport au tunnel principal)
et qui prcipite une proportion plus ou moins importante des fumes
et des suies contenues dans lair vici (en gnral 40 50 %). Les
fumes recueillies sont envoyes en dcharge. Lair pur est
rinject dans le tunnel. Ce procd est par contre sans influence
sur la teneur en CO/CO 2 . Il est nanmoins trs favorable pour
lenvironnement, puisquil vite le rejet dans latmosphre dune
proportion notable de fumes.
En combinant la ralisation de puits intermdiaires et de stations
de prcipitation des fumes, on peut arriver satisfaire les critres
de pollution la fois en CO et en fumes en tout point de tunnels
de grande longueur tout en conservant le principe de la ventilation
longitudinale.
Au Japon, ce systme tend se gnraliser, comme dans le cas
du tunnel Ena-san avec seulement deux puits intermdiaires sur une
longueur totale de 8,445 km.
4.1.4 Ventilation semi-transversale

Dans la ventilation semi-transversale, lun des deux flux (air frais
ou air vici) circule dans un carneau distinct du volume o circulent
les vhicules et il est distribu (air frais) ou aspir (air vici) en divers
points rpartis sur la longueur. La limitation de vitesse du flux qui
circule dans un carneau spar nest conditionne que par des
considrations de dpense dnergie et la vitesse dans le tunnel
lui-mme est sensiblement rduite. On peut donc, en principe,
appliquer ce procd des tunnels (ou des tronons de tunnels)
nettement plus longs que ceux o lon utilise la ventilation longitudinale. En contre-partie, la construction des carneaux et des
dispositifs de rpartition de lair entrane une augmentation de la
section excaver et une augmentation importante du cot dinvestissement. Cest pourquoi on sefforce dviter dy recourir.
4.1.5 Ventilation transversale

Lair frais et lair vici circulent dans des carneaux distincts et sont,
respectivement, distribus et aspirs tout au long du tunnel. Lair frais
est gnralement distribu par le bas et lair vici rcupr par le
haut.
On y retrouve, amplifis, les mmes avantages et les mmes
inconvnients par rapport la ventilation longitudinale :
possibilit dapplication sur de trs grandes longueurs (environ
5 km dans le cas du tunnel du Frjus entre les deux seuls puits intermdiaires pour une longueur totale de 12,8 km, figure 23) ;
limination quasi immdiate des gaz toxiques ;
mais accroissement sensible de linvestissement pour le tunnel
courant, comparer avec lconomie ventuelle de certains puits.
4.1.6 Scurit en cas dincendie

Les objectifs atteindre en cas dincendie sont les suivants :
empcher la propagation des fumes chaudes dans les zones
o se trouvent des personnes ;
permettre aux personnes proximit du foyer dtre alimentes
en air frais ou de pouvoir quitter la zone ;
viter que lopacit soit trop forte au niveau de la chausse
pour permettre la progression des secours.
Ces conditions sont en gnral ralisables sans trop de difficults
lorsquil sagit de ventilation transversale ou de ventilation longitudinale circulation unidirectionnelle, condition que le sens de
circulation soit partout le mme que celui du dplacement de lair.
Cest plus difficile lorsquil sagit de tunnels bidirectionnels avec
ventilation longitudinale ou semi-transversale avec retour de lair
vici par le tunnel lui-mme.
4.1.7 Contrle permanent de la pollution

Le contrle de latmosphre en tunnel est indispensable pour
assurer un taux de pollution admissible et une visibilit suffisante.
On utilise, en gnral, des analyseurs doxyde de carbone
(considr comme le polluant le plus reprsentatif) et des appareils
de contrle dopacit. Il faut en prvoir un nombre suffisant pour
que linformation reue soit reprsentative.
Ils servent :
rguler la ventilation en agissant sur le rgime des ventilateurs ou le nombre dappareils en service effectif en fonction du
degr de pollution constat ;
interdire our rguler laccs au tunnel si la pollution dpasse
les critres fixs alors que la pousse des ventilateurs est son maximum.
Les informations transmises par les dtecteurs doivent tre
rassembles dans une salle de contrle en tte du tunnel pour faciliter lintervention des services de scurit.
4.2 clairage
Les installations dclairage occupant dans le souterrain des
logements qui doivent tre prvus lavance, il est normal que les
tudes dclairage soient engages ds la rdaction du projet.
Figure 22 Puits intermdiaire mixte
C 5 565 17
Figure 23 Ventilation transversale

du tunnel du Frjus
4.2.1 Ncessit de lclairage

des souterrains routiers
la sortie, il nest pas ncessaire, sauf cas exceptionnel dorientation, de prvoir de surclairement dans les tunnels unidirectionnels.
On pourra alors se limiter un niveau de 400 800 lux sur 50 80 m.
Lclairage des souterrains routiers est de plus en plus indispensable la scurit, particulirement de jour. Au moment o, par un
temps trs ensoleill, lautomobiliste va pntrer rapidement dans
le tunnel se produit le phnomne du trou noir ; il a grand peine
distinguer les vhicules qui sy trouvent, sils ne sont pas convenablement clairs. En un trs court instant ( peine une seconde), il doit
adapter ses yeux des trs hautes luminances du jour aux faibles luminances de lintrieur. Un phnomne inverse se produit la sortie.
Le niveau dclairement ncessaire dans la zone dadaptation

lentre dpend la fois de la luminance dambiance extrieure, du
facteur de rflexion des parois et de la chausse du tunnel.
Le rapport entre la luminance dans la zone dadaptation et la luminance dambiance extrieure doit tre compris entre 1/10 et 1/15.
Pour un avant-projet sommaire, on peut admettre pour les luminances dambiance, les valeurs suivantes :
8 000 cd/m2 pour une entre trs dgage (passage infrieur
sous canal, par exemple) ;
4 000 cd/m2 pour une entre en trmie en zone urbanise ;
1 000 2 000 cd/m2 pour une entre en zone montagneuse,
suivant lorientation.
4.2.2 Transition entre les luminances intrieures

et extrieures
Pour faciliter la transition entre lextrieur et lintrieur, on lve
la luminance des sections dentre et de sortie.
Les installations dclairage de ces sections sont de divers types :
appareils encastrs dans les parois, appareils placs faible distance
des parois, ranges continues ou non de tubes fluorescents fixs
quelque distance des parois, ranges continues de luminaires
fluorescents longitudinaux placs au plafond, luminaires transversaux encastrs intervalles rguliers dans le plafond, appliques
fluorescentes verticales, clairage par lampes au sodium.
Les clairages recommands, dans les sections dentre ou de
sortie, varient avec lclairement extrieur.
On distingue, lentre du tunnel :
une zone dite dadaptation dont lclairement est niveau
constant et dont la longueur dpend de la vitesse des vhicules
(100 m pour 100 km/h) ;
une zone de transition niveau dcroissant.
C 5 565 18
On pourra donc valuer le niveau dclairement ncessaire dans

la zone dadaptation en calculant dabord la luminance ncessaire
dans la zone (1/10 1/15 de la luminance externe), puis lclairement
correspondant, en admettant la formule :
L=kE
avec
(cd/m2)
L
E (lx)
luminance,
clairement,
coefficient variant de 0,10 pour une chausse en

bton et des parois claires 0,035 pour une
chausse en bitume agrgats sombres.
4.2.3 clairage de la section courante

Lorsquil sagit de tunnels dont la longueur est suprieure 500 m,
on peut considrer quil existe entre les zones dentre et de sortie,
une section dite courante pour laquelle on prconise dadopter une
luminance de :
10 20 cd/m2 en zone urbaine ;
5 10 cd/m2 en rase campagne ;
3 5 cd/m2 dans les tunnels trs longs vitesse rduite ou
faible circulation.
rduit considrablement limportance et le dbit. On diminue aussi

trs largement les consquences nfastes du rabattement vis--vis
de lenvironnement de la tranche et notamment les risques de tassements.
La paroi souple est une paroi excute suivant la technique de
la paroi moule (cf. article Parois moules. Ancrages [C 252] dans
ce trait), mais dans laquelle lcran a seulement un rle dtanchit
et non de portance. La diffrence essentielle porte sur la nature du
matriau que lon substitue la boue de forage. Au lieu de bton,
il sagit dun mlange constitu gnralement dargile/ciment.
5.1.2 Fouille blinde ouverte
5. Creusement des souterrains

Il est assez difficile, en matire de souterrain, de traiter indpendamment des diffrents choix qui concourent la dfinition dune
mthode dexcution des travaux, car ces choix sont trs souvent
troitement lis et dpendants les uns des autres. Plus prcisment,
le choix dune mthode de creusement est loin dtre indiffrent par
rapport au choix dun type de soutnement provisoire ou mme de
revtement dfinitif, et lensemble de ces choix est videmment
conditionn en tout premier lieu par les caractristiques gotechniques et hydrogologiques du massif travers.
Nanmoins, et pour la clart de lexpos, nous distinguerons trois
catgories de travaux, savoir, le creusement, le soutnement provisoire des parois et le revtement dfinitif.
5.1 Tranches couvertes

Les tranches couvertes sont des tunnels par leur configuration
finale et leur destination, mais elles se rattacheraient plutt aux
travaux de surface par leur mode de construction.
Pour que lon puisse raliser un tunnel par la mthode de la
tranche couverte, il faut ncessairement la fois quil sagisse dun
ouvrage faible profondeur et que lon puisse disposer de la surface
ncessaire au sol pendant une dure suffisante pour la ralisation
des travaux.
Suivant la nature du terrain, la largeur des emprises et la dure
pendant laquelle on peut en disposer, on peut distinguer plusieurs
types de tranches couvertes.
5.1.1 Fouille talute ouverte

