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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°222 - Novembre/Décembre 2010

Résumé Pour le compte de la RATP et avec Xelis en tant que maître d’œuvre, le groupement d’entreprise BUSS réalisele lot T1 du prolongement de la ligne 4 du métro parisien. Ce lot comprend des travaux à ciel ouvert qui se raccordent sur les ouvrages existants du métro et des travaux en souterrain avec un passage à très faible profondeur (moins de 4,5m de couverture) sous le boulevard périphérique et des immeubles d’habitation à Montrouge. Au total, 900 ml d’ouvrages souterrainsde section très diverses sont ainsi réalisés.Trois jeunes cadres de l’équipe travaux décrivent ce chantier (en particulier le creusement du tunnel couranten méthode Perforex de prédécoupage mécanique et prévoûtes), leur expérience pendant trois années detravail et les résultats des auscultations, sans omettre les difficultés rencontrées.Cet article fait suite à celui rédigé par Ch. Blouet (Xelis) qui décrivait les confortements préalables de carrières souterraines (TES n°219).

Sollicités par TES pour présenter notre chantier dans l’article qui suit, nous avons confié le soin de sa rédaction à trois jeunesingénieurs qui ont participé à notre travail d’équipe ; ainsi :- Lionel PETITJEAN, ingénieur contrat, Bec Frères, présente l’ensemble du chantier et plus spécialement les travaux à ciel ouvert, - Franck BILLON, géologue géotechnicien, Solétanche - Bachy, présente les études techniques et les auscultations ; c’est lui

qui a également réalisé les photos illustrant cet article,- Stéphane LEROUX, ingénieur en charge des travaux souterrains, Urbaine de Travaux, présente les particularités de ces travaux

et les difficultés rencontrées.Nous en avons rédigé la conclusion. Valérie DORÉ, directrice des travaux, Solétanche - Bachy

Bernard BIZON, responsable projet, Bec Frères

Prolongement de la ligne 4 du métroparisien, lot T1 :des techniques variées pour un lot complexe et délicat

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Principaux intervenants

• Etudes exécution : BET Travaux souterrainsBec Frères

• Travaux topographiques et auscultation automatique : MIRE SAS

• Berlinoises et pieux jointifs :Solétanche-Bachy Pieux

• Terrassement à ciel ouvert et transport en décharge : Vialis

• Ferraillage béton armé : SAS• Etanchéité des cadres : Eurovia • Assistance mécanique et fabrications

métalliques : SAML • Fournisseurs : Béton : Lafarge - Cintres

métalliques : Arcane - Coffrages : Sermar• Etudes de bruit et vibration,

prestations géotechniques : SolData

Préambule-Présentation des intervenants-

La RATP, opérateur historique du métro parisien,

agissant en tant que maître d’ouvrage, a confié au

groupement d’entreprises BUSS, qui s’était cons -

titué pour réaliser le projet, le soin de réaliser les

travaux difficiles du lot T1 du prolongement de la

ligne 4.

Les entreprises suivantes s’étaient ainsi regroupées

sous le nom de BUSS pour répondre à l’appel d’offres :

• Bec Frères (mandataire du groupement),

• Urbaine de Travaux,

• Sotraisol fondations,

ces 3 entreprises faisant partie du groupe FAYAT.

• Soletanche-Bachy,

entreprise du groupe VINCI.

C’est Xelis, société d’ingénierie filiale de la RATP,

qui assure la maîtrise d’œuvre de ce projet de

prolongement de la ligne 4.

Le groupement BUSS, le maître d’œuvre Xelis et le

maître d’ouvrage RATP ont œuvré ensemble sur ce

projet délicat dans l’esprit des recommandations

du Groupe de Travail N°25 de l’AFTES.

La particularité de ce chantier réside aussi bien

dans la diversité des techniques mises en œuvre,

dont la méthode Perforex® est la plus originale,

que dans le groupe humain d’origines profession-

nelles assez variées qui aura vécu ce chantier

pendant presque 3 années.

Valérie DORÉSolétanche - Bachy

Bernard BIZONBec Frères

Franck BILLONSolétanche - Bachy

Stéphane LEROUXUrbaine de Travaux

Lionel PETITJEANBec Frères

M CHANTIERSExtension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ] M458

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450 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°222 - Novembre/Décembre 2010

sont rencontrés dans les travaux en souterrain.

D’anciennes carrières existent dans le calcaire

grossier dans la partie centrale du projet, affectant

le sud des travaux à ciel ouvert et le nord des

travaux en souterrain.

1.1 - Les ouvrages à ciel ouvertAinsi nommés car lors de leur construction la vue

du ciel est théoriquement perceptible (en fait une

grande part a été réalisée sous platelage), ces

ouvrages sont implantés au niveau de la place du

25-août-1944. Ce lieu est un carrefour stratégique

pour l’accès, par le sud et la porte d’Orléans, au

centre de Paris et, notamment, à la gare Montpar-

nasse : un grand nombre de véhicules y circulent

chaque jour, avec de nombreux embouteillages.

1 - Présentation du projet-de prolongement de la ligne 4-(phase 1 - lot T1)-

La première phase du projet de prolongement de

la ligne n°4 se partage en deux lots :

• le lot T1 (groupement d’entreprises BUSS) dont

les travaux s’étendent de la station existante

Porte d’Orléans (km 0,000) et de la boucle

terminale du métro à la mairie de Montrouge

(km 0,676) (fig. 1).

• le lot T2 (entreprise RAZEL - groupe FAYAT) dont

les travaux débutent par la station « Mairie de

Montrouge » et se prolongent sur environ 600

mètres en souterrain vers Bagneux.

Le montant initial du marché travaux du lot T1 est

de 35 660 k€ H.T. Les travaux sont actuellement

en cours et seront terminés pour la mi-février 2011.

900 m d’espaces souterrains auront alors été creu-

sés et revêtus.

Les horizons géologiques rencontrés sont les sui-

vants, en partant de la surface : remblais récents

(env. 3 m), sables de Beauchamp (env. 2,5 m),

marnes et caillasses plus ou moins décomprimées

(env. 5 m), enfin calcaire grossier plus ou moins

résistant, au sein duquel se développe une couche

d’argile verte et de marne brune d’épaisseur

métrique variable.

On peut distinguer deux types d’activité sur ce

chantier : les travaux réalisés à ciel ouvert sur une

centaine de mètres au nord du projet au voisinage

de la station Porte d’Orléans et de la boucle et les

travaux réalisés en souterrain plus au sud jusqu’au

contact de la station Mairie de Montrouge. Seuls

les marnes et caillasses et le calcaire grossier

Ces ouvrages-cadres en béton armé sont présentés

ci-dessous :

• Deux ouvrages de raccordement à la boucle de

retournement de la ligne n°4 (ouvrages Leclerc

et Appell) réalisés en tranchée couverte. Ils assu-

rent la jonction entre le tunnel existant et celui

projeté ;

• Un ouvrage-cadre de 7,80m d’ouverture (2 voies),

de 85 m de long entre les ouvrages Leclerc et

Koufra réalisé en partie à ciel ouvert et en partie

sous platelage ;

• Un ouvrage-cadre de 5,00 m d’ouverture (1 voie

de service), de 78 m de long entre les ouvrages

Appell et Koufra exécuté en partie à ciel ouvert et

en partie sous platelage.

Un conducteur de travaux et deux chefs de chantier

ont œuvré sur ces quatre ouvrages, avec le plus

souvent trois chantiers en activité simultanée.

Les emprises de chantier Avec l’aide des services de la ville de Paris, des

emprises sont installées en pleine voirie pour

permettre la mise en place de platelages lourds

provisoires. Ce dispositif, réalisé pendant les

périodes de circulation les moins intenses, permet

d’assurer la circulation des véhicules en surface

tout en autorisant la poursuite des travaux en

dessous. Pendant les trois semaines d’installation,

les tâches suivantes se succèdent : fouille de

reconnaissance, forage des pieux berlinois, terras-

sement sur 1,8 m de profondeur et mise en place

CHANTIERS M

[ Prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat

Figure 1 : Plan d’ensemble

Photo 1 : Vue de la zone à ciel ouvert.

Photo 2 : Pose des platelages dans la circulation.


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pris du retard, perturbant également l’exécution des

ouvrages à ciel ouvert.

Photo 4 : Le blindage métallique dans la boucle du métro en cours de démolition.

Les deux ouvrages de raccordement à la boucle se

distinguent dans leur conception : alors que le radier

et les voiles sont réalisés à l’abri d’une paroi

berlinoise pour l’ouvrage Appell, des pieux jointifs

(800 mm de diamètre) ont été choisis pour

construire l’ouvrage Leclerc. Cette disposition

permet ici de réduire la taille de l’emprise car les

pieux jointifs sont utilisés d’abord pour assurer le

soutènement provisoire puis comme partie struc-

turante de l’ouvrage. Le soutènement provisoire de

ces deux ouvrages est complété pour l’ouvrage

Appell par des butons cylindriques traversants

associés à des tirants à câble de type III (50 tonnes)

et pour l’ouvrage Leclerc par des tirants de type III

uniquement.

Sur proposition du groupement BUSS, un système

de poutres en béton armé jointives avec un remplis-

sage en béton de polystyrène (densité de 0,5 t/m3),

le tout liaisonné par une dalle de compression, a été

mis en œuvre pour couvrir les ouvrages là où le

projet initial prévoyait une dalle épaisse en béton

armé coulée en place. La pose de ces poutres s’est

déroulée de nuit.

d’un blindage bois, bétonnage de longrines, instal-

lation d’un pont provisoire lourd (HEB 300 jointifs),

en appui sur les longrines, au-dessus de la tranchée

terrassée, application d’une couche d’enrobé sur

cette structure et enfin dépose de l’emprise et de

la signalisation, de nuit, toujours avec l’aide des

services de la ville de Paris. A noter que les plate-

lages provisoires sont dimensionnés en supposant

possible le passage de convois militaire ou excep-

tionnel.

Photo 3 : Réalisation des pieux.

Les emprises situées en dehors des voies de cir-

culation ont pu être conservées tout au long des

travaux et ainsi assurent les fonctions d’accès aux

ouvrages, de zone de préparation et de stockage.

Les ouvrages de raccordementLes dimensions intérieures des ouvrages sont

les suivantes : 16 m de large, 35 m de long et 6 m

de haut recouverts de 1 à 2 m de couverture de

remblais et chaussée. Leur construction nécessite

la démolition d’une partie du tunnel existant

toujours en exploitation. Pour garantir la sécurité

des infrastructures de la RATP et avant tout démar-

rage des travaux en surface, une protection de la

voie du métro en exploitation, par l’intermédiaire

d’un blindage métallique, est mise en place. Ce

tunnel métallique dans le tunnel repose sur des

longrines en béton armé coulées en place. Le

blindage est constitué de profilés HEB 180 supportant

des tôles de 5 à 10 mm d’épaisseur, le tout formant

une enceinte « étanche ». Son installation est

réalisée par une équipe de 11 mineurs et soudeurs

à l’aide d’une mini-pelle montée sur un lorry spé-

cialement conçu pour ces travaux. Le personnel du

chantier doit s’adapter aux horaires d’exploitation

de la ligne : les travaux se déroulent en « nuit courte »

de 2h à 4h30 environ. Du fait de nombreux aléas

liés à l’exploitation de la ligne, l’accès aux zones de

travaux est rendu difficile. Ces travaux préalables,

situés sur le chemin critique du chantier, ont ainsi

A noter la construction sur l’emprise LECLERC d’un

égout (2,3 m x 2,7 m de section et 14 m de long)

d’un poids de 670 kN pour remplacer un ancien

ouvrage existant. La pose de cet égout neuf s’est

également déroulée de nuit à l’aide de deux grues

mobiles de 250 tonnes.

Ouvrages-cadres 1 voie et 2 voiesCes ouvrages-cadres se situent, respectivement, à la

suite des raccordements APPELL et LECLERC. Leurs

dimensions sont les suivantes : 78 x 5 x 4,7 m et 86 x

7,8 x 4,7 m (L x l x h). Le soutènement provisoire est

une paroi berlinoise constituée de pieux de 600 mm

espacés de 2 m et butonnée à l’aide de profilés HEB.

Le soutènement entre les pieux est réalisé en béton

projeté par voie humide. Le terrassement puis les travaux

de génie civil (radier, voile et traverse) se sont déroulés

à 70 % en taupe sous platelages, le plus souvent

dans l’encombrement des réseaux traversants

conservés (égouts en service, fibre optique, …). La

pente des ouvrages-cadres, de 5%, permet de gagner

la profondeur nécessaire à l’excavation en souterrain.

CHANTIERSProlongement de la ligne 4 du métro parisien, lot T1 : des techniques variées pour un lot complexe et délicat ]

Photo 7 : Ouvrage raccordement achevé avant démontage du tunnel métallique.

Photo 5 : Pose des poutres de couverture.

Photo 6 : Pose del’égout préfabriqué.

Photo 8 : Ouvrage-cadreune voie sous

platelage : fin duterrassement.



• 9 niches servant soit à la manœuvre d’aiguillages

soit à la protection du personnel cheminant à pied

dans le tunnel.

2 - Etudes d’exécution,-méthodes, suivi géologique-et auscultations-

2.1 - Les études d’exécution et les méthodesUn chantier d’une telle variété technique dans un

intervalle de temps aussi court, avec jusqu’à quatre

ouvrages réalisés simultanément, requiert un

volume d’études considérable : chaque tunnel,

chambre, puits, niche ou rameau nécessite ses

propres notes de calcul, ses plans de soutènement,

de ferraillage, de coffrage, ses procédures d’exé-

cution et d’auscultation. Ces études, en amont de

la réalisation et mises à jour au cours des travaux,

ont été confiées au bureau d’études de Bec Frères,

en liaison étroite et contact quasi-permanent avec

le chantier. Un tel volume a nécessité également un

travail important pour le visa de la maîtrise d’œuvre,

dont une très grande réactivité a été sollicitée et

obtenue.

Les ouvrages nord sont situés à faible profondeur

dans des horizons géologiques en grande partie

meubles et sont réalisés avec un soutènement

lourd ; les études ont donc été conduites selon la

méthode des réactions hyperstatiques, quel que soit

le procédé de réalisation (ciel ouvert avec paroi

1.2 - Les travaux souterrainsC’est dans une partie du square du Serment de

Koufra que se situe l’emprise principale du chantier :

regroupant à la fois la base vie, la principale zone

de stockage du matériel et le puits de travail provi-

soire, c’est à partir de cet accès que les travaux

souterrains ont débuté.

Les tunnels nord 1 voie et 2 voies, respectivement

d’ouverture 5 m et 7,8 m, assurent la jonction avec

les ouvrages-cadres décrits précédemment. Leur

soutènement est réalisé selon la méthode tradition-

nelle (cintre HEB et béton projeté) en section divisée

(1/2 section supérieure et 1/2 section inférieure).

Au km 0.158, les tunnels nord rejoignent l’enton-

nement KOUFRA. Celui-ci permet le passage de 3

voies (2 + 1) à 2 voies (section courante). L’ouver-

ture des ouvrages passe de 14 à 12 puis 10 m pour

enfin aboutir au tunnel de section courante de 7,8 m.

Ces ouvrages situés au-dessus d’anciennes carrières

(dont le confortement a fait l’objet d’un article rédigé

par Xelis dans le numéro de Mai/Juin 2010 de TES),

à faible profondeur, d’ouverture importante et

elliptique, sont réalisés en méthode conventionnelle.

L’ouvrage de 14 m, plus sensible du fait de son

ouverture et de sa plus grande proximité de la sur-

face, a été exécuté à l’abri d’une voûte parapluie.

Commence alors la partie du tunnel courant réalisé

sur 440 m environ à l’aide de la méthode de pré-

découpage mécanique (système breveté « Méthode

Perforex® »).

Enfin ce tunnel ne serait pas complet sans la

construction de ses « annexes », constituant ainsi

un véritable espace souterrain, à savoir :

• Les rameaux de ventilation au niveau de l’emprise

KOUFRA (ouverture de 3,5 et 5 m) réalisés en

méthode traditionnelle et terrassés en pleine sec-

tion (autour d’une galerie de reconnaissance pour

le 5 m). On pourra d’ailleurs noter l’aspect tridi-

mensionnel de l’espace (et des calculs) créé à la

jonction des rameaux et de l’entonnement ;

• L’ouvrage d’épuisement situé boulevard Romain

Rolland. Il s’agit d’un puits de 20 m de profon-

deur, creusé sous la protection d’un blindage en

palfeuilles et cadres HEB, prolongé par 2 galeries

superposées de 8 m de long venant tangenter

l’ouvrage courant. Ces chambres accueilleront un

ensemble de pompes de relevage au point le plus

bas du tunnel ;

• La baie d’aération motorisée : un rameau d’une

longueur de 15 m relie le tunnel à un puits

construit sur le lot T2.

berlinoise, souterrain sous voûte parapluie ou en

traditionnel).

Le tunnel Koufra-Montrouge réalisé selon la

méthode Perforex a, quant à lui, fait l’objet de huit

sections de calcul aux éléments finis, chacune

représentative d’une portion spécifique du tracé :

chargements dissymétriques sous les murs de

soutènement du Boulevard Périphérique, faible

couverture et passage sous les égouts de ce dernier,

surcharges dissymétriques des immeubles,

changement de géologie, etc (fig. 2). La première

section calculée, sous la square du Serment de

Koufra, géométriquement la plus simple, a permis

le retour d’expérience sur les méthodes de calcul,

sur lequel nous reviendrons plus longuement. Le

calcul aux éléments finis permet en particulier une

estimation fine des tassements, essentielle dans un

cadre urbain dense et sensible, en particulier lors

du passage à 4,5 mètres (dont deux d’égouts) sous

le Périphérique, ouvrage stratégique et point névral-

gique du sud parisien.