Cest la solution la moins onreuse. Elle consiste en lexcavation
dune tranche dont les parois sont des talus rgls suivant une pente
dpendant des caractristiques gotechniques du terrain et telle que
la stabilit soit assure naturellement pendant les travaux (cf. article
Stabilit des pentes Glissements en terrain meuble [C 254] dans ce
trait). Si le sol est de qualit mdiocre et la fouille profonde, cette
solution suppose que lon dispose dune largeur trs suprieure
celle de louvrage lui-mme. Une telle solution peut tre tendue
au cas o le fond de la fouille est au-dessous du niveau de la nappe
phratique condition quil existe sous le radier, et une profondeur
raisonnable sous ce niveau (quelques mtres), un horizon de terrain
impermable. Pralablement lexcavation de la fouille, on ralise
alors en tte de talus une paroi moule souple tanche descendue
jusqu lhorizon impermable et formant cran lcoulement de
leau vers la fouille. On complte gnralement ce dispositif par des
parois transversales (par exemple tous les 50 100 m) assurant la
constitution de vritables caissons lintrieur desquels il est
possible de construire les ouvrages. On nvite pas ainsi totalement
la ncessit dun dispositif de pompage dans la fouille, mais on en
Dans ce cas, les parois de la fouille sont tailles verticalement. La

largeur des emprises du chantier correspond sensiblement la
largeur de louvrage.
Plusieurs mthodes peuvent tre employes pour assurer la stabilit des parois.
Blindage traditionnel en bois ou mixte (bois/mtal) excut
au fur et mesure de lapprofondissement de la fouille. Un tel blindage peut tre constitu de planches verticales, de lisses horizontales
et de butons. Ce procd nest plus gure employ que dans le cas
douvrages de faible largeur faible profondeur, en dehors de la
nappe phratique. Il ncessite une main-duvre qualifie pour
viter la dcompression du terrain derrire le blindage. Il impose la
construction de louvrage dans lembarras des butons et le bourrage
soign du vide entre louvrage et le terrain aprs enlvement du
blindage, toutes oprations dlicates et onreuses lorsquelles
sappliquent des ouvrages importants.
Parois berlinoises ou parisiennes (cf. article Parois moules.
Ancrages [C 252] dans ce trait). Il sagit de profils mtalliques ou
de poteaux prfabriqus en bton fichs verticalement lintrieur
dun forage de diamtre appropri. On intercale entre ces lments
verticaux des panneaux prfabriqus en bois, acier ou bton au fur
et mesure du creusement.
La stabilit des profils mtalliques est assure, soit par des butons
disposs en travers de la fouille, soit par des ancrages fors dans
le sol si ses caractristiques sont suffisantes. Ces procds
sappliquent des terrains prsentant une cohsion suffisante et
hors deau. Ils permettent de rduire la largeur de lemprise du
chantier, mais supposent limmobilisation de ces emprises pendant
la dure complte de construction de louvrage.
Palplanches. Le principe en est peu diffrent de celui des parois
berlinoises ou parisiennes. Elles peuvent tre utilises lorsque
louvrage est sous nappe, mais prsentent linconvnient de provoquer beaucoup de bruit et de nuisances lorsquil sagit de travaux
en ville. Dans tous les cas, leur rle nest que temporaire et il suppose
la construction dun cadre complet en bton arm constituant
louvrage dfinitif.
Parois moules coules en place ou prfabriques. la
diffrence des mthodes prcdentes, on peut ici, dans certains cas,
utiliser llment de blindage comme paroi de louvrage dfinitif
lui-mme. Aprs excution des parois, la tranche est excave par
paliers successifs. Pour assurer la stabilit des parois en phase transitoire, on met en place des butons transversaux ou des tirants rpartis
en un ou plusieurs niveaux selon la profondeur de la fouille. Lorsque
le fond de fouille est atteint, on coule le radier dfinitif du tunnel puis
la dalle de couverture. La liaison de ces deux lments avec les parois
est assure au moyen daciers laisss en attente dans les parois et
dplis aprs dgagement du parement.
La mthode est galement valable lorsque louvrage est situ sous
la nappe phratique. Si le terrain encaissant est trs permable, il
peut tre ncessaire de limiter, en phase de travaux, le dbit et la
vitesse de percolation de leau au travers du fond de la fouille. Pour
y parvenir, et sil existe un horizon impermable faible profondeur,
C 5 565 19
il suffit dancrer les parois dans cet horizon. Dans le cas contraire,
on ralise, en pied de paroi, une profondeur suffisante pour assurer
sa stabilit, un bouchon inject constituant le fond dune bote
tanche lintrieur de laquelle on construit louvrage. Le terrain
naturel, laiss en place au-dessus du bouchon, sert la fois de lest
et de filtre (possibilit de mettre en place un dispositif de drainage)
pour stabiliser lensemble.
Lune des applications les plus rcentes et la plus importante de
ce procd est la construction de la premire ligne du mtro du Caire
qui sest effectue dans les alluvions trs permables du Nil. La
coupe type du tunnel courant est donne en figure 24.
Les parois prfabriques qui ont t utilises prsentent lavantage, par rapport aux parois coules en place, dune meilleure rgularit du parement quant la prcision gomtrique.
Nanmoins, quel que soit le procd, il est rare de parvenir une
tanchit parfaite telle quelle est exige dans le cas des systmes
de transports sur rails.
Le principe mme de la liaison mcanique ncessaire entre les
parois dune part et le radier et la couverture dautre part ne permet
pas la mise en place dune feuille dtanchit continue tout autour
de louvrage. Cest pourquoi on ralise gnralement un contre-mur
quelques centimtres lintrieur des parois. Les infiltrations, de
faible importance, sont alors recueillies par un drain au niveau du
radier et amenes une station de pompage. La couverture du tunnel
est munie, sur sa face suprieure, dune tanchit classique qui
redescend en recouvrement de quelques dizaines de centimtres le
long des parois.
5.1.3 Fouille blinde couverte

On dsigne aussi parfois cette mthode par le terme cut and cover
qui signifie que lon procde dabord au dcoupage vertical du sol
pour y raliser les parois, puis que lon construit la couverture du
tunnel. Lexcavation nintervient quensuite ; elle est ralise sous
dalle, de mme que le btonnage du radier.
Les parois excutes en premire phase doivent tre capables de
porter la dalle suprieure et sa surcharge de terre sans que la
ralisation des phases suivantes ne risque de provoquer des
mouvements et des dsordres. On utilise, dans la quasi-totalit des
cas, les parois moules.
La mthode prsente lavantage de permettre la restitution de la
surface son usage initial (rtablissement de la circulation) dans les
dlais les plus courts possible. Par ailleurs, la dalle suprieure
assurant le butonnage des parois avant le creusement, il est gnralement possible dviter la mise en place de butons mtalliques
provisoires. Par contre, la ralisation sous dalle de lexcavation et
du radier peut entraner des surcots importants par rapport au
travail lair libre.
La mthode est donc, en gnral, rserve aux travaux raliser
sous chausse dans des quartiers urbains trs frquents. Dans ce
cas, la construction de la dalle suprieure se fait souvent par moitis
successives de faon permettre le maintien permanent de la
circulation sur un ct, puis sur lautre.
Cest cette solution qui a t adopte dans la zone la plus centrale
de la ligne no 1 du mtro du Caire.
5.2 Creusement en souterrain

Alors que les tranches ouvertes ou couvertes concernent trs
gnralement des terrains non rocheux, le creusement en souterrain
sapplique toutes sortes de catgories de terrains. Suivant les cas,
on sera donc amen utiliser lexplosif ou des mthodes purement
mcaniques.
C 5 565 20
Figure 24 Section du mtro du Caire
5.2.1 Creusement lexplosif

Cest vers 1627 que lexplosif, qui ntait encore que de la poudre
noire, a t, pour la premire fois, utilis dans une mine souterraine
dAutriche-Hongrie. Auparavant, le roc tait dmoli la force des
bras en utilisant des outils aussi sommaires que les barres mine,
ciseaux, marteaux et massues. Les anciens avaient, il est vrai,
apport certains perfectionnements en chauffant la roche par un feu
intense, puis en la refroidissant brutalement pour y multiplier les
fractures de retrait et la rendre plus facile abattre.
En matire de gnie civil, cest en 1679 que la premire application
de lexplosif a t faite en France pour le creusement du tunnel de
navigation du canal du Languedoc. Il a fallu attendre la machine
vapeur pour quen 1838 un premier essai de mcanisation du forage
des trous de mines soit tent aux tats-Unis prs du Lac Michigan ;
mais cest seulement partir de 1861 que lapplication industrielle
de lair comprim et linvention du marteau perforateur ont permis
de creuser plus vite et de faon plus rationnelle. Cest cette date
notamment qu t construit le premier ensemble de marteaux
perforateurs monts sur chssis mobile (qui navait pas encore pris
le nom de jumbo) et quil a t utilis pour le creusement du premier
tunnel ferroviaire du Frjus entre la France et lItalie.
Nous examinerons successivement, dans les techniques
modernes de creusement lexplosif :
le principe daction de lexplosif ;
le plan de tir ;
le choix de lexplosif ;
le forage des trous ;
le chargement et le tir.
5.2.1.1 Principe daction de lexplosif
On appelle couramment explosion une raction chimique qui se
dveloppe une vitesse dpassant la vitesse du son dans lair.
Lorsquun explosif chimique dtone, il se cre une onde de choc qui
se propage dans lair ou dans la matire environnante trs grande
vitesse (2 000 8 000 m/s dans le cas des explosifs habituels).
Lnergie libre par lexplosion est considrable, mais surtout elle
est concentre dans un temps trs court (gnralement infrieur
une seconde). Pendant cette fraction de seconde, la puissance mise
en jeu dans un seul trou de mine se compte en gigawatts, cest--dire
quelle est du mme ordre de grandeur que celle dune unit courante
de centrale nuclaire. Une part de cette nergie (moins de 10 % en
gnral) est porte par londe de choc et dissipe dans lespace

entier.
Si la dtonation a lieu en plein air, le reste de lnergie se dissipe
en rayonnements et en chaleur. Par contre, si la dtonation a lieu
dans un espace limit, cette part principale de lnergie est transforme en pression par la compression des gaz mis par la raction.
Cette pression, compte tenu du volume des gaz dgags et de
llvation de temprature, peut atteindre plusieurs milliers de mgapascals.
On conoit donc que le travail de lexplosif superpose deux actions
successives :
un effet brisant quasi instantan qui casse le rocher ;
un effet soufflant qui agit quelques millisecondes plus tard et
qui expulse les fragments de rocher briss par londe de choc. Au
cours de ce souffle , les gaz brls sont expulss une trs grande
vitesse (1 000 m/s) dans la mme direction que londe de choc et
sa suite.
On comprend galement tout lintrt quil y a bourrer convenablement les trous pour rduire le volume offert aux gaz et augmenter
leur pression.
Pour des raisons pratiques, on emploie le plus souvent les explosifs sous forme linaire, cest--dire rpartis sur la longueur des trous
que lon fore. On prfre gnralement amorcer la dtonation partir
du fond du trou pour viter dendommager prmaturment le bourrage lorifice du trou et contribuer ainsi maintenir la pression
des gaz, donc augmenter le rendement.
Si lon examine leffet de lexplosion dune charge linaire isole
sur le rocher environnant, on constate la formation de 3 zones peu
prs concentriques (figure 25a ) :
une zone broye ;
une zone fracture de fissures radiales de longueur de lordre
du mtre ;
une zone seulement branle.
Lorsque lon dispose deux charges linaires (figure 25b ) paralllement une distance infrieure lpaisseur de la zone fracture, il
y a superposition des effets des explosions et meilleure fragmentation du rocher dans la zone de recouvrement. Ce phnomne peut
tre encore amlior sil y a un dcalage dans le temps (quelques
millisecondes) entre les explosions. Cest le rle des dtonateurs
microretard.
Si la charge linaire est dispose perpendiculairement la surface
libre du massif rocheux (figure 26), il se produira une sorte de
cratre de forme conique dont langle au sommet augmente avec
la quantit dexplosif et sa puissance.
Si la charge est incline par rapport la surface ou sil existe une
seconde surface libre parallle au trou de mine, lexplosif travaille
de faon dissymtrique ; la masse de roche arrache du ct de la
surface de dgagement est plus importante et le rendement est gnralement meilleur.
5.2.1.2 Plan de tir
Dans le cas de labattage dune vole de galerie, la surface libre
de la roche est le front de taille vertical (ou subvertical). Pour bnficier dun rendement optimal, compte tenu de ce qui prcde, il est
donc souhaitable de crer, dans un premier temps, une cavit grossirement conique ou cylindrique axe horizontal dont les parois
joueront ensuite le rle de surface de dgagement pour les charges
qui exploseront ultrieurement (figure 27).
Cette triple dfinition :
de la manire de raliser cette premire cavit que lon appelle
le bouchon ;
de la disposition des trous autour du bouchon ;
des dlais respecter entre lexplosion des diffrentes charges
du bouchon et de la priphrie (retards et microretards) ;
constitue ce que lon est convenu dappeler le plan de tir.
On peut galement y ajouter limplantation et lordre de tir des

trous priphriques qui conditionnent le dcoupage plus ou moins
prcis des parois.
Figure 25 Explosifs. Charges linaires
Figure 26 Explosifs. Charge parallle une surface libre
Figure 27 Mcanisme de labattage lexplosif en souterrain
La dtermination prcise du plan de tir doit tre constamment

adapte la nature souvent changeante de la roche, et notamment
lorientation des stratifications. Le but est en gnral de raliser
les voles les plus longues possible sans trop branler la roche
la priphrie de la galerie, avec une consommation dexplosif aussi
faible que possible et une fragmentation de la roche assez rgulire.
Il faut aussi veiller obtenir un culot (diffrence entre la
longueur des trous et la longueur relle de roche dgage) aussi
faible que possible.
La longueur optimale de la vole dpend de la section de la galerie
et de la qualit de la roche.
Il existe plusieurs types de bouchons suivant que les trous sont
inclins ou parallles et suivant quils sont ou non tous chargs (cf.
article Utilisation des explosifs dans le gnie civil [C 5 360] dans ce
trait) :
le bouchon le plus classique est le bouchon trous symtriquement inclins (en didre ou en pyramide). Tous les trous sont trs
fortement chargs. Ce type de bouchon convient bien aux roches
dures et homognes ;
C 5 565 21
le bouchon en ventail comporte un trs grand nombre de

trous. Il peut tre adapt aux stratifications de la roche mais la perforation des trous est plus difficile ;
le bouchon canadien (ou burn-cut ) ne comporte que des trous
parallles rapprochs les uns des autres et dont le nombre peut varier
de 4 9. Parfois, certains trous, de plus gros diamtre, ne sont pas
chargs pour servir de surface libre vis--vis des premires charges.
Le bouchon canadien ncessite un peu plus de trous et dexplosif
que le bouchon classique, mais il sadapte mieux la mcanisation
du chantier. Il ncessite une grande prcision dans la perforation,
mais cette condition, cest la seule mthode qui permette des
voles de grande longueur.
Les progrs raliss dans la fabrication des dtonateurs microretards (25, 30 ou 50 millisecondes) qui peuvent compter jusqu 18
numros de retards successifs permettent damliorer le rendement
de ce type de bouchon en tirant pratiquement un par un tous les
trous du bouchon. Au-del, les retards sont espacs de
demi-seconde en demi-seconde.
Les trous autres que ceux du bouchon sont, en gnral,
rgulirement espacs et leur cartement dpend de la raction de
la roche lexplosif et du degr de fragmentation que lon dsire
obtenir.
Le long du contour de lexcavation, on resserre en gnral les trous
pour amliorer le dcoupage. On peut ainsi pratiquer soit le prdcoupage, soit le dcoupage soign . Dans les deux cas, les trous
sont carts de 30 40 cm et les charges y sont rduites (demi-cartouches, cordeau dtonant, charge dun trou sur deux seulement...).
Le prdcoupage se distingue essentiellement par le fait que lon
modifie lordre de mise feu traditionnel en tirant successivement :
le bouchon, les charges du contour et en dernier lieu les charges
intermdiaires (cf. article Utilisation des explosifs dans le gnie civil
[C 5 360] de ce trait).
La qualit du rsultat dpend de la prcision de foration des trous
et de la fracturation de la roche.
Le nombre total de trous dpend finalement de la section du type
de bouchon, du dcoupage et de la nature de la roche. Rapport
lunit de surface du front, il dcrot avec la section et peut varier
de 3 1 environ par mtre carr.
5.2.1.3 Choix de lexplosif
Les explosifs les plus couramment utiliss en matire de souterrain sont les explosifs classiques de la famille des dynamites :
gomme A, la plus puissante et la plus rsistante leau souvent
utilise dans le bouchon ;
gomme BAM, dans les trous intermdiaires ;
Sofranex et Tolamite dans les trous de la couronne, ainsi que
la Dynalite R ou la gomme L par ordre dcroissant de puissance.
On utilise cependant quelquefois galement les explosifs nitrats
qui se prsentent sous forme de poudres. On les appelle aussi
poudres de sret parce quils sont moins sensibles aux chocs que
les dynamites, mais beaucoup plus sensibles leau et gnralement
moins puissants. Ils conviennent dans les roches mi-dures.
La Svranite, explosif au perchlorate, trs puissante et trs brisante
(analogue BAM), a donn de bons rsultats mais ncessite une
aration renforce du chantier.
Enfin, loxygne liquide, galement puissant et brisant, nest utilis
que dans les mines de fer. Les cartouches sont dune dure de vie
trs limite et dun maniement dlicat.
Les explosifs AN/FO au nitrate fuel ne peuvent tre employs en
souterrain cause de leur fluidit qui ne permet de les utiliser que
dans des trous verticaux ou trs inclins et hors deau.
5.2.1.4 Forage des trous
Cest en 1861 que Sommeiller mit en service pour la premire fois
des perforatrices mcaniques air comprim lors du percement du
tunnel ferroviaire du Frjus.
C 5 565 22
Comme dans lancienne mthode manuelle de la barre mine et

de la masse, loutil qui est solidaire du piston agit par percussion.
Au tunnel du Simplon (1899), on a commenc utiliser un fleuret
rotatif fortement pouss contre la roche.
Au tunnel du Loetschberg (1906), le marteau perforateur dans
lequel le fleuret est indpendant du piston a permis dallger
considrablement le matriel.
On emploie maintenant concurremment des marteaux perforateurs et des perforatrices rotatives forte pousse. Celles-ci
prsentent lavantage de rduire considrablement le bruit mais ne
peuvent tre utilises dans les roches trs dures. Les marteaux
perforateurs sont actionns lair comprim ou hydrauliquement.
Les perforatrices rotatives sont commande hydraulique.
Dans les deux types de matriel, il existe toute une gamme dappareils lgers, moyens ou lourds qui permettent de forer des trous de
diamtres croissants (35 64 mm en gnral) jusqu plus de
150 mm pour le forage des trous de dgagement des bouchons canadiens.
La masse des marteaux perforateurs varie de 15 100 kg. Ils
peuvent tre commande lectrique.
On utilise des fleurets mises au carbure du tungstne taillants
simples ou cruciformes.
Dans le cas de perforatrices rotatives, on utilise gnralement des
barres de forage de 32 mm de diamtre avec des taillants
comportants deux crtes opposes pour viter la raction latrale
(figure 28).
La vitesse instantane de perforation dpend de nombreux
facteurs et peut varier de 0,50 m/min pour les marteaux lgers 1
ou 2 m/min pour les marteaux lourds ou les perforatrices rotatives
en terrain tendre.
Les perforateurs doivent tre ports par un afft ou un engin
porteur plus important suivant la taille de lappareil et le degr de
mcanisation du chantier. Il peut sagir :
soit dun simple afft poussoir dans le cas dun marteau lger
unique et dun chantier peu mcanis (figure 29) ;
soit de bras tlescopiques placs sur un vhicule porteur spcial que lon appelle jumbo, dans le cas de marteaux ou perforatrices
lourds et de chantier important (figure 30).
Les bras tlescopiques sont mus hydrauliquement et permettent
de placer la perforatrice dans toute position ncessite par le forage
des diffrents trous du plan de tir (emplacement et orientation) et
de rsister aux efforts et aux vibrations transmis (poids et pousses).
Les jumbos sont des chssis mobiles portant plusieurs bras (2 6)
et pouvant se dplacer soit sur pneus, soit sur des chenilles, soit
sur rails. Ils peuvent tre compacts ou en forme de portique.
Les nouvelles gnrations de jumbos sont quipes dautomates
qui assurent le positionnement prcis des bras de perforation en
coordonnes de dpart en direction pour un strict respect du plan
de tir. De mme, le forage de chaque trou sarrte de faon que tous
les fonds de trous soient situs dans un mme plan. Ce matriel
correspond un progrs considrable du triple point de vue :
de la prcision du dcoupage ;
de la planit du front ;
du raccourcissement de la dure du cycle de forage.
5.2.1.5 Chargement et tir
Le chargement de la vole est lopration qui consiste placer
les charges explosives dans les trous et prparer la mise feu.
Lexplosif est conditionn sous forme de cartouches cylindriques
dun diamtre appropri celui des trous (30 mm pour 35 par
exemple).
Aprs nettoyage des trous, les cartouches sont introduites
successivement et mises en place laide de bourroirs en bois. Lune
des cartouches, dite cartouche-armorce gnre londe explosive qui
provoquera lexplosion des autres cartouches. Elle est gnralement
place en fond de trou et est elle-mme allume par un dtonateur

(habituellement lectrique).
On complte le chargement dun trou par le bourrage qui consiste
placer en tte du trou une cartouche en argile ou en sable de mmes
dimensions que les autres et soigneusement tasse pour empcher
la sortie des gaz au moment de lexplosion.
La quantit dexplosif utilise dpend trs largement de la section
de la galerie et de la nature de la roche. quantit de roche gale,
la quantit rapporte en m3 excav dcrot quand la section
augmente. Elle varie gnralement de 1 3 kg par m3 en place.
Lensemble des dtonateurs est ensuite reli lectriquement au
gnrateur de courant (lexploseur) par un rseau de fils convenablement isols et de diamtre appropri (6/10 mm en gnral). La puissance de lexploseur doit tre dtermine en fonction du nombre
des dtonateurs.
les cots supplmentaires qui en rsultent en matire de

soutnement et de revtement.
Elle a galement pour origine la rarfaction des quipes trs
spcialises de mineurs dont le recrutement est la condition du
succs du travail lexplosif. Dans cet esprit, le creusement
mcanique permet galement une organisation plus continue du
travail et une plus grande indpendance de lavancement par rapport
la dure lmentaire du poste de travail de 8 h.
Un plan de tir bien tudi et une bonne adaptation de la longueur

de la vole peuvent permettre de faire des conomies sur la consommation dexplosif.
Lutilisation, le transport et le stockage des explosifs sont strictement rglements. Le rglement intrieur de lentreprise doit prciser, dans le cadre de la lgislation, les conditions de contrle de
lemploi des explosifs et dfinir le rle des chefs de chantier et des
prposs aux tirs.
Aprs le tir, il y a lieu de procder lvacuation des fumes par
la mise en uvre dun dispositif de ventilation appropri. Suivant
la section et la longueur de la galerie, cette vacuation peut
demander de 10 30 min. Lopration suivante consiste alors
ramasser les dblais (marinage) et les vacuer. Simultanment,
on procdera galement la purge qui consiste provoquer la chute
des blocs de rochers rests en parements (front et parois de la
galerie) et dstabiliss par lexplosion. Cette opration dlicate est
trs importante pour la scurit et doit tre ralise par des mineurs
expriments. Dans les tunnels de grande section, elle peut tre faite
laide dengins mcaniques (bras quips de marteaux) qui
permettent de rduire les risques.
Figure 28 Taillants pour perforatrice rotative
5.2.2 Creusement mcanis