En complément au dimensionnement des soutène-

ments, le chantier a dû développer des méthodes

spécifiques à chacune des tâches critiques du

chantier : interfaces entre ouvrages, coactivités,

amenées délicates de matériel et matériaux. Ces

plans méthodes sont développés directement sur

le chantier sous la direction du coordinateur études-

travaux (CET), en liaison avec les responsables de

production et le dessinateur-projeteur présent à

temps plein sur le site.

CHANTIERS M


Figure 2 : Exemple de modélisation sous le Boulevard Périphérique.


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a été fait au moyen d’une méthode géophysique,

le cylindre électrique. Enfin, une campagne de

sondages carottés a été menée à Paris et Montrouge

afin de localiser et échantillonner un banc d’argiles

vertes et de marnes brunes à l’interface entre les

niveaux supérieur et moyen du Calcaire Grossier. Les

prélèvements ont fait l’objet d’essais en laboratoire

en fonction des caractéristiques de chacun des

échantillons : valeur au bleu, teneur en matière

organique, calcimétrie, triaxial CU+U, œdométrie, etc.

Ces niveaux marneux et argileux ont également été

l’objet de deux essais pressiométriques cycliques et

d’un essai à la plaque.

2.2.3 - Les auscultationsTroisième composante du poste de géologue/

géotechnicien sur ce projet : la direction des auscul-

tations topographiques, en souterrain comme en sur-

face. L’équipe de topographes du chantier est

composée d’un chef de brigade et de deux équipes,

la première étant quasi-exclusivement consacrée aux

nivellements de surface de l’ensemble des ouvrages

en cours de réalisation ou de stabilisation, la seconde

travaillant principalement en souterrain, en auscul-

tations et en implantation et guidage. Sur la totalité

du linéaire d’ouvrages, que ce soit sur la voie

publique, dans les emprises de chantier, ou chez les

tiers et riverains, ont été implantés des points de

nivellement (clous au sol ou réglettes sur les façades)

pour des mesures au micromètre, précises jusqu’à

0.3 mm dans les meilleures conditions. En souterrain,

des sections de convergence de trois ou cinq points

sont placées sur les cintres lourds, les prévoûtes et

sur le revêtement définitif, pour détecter d’éventuels

déplacements ou déformations du soutènement.

Selon la sensibilité de l’ouvrage et des tiers, la phase

2.2 - Les auscultationsLe poste de géologue/géotechnicien responsable

des auscultations, correspondant peu ou prou au

titre de Chargé des Ouvrages Provisoires, recouvre

sur ce chantier trois grandes composantes : le suivi

géologique lors des travaux spéciaux préparatoires

et des excavations, l’instrumentation géotechnique

des ouvrages provisoires et définitifs, et enfin la

gestion des auscultations topographiques.

2.2.1 - La géologieLe suivi géologique consiste en premier lieu en un

contrôle de la conformité du terrain réellement ter-

rassé avec les configurations du marché, et donc

avec les hypothèses de calcul. Ledit contrôle passe

par des relevés de fouilles dans le cas des puits et

des tunnels-cadres et par des levés de front de taille

pour les chambres, tunnels voûtés et niches ; il

exige par conséquent un suivi rigoureux de la pro-

duction, en particulier sur un chantier en 2 ou 3

postes de 8 heures, la priorité étant la sécurisation

des postes de travail par la projection de béton sur

tout terrain nu dès la fin des excavations, ce qui

rend le délai d’observation très court, en particulier

dans la géologie plus complexe des terrains rema-

niés ou confortés, où il faut à la fois retrouver la

géologie originale et pister les altérations.

2.2.2 - La géotechniqueLes mesures géotechniques sont, elles, fondées sur

l’instrumentation du soutènement et des ouvrages.

Dans les ouvrages à ciel ouvert, les butons et tirants

ont été régulièrement équipés (à raison d’une pièce

équipée sur dix) de vérins plats et de cales dynamo-

métriques, chaque paroi d’ouvrage de raccordement

a été pourvue d’un tube inclinométrique mesuré une

fois par phase de travaux et les platelages métalliques

au-dessus des terrassements en taupe ont été suivis

par des jauges de contraintes à piézorésistances.

En souterrain, les cintres lourds du tunnel Koufra-

Montrouge sont auscultés par des jauges de contrainte

à corde vibrante. De plus le Calcaire Grossier fait l’objet

de reconnaissances à l’avancement par sondages

destructifs, l’Inspection Générale des Carrières ne

pouvant garantir l’absence complète d’ancienne

exploitation de pierre de taille ou de puits abandonnés

dans les limites du projet. Des reconnaissances

complémentaires et plus ciblées ont été menées à

Montrouge afin de localiser précisément les

anciennes carrières, celles-ci figurant sur la carte de

l’IGC mais avec une faible précision ; ce complément

de travaux en cours et le comportement des ouvrages

et des terrains encaissants, la fréquence de ces

mesures peut aller par défaut d’une par jour pour les

sections de convergences de prévoûtes et les points

de surface au droit du décousu, à une par mois pour

les ouvrages stabilisés mais où des travaux ont

encore lieu.

Pour le passage sous le Boulevard Périphérique,

ouvrage tiers le plus sensible du projet, une

méthode particulière a été employée, celui-ci étant

inaccessible pour des piétons et nécessitant une sur-

veillance permanente. Une station totalement auto-

matisée a été installée sur le pont de la Porte de

Montrouge pour effectuer toutes les deux heures

un cycle de mesure de tous les points fixés sur le

boulevard. A chaque dépassement de seuil prédé-

fini, des alarmes étaient transmises par SMS et

courriel aux responsables du chantier. A ceci

s’ajoute un nivellement spécifique de la chaussée

effectué depuis le pont.

Pour chaque ouvrage réalisé, une procédure spé-

cifique d’auscultation constituée de ces trois

aspects a été rédigée et validée par la maîtrise

d’œuvre. Elle définit pour chaque mesure un seuil

de vigilance accrue et un seuil d’alerte ; le premier,

en général fixé aux valeurs théoriques de la note de

calcul, prévient d’un déroulement anormal des tra-

vaux et pousse à la correction dans les meilleurs

délais et à une réflexion sur les causes, sans pour

autant remettre en cause les méthodes et calculs,

alors que le second, fixé le plus souvent à 150%

des valeurs théoriques, correspond à un péril poten-

tiel des biens et des personnes du chantier ou

tierces, la production doit être arrêtée, des mesures

drastiques de sécurisation lancées sans délai et une

analyse en profondeur des causes est requise.


Photo 9 : Ciblesd’auscultation surles prévoûtes.



est venu confirmer cette théorie : en diminuant le

module E et la cohésion de 80 % (valeurs conclues

par deux voies différentes) et en abaissant le taux

de déconfinement de 0,5 à 0,3 dans une nouvelle

simulation de tassements aux éléments finis, les

résultats ont retrouvé exactement les valeurs réel-

lement mesurées. La perte de cohésion due au

déconfinement a également expliqué les difficultés

de réalisation des prévoûtes dans les cinquante

premiers mètres du tunnel courant (cf. infra) et les

adaptations nécessaires à la poursuite du chantier,

dans le tunnel Koufra-Montrouge comme dans les

tunnels nord.

Une fois le point d’arrêt levé pour le passage sous

le Boulevard Périphérique, le tunnel a traversé des

terrains qui n’avaient pas été perturbés par les

exploitations du Calcaire Grossier et les tassements

se sont révélés conformes aux prévisions, avec une

valeur moyenne de 8 mm. Les mouvements ont

également été analogues aux valeurs prévues sous

les immeubles (6 mm) et sous l’avenue de la Répu-

blique (4 mm).

La multitude des techniques employées a permis

de comparer l’impact des ouvrages, chacun ayant

une sensibilité particulière. Le contraste s’est avéré

saisissant entre les ouvrages nord, en particulier

les tunnels-cadres, réalisés à ciel ouvert, et les

tunnels réalisés en souterrain, plus au sud : si ces

derniers ont, comme nous venons de le voir, généré

au dessus des anciennes carrières des tassements

au-delà des valeurs prévues, les tranchées

couvertes, qu’elles soient réalisées au moyen de

parois berlinoises ou de pieux jointifs, n’ont causé

absolument aucun désordre dans les immeubles

riverains, pourtant à quelques mètres des ouvrages

ancrés dans des confortements de carrières et

butés sur les mêmes marnes décomprimées.

2.4 - Conclusion sur le rôle du Chargé d’Ouvrage ProvisoireLe poste de Chargé des Ouvrages Provisoires est

donc au carrefour de deux disciplines finalement

très différentes mais intimement complémentaires,

que l’on peu décrire comme suit.