Le dcoupage ou lexcavation des galeries souterraines sans
emploi dexplosif est une proccupation ancienne des exploitants
de mines aussi bien que des entrepreneurs. Cette recherche
sexplique sans doute par le souci de rduire certains inconvnients
du travail lexplosif et notamment :
les risques daccidents ;
lbranlement de la roche autour de la cavit ;
les hors-profils ;
Figure 29 Afft bquille-poussoir pour marteau lger
Figure 30 Type de jumbo compact 4 bras
C 5 565 23
Le dveloppement considrable de la technique des tunneliers au

cours des dernires annes nous a paru justifier un article spcifique
de ce trait auquel on voudra bien se reporter.
On notera seulement ici que les matriels les plus rcents
permettent de traiter des cas de plus en plus varis dans des conditions de scurit et de rapidit de plus en plus performantes.
5.2.3 Autres mthodes de creusement

Nous signalons seulement, pour mmoire, quelques mthodes
futuristes de creusement qui ont fait lobjet dessais de laboratoire ou mme de quelques applications industrielles et qui reposent
sur des principes assez diffrents de lexplosif ou de lexcavation
mcanique.
La percussion lourde consiste lancer sur le front de taille un
projectile dont limpact provoque la fissuration et lclatement de la
roche. Le Bureau of Mines des USA a fait procder des expriences
intressantes dans cette voie en utilisant un canon de 105 mm 15 m
du front et des projectiles en bton denviron 5 kg percutant le front
la vitesse de 1 500 m/s. La fissuration dans le granit intresse une
profondeur de 30 50 cm et il faut 8 coups pour permettre de
progresser de 30 cm sur un front de 15 m2.
Le jet hydraulique haute pression ( jet cutting ) consiste
raliser des saignes dans la roche laide dun jet deau concentr
faible dbit, mais trs forte pression.
Ainsi, en Allemagne, avec une buse de 0,5 mm, un dbit de
18 L/min et une pression de 3 800 bar, on a ralis dans le granit
des saignes de 6 mm de profondeur la vitesse de 10 cm/s.
En combinant, sur une machine attaque globale, laction des
outils et celle dun nombre quivalent de buses haute pression de
ce type, on peut rduire la pousse utile sur les outils denviron 50 %
rendement gal.
La vibration a t galement exprimente et applique aux
molettes dun tunnelier. Les rsultats sont assez encourageants,
mais lusure de telles machines risque dtre trs rapide.
Le gradient thermique et la fusion. Laction de la chaleur est
plutt rserve aux forages de petits diamtres, en raison de son
trs faible rendement nergtique.
Dune faon gnrale, si lon compare les bilans nergtiques de
ces diffrentes mthodes, on vrifie que les mthodes les plus
conomes sont celles dans lesquelles le matriau est dcoup en
morceaux aussi gros que possible. De ce point de vue, labattage
mcanique exige globalement deux fois plus dnergie que lexplosif. Mais dautres critres interviennent de faon dcisive en faveur
de la mcanisation !
Lavenir est probablement la combinaison de mthodes classiques
et de certaines de ces mthodes utilises dose homopathique
pour tendre limiter la fragmentation de la roche.
5.2.4 Choix dune mthode de creusement

Comment choisir une mthode de creusement ? Dans quels cas
le creusement mcanis est-il prfrable au creusement lexplosif ?
ces questions, il est difficile dapporter une rponse rigoureuse
dans tous les cas. Les critres du choix sont nombreux et leur importance relative varie tel point que la bonne rponse peut tre
diffrente suivant lentreprise charge des travaux.
La nature du terrain est, bien sr, le critre essentiel, mais il est
loin dtre le seul. Dautres lments comme les exigences de lenvironnement, le dlai impos ou la nature du matriel existant dans
lentreprise peuvent jouer un rle dterminant dans ce choix.
Il est des cas o, de toute vidence, certaines mthodes sont
exclues. Ainsi on nutilisera pas lexplosif dans un terrain dj trs
dsagrg. De mme, lintrieur des mthodes mcanises, tel type
C 5 565 24
de machine qui convient pour le creusement au rocher sera totalement inoprant dans un terrain peu cohrent ou meuble. ce propos,
on peut affirmer que lune des caractristiques essentielles des
mthodes de creusement mcanis rside dans leur spcificit. Cette
spcificit permet de raliser, lorsque les conditions optimales sont
runies, des performances incomparables, mais elle peut conduire,
lorsque les conditions changent, des contre-performances ou des
checs non moins spectaculaires si la conception de la machine nen
a pas tenu compte. lheure actuelle, presque toutes les natures
de terrains sont justiciables de la mcanisation. On conoit
cependant limportance dune reconnaissance pralable dtaille
pour dfinir les principales caractristiques du terrain et dtecter les
htrognits ventuelles. Il est galement important de savoir
interprter ces caractristiques pour dfinir le type de machine
utiliser (voir ce sujet les Recommandations du GT no 4 de lAFTES).
On peut dgager quelques orientations gnrales.
Les mthodes lexplosif sont utilisables dans toutes les
natures de roches, lexception bien videmment des sols meubles
ou peu cohrents. Les principes de ces mthodes et les types de
matriel utiliss ne varient pas fondamentalement en fonction des
terrains.
Les mthodes mcanises peuvent tre galement utilises
dans presque toutes les natures de terrain condition quils soient
relativement homognes. Les caractristiques des matriels varient
considrablement en fonction des terrains.
Comme les deux types de mthodes ont des domaines dapplication qui se recouvrent trs largement, le problme du choix se pose
gnralement en ces termes :
quels sont les critres, autres que les critres propres la nature
mme du terrain, qui militent en faveur de lune ou lautre des
grandes familles de mthodes ?
si le choix doit se porter plutt sur une mthode mcanise,
quelles sont les caractristiques principales de la machine ?
dans tous les cas, lattaque doit-elle se faire en pleine section
ou en sections divises successives ?
Pour rpondre la premire question, il faut surtout examiner les
contraintes dues lenvironnement (limitation ventuelle de lemploi
dexplosif), les aspects conomiques (possibilit damortissement
du matriel sur un volume douvrage suffisant, gain sur le soutnement et le revtement), les aspects contractuels (en matire de dlai,
la mcanisation qui permet souvent des avancements plus rapides
ncessite en contrepartie des dlais dapprovisionnement du matriel souvent importants).
La rponse la deuxime question suppose une connaissance
approfondie des caractristiques mcaniques du terrain. On devra
en dduire successivement :
le type gnral de la machine (attaque ponctuelle, dans le cas
des terrains tendres mais cohrents, ou attaque globale qui impose
une section circulaire) ;
le type de la tte de coupe :
tte en toile ou bouclier attaque ponctuelle pour les terrains
tendres mais cohrents,
plateau ouvertures radiales pour les terrains incohrents,
tte de forage ouvertures priphriques pour les roches dures
ou moyennes ;
le type des outils de coupe :
couteaux dans les sols,
pics crayons pour les roches mi-dures (machines ponctuelles),
molettes disques pour les roches dures ou trs dures,
disques billes de carbure pour les roches trs abrasives ;
le type dappui arrire :
patins radiaux dans les roches dures ou mi-dures,
vrins longitudinaux prenant appui sur un revtement en voussoirs dans les sols meubles ou peu cohrents ;
le type de confinement ventuel du front :

bentonite ou air comprim en cas de terrain instable,
confinement pteux dans le cas des terrains htrognes ;
le type de dispositif de mise en place du soutnement adapt
au soutnement choisi.
La question de lattaque ventuelle en section divise est lie la
fois la tenue du terrain et au mode de creusement adopt.
Lorsque les caractristiques mcaniques du terrain sont telles que
la stabilit des parois et du front ne peut tre assure si lon procde
en une seule fois labattage de toute la section et que lon ne
souhaite ou ne puisse utiliser le bouclier, on adoptera gnralement
le creusement en section divise (figure 31).
La mthode la plus courante consiste creuser dabord une galerie
de tte de petite section en cl de vote de la section dfinitive
(figure 32a), puis procder aux abattages latraux (figure 32b) et
la mise en place ventuelle du revtement dfinitif, puis au creusement du stross (cunette infrieure centrale, partie de la figure 31)
et enfin des pidroits. On peut ainsi mettre en place le soutnement
et parfois mme le revtement dfinitif par lments successifs
(figure 33) au fur et mesure du creusement en limitant la dcompression du terrain. Le creusement peut tre ralis suivant les cas
lexplosif, la machine ponctuelle ou chargeur, ou mme la main.
La division de la section simpose galement pour les souterrains
de trs grande section (> 80 m2) quel que soit le terrain et notamment
dans le cas des grandes cavernes (usines hydrolectriques souterraines).
Un autre cas, trs diffrent et vrai dire assez rare, de creusement
en sections divises successives, est celui des roches trs rsistantes
excaves au tunnelier et dans lesquelles on procde dabord au
creusement dune galerie centrale circulaire de dcompression pour
faciliter le creusement de la section dfinitive laide dun deuxime
tunnelier travaillant en alsage (figure 34).
Figure 31 Creusement en section divise
Figure 32 Creusement de la galerie de tte, abattage et stross
5.2.5 Marinage des dblais

On appelle marinage lopration qui consiste collecter les dblais
et les vacuer lextrieur.
Le mode de marinage dpend de la consistance des dblais,
cest--dire la fois des caractristiques du terrain et de son mode
dexcavation. Il dpend aussi de la section et de la longueur du tunnel, et de lorganisation gnrale du chantier.
Lopration de marinage peut tre dcompose en : chargement,
transport, dchargement.
Figure 33 Creusement des galeries de pidroits, vote et stross
5.2.5.1 Mode de ramassage et de chargement