La géologie est une approche naturaliste, il s’agit

d’observer, décrire et analyser les terrains pour en

comprendre l’histoire, mieux les connaître et ainsi

parer à l’imprévu. Il s’agit par exemple de détecter

la présence de gypse, sain ou pseudomorphosé

Un autre type d’auscultations, plus inattendu, a dû

être employé lors du passage sous l’avenue de la

République. Un autre chantier important pour la ville

de Montrouge est alors en cours, la rénovation du

Centre Culturel et de Congrès, qui nécessite la

démolition complète du bâti intérieur, ne laissant

en place que la façade parallèle au futur tunnel,

elle-même reprise en sous-œuvre. Cette façade

courait deux risques majeurs : un basculement dû

aux tassements différentiels générés par le tunnel

et des dégradations, voire un effondrement, du fait

des vibrations lors des excavations au BRH. La

densité de points devant et sur la façade a été

augmentée et le groupement a installé trois capteurs

de vibrations (géophones) reliés à une centrale

d’acquisition et transmettant tout dépassement de

seuil préjudiciable au bâti aux responsables du

chantier pour stopper les activités générant trop de

vibrations.

2.3 - Le retour d’expérienceSi toutes ces auscultations ont pour objectif le

contrôle de l’influence que peut avoir le tunnel sur

les riverains après sa réalisation, elles permettent

également de constituer une expérience des

travaux effectués et ainsi anticiper les difficultés.

Le travail le plus important de synthèse et d’analyse

des auscultations a été fait sous le square du

Serment de Koufra, point principal de la validation

de la méthode Perforex pour passer sous le Boulevard

Périphérique : le passage sous le mur de soutènement,

avant d’atteindre la bretelle d’accès puis les voies

de circulation, constituant un point d’arrêt, il a

fallu valider les hypothèses de calcul, confirmer la

maîtrise des tassements et tester la capacité du

Groupement à réagir en cas d’alerte. Le test dans

cette zone est d’autant plus opportun que la

sensibilité des riverains y est très faible : ni infra-

structure ni réseau, ni habitation. Lors du passage

sous le square Koufra, les seuils de vigilance accrue

et d’alerte ont été dépassés (25mm au maximum,

pour respectivement 10 mm et 15 mm) sans aucun

mouvement dans le tunnel, les mouvements étant

donc uniquement dus aux terrains de couverture.

L’hypothèse de plus faibles caractéristiques méca-

niques que prévu pour les Marnes et Caillasses en

voûte a été corroborée par leur débit farineux lors

des excavations, indice d’un possible déconfine-

ment lors de l’exploitation, puis du confortement

des carrières souterraines. Un calcul paramétrique

pour en conclure un risque potentiel ; en effet, il

pourrait former des vides au contact d’eaux fuyant

des égouts sous le Périphérique ; de même il est

opportun de reconnaître la surface érosive très irré-

gulière à l’interface entre les Sables de Beauchamp

et les Marnes Caillasses, quand les notes de calcul

prennent pour hypothèse une interface précise et

plane.

La géotechnique, à l’opposé, est le domaine du calcul,

des lois de la physique, il s’agit de confirmer ce qui

a été prévu dans les notes de calcul et d’analyser,

comprendre les écarts pour mieux corriger les

éventuels désordres et éviter les récurrences. Ou

détecter les « faux désordres », comme la mise en

pression d’un buton provoquée non pas par la poussée

des terres, mais par le chaud ensoleillement d’un

profilé métallique au mois de juillet…

Ces deux approches peuvent paraître opposées

mais tenter d’aborder un problème par les deux

voies garantit d’avoir toutes les clés pour surmonter

les complications. Ce jeu d’équilibriste entre empi-

risme naturaliste et rigueur mathématique est

forcément prenant, mais s’est révélé passionnant

et enrichissant.

3 - Les méthodes de réalisation-en souterrain-

Quand bien même on ne s’attardera dans ce qui

suit que sur la partie souterraine du projet, il faut

souligner que les méthodes et la réalisation des

ouvrages à ciel ouvert ont été tout aussi compli-

quées et passionnantes.

Ce chantier a nécessité la mise en œuvre de

plusieurs méthodes de réalisation des ouvrages

souterrains, préalablement définies en fonction des

dimensions des ouvrages, de l’environnement ainsi

que de la géologie rencontrée. Tous les tunnels ont

été réalisés depuis le même puits ; au moment où

l’activité était maximale, 3 tunnels étaient ainsi

simultanément en cours de creusement.

Les travaux se déroulent du lundi matin au

samedi matin : en 3 postes de 8 heures pour les

équipes de creusement, chacune constituée de

6 mineurs polyvalents, en 2 postes de 8 heures

pour les équipes de coffrage - bétonnage (5

maçons coffreurs) et en 1 poste de 3 hommes de

servitude, chaque poste encadré par un chef de

chantier.

CHANTIERS M



455

M


revêtement définitif. Celui-ci était réalisé par plots

de 2,10 m sur un second coffrage métallique.

La 1/2 section inférieure a été exécutée de la même

manière que les chambres 10 m et 12 m (terrassement

du stross, bétonnage du radier puis piédroits par

plots alternés).

Les tunnels nord ont également été réalisés en

traditionnel en section divisée avec un soutènement

lourd (cintres HEB plus béton projeté et reprise en

sous œuvre du soutènement de la 1/2 section

supérieure). Le terrassement a été réalisé au moyen

d’un engin de terrassement adapté, type Brokk

400, équipé d’une fraise pour la 1/2 section supé-

rieure et d’un BRH pour la 1/2 section inférieure ;

une pince a été spécialement adaptée pour poser

les cintres avec le Brokk. Le revêtement a été coulé

en pleine section par plot de 4m, le décousu étant

limité à 25m.

3.2 - Le tunnel réalisé en méthode Perforex A l’aide d’une grande lame, une saignée est créée,

au sein du massif encaissant puis remplie de béton

projeté. On peut assimiler cette méthode, par certains

aspects, à une sorte de paroi moulée courbe épousant

la forme de l’extrados du tunnel. Cette coque

conique (soutènement provisoire appelé « prévoûte »)

protectrice pour le personnel de production travaillant

en souterrain l’est aussi pour les habitants en surface.

Sa fonction première est de limiter la rupture de

3.1 - Les ouvrages réalisés en méthode conventionnelleLes chambres de 10 m et de 12 m ont été creusées

en section divisée.

La demie section supérieure a été creusée au

moyen d’une pelle de 21 t équipée d’un bras tunnel

et d’une fraise de 60 kW. Le soutènement était

réalisé en cintres lourds plus béton projeté par travée

de 1,05 m avec patte d’éléphant. Le creusement

se faisait en 3 phases : terrassement d’un four et

soutènement puis successivement terrassement et

soutènement des reins. Le décousu était limité à

5,25 m. Le revêtement était réalisé à l’avancement

par plot de 2,10 m sur un coffrage métallique adap-

table au 2 sections.

La demie section inférieure a été réalisée selon

un calepinage précis. La cunette du stross a été

terrassée sur la longueur des 2 chambres (env.

30 ml) avec un trax de 16 t équipé d’un ripper 3

dents, la voûte reposant de chaque côté sur une

banquette talutée. Le radier a été ferraillé et bétonné

en plusieurs plots. Les piédroits ont été réalisés par

plots alternés dans le but de limiter les tassements.

Photo 10 : 1/2 section inférieure des chambres :plot de piédroits.

La chambre de 14m a quant à elle été terrassée

sous une voûte parapluie dont les caractéristiques

sont les suivantes : forages de 210 mm de diamètre

équipés de tubes de 177,8 mm de diamètre et

d’épaisseur 10 mm espacés d’axe à axe de 50 cm.

Une première volée de 25 m puis une deuxième de

15 m ont été réalisées. Une foreuse de type MC

600 est utilisée pour la 1ère volée et une foreuse

de plus petite dimension (espace plus confiné) de

type Beretta montée sur un échafaudage pour la

2nde. Comme les chambres 10m et 12m, celle-ci

a été réalisée en section divisée. La 1/2 section

supérieure a été terrassée avec la même pelle que

les autres chambres. Le décousu était limité à

3,15 m : en effet les tubes avaient été calculés pour

reposer à l’avant sur le terrain et à l’arrière sur le

l’équilibre naturel du sous-sol et ainsi réduire

au maximum les tassements en surface lors de

l’excavation en pleine section. En jouant sur le

recouvrement entre prévoûtes, on rigidifie plus ou

moins la coque, permettant ainsi une adaptation à

l’environnement rencontré (passage sous périphé-

rique, habitations, géologie, ouvrages souter-

rains,…).

La confection des prévoûtes demande la fabrication

d’une machine spéciale ressemblant à une haveuse,

appelée machine Perforex. Celle du chantier a été

baptisée du doux nom d’ EFI au cours de ce chantier.

Le cycle de production est détaillé ci-dessous.

Réalisation d’une prévoûteLa machine Perforex est dotée d’une lame de 4 m

de long et 22 cm d’épaisseur et d’un robot pouvant

se déplacer sur une arche à la forme du tunnel. La

puissance à la tête est de 120 kW fournie par un

powerpack électrique. Pour se déplacer, l’arche de

la machine peut coulisser sur 2 grandes poutres

longues de 13 m. La machine est mise en place

près du front de taille puis réglée grâce à un laser.


Photo 11 : La machine Perforex de prédécoupage « EFI »

Photo 12 : Lame de prédécoupage.