Il dpend essentiellement de la mthode dexcavation adopte.
En cas dexcavation lexplosif, le ramassage et le chargement
sont effectus laide dune pelle ou dune chargeuse mcanique. Il
existe de trs nombreux types de chargeuses spcialises dans les
travaux souterrains.
Les chargeuses sur rails pouvaient tre, soit catapulte (type
EIMCO, figure 35), soit couloir oscillant (type Conway, figure 36),
soit bras de ramassage et couloir blind (type Hgglunds,
figure 37).
La source dnergie de ces machines tait lair comprim ou llectricit. Elles sont actuellement peu utilises et rserves aux galeries
de petite section (< 15 m2) en attaque horizontale ou dont la pente
est infrieure 2 %.
On leur prfre trs souvent les chargeuses sur pneus type charge
et roule moteur Diesel ou lectrique (figure 38, type Atlas Copco,
EIMCO, JCI...), cause de leur plus grande maniabilit. Il faut
galement prvoir, si la galerie est longue et pour viter la multiplication du nombre de ces engins, un poste intermdiaire de
dchargement des dblais une centaine de mtres du front, do
le chargement dans les vhicules de transport pourra tre effectu
Figure 34 Excavation au tunnelier par galerie pilote et alsage
par le mme matriel pendant la phase de prparation du tir. Les

diffrents modles sont quips de godets dont la capacit peut
varier de 750 L une dizaine de mtres cubes.
Le dveloppement de lutilisation des moteurs Diesel en souterrain
a t rendu possible par une conjonction dlments favorables
rsultant des progrs raliss la fois dans la ventilation des
chantiers, la conception des moteurs, lpuration des gaz (purateurs
C 5 565 25
Figure 35 Chargeuse catapulte
catalyse ou laveurs-absorbeurs) et lutilisation de carburants spciaux dsulfurs. Llectricit, avec alimentation par cble enrouleur
ou laide de batteries, reste nanmoins trs largement utilise. De
plus ces engins peuvent tre tlcommands.
On utilise aussi, dans les petites galeries, des chargeuses sur chenilles (type Joy ou Anderson, figure 39) dont le mode de fonctionnement est analogue celui du dispositif qui quipe les machines
attaque ponctuelle (pinces de crabe ou chanes raclettes). Elles
sont souvent lectriques ou air comprim.
Dans les galeries de plus grandes dimensions, on utilise des pelles
ou chargeuses godets sur chenilles dont les caractristiques sont
analogues celles des chargeuses utilises lair libre.
Enfin, il faut faire une mention particulire pour la pelle lectrique
Broyt qui se dplace en prenant appui sur le godet, par action des
vrins de la flche, les roues avant tant constitues dun large
tambour crant qui leur donne une capacit dappui suprieure
celle des pelles classiques. Le modle le plus rcent peut fonctionner
indiffremment en Diesel ou lectrique. Cest une pelle de ce type
(godet de 2,5 m3) qui quipa le chantier de construction du tunnel
routier du Frjus Modane.
En cas dexcavation mcanique, le systme de chargement des
dblais fait partie de la machine elle-mme. Dans les machines
attaque ponctuelle, il sagit en gnral dun tablier de ramassage (
pinces de crabe ou chanes) alimentant un tapis qui charge les
vhicules de transport en arrire de la machine.
Dans les machines attaque globale, les dblais sont vacus par
un tapis vers larrire, soit directement (tunneliers front ouvert),
soit par lintermdiaire dun transporteur vis (tunneliers confinement pteux).
Le cas des tunneliers confinement hydraulique (boue) est
diffrent puisque lvacuation des dblais se fait galement de faon
hydraulique, par pompage de boue charge, depuis le front du tunnelier jusqu la station de sparation gnralement situe lair libre.
5.2.5.2 Transport des dblais
et leur dchargement
On peut distinguer deux modes principaux de transport selon que
lon utilise du matriel sur rails ou sur pneus.
Transport sur rail
Il est encore largement utilis. Lcartement de la voie est de
0,60 m, 0,75 m ou 1,00 m suivant la largeur de la galerie et le volume
des dblais transporter. Pour des raisons de stabilit, la largeur
des wagons nest pas suprieure 2,20 fois lcartement de la voie.
Les caisses des wagons sont en acier. Dans le cas o les dblais
extraits contiennent une forte proportion deau, on utilise des
wagons caisse tanche pour viter la salissure du chantier.
C 5 565 26
Les caractristiques des locotracteurs se dduisent du calcul de

la force de traction ncessaire qui est elle-mme directement fonction du poids des berlines pleines, de leur nombre, de leur coefficient
de traction (rapport entre leffort de traction et le poids), de la pente
de la voie et de lacclration souhaite au dmarrage. Suivant la
pente de la voie, il peut tre ncessaire dquiper les berlines
elles-mmes dun dispositif de freinage.
titre dexemple, dans le cas du tunnel sous la Manche, les trains
de dblais taient composs, pour les tunnels ferroviaires, dune
douzaine de berlines de 14,5 m3 chacune. Ils taient tracts par des
locotracteurs lectriques mixtes de 415 ch aliments par catnaire
(en dehors des zones de chantier en activit) et par batteries. La
vitesse moyenne pratique observe a t de 8 9 km/h. Des draisines
spciales taient affectes au transport du personnel : il sagissait
de tracteurs Diesel de 54 65 ch.
Lutilisation dun systme de transport sur rail ncessite certains
quipements auxiliaires destins faciliter le chargement et le
dchargement et viter notamment la manuvre individuelle des
berlines pour chaque opration.
On nutilise plus quexceptionnellement les dispositifs tels que le
ripeur ou le cherry picker qui permettaient deffacer les wagons soit
sur le ct, soit verticalement, car ils supposaient des manuvres
longues et dlicates et ncessitaient bien souvent un largissement
local de la galerie.
Le remplissage des bennes se fait plus volontiers au moyen dun
tapis transporteur de la longueur dune rame qui est, soit port par
un portique enjambant le convoi ou par lun des lments du train
suiveur dans le cas dun tunnelier, soit suspendu la vote de la
galerie.
Dans les galeries de petites dimensions, on peut galement utiliser
le systme des wagons accumulateurs [type Hgglunds
(figure 40) ou Salzgitter] qui comportent une srie de wagons
articuls entre eux et formant un volume continu dune douzaine de
m3 sur 12 m de longueur. Le fond en est quip de chanes raclettes
qui entranent les dblais vers lextrmit la plus loigne du front
au fur et mesure que le chargement se poursuit lautre extrmit.
De la mme faon, les dblais peuvent ainsi tre vids lemplacement de la dcharge.
Le dchargement des trains se fait gnralement par basculement
latral en vitant le basculement du chssis qui doit tre fix aux
rails pendant lopration. On utilise des vrins hydrauliques ou pneumatiques, poste fixe ou dplaables.
Dans le cas du tunnel sous la Manche, on utilisait des culbuteurs
rotation totale qui permettaient dassurer la vidange complte des
bennes malgr les caractristiques des matriaux (boue paisse).
Transport sur pneus
Dans le cas o le tunnel prsente une dimension suffisante (par
exemple suprieure 50 m2), il est parfois possible de faire appel
du matriel roulant sur pneumatiques pour le transport des dblais
(cf. article Terrassements. Matriels et excution [C 5 360] dans ce
trait).
considrer toutefois, en cas de terrain meuble, ou facilement
ameublissable, la ncessit de la construction dun radier btonn
provisoire pour assurer la circulation correcte des dumpers
(tombereaux automoteurs) ou des loaders (pelleteuses).
5.2.6 Ventilation du chantier

La ventilation artificielle simpose presque toujours en galerie, car
la ventilation naturelle est en gnral inefficace et toujours difficilement contrlable.
Figure 36 Chargeuse couloir oscillant

et tapis arrire
Figure 37 Chargeuse bras de ramassage

et couloir blind
par les poussires (surtout les poussires de silice existant

toujours en proportion plus ou moins dangereuse) qui proviennent :
du tir aux explosifs,
du marinage (travail des pelles),
de la perforation.
5.2.6.1 Bouchon de fumes d lexplosif. Gaz nocifs
Figure 38 Chargeuse sur pneus, type charge et roule
Le bouchon contient de loxyde de carbone CO, du gaz carbonique

et des oxydes dazote. Bien que ces derniers soient trs dangereux,
mme trs faible dose, on admet (surtout lorsque lon utilise la
ventilation par aspiration, mode de ventilation qui est dailleurs
maintenant obligatoire immdiatement aprs le tir) que la rduction
1/10 000 du taux de concentration en CO supprime du mme coup
les dangers des autres gaz.
5.2.6.2 Ventilation de la zone du front de taille
Le systme le plus couramment utilis est la ventilation mixte qui
consiste combiner laspiration avec un soufflage simultan que lon
appelle soufflage auxiliaire. Le soufflage auxiliaire ne ncessite pas
un deuxime canar sur toute la longueur de la galerie. Il sagit
gnralement dun canar trs court et de faible diamtre avec un
ventilateur lectrique ou mme un aroventilateur, car il y a toujours
de lair comprim au front de taille.
Cas o des tracteurs Diesel circulent en galerie
Figure 39 Chargeuse sur chenilles, pinces de homard
Latmosphre des chantiers est en effet pollue :

par les gaz nocifs, dgags par :
le tir aux explosifs,
les moteurs combustion (surtout les moteurs Diesel, les
moteurs essence devant tre vits autant que possible),
la respiration du personnel, en fait pratiquement ngligeable
devant les autres facteurs ;
Si lusure des moteurs nest pas excessive et si les injecteurs sont

bien rgls, on admet quil suffit dun dbit dair de 2,1 m3 par minute
et par cheval vapeur pour lensemble des tracteurs circulant en
mme temps en galerie. Dans le cas o les tracteurs Diesel circulent
dans un chantier o lexcavation se fait lexplosif, il faudra le plus
souvent prvoir un dbit suprieur la norme parce que les tracteurs
doivent commencer circuler avant la fin de la priode de ventilation
du bouchon de fumes.
C 5 565 27
Figure 40 Wagons accumulateurs
6. Soutnement
6.1 Classification des modes
de soutnement
Le soutnement provisoire est une structure qui permet dassurer
la stabilit des parois dune cavit souterraine pendant le temps qui
scoule entre son creusement et la mise en place ventuelle du
revtement dfinitif.
Si lon classe les soutnements provisoires en fonction de leur
mode daction par rapport au terrain, on peut en distinguer quatre
catgories diffrentes :
les soutnements agissant par confinement du terrain encaissant ; ce sont essentiellement :
le bton projet seul,
le bton projet associ des cintres lgers ;
les soutnements agissant la fois par confinement et comme
armature du terrain encaissant ; il sagit du boulonnage sous
diverses formes, quil soit ou non associ au bton projet, aux
cintres lgers ou aux deux dispositifs simultanment :
boulons ancrage ponctuel ( coquille ou la rsine),
boulons ancrage rparti (scells la rsine ou au mortier),
barres fonces ;
les soutnements agissant par supportage :
cintres lourds,
cintres lgers,
plaques mtalliques assembles,
voussoirs en bton,
tubes prfors (vote parapluie),
boucliers ;
les soutnements agissant par consolidation du terrain et
modification de ses caractristiques gotechniques ou hydrologiques :
injections de consolidation,
air comprim,
conglation.
Laction de supportage se distingue de laction de confinement par
une plus forte rsistance relative des lments de soutnement qui,
en limitant lamplitude des dformations de lun et de lautre,
privilgie la rsistance du soutnement par rapport aux capacits
de rsistances propres du terrain.
Au contraire, dans laction de confinement, la rsistance du
soutnement est faible et le terrain joue le rle essentiel ; le rle du
soutnement se limite dvelopper le long des parois une contrainte
radiale de confinement gnralement faible, mais susceptible
daccrotre fortement la rsistance tangentielle du terrain et de
permettre la formation des votes de dcharge.
La classification qui prcde doit tre considre comme une
approche thorique exprimant le mode daction habituellement prpondrant pour chaque type de soutnement. Ce mode daction peut
varier sensiblement pour un mme soutnement en fonction des
conditions dans lesquelles il se trouve plac.
Plusieurs types de soutnement peuvent tre utiliss simultanment sur un mme chantier. Cest ainsi que le bton projet est
souvent associ au boulonnage ou (et) aux cintres lgers, que les
plaques mtalliques assembles peuvent tre renforces par des
cintres lgers ou lourds placs lintrieur des anneaux et que les
C 5 565 28
boucliers ne sont gnralement quun soutnement transitoire

servant la mise en place de plaques mtalliques ou de voussoirs
en bton qui prennent leur relais.
Certaines mthodes permettent de rduire la dcompression du
terrain encaissant, soit grce la mise en place anticipe du soutnement, soit en utilisant un dispositif capable dexercer sur le terrain
un effort actif dit de recompression. Le prdcoupage mcanique
qui consiste raliser en extrados la scie-haveuse une saigne
remplie de bton projet et qui permet danticiper le confinement
appartient la premire catgorie. De mme, il est quelquefois
possible de procder un boulonnage anticip des parois partir
dune galerie davancement de petite section (prboulonnage).
Certains types de soutnement de supportage (cintres lourds ou
voussoirs) peuvent tre quips de vrins provoquant une certaine
recompression par expansion de lanneau vers le terrain et relvent
ainsi de la deuxime catgorie.
Il sagit de conditions particulires demploi de quelques-uns de
ces procds de soutnement.
6.2 Cintres
Les cintres peuvent tre dfinis comme des ossatures le plus
souvent mtalliques en forme darcs ou de portiques disposs dans
la section transversale de louvrage et dont les membrures sont
places le long des parois o elles sont cales, soit directement, soit
par lintermdiaire dune peau de blindage.
Il sagit dune structure rigide de caractre discontinu, qui nest
pas lie de faon intangible au terrain.
Suivant le rle quils assurent, les cintres peuvent tre des lments :
de protection (contre la chute des blocs isols sans chercher
sopposer aux dformations densemble) ;
de soutnement (pour ralentir la convergence des parois) ;
de renforcement, sil sagit de consolider un ouvrage ancien.
Du point de vue de la faon dont ils sont constitus, il existe
diffrents modles de cintres.
Les cintres en bois (figure 41) sont de plus en plus rarement
utiliss en raison notamment du fait quils ncessitent une
main-duvre trs qualifie pour la mise en uvre ; ils sont rservs
aux petits ouvrages ou aux ouvrages de section irrgulire.
Les cintres mtalliques lourds (figure 42) constitus de profils de forte inertie cintrs ou assembls de faon rigide sont capables
dagir comme de vritables soutnements dans la mesure o la
section du souterrain nest pas trop importante. Suivant leur mode
dassemblage, il peut sagir de profils simples, accoupls ou
treillis. Les profils les plus frquemment utiliss vont du H 140 au
H 260. On peut aussi classer dans cette catgorie les cintres mobiles
ou tlscopables que lon dplace au fur et mesure de lavancement
du front.
Les cintres mtalliques lgers et coulissants sont constitus de
profils spciaux gnralement en forme de U, dont le dispositif
dassemblage permet le coulissement contrl des lments dun
mme cintre les uns par rapport aux autres (figure 43). Leur capacit
de portance est ainsi limite leffort ncessaire pour provoquer le
glissement de lassemblage. Lorsque les efforts sont importants, la
Figure 41 Soutnement par boisage
Figure 42 Cintres en profils simples
convergence des parois nest pas arrte mais seulement freine.

Lorsque cette condition est acceptable, ces cintres sont recommands en raison de leur facilit demploi. Ils peuvent tre employs
soit comme simples cintres de protection (contre la chute de blocs),
soit comme cintres de soutnement. Dans ce cas, ils sont gnralement associs un grillage ou un bton projet et un boulonnage.
Ils constituent alors larmature de renforcement du dispositif
boulon / bton projet qui permet, pour le confinement du terrain,
dassurer le soutnement douvrages de grandes portes dans des
conditions relativement conomiques.
Les cintres coulissants existent en plusieurs sections dont la masse
linique varie de 13 36 kg/m.
Pour un cintre mtallique de section dtermine, il existe une limite
infrieure et une limite suprieure du diamtre moyen de la galerie
dans laquelle le cintre est utilisable. La limite infrieure correspond
Figure 43 Cintres coulissants
la possibilit pratique de cintrage (Dm = 23 h, o h est la hauteur

du profil dans le plan du cintre), la limite suprieure correspond aux
risques de flambement ; elle est souvent prise gale 200 fois le
rayon de giration de la section du cintre (D M = 200 r ). titre
dexemple, on pourra utiliser un cintre H 180 pour des galeries
comprises entre 4,20 et 9,80 m. Le dimensionnement exact dpend
bien entendu des caractristiques relles du terrain.
C 5 565 29
Pour tre efficace, le cintre doit tre utilis concurremment avec

certains lments complmentaires destins assurer linteraction intime entre les dformations du cintre et celles du terrain. Ces
lments sont les suivants.
Les blindages et enfilages assurent la continuit du soutnement de la paroi dans lintervalle des cintres et sont indispensables
dans les terrains dont la cohsion est insuffisante pour assurer ce
transfert des charges entre deux cintres successifs. Il peut sagir soit
de planches en bois de 4 8 cm dpaisseur et de 1,60 2 m de
longueur poses recouvrement, soit de plaques mtalliques en tle
plie de 2 4 mm dpaisseur et de 1 3 m de longueur. Les
blindages bois, sils ne sont pas dposs avant btonnage du revtement, peuvent prsenter des risques de dcompression ultrieure du
terrain du fait du pourrissement. On appelle enfilage un dispositif de
blindage que lon enfonce dans le terrain le long du contour de
louvrage en avant du front pour assurer le soutnement avant mme
que lexcavation ne soit ralise. Lenfilage est rserv aux terrains
instables ou boulants (figure 44).
Il existe bien dautres types de blindage (figure 45), tels que des
plaques mtalliques cintres assembles par clavetage (liner plates)
qui constituent un vritable cuvelage et qui peuvent tre renforces
ou non par des cintres, les plaques Bernold, etc.
Les conditions impratives defficacit du soutnement base

de cintres sont :
le blocage immdiat du cintre au terrain le long des reins de
la vote et des pidroits ;
la rpartition effective des efforts en pied de cintre au moyen
dune semelle rigide et correctement cale ;
le blocage du cintre en vote pour limiter la dcompression ;
lentretoisement des cintres entre eux.
Il est plus facile de satisfaire correctement ces conditions si le
dcoupage de la section est correct et si les hors-profils sont rduits
au minimum compte tenu de la nature du terrain.
Dispositifs dappui des cintres

La qualit de lappui du cintre est une condition essentielle de sa
bonne tenue. Les appuis ont pour objet de rpartir la charge sur le
terrain dassise ; ils peuvent tre fixes (longrines en bois, mtal ou
bton, camarteaux, figure 46) ou extensibles (vrins ou tais extensibles) pour limiter la dcompression du terrain encaissant.
Les entretroises longitudinales sont destines viter le renversement et le gauchissement des cintres sous leffet des pousses.
Elles sont gnralement constitues daciers ronds ou plats
(figure 47).
Le blocage au terrain est gnralement ralis au moyen de
cales et de coins en bois enfoncs force entre le blindage (ou le
cintre) et le terrain. On peut aussi, dans certains cas, raliser le calage
au moyen de gros bton coul derrire le blindage.
Figure 44 Enfilage mtallique
Figure 45 Plaques mtalliques assembles
C 5 565 30
Figure 46 Appuis de cintres fixes
Figure 48 Soutnement par boulonnage.

Section type dune couronne
Contrairement aux cintres qui agissent par supportage, les

boulons agissent surtout par confinement, cest--dire quils
dveloppent, le long de la paroi du tunnel, une contrainte radiale
qui, mme si elle est faible, permet daugmenter dans des proportions trs importantes la rsistance du terrain dans la direction tangentielle.
Mme sil a localement dpass sa limite de rupture, le rocher est
ainsi capable de retrouver un nouvel tat dquilibre grce la
formation de votes de dcharge tout autour de lexcavation. Les
boulons agissent galement comme armatures en amliorant la
rsistance au cisaillement du terrain fractur et en lui confrant une
sorte de cohsion fictive. On voit que le mode daction du boulonnage est trs diffrent de celui des cintres dans la mesure o, dans
le premier cas, le terrain est aid se soutenir lui-mme en utilisant
ses propres capacits alors quil joue, dans lautre cas, un rle un
peu plus passif.
Il est vrai que, en dehors de cette action de confinement, on utilise
galement parfois le boulonnage pour pingler un bloc de rocher
situ en parement et qui a t branl et partiellement dtach au
moment du creusement (ou en quilibre instable en raison de la
conjonction dfavorable de fissures prexistantes).
Suivant leur configuration, il existe plusieurs types de boulons.
Figure 47 Dispositifs dentretoisement de cintres lourds
6.3 Boulonnage
On appelle boulonnage le renforcement du terrain encaissant au
moyen de barres gnralement mtalliques et de longueur comprise
entre 1,50 et 5 m, places lintrieur du terrain partir de la surface
libre (figure 48). Les tirants se distinguent des boulons par deux
caractres principaux : leur longueur dpasse gnralement 10 m et
ils sont mis en traction volontairement une fraction importante de
leur charge de rupture. Les tirants, qui sont des lments actifs (par
opposition aux boulons qui sont passifs) sont assez rarement utiliss
dans les travaux souterrains, sauf dans le cas des cavernes de
grandes dimensions (centrales souterraines).
Boulons ancrage ponctuel

Lancrage est assur par un dispositif mcanique (gnralement
coquille dexpansion filetage inverse, figure 49) qui prend appui
par serrage sur les parois du trou sur une faible longueur (une dizaine
de centimtres). Ce type de boulonnage prsente de nombreux
avantages et notamment sa grande rapidit de mise en uvre et
son utilisation possible mme en cas de venues deau dans le forage.
En contrepartie, il ncessite un rocher suffisamment rsistant pour
ne pas fluer au voisinage de lancrage et sa prennit nest pas
assure, du fait de la possibilit de corrosion sil nest pas inject.
Il sagit donc essentiellement dun mode de boulonnage provisoire
utilisable dans les roches dures ou mi-dures mme fissures. On peut
assurer lpinglage de blocs instables.
Les boulons ancrage ponctuel sont autoserrants, cest--dire
quils se mettent automatiquement en tension sous leffet de lexpansion des terrains, leffet de coincement de lancrage augmentant avec
la tension du boulon. Nanmoins, pour obtenir une bonne garantie
defficacit, il est souhaitable de procder ds la pose une mise
en tension partielle du boulon laide dune cl dynamomtrique.
Boulons ancrage rparti
Ils sont ainsi nomms parce que la transmission des efforts entre
le boulon et le terrain est assure sur toute la longueur par lintermdiaire dun produit de scellement qui peut tre une rsine
(figure 50) ou un mortier de ciment.
C 5 565 31
Figure 49 Boulon ancrage ponctuel
Les diamtres des tiges des boulons varient gnralement de 16

32 mm et leur longueur de 2 5 m. La qualit de lacier dpend
des conditions dutilisation : sous faible couverture et sil sagit de
limiter strictement les dformations, on pourra utiliser des aciers
relativement durs ; sous forte couverture o il peut tre ncessaire
daccompagner la dformation de la roche, on aura avantage
utiliser les aciers fort allongement.
Les ttes des boulons sont gnralement filetes, munies dune
plaque dappui dformable (ventuellement rotule), dune contreplaque et dun boulon.
6.4 Bton projet