Les prévoûtes sont constituées de panneaux remplis

de béton projeté ; le nombre de panneaux peut

varier en fonction de la géologie rencontrée dans

le but de garantir la stabilité de la saignée (8 pan-

neaux en moyenne). Dès qu’un panneau est

découpé, il est rapidement rempli par le robot. Le

béton est transporté à pied d’œuvre au moyen de

2 mini-toupies Dieci de 3,5m3. Celui-ci est pompé

et projeté depuis l’entrée de la saignée grâce à

une pompe Aliva 285 permettant ainsi de remplir

le panneau en quelques minutes (en moyenne

moins de 10 mn).

La lame et le robot sont montés sur 2 chariots indé-

pendants ; le sciage d’un panneau et le bétonnage

d’un autre peuvent se faire simultanément : la



saignée ne reste ouverte que quelques minutes,

limitant ainsi le déconfinement du terrain.

Les prévoûtes ainsi réalisées forment une coque en

béton projeté qui garantit la sécurité du personnel

au front de taille. Les longueurs de terrassement

peuvent être adaptées pour que les prévoûtes se

chevauchent plus ou moins (de 0,67 m à 2 m) en

fonction du terrain à soutenir et ainsi limiter les

tassements en surface. Par exemple, le recouvre-

ment des prévoûtes est de 2 m pour le passage

sous le périphérique, de 1,5 m sous les immeubles

de la ville de Montrouge et de 0,67 m sous l’avenue

de la République.

Pose du soutènement complémentaireLe tunnel étant réalisé en milieu urbain dense, un

soutènement complémentaire est mis en place

sous chaque prévoûte en arrière du front de taille.

Un cintre lourd est posé au milieu de la prévoûte et

un cintre réticulé (type Pantex 95 x 22 x 32) est

posé à son extrémité (appelée « talon ») puis enrobé

de béton projeté. Les cintres sont pré-assemblés

en surface avec des articulations pour être mis en

place grâce à un chariot télescopique rotatif équipé

d’une pince à cintre.

Terrassement sous prévoûteLe terrassement sous les prévoûtes est réalisé

par une pelle ITC 312 : c’est une pelle à attaque

ponctuelle équipée d’un double bras permettant

d’utiliser un BRH type Montabert V32 puis de charger

le marin sur son convoyeur sans changer d’outil.

Le chargement des mini-tombereaux Dieci de 7 m3

s’effectue par le convoyeur de l’ITC. Le marinage

est évacué par la grue à tour et stocké dans 2 trémies

de 100 m3. Le front est projeté après chaque

terrassement pour éviter le déconfinement des

Marnes et Caillasses et limiter le risque de chute

de blocs.

CHANTIERS M


Photo 13 : Terrassement sous prévoûte.

Boulonnage du frontDes boulons de 15 m de longueur sont réalisés

dans le front de taille tous les 10 m avec une

foreuse Robodrill équipée d’une glissière de 5 m et

d’un marteau HC120. Les boulons en fibre de verre,

constitués de deux lames minces (livrées par

couronne de 500 m) sont assemblés sur place et

injectés au coulis de ciment.

Revêtement définitifLe revêtement définitif est réalisé à l’avancement

avec un décousu maxi de 35 m sous le périphérique

et les bâtiments de la ville de Montrouge puis de

50 m sous l’avenue de la République. Le coffrage

a une longueur de 10 m et se déplace hydraulique-

ment sur des rails. Il a été conçu de telle manière

qu’il puisse être modifié en 3 jours pour passer de

la section 7,40 m à 7,80 m.

Le bétonnage est assuré par une pompe située en

surface. Le ferraillage de la voûte a été optimisé et

préfabriqué, il se limite aux piédroits sur 2 m de haut.

Le reste de la voûte n’est pas du tout ferraillé : le

treillis de peau initialement prévu a été remplacé

par l’incorporation dans le béton, en centrale, de

fibres en polypropylène (0,9 kg de fibre pour 1 m3

de béton).

Compte tenu du décousu limité, le radier est

bétonné après la voûte pour que la machine Perforex

EFI puisse reculer jusqu’au coffrage de voûte. Son

ferraillage est entièrement préfabriqué (20 pan-

neaux) et peut être mis en place à la main. La

circulation au-dessus du radier se fait sur un pont

lourd de 13m, celui-ci permet ainsi de dissocier le

creusement du revêtement définitif, en maintenant

la circulation dans le tunnel lors du bétonnage du

radier.

3.3 - Problèmes rencontrés etadaptation du cycle Perforex

3.3.1 - Les adaptations liées à la géologieLes différents aléas géologiques rencontrés ont

demandé une grande réactivité et adaptabilité du

personnel pour adapter la méthode et ainsi limiter

le retard d’exécution.

Les Marnes et Caillasses décompriméesLa bonne cohésion des terrains à court terme (par

expérience Cuu minimum de 35 kPa env.) est la

caractéristique géotechnique la plus importante

pour la réalisation convenable d’une prévoûte ; en

effet, elle garantit la stabilité de la saignée et permet

ainsi le remplissage correct d’un panneau. Les

marnes situées au-dessus des anciennes carrières

ont été affectées par le mauvais remplissage des

carrières qui a provoqué leur décompression. Leur

cohésion diminuée ne permet plus la stabilité de

la saignée avant et pendant le bétonnage d’un

panneau, ce qui provoque des cloches au-dessus

de la saignée. De plus, les cloches trop importantes,

dépassant parfois 1 m, ne peuvent plus être remplies

par le robot de la machine Perforex. Pour améliorer

la cohésion des marnes et ainsi limiter le phéno-

mène de cloche, elles sont injectées à l’avancement

au-dessus des prévoûtes.

Photo 14 : Le front de taille dans la zone des carrières ; à noter la perturbation des Marneset Caillasses et les confortements de carrières.

Ainsi, pour passer ce moment délicat situé juste

avant l’entrée sous le périphérique, a été intégrée

au cycle de production courant la réalisation d’un

traitement préventif 6m en avant du front par injec-

tion au coulis de ciment (dosé à 400 kg/m3), dans

le but d’améliorer la cohésion des marnes et cail-

lasses. Les forages sont réalisés avec la foreuse

Robodrill et équipés de tubes à manchettes. Des

forages de contrôle au-dessus des prévoûtes ont

également été réalisés afin de remplir les éventuels

vides résiduels par des injections de clavage.

Pour la même raison, lors du terrassement des tun-

nels réalisés en traditionnel, la longueur des travées

doit être réduite à 1m afin de limiter les hors-profils

importants rencontrés.

Les marnes brunes et l’argile verteLa couche d’argile verte et de marnes brunes a

été croisée à 2 reprises par le radier du tunnel.

Pour limiter le tassement des prévoûtes fichées

dans l’agile verte, elles ont été ancrées dans le

calcaire grossier supérieur avec 6 boulons (3 par

piedroit) diam 32 scellés au coulis de ciment. Les


457

M


circulation à la fin de la réalisation du tunnel sans

dommage à l’ouvrage.

Les égouts du périphériqueDe la même manière que pour le couloir RATP, le

tunnel tangente le radier des égouts pluviaux du

périphérique (fig. 3). Pour limiter leur fissuration, des

poutres réticulées de forme trapézoïdale ont été

assemblées à l’intérieur des égouts. Ces poutres ont

été démontées après avoir coulé le revêtement du

tunnel. La pose et la dépose du soutènement ont pu

être réalisées en journée grâce à la mise en place

d’une emprise sur une bretelle du périphérique et

d’une ventilation continue des égouts.

Terrassement de nuitLe tunnel est terrassé en partie dans les calcaires

avec une couverture faible au moyen d’un BRH ; il

s’est avéré que les vibrations générées étaient res-

senties par les riverains dans un cercle de 40 m

autour du front à l’avant comme à l’arrière. Le chan-

tier a été contraint à ne pas terrasser la nuit pour

limiter la gêne auprès des riverains. Ainsi, afin de

ne pas trop pénaliser l’avancement du tunnel, des

modifications de cycle ont dû être effectuées au

jour le jour pour réaliser de nuit les tâches qui ne

génèrent que peu de vibrations et de bruit (boulon-

nage du front, pose des cintres…).

ancrages sont réalisés à l’avancement au plus près

du front.

Photo 15 : Réalisation d’un essai de plaque dans l’ouvrage d’épuisement pour caractériser les marnes brunes.

Pour garantir la stabilité et limiter les tassements

du tunnel à long terme, les marnes brunes altérées

(tourbeuses) et les argiles vertes ont été purgées à

l’avancement sous les piédroits pour être rempla-

cées par du béton projeté.

Le calcaire grossierIl s’est avéré que le calcaire qui n’avait pas été

exploité (zones hors carrières) était faiblement

fracturé et sensiblement plus résistant que prévu,

surtout dans la zone sous les immeubles. La pelle

ITC 312 équipée du double bras est la machine

d’abattage la plus adaptée à cette section de tunnel

pour terrasser et charger dans un faible décousu.

Elle a donc été conservée. Cependant cette résis-

tance élevée a beaucoup ralenti le terrassement et

a été la cause de la casse du bras d’abattage à

2 reprises.

3.3.2 - Les adaptations liées à l’environnement

Le couloir RATPLe tunnel de 7,80 m (tunnel nord 2V réalisé en

traditionnel) passe sous un couloir d’accès à la station

Porte d’Orléans ; il passe si près qu’il a fallu ponc-

tuellement démolir les semelles de fondation du

couloir (ouvrage non ferraillé) afin de poser le cintre

lourd de soutènement. Auparavant, une intervention

a été faite dans le couloir, préalablement fermé au

public, pour y mettre en place un soutènement

provisoire. Celui-ci consistait à couler un radier

provisoire ancré dans les piédroits du couloir

permettant de « suspendre » le radier existant, puis

de sceller à chacun des piédroits du couloir une

poutre réticulée (treillis) longue de 20 m.

Ce soutènement a été déposé et le couloir remis en

4 - Conclusion-

La méthode Perforex a prouvé sur ce chantier

qu’elle apportait une grande sécurité en

matière de limitation des tassements dans un

environnement urbain très délicat. Confronté

à des aléas géologiques non prévus, elle a

montré son adaptabilité : face à une perte de

cohésion des Marnes et Caillasses au dessus

des anciennes carrières, le chantier a com-

plété le cycle par des injections préventives

légères. La cadence initialement prévue de

10 m par semaine de tunnel creusé et revêtu

a pu être obtenue durant les derniers mois du

chantier, malgré la résistance du calcaire qui

ralentissait sciage et terrassement. Dans son

domaine d’application privilégié (environne-

ment sensible, sols cohérents ou roche

tendre) cette méthode allie sécurité et rende-

ment et constitue un procédé de production

original et performant.

Ce chantier, qui a nécessité la mise en œuvre

de nombreuses techniques, a été très riche

d’enseignements pour les nombreux jeunes,

membres des entreprises partenaires ou

stagiaires qui ont intégré nos équipes.

Il s’est toujours déroulé dans un esprit de

compréhension réciproque dans les relations

avec la maîtrise d’œuvre et la maîtrise d’ou-

vrage. Même si au départ ce contrat n’était

pas établi sur la base des recommandations

du GT 25 de l’AFTES, c’est bien dans l’esprit

de ces recommandations qu’il s’est toujours

déroulé. Nous sommes certains que ces

jeunes tireront une expérience positive de ce

type de relation contractuelle. t


Figure 3 : Profil longitudinal sous le boulevard périphérique.

Photo 16 : Renforcement du couloir RATP.


458 M

Extension of Paris metro line 4,workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job

M

WORKSITES M


M

449

Abstract The BUSS consortium was responsible for Workpackage T1 on the Paris metro line 4 extension for the RATP,with Xelis as the main contractor.This workpackage included both open-air works linking in with existing metro tunnels, and undergroundworks, including a very shallow-depth section (less than 4.5m below ground) beneath the city ring roadand residential buildings at Montrouge. In all, this involved the construction of 900 linear metres of undergroundtunnels of very different types.We invited three junior managers from the works team to describe this worksite, more particularly work on thestandard sections of tunnel using Perforex mechanical pre-cutting and pre-arches, as well as their experienceduring this three-year project, the results of the surveying and of course the difficulties we encountered.This article follows on from the one by Ch. Blouet (Xelis), describing the preliminary reinforcements of oldunderground quarry workings (TES no. 219).

TES has invited us to present this worksite. The article which follows was written by three young people who were involved in this piece of teamwork;- Lionel Petitjean, contract engineer with Bec Frères, presents the worksite as a whole and, more particularly, the open-air works;- Franck Billon, geologist and geotechnical engineer with Solétanche - Bachy, presents the technical studies and inspections; he also provided the photos

accompanying this article;- Stéphane Leroux, the engineer in charge of underground works from Urbaine de Travaux, presents these works’ distinctive features and the various difficulties

encountered.It then fell to us to write the conclusion.

Valérie DORÉ, works director, Solétanche - BachyBernard BIZON, head of project, Bec Frères

Principal stakeholders

• Construction design: BET Travaux souterrains Bec Frères

• Surveying and automatic monitoring: MIRE SAS

• Retaining walls and jointed piles:Solétanche-Bachy Pieux

• Open-air earthworks and removalof waste: Vialis

• Concrete reinforcements: SAS• Box section sealing: Eurovia • Mechanical assistance and steel

fabrication: SAML • Suppliers: Concrete: Lafarge -

Steel ribs: Arcane - Formwork: Sermar• Noise & vibrations studies,

geotechnical services : SolData

Introduction-Presentation of stakeholders-

The RATP is the historic operator of the Paris Metro.

As contracting authority, it entrusted the BUSS

contractor consortium (put together for this particular

project) with carrying out the complex works involved

in workpackage T1 for extension of its N° 4 line.

The BUSS consortium bid submission brought

together the following contractors:

• Bec Frères (the lead partner),

• Urbaine de Travaux,

• Sotraisol fondations

These three companies are all part of the FAYAT

group

• Soletanche-Bachy,

a VINCI group company.

Xelis, the RATP’s subsidiary engineering company,

was the prime contractor for the line 4 extension

project.

The BUSS consortium, prime contractor Xelis and

the contracting authority RATP worked together on

this delicate project, making use of the recommen-

dations by AFTES Working Group 25.

The particularity of this worksite resides both in the

wide variety of techniques implemented – the most

innovative of which was the Perforex® method –

and in the equally broad variety of professionals

involved, working together on this worksite for

almost three years in all.

Valérie DORÉSolétanche - Bachy

Bernard BIZONBec Frères

Franck BILLONSolétanche - Bachy

Stéphane LEROUXUrbaine de Travaux

Lionel PETITJEANBec Frères


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WORKSITESExtension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job ]

There are former quarry workings in the coarse

limestone in the central section of the project, which

affected the southern open-air works and the north

of the underground works.

1.1 - Open-air structuresThese are referred to as such because during

construction, it was theoretically possible to see

above ground from them (in actual fact, much of

the work was carried out beneath decking). The

structures are located at the Place du 25 août

1944. This location is a strategic crossroads, pro-

viding access from the South and the Porte d’Or-

léans to the centre of Paris and the Montparnasse

rail terminus: there are high levels of vehicle traffic

daily, and congestion is frequent.

1 - Presentation of the-line 4 extension project-(phase 1 - workpackage T1)-

The first phase of the line 4 extension project was

divided into two workpackages:

• Workpackage T1 (the BUSS consortium), ran from

the existing Porte d’Orléans station (km 0.000)

and the metro terminus loop to Mairie de Mon-

trouge (km 0.676) (fig. 1);

• workpackage T2 (RAZEL, part of the FAYAT

group), for works extending from the Mairie de

Montrouge station for a distance of some 600

metres underground towards Bagneux.

The initial amount for the T1 workpackage was

€35,660k plus VAT. Works are currently underway

and are due for completion in mid-February 2011,

by which time 900m of underground space will

have been excavated and lined.

Starting from the surface, the following geological

horizons were encountered: recent backfill (approx.

3m), Beauchamp sand (approx. 2.5m), marl and

limestone layers in various states of compression

(approx. 5m), and finally coarse limestone of varying

strengths, within which there is a layer of green clay

and brown marl, of varying thickness.

Two types of activity may be distinguished on this

worksite: open-air works over a distance of some

one hundred metres at the northern end of the pro-

ject, adjacent to the Porte d’Orléans station and

loop, and the underground works further to the south,

as far as the Mairie de Montrouge station. Only the

marl and limestone layers and coarse limestone were

encountered during the underground works.

These reinforced concrete box section structures

are presented below:

• Two tunnels linking the return loop to line 4

(Leclerc and Appell tunnels) in covered trenches.

These connect the existing tunnel and the new

project;

• A box section structure 85m long and 7.80m

wide (2 tracks), between the Leclerc and Koufra

tunnels, built partly in the open air and partly

beneath decking;

• A box section structure 78m long and 5.00m

wide (1 service track) between the Appell and

Koufra tunnels, built partly in the open air and

partly beneath decking.

A works director and two site foremen worked on

these four structures, with three worksites progres-

sing simultaneously for most of the time.

Worksite areas With the assistance of Paris City Council, works

areas were installed in the middle of the highway

to enable temporary heavy decking to be installed.

These measures, carried out during times when

there was less traffic, allowed vehicles to pass

above the worksite while works continued beneath.

Installation work took three weeks and included the

following tasks: survey excavations; boring the

retaining piles; earthworks to a depth of 1.8m and

the installation of timber sheeting; concreting of

beams; installation of a temporary heavy-duty

bridge (flush HEB 300 profiles) supported by the

side beams, above the covered trench;

Figure 1: Overall plan.

Photo 1: View of the open-air areataken from the tower crane.

Photo 2: Installation of decking in traffic.



WORKSITES M

[ Extension of Paris metro line 4, workpackage T1: a variety of techniques for a complex and delicate job

Photo 4: Steel shielding of the metro loop duringdemolition work.