Lutilisation de bton projet comme mode de soutnement en
souterrain sest considrablement dveloppe au cours des
dernires annes. Si lemploi de la gunite comme simple protection
de terrain est relativement ancien, lemploi du bton projet, de
granulomtrie plus grosse, et en paisseur suffisante pour constituer
une peau de confinement amliorant les capacits de rsistance du
terrain encaissant, date seulement dune vingtaine dannes. Utilis
prs du front, seul ou en association avec le boulonnage et/ou les
cintres lgers, il constitue ce que lon a appel la mthode de
construction avec soutnement immdiat par bton projet et
boulonnage et qui est galement connue sous le nom de nouvelle
mthode autrichienne (NMA).
Figure 50 Boulonnage ancrage rparti la rsine
Dans le cas du scellement la rsine, on utilise des cartouches

cylindriques adaptes au diamtre du trou et contenant, sous deux
enveloppes spares, la rsine (de type polyester) et le catalyseur
correspondant. Aprs nettoyage du trou et introduction des charges
de rsine, on enfonce le boulon dans le trou par poussage et rotation
simultans en utilisant la perforatrice. La rsine et son catalyseur,
librs de leurs enveloppes et mlangs, occupent le volume
annulaire entre les parois du trou et le bouchon et durcissent au bout
dun dlai dune quinzaine de minutes en gnral. Le jeu entre le
terrain et le boulon ne doit pas excder 2 4 mm, ce qui suppose
une trs bonne prcision de forage.
Dans le cas du scellement au mortier, on peut, soit adopter un
principe analogue (charges sches encartouches), soit placer le
boulon dans le trou pralablement rempli de mortier par injection
en fond de trou, soit encore utiliser la technique Perfo du tube perfor
rempli de mortier. Le jeu entre le terrain et le boulon est dans tous
les cas bien suprieur ce quil est dans le cas de la rsine.
Les boulons ancrage rparti peuvent tre utiliss dans des roches
bien plus tendres que les boulons ancrage ponctuel (craies ou
marnes). Ils sopposent plus efficacement louverture de fissures
isoles puisque lancrage existe prs des lvres de la fissure
elle-mme.
Par contre, ils sont dune mise en uvre plus dlicate que les
boulons ancrage ponctuel et leur emploi est dconseill (mortier)
ou impossible (rsine) si les venues deau sont abondantes. Enfin,
leur dlai daction nest pas instantan (quelques dizaines de minutes
dans le cas des rsines plusieurs heures dans le cas du mortier).
Les boulons la rsine sont galement dconseills dans les roches
fissuration abondante et ouverte.
Barres fonces dans le terrain
Elles sutilisent lorsquil est impossible de forer un trou dont les
parois soient stables pendant le temps ncessaire la mise en place
dun boulon. On peut dans ce cas foncer, laide dune perforatrice,
des barres nervures qui sont visses dans le terrain. La rsistance
larrachement dpend de la nature du terrain.
C 5 565 32
Le bton projet prsente lavantage de constituer une peau

continue qui protge le terrain des altrations dues lair et lhumidit, et qui obture les interstices. Le confinement gnralis quil
procure permet de limiter la dformation et dviter la chute des
caractristiques mcaniques du terrain qui rsulte obligatoirement
dun dserrage trop important. Comme le boulonnage auquel il est
souvent associ, il est galement efficace dans le cas de grandes
portes.
Plusieurs conditions cependant doivent tre remplies pour
permettre lemploi du bton projet :
le dcoupage du rocher doit tre assez prcis pour que la coque
de bton projet prsente une surface peu prs rgulire ;
le terrain doit tre exempt de venues deau importantes qui
compromettent la qualit de lexcution et risquent de crer des
sous-pressions locales incompatibles avec la rsistance de la coque
en bton ;
le terrain doit prsenter une cohsion minimale telle que la
cavit demeure stable pendant la dure ncessaire la projection
du bton ;
dans le cas de trs fortes contraintes initiales (forte couverture)
et lorsque le terrain prsente un comportement plastique, les
dformations de convergence indispensables lobtention de lquilibre sous la pression de confinement dont est capable le soutnement risquent dtre incompatibles avec la dformabilit du bton.
Dun point de vue pratique, lpaisseur du bton projet est gnralement comprise entre 10 et 25 cm. Il est le plus souvent mis en
place en plusieurs passes et arm de treillis gnralement fix la
paroi par des pingles ou par lintermdiaire des boulons sil y en a.
On peut utiliser des granulats au module maximal de 12,5 ou
16 mm.
La projection peut se faire par voie sche ou par voie humide. Dans
le premier cas, le transport se fait de faon pneumatique et leau
est ajoute la lance. Dans le deuxime cas, le mlange deau est
ralis au malaxeur, le transport se fait la pompe et lair est inject
la lance pour assurer la projection. La voie humide permet de
rduire les pertes par rebonds, mais son emploi est plus difficile si
le travail nest pas continu (nettoyage des canalisations).
On incorpore gnralement au mlange des adjuvants raidisseurs
amliorant ladhrence et le maintien en place du bton et quelquefois des raidisseurs (silicate de soude) permettant de projeter en
prsence deau.
Sur les chantiers importants, des appareils sur bti ont t mis
au point qui permettent de mcaniser lopration de projection du
bton en rduisant les nuisances et en amliorant les rendements,
les lances tant portes par lappareil et commandes distance.
6.5 Bouclier et voussoirs prfabriqus

Le bouclier est galement un procd de soutnement. Il est
rserv aux terrains meubles dont la cohsion est insuffisante pour
garantir la stabilit, ne serait-ce que pendant le court laps de temps
ncessaire la mise en place dun soutnement fixe. Il sagit en fait
dun soutnement mobile qui progresse en mme temps que le front.
Cest aussi un soutnement total puisquil comporte gnralement
une paroi continue pleine qui assure un blindage complet de la paroi
du tunnel.
Il existe diffrents types de boucliers, quils soient monolithes ou
composs de lances quil est possible davancer sparment pour
mieux sadapter la progression du terrassement (terrains htrognes).
Par la dfinition mme du terrain auquel il est destin, on voit que
le bouclier mobile ncessite la mise en place dun revtement
dfinitif qui se substitue lui pour assurer la stabilit des parois du
tunnel avant quil ne les ait dgages. Comme ce revtement doit
pouvoir agir efficacement ds sa mise en place, il sagit trs gnralement dlments prfabriqus (voussoirs en bton arm) ou
mtalliques (fonte, acier...).
Les voussoirs sont mis en place par anneaux cylindriques successifs et servent dappui longitudinal pour la progression du bouclier
au moyen de vrins hydrauliques dont les patins reposent sur la face
avant du dernier anneau pos.
Il existe, bien entendu, de nombreux types de voussoirs en
bton que lon peut classer en deux catgories principales :
les voussoirs alvolaires (figure 51a) qui comportent des
nervures longitudinales et transversales au travers desquelles il est
possible denfiler des boulons qui permettent lassemblage et la
transmission de certains efforts de flexion dun voussoir lautre.

Ces voussoirs, directement drivs des voussoirs mtalliques,
prsentent toutefois linconvnient, inertie gale, dun plus fort
encombrement que les voussoirs pleins, donc ncessitent un volume
dexcavation plus important ;
les voussoirs pleins (figure 51b) qui sont des lments de
coques dpaisseur constante et qui peuvent, par exemple, tre
articuls les uns sur les autres le long de leurs faces latrales courbes.
6.6 Choix dun mode de soutnement

Le choix raisonn dun mode de soutnement comprend
schmatiquement deux phases successives :
une phase danalyse technique du problme qui aboutit
llimination dun certain nombre de types de soutnement en raison
de leur incompatibilit avec certaines des donnes techniques du
projet qui peuvent tre dordre gotechnique, gomtrique ou lies
lenvironnement ;
une phase complmentaire danalyse conomique qui fait intervenir :
dune part le dimensionnement du soutnement qui est lun
des lments de calcul du cot ;
dautre part les lments de prix de revient propres lorganisation du chantier considr :
plus ou moins grande mcanisation,
longueur du tunnel,
dlais respecter.
Cest pour tenter de mieux matriser ce problme et plus particulirement pour aider son analyse technique que lAFTES a publi des
Recommandations qui ont pour objet de fixer un cadre dtude en
sassurant que tous les critres qui influent sur le choix ont bien t
pris en compte.
Figure 51 Voussoirs prfabriqus

en bton arm
C 5 565 33
7. Revtement dfinitif
le long desquels auront t placs des dispositifs. Ces dispositifs

doivent tre complts par une injection (en gnral de mortier de
ciment), en arrire du revtement.
Le revtement dfinitif des tunnels nest, en principe, mis en place,

que lorsque lune des conditions suivantes se trouve ralise :
ou bien le rocher ne prsente pas un aspect suffisamment
rgulier vis--vis des conditions dexploitation du tunnel pour que
son utilisation, mme recouvert de bton projet, puisse tre
envisage ;
ou bien, mme si le rocher prsente, temporairement, des
conditions dexploitation suffisantes, il peut tre ncessaire de faire
intervenir le comportement long terme et de mettre en place,
ce titre, un revtement dfinitif.
Il est noter que, dans le cas o lon choisit le creusement
mcanis avec mise en place de voussoirs prfabriqus en bton,
ce revtement est trs souvent considr comme le revtement
dfinitif et ne saurait, dans ce cas, recevoir aucune couche intrieure.
Enfin, lorsque lon a affaire un revtement constitu de voussoirs

prfabriqus, ltanchit est raliser sur les 4 faces de chacun des
voussoirs. Elle se compose alors de joints prfabriqus en polychlorure de vinyle ou analogue, qui peuvent tre prpars aux
dimensions des voussoirs. Ils sont gnralement contenus dans une
rainure spcialement amnage sur la face du voussoir. Elle peut
aussi comprendre des joints contenant, partiellement ou totalement,
un matriau hydrogonflant, cest--dire qui a la proprit de gonfler
lorsquil est en prsence deau. Dans tous les cas, on est capable
dobtenir un bon rsultat sur ltanchit du revtement condition
que les faces des voussoirs soient fabriques avec une prcision
suffisante ( 1 ou 2 mm).
7.1 Coffrage
Grce aux progrs raliss tant dans le domaine de lapproche

thorique des phnomnes en mcanique des sols et des roches que
dans celui de la technologie de labattage mcanique ou lexplosif
grce au perfectionnement des engins dont on dispose et grce aussi
aux nouvelles techniques de soutnement plus directement
adaptes aux conditions rencontres, les travaux souterrains sont
certainement lune des branches des travaux publics qui ont volu
de faon la plus spectaculaire au cours des vingt dernires annes.
Dans ces trois domaines :
thorie du soutnement et du revtement ;
creusement mcanis, prdcoupage ;
soutnement la carte au fur et mesure du creusement ;
Pour les galeries de faible longueur, on utilise assez frquemment

des cintres en bois et des couchis forms de chevrons ou de madriers
de 4 8 cm dpaisseur. Par contre, ds que la longueur dpasse
une centaine de mtres, on a gnralement avantage recourir au
coffrage mtallique. Le type le plus simple est compos de fermes
mtalliques reposant sur une semelle en bton construite au pralable et de panneaux mtalliques indpendants appuys sur ces
fermes. Le coffrage est tlescopique, incluant ou non le coffrage du
radier, lorsquil est compos de cintres charnires ports par un
chariot clipsable.
7.2 Btonnage
Le ciment Portland artificiel (CPA) peut tre ventuellement utilis
dans les terrains secs autres que le trias. Par contre, ds que les
terrains sont aquifres, on doit faire des analyses systmatiques pour
dfinir le pH des eaux. Dans les cas courants, on choisira le ciment
de haut fourneau (CHF) ou le ciment de laitier au clinker (CLK (cf.
article Varits de bton et constituants [C 2 210] dans ce trait)).
Lemploi du ciment sursulfat est rserv au contact deaux fortement slniteuses. Le dosage variera, pour les radiers non arms
de 160 200 kg/m3 jusqu 400 kg/m3 pour les revtements arms
ou non.
Procd de btonnage. Dans les cas les plus frquents, on
recourt au btonnage mcanique, soit laide dun appareil transport pneumatique, soit, plus volontiers, au moyen dune pompe.
Dans tous les cas, on placera lengin de transport proximit du
lieu dutilisation (100 300 m).
7.3 tanchit des revtements