The two tunnels connecting to the return loop were

of different designs: while the Appell tunnel’s slab

and walls were constructed in the shelter of a retai-

ning wall, 800mm-diameter jointed piles were

adopted for construction of the Leclerc tunnel. Here,

this solution made it possible to work in a smaller

volume: the jointed piles served firstly to provide

temporary retaining support and then as a structural

component of the tunnel. Temporary support of

these two tunnels was completed as follows: cylin-

drical cross stays were used for the Appell tunnel,

along with type III 50-tonne cable tie-backs, while

type III cable tie-backs alone were used for the

Leclerc tunnel.

Following a proposal by the BUSS consortium, a

system of flush reinforced concrete beams with a

polystyrene infill (with a density of 0.5t/m3), linked

together by a topping slab, was installed to cover

the structures; the initial project had been to use a

thick reinforced concrete slab poured on site. These

beams were installed at night.

On the LECLERC site, a drain (with a cross-section

of 2.3m x 2.7m, 14m in length and with a weight

of 670kN) was also constructed to replace an

application of a layer of asphalt on top of this struc-

ture, followed by night work to dismantle the work

area and signage, also with the assistance of Paris

City Council. It is worth pointing out that the tem-

porary decking was sized to cater for the possibility

of military or other exceptional loads using the route.

Photo 3: Construction of piles.

It was possible to keep some work areas located

away from traffic throughout the course of works

and thus provide access to the structures; these

areas also served for preparation and storage.

Connecting tunnelsThe internal dimensions of the structures were as

follows: 16m wide, 35m long and 6m high, covered

with between 1 and 2m of backfill and roadway.

Their construction required part of the existing tun-

nel, still in use, to be demolished. To ensure the

safety of the RATP infrastructures, prior to the com-

mencement of any surface works, protection of the

metro track in use was carried out, by means of

steel shielding. This steel tunnel within the tunnel

rested on reinforced concrete beams poured on

site. The shield consisted of HEB 180 profiles bea-

ring sheet metal plates of between 5 and 10mm

thickness, with the structure as a whole forming a

“sealed” unit. It was installed by a team of 11

mining and welding engineers using a mini-exca-

vator mounted on a trolley which was specially des-

igned for these works. The worksite personnel had

to work round the metro’s operating times: works

took place during a “short night”, between around

2am and 4.30am. Various unforeseeable events

relating to operation of the line meant that access

to the work zones was difficult. As a result, these

preliminary works, which were on the worksite’s

critical path, fell behind schedule: this also disrupted

work on the open-air structures.

existing obsolete infrastructure. Installation of this

new drain also took place at night, with the use of

two 250-tonne mobile cranes.

Single and double-track box section tunnelsThese box section structures are located immedia-

tely after the APPELL and LECLERC connections.

Their dimensions are as follows: 78 x 5 x 4.7m and

86 x 7.8 x 4.7m (length x width x height). Provisional

support was by means of a retaining wall consisting

of 600mm piles spaced 2m apart, braced using

HEB profiles.

Support between the piles was by means of wet

process shotcreting. 70% of the earthworks and

civil engineering works (slab, walls and crosspieces)

used top-down methods beneath decking, and

often had to cope with preserved crossover networks

(sewers, fibre-optic cables, and other networks in

use). The box section tunnels had a 5% incline, in

order to reach the depth required for underground

excavation works.

Photo 7: The completed connecting structureprior to dismantling of the steel tunnel.

Photo 5: Installation ofcover beams.

Photo 6: Installation ofthe prefabricated drain.

Photo 8:One-track box section tunnel

beneathdecking: end of

excavations.


461

M



2 - Construction design and-methods, geological-monitoring and inspections-

2.1 - Construction design and methodsWith such a great technical variety within such a

short timeframe, involving up to four structures

being built at the same time, the worksite called for

a considerable amount of design work: each tunnel,

chamber, shaft, niche and spur required its own

design calculations, support, reinforcement and

formwork plans and construction inspection proce-

dures. This design work, ahead of construction and

updates during works, was entrusted to the Bec

Frères design office, working in close, virtually

constant contact with the worksite. The scale of the

project meant there was a lot of work to be appro-

ved by the prime contractor in short order; the lat-

ter’s responsiveness was appreciated.

The northern infrastructures are at a shallow depth

and located in geological horizons which are mostly

loose, so they were built with heavy-duty retaining

structures; design was carried out using statically

indeterminate reaction calculations, irrespective of

the construction process (open-air with retaining

walls, underground beneath an ‘umbrella’ arch or

in the traditional manner).

The Koufra-Montrouge tunnel, which was built

using the Perforex method, was the subject of eight

finite element method calculations, each represen-

1.2 - Underground worksThe principle work area for the worksite was located

in part of the Square du Serment de Koufra: this

included the site facilities, the principal equipment

storage area and the temporary work shaft.

Underground works began from this access. The

single and dual-track northern tunnels, 5m and

7.8m wide respectively, connected to the box sec-

tion tunnels described above. They were supported

in the traditional manner (HEB steel ribs and shot-

crete) and excavated in half sections (top and bot-

tom half-sections). At km 0.158, the northern and

southern tunnels reach the KOUFRA junction. This

forms the transition from 3 tracks (2 + 1) to 2 tracks

(standard section). The tunnels decrease in width

from 14 to 12 and then 10m before ending up in a

standard tunnel section width of 7.8m.

These tunnels, located above former quarry wor-

kings (the reinforcement of which was the subject

of an article by Xelis in TES’ May/June issue), at a

shallow depth, with wide diameters and elliptical

in shape, were constructed using standard

methods.

The 14m tunnel, which was more delicate due to

its size and its location closer to the surface, was

built beneath an ‘umbrella’ arch. From there, the

standard tunnel section begins, with approximately

440m built using the patented Perforex® mecha-

nical pre-cutting method.

Naturally the tunnel would not be complete without

the construction of its related structures, making it

a genuine underground space:

• Ventilation branches at the KOUFRA site (with dia-

meters of 3.5 and 5m) built using standard

methods and excavated using the full-section

method. (around an inspection gallery for the 5m

branch). Worthy of note is the three-dimensional

aspect of the space (and the related design work)

where the shafts meet the junction;

• The drainage shaft located at Boulevard Romain

Rolland. This is a shaft with a depth of 20m, the

excavation of which was protected by steel sheet

piling and HEB profiles, with 28m-long galleries

above it leading off towards the standard tunnel.

These chambers will house lift pumps at the

lowest point of the tunnel;

• The motorised ventilation bay: a 15m spur

connects the tunnel to a shaft built by work-

package T2.

• 9 niches for points equipment and for the protec-

tion of personnel on foot in the tunnel.

ting a specific part of the route: asymmetric loads

beneath the ring road retaining walls, with little

depth and a route beneath the road’s drains, asym-

metric overloads of buildings, changes in geology

and so on. The first section for which design calcu-

lations were performed, beneath the Square du Ser-

ment de Koufra, was the simplest in terms of

geometry and provided the opportunity for expe-

rience feedback with regard to the design methods,

described in more detail below. Finite element

method calculation makes it possible to have pre-

cise estimates of settlement, which is vital in a

dense and sensitive urban environment, particularly

for the section only 4.5m (including two metres’

worth of drains) beneath the Paris ring road – a

strategic infrastructure which is particularly crucial

for the south of Paris.

In addition to sizing the retaining structures, the

worksite also had to develop specific methods for

each of the critical tasks forming part of the work-

site: interfaces between structures, concurrent

activities, and particularly delicate deliveries of

equipment and materials. This method planning

was carried out directly on the worksite, under the

supervision of the design and works coordinator,

in liaison with heads of production and the project

designer who was present full-time on the site.

2.2 - Monitoring surveysOn this worksite, the position of geologist/geo -

technician in charge of inspections, which corres-

ponded more or less to that of Temporary Works

Figure 2: Example of modelling beneath the ring road.



WORKSITES M


ween the top and intermediate levels of coarse

limestone. The samples were tested in a laboratory,

as appropriate for the characteristics of each:

methylene blue value, organic matter content, cal-

cimetry, CU and UU triaxial tests, œdometer, etc.

These marly and clayey levels were also the subject

of two cyclical pressure tests and a plate test.

2.2.3 - InspectionsThe third aspect of the work of the geologist/geo-

technician on this project involved overseeing moni-

toring surveys both above and below ground. The

worksite surveyor team was made up of a shift

supervisor and two teams.

The first of these worked almost exclusively on sur-

face levelling for all structures under construction

or being stabilised, while the second worked mostly

underground on inspecting, locating and guiding.

Along the entire length of the structures – on the

public domain, within site work areas, and in pre-

mises belonging to third parties and local residents-

levelling points (ground pins and strips on facades)

were installed for micrometer readings, accurate to

within 0.3mm in optimum conditions. Underground,

three to five-point closure sections

were placed on heavy-duty ribs, pre-arches and on

the final lining, to detect any displacement or dis-

tortion of the retaining wall. Depending on the

degree of sensitivity of the structure and third par-

ties, the phase of works underway, and the beha-

viour of structures and surrounding soil, the

frequency of these measurements could range from

once a day (by default) for pre-arch closure sections

Supervisor, had three major components: geological

monitoring during special preparation works and

excavations; geotechnical instrumentation of tem-

porary and permanent structures; and responsibility

for monitoring surveys.