Lorsque lon utilise un revtement coul en place, il est, en gnral,
ncessaire de prvoir ltanchit grce la ralisation de joints
transversaux quips au droit de chaque reprise de btonnage et
C 5 565 34
8. Conclusion
des progrs considrables ont t accomplis qui rejaillissent

dailleurs les uns sur les autres et ne sexpliquent pas les uns sans
les autres.
Ils ont permis, la fois, damliorer la scurit pendant les travaux,
de rduire les dlais dexcution et aussi les cots.
Ainsi le soutnement, grce aux mesures systmatiques de
convergence, peut tre mieux adapt aux conditions relles ; la
combinaison des diffrents types de soutnement (bton projet,
cintres lgers, boulons) permet de mieux faire participer le terrain
la rsistance de lensemble et doit donc conduire des conomies
sensibles. Cette plus vaste palette de soutnements et leur efficacit
permettent aussi de restreindre les cas dutilisation de la mthode
de creusement en sections divises, toujours trs onreuse.
Enfin, les progrs des tunneliers attaque ponctuelle ou globale
(cf. article spcialis dans ce trait) ont permis, dans bien des cas,
de pulvriser les records de vitesse de creusement, en contrepartie
de certains checs dus aux difficults dadaptation de ce type de
matriel des conditions gologiques imprvues ou trop variables.
Certains tunneliers pleine face peuvent ainsi raliser, lorsque les
conditions sont relativement homognes, des avancements de
lordre de 2 000 m par mois, dans des diamtres de lordre de 6 m.
Il serait toutefois dangereux dextrapoler de tels rsultats en
labsence dune reconnaissance gologique et gotechnique trs
complte et trs favorable.
Les recherches venir doivent se poursuivre en vue de permettre
une interprtation plus mthodique des rsultats des reconnaissances pour en dduire, avec un degr de certitude toujours meilleur,
les caractristiques du soutnement et les moyens dexcavation
appropris.
P
O
U
R
Travaux souterrains
par
E
N
Pierre GESTA
Ingnieur de lcole Centrale de Paris
Ancien Directeur la SOGEA
Prsident du Comit technique
de lAssociation Franaise des Travaux en Souterrains (AFTES)
Bibliographie
creuss en souterrain. GT n o 7. TOS n o 123,
mai/juin 1992.
BRETZ (K.W.). Les volutions les plus rcentes des
machines dexcavation de tunnels par abattage
avec brise-roche hydraulique dans les petites et
moyennes sections. TOS no 113, sept./oct. 1992.
LEFEBVRE (J.). Rflexions sur linformatisation de
larchivage et de lexploitation des donnes pour
REYNARD (P.) et REYNAUD (Ph). Le systme Robofore pour accrotre la productivit des jumbos de
foration. TOS no 105, mai/juin 1991.
PUGLISI (R.) et BOUGARD (J.F.). Le prdcoupage
mcanique. TOS no 108, nov./dc. 1991.
GUILLAUME (J.). Le choix des paramtres et essais
gotechniques utiles la conception, au
dimensionnement et lexcution des ouvrages
les tunnels en service. TOS no 116, mars/avril

1993.
GODARD (J.-P.). tude des cots des infrastructures
de transport ferroviaire en zones urbaines et
suburbaines. GT no 15. TOS no 125, sept./oct.
1994.
Recommandations
Recommandations de lAssociation Franaise des Travaux en Souterrains (AFTES)
publies par la revue Tunnels et Ouvrages Souterrains (TOS)
Recommandations relatives la technologie et la mise en uvre du bton
projet dans les travaux souterrains. TOS no 1. Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations sur les mthodes de diagnostic pour les tunnels revtus.

TOS no 44. Repris dans Spcial 10/84.
Recommandations sur la scurit du soutnement dans les travaux souterrains.
TOS no 44. Repris dans Spcial 10/84.
Recommandations sur lemploi de la mthode convergence-confinement. TOS

no 59. Repris dans Spcial 10/84.
Recommandations sur les explosifs lusage des mines, travaux publics et

carrires commercialiss en France. TOS no 45. Repris dans Spcial 10/84.
Rflexions sur les mthodes usuelles de calcul. TOS n 14. Repris dans Spcial
07/82.
Recommandations sur les injections. TOS no 81. Repris dans Spcial 05/88.
Recommandations concernant ltude des effets sismiques de lexplosif. TOS
2 - 1995
Rflexions sur le marinage dans les travaux souterrains. TOS n 40.
Prsentation de la mthode de construction des tunnels avec soutnement

immdiat par bton projet et boulonnage. TOS no 31. Repris dans Spcial
07/82.
Recommandations relatives au choix du soutnement en galerie. TOS no 1.

Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations sur le plan hygine et scurit. TOS no 55. Repris dans

Spcial 10/84.
Recommandations sur la lutte contre la pollution atmosphrique en travaux
souterrains. TOS no 55. Repris dans Spcial 10/84.
Recommandations sur les travaux dentretien et de rparation. TOS no 58.
Technologie du boulonnage. TOS no 6. Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations sur les installations lectriques en chantiers de travaux

souterrains. TOS no 61. Repris dans Spcial 05/88.
Utilisation du sous-sol urbain pour lamnagement des transports publics en

site propre. TOS no 25. Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations relatives aux travaux dinjection pour les ouvrages souterrains. TOS no 81. Repris dans Spcial 05/88.
Marinage dans les travaux souterrains. TOS no 25.
Recommandations sur les rparations dtanchit en souterrain. TOS

Recommandations relatives lemploi des cintres dans la construction des

ouvrages souterrains. TOS no 27. Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations pour une description des massifs rocheux utile ltude de
la stabilit des ouvrages souterrains. TOS no 28. Repris dans Spcial 07/82.
Doc. C 5 565
Recommandations sur les revtements prfabriqus des tunnels circulaires

creuss au tunnelier. TOS no 86. Repris dans Spcial 05/88.
Conditions demploi du boulonnage. TOS no 31. Repris dans Spcial 07/82.
Recommandations sur la standardisation des profils des tunnels circulaires.

TOS no 88.
Recommandations sur ltanchit des ouvrages souterrains. TOS no 35 et 36.

Recommandations sur les venues et les pertes deau dans les ouvrages
souterrains en exploitation. TOS no 89.
Les appareils de mesure de vibrations ; tendance et volution. TOS no 36. Repris

dans Spcial 10/84.
Recommandations sur le partage contractuel des risques. TOS no 91. janv./fvr.

1989.
Recommandations sur la scurit de la circulation des personnels et matriels

pendant lexcution des travaux souterrains. TOS no 39. Repris dans Spcial
10/84.
Recommandations pour lutilisation des explosifs dans les travaux souterrains.

TOS no 105. mai/juin 1991.
Recommandations sur la scurit dans la perforation et lutilisation des explosifs

en souterrain. TOS no 39. Repris dans Spcial 10/84.
Recommandations pour lutilisation du guide pour la mesure et le contrle de

leffet des vibrations sur les constructions. TOS no 115. janv./fvr. 1993.
Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie

est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction
Doc. C 5 565 1
S
A
V
O
I
R
P
L
U
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Diffrentes catgories de souterrains ...............................................

Caractristiques gomtriques et profil en long ............................

Stabilit des ouvrages souterrains .....................................................

quipements dexploitation ..................................................................

Creusement des souterrains .................................................................

Revtement dfinitif ...............................................................................

Pour en savoir plus...........................................................................................

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

Si lon se rfre la forme des ouvrages, on peut distinguer

________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS

Figure 1 Classification des tunnels selon le mode dexcution

Figure 2 Classification des tunnels selon leur forme

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

2.1 Tunnels ferroviaires

2.1.2 Profil en long et trac

2.2 Tunnels routiers

________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS

Si le tunnel nest pas de trs grande longueur (2 3 km) ou sil

2.2.2 Profil en long et trac

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

Figure 6 Section transversale du tunnel sous la Manche :

2.3 Galeries hydrauliques

2.3.2 Profil en long et trac

Figure 5 Sections transversales de 4 mtros en service en France

On recommande de ne pas descendre au-dessous dune pente

Sagissant de centrales hydrauliques, les galeries sont implantes

________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS

2.4 Collecteurs dassainissement

3. Stabilit des ouvrages

continu, du moins la succession des phases partielles pendant toute

3.1.1 Mcanismes dinstabilit

Figure 7 Structures compares dune roche et dun sol

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

Certains sols ont, court terme, une cohsion apparente suffisante

Figure 8 Rupture par conjonction de familles de discontinuits

Figure 9 Tunnels profonds. Dformation de type plastique

3.1.2 Rle de leau dans les phnomnes

Figure 10 Influence des coulements deau

craindre, des dispositions prventives sont adopter (forages

3.1.3 Aspect tridimensionnel de la stabilit

________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS

Cet aspect tridimensionnel qui est certainement trs important

3.1.4 Facteur temps et stabilit

3.2 Thorie du soutnement

Figure 11 volution de la convergence et de la charge radiale

Figure 12 Influence de lloignement du front sur la convergence

a pour effet premier de perturber le champ des contraintes. Enfin,

On mesurera lutopie dun tel idal si lon songe que le terrain

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

Figure 13 Soutnement et revtement. Classification des mthodes de calcul

3.2.1 Mthode des actions et des ractions

On peut, avec la plupart des programmes numriques existants,

________________________________________________________________________________________________________________ TRAVAUX SOUTERRAINS

surtout par la nature du contact terrain/revtement (frottement nul

3.2.2 Mthode du solide composite

Figure 14 Mthode des ressorts. Modlisation des efforts

Figure 15 Mthode des lments finis. Modle de maillage

TRAVAUX SOUTERRAINS ________________________________________________________________________________________________________________

Le maniement des programmes est dautant plus dlicat et