2.2.1 - GeologyGeological monitoring consists first and foremost in

inspecting whether the soil actually excavated is in

line with the tender configurations and thus with

the design hypotheses. This inspection involves

excavation samples for shafts and box tunnels,

along with cutting face samples for chambers,

arched tunnels and niches; consequently, it calls for

stringent production oversight, particularly for work-

sites involving two or three eight-hour shifts. The

priority is to secure work positions by shotcreting

unlined sections immediately on completion of

excavations. This allows only a very short time for

observations, particularly for the more complex geo-

logy found in reworked and reinforced soil, for which

it is necessary both to identify the original geology

and track the alterations.

2.2.2 - GeotechnicsGeotechnical measurements are based on instru-

menting the retaining walls and structures. In open-

air structures, one in ten stays and ties were fitted

with flat jacks and torque gauges, while each sur-

face of the connecting structures was fitted with an

inclinometer from which readings were taken once

during each phase of works, while the steel decking

above the top-down excavations was monitored by

semiconductor strain gauges.

Underground, the heavy-duty ribs in the Koufra-

Montrouge tunnel were monitored using vibrating

wire strain gauges. In addition, the coarse limestone

was the subject of surveying during the progress

of works by means of destructive boreholes, since

the French Quarry Works Inspectorate (IGC) could

not guarantee the complete absence of former

quarry works or abandoned shafts within the scope

of the project. Additional, more targeted surveys

were carried out at Montrouge in order to locate the

old quarry workings more precisely: these were

shown on the IGC’s map, but only approximately;

this additional work was carried out using a geo-

physical method, with a linear actuator. Lastly, a

survey borehole campaign was conducted in Paris

and Montrouge in order to locate and sample a bed

of green clay and brown marl, at the interface bet-

and surface points adjacent to unlined sections, to

once a month for stabilised structures for which

works were still going on.

For the section beneath the Paris ring road, the most

sensitive third-party structure for the project, a par-

ticular method was used, since the ring road is not

accessible to pedestrians and required continuous

monitoring. A complete automated station was set

up on the Porte de Montrouge bridge in order to

carry out a set of measurements every two hours,

covering all the set points on the ring road. Each

time a pre-defined threshold was exceeded, alarms

were sent by SMS and e-mail to the site staff. In

addition, specific levelling of the roadway

was carried out from this bridge.

For each structure completed, a specific monitoring

procedure Including each of these three aspects

was drafted and validated by the prime contractor.

For each measurement, this defined a heightened

vigilance threshold and an alert threshold: the first,

generally set in line with the theoretical values of

the design calculations, warned of abnormalities in

the progress of works and flagged up the need for

correction as soon as possible as well as investi-

gation into the causes.

However, it did not involve calling into question the

methods or calculations, whereas the second level

of alert, usually set to a value of 150% of the theo-

retical values, corresponded to potential danger to

worksite plant and personnel or third parties: pro-

duction would have to be halted, drastic safety mea-

sures engaged at once and an in-depth analysis of

the causes was required.

Photo 9: Monitoring markers on pre-arches.


463

M



Young’s modulus and cohesion by 80% (values arri-

ved at by two different means) and lowering the

stress relief rate from 0.5 to 0.3 in a new finite ele-

ment method settlement simulation, the results cor-

responded exactly to the values actually measured.

The loss of cohesion due to stress relief also explai-

ned the difficulty of constructing pre-arches in the

first 50m of the standard tunnel (see above) and

the adjustments required to continue the worksite,

both in the Koufra-Montrouge tunnel and in the nor-

thern tunnels.

Once the hold point prior to continuing beneath the

ring road had been cleared, the tunnel crossed soil

which had not been disturbed by coarse limestone

quarrying and the settlement was in line with fore-

casts, with a mean value of 8mm. Movements were

also fairly consistent with the forecast values

beneath buildings (6mm) and beneath the Avenue

de la République (4mm).

The wide variety of techniques used made it pos-

sible to compare the impact of different structures,

each with its own particular sensitivity. There was

a particularly striking contrast between the northern

structures, particularly the box tunnels, built in the

open air, and the tunnels built underground more

to the south: while the latter generated settlements

in excess of the forecast values as described above,

the covered trench work, whether it used retaining

walls or jointed piles, resulted in absolutely no ano-

malies in neighbouring buildings, despite being only

a few metres away from structures bedded in quarry

working reinforcements and grounded on the same

marls under stress relief.

2.4 - Conclusions on the role ofTemporary Works SupervisorThe position of Temporary Works Supervisor there-

fore lies at the crossroads of two disciplines which

are both different and complementary, and which

may be described as follows.

Geology is an approach based on natural science,

involving the observation, description and analysis

of soils to understand their history and gain greater

knowledge of them, in order to deal with the unex-

pected. For instance, this might involve detecting

the presence of gypsum (whether unaltered or

pseudomorphosed) to determine whether there is

a potential hazard; in the latter case, water leakage

from drains beneath the ring road could lead to the

Another, more atypical type of monitoring had to be

carried out for the section beneath Avenue de la

République. Another major worksite for the town of

Montrouge was underway at the same time: reno-

vation of the Conference and Arts Centre. This invol-

ved complete demolition of the inside of the

structure, leaving only the facade standing parallel

to the future tunnel: this was also to have subsur-

face work carried out on it. There were two major

risks for this facade: tilting due to the differential

settlement generated by the tunnel, and damage or

even collapse due to vibrations during hydraulic

hammer excavations. The density of monitoring

points in front of and on the facade was increased,

and the consortium installed three vibration sensors,

connected to a recording unit. These alerted site staff

if any danger thresholds were exceeded, so as to halt

any activities creating too many vibrations.

2.3 - Experience feedbackThe purpose of all this monitoring was not only to

check the influence the tunnel could have on the

neighbourhood after completion, but also to compile

a record of the works carried out and thereby anti-

cipate future difficulties.

Particular attention was paid to summarising and

analysing inspections from beneath the Square du

Serment de Koufra, the key point for validating the

use of the Perforex method for passing beneath the

Paris ring road: passing beneath the retaining wall,

before reaching the slip road and the carriageway

itself, was a hold point, at which design hypotheses

had to be validated, confirming proper control of

settlement and testing the ability of the consortium

to react in the event of an alert. Testing in this area

was all the more appropriate in that there was very

little local sensitivity, with no infrastructure, net-

works or housing. For the section beneath the

Square Koufra, heightened vigilance and alert thres-

holds were exceeded (with a maximum of 25mm

for levels of 10 and 15mm respectively) without any

movement within the tunnel: these movements

were therefore due solely to the cover soil.

The hypothesis of weaker mechanical characteris-

tics than forecast for the marl and loam around the

arch was borne out by their floury consistency

during excavations, indicating both potential stress

relief during operations and reinforcements of

underground quarry workings. Parametric calcula-

tions confirmed this theory: by decreasing the

formation of voids; similarly, it was well worth sur-

veying the highly irregular erosive surface at the

interface between the Beauchamp sand and the

marl and limestone, given that the design calcula-

tions were based on the hypothesis of a clear,

smooth interface.

Geotechnics, on the other hand, relates to calcu -

lations and the laws of physics, and involves

confirming what was predicted by the design cal-

culations, then analysing and understanding any

discrepancies in order to correct any anomalies and

avoid them re-occurring. It may also involve the

detection of “false anomalies”, such as an increa-

sed pressure reading on a stay, not because of the

weight of earth, but due to the warming of a steel

profile in mid-July!

While these two approaches may appear to be com-

pletely opposed, dealing with a problem using both

is an excellent way of finding all the keys to open

up a way through any complications. This balancing

act between empirical natural science and mathe-

matical rigour is highly demanding - but also fas-

cinating and fulfilling.

3 - Underground construction-methods-

Although only the underground aspect of the project

is discussed here in more detail, it should be

emphasised that the construction of open-air struc-

tures and the methods used were equally complex

and interesting.

This worksite required the implementation of a

number of construction methods for underground

structures, defined beforehand in terms of the

dimensions of the structures, the environment and

the geology in question. All the tunnels were

constructed from the same shaft; at the busiest

period, 3 tunnels were being bored simultaneously.

Works took place from Monday morning to Saturday

morning, with 3 8-hour shifts for tunnelling teams

(each consisting of 6 multi-skilled mining engi-

neers), 2 8-hour shifts for formwork/concreting

teams (5 shutter hands) and 1 shift of 3 service per-

sonnel, with each shift supervised by a site foreman.

3.1 - Tunnels built using theconventional methodThe 10m and 12m chambers were excavated in

half sections.The top half-section was excavated



WORKSITES M


The northern tunnels were also dug in the traditional

manner, in half sections with heavy-duty retaining

walls (HEB steel ribs and shotcrete, and subsurface

work on the retaining wall of the top half-section).

The earthworks were carried out using a suitable

Brokk 400 machine fitted with a cutter for the top

half-section and a hydraulic hammer for the bottom

half-section; a claw was also specially adapted so

the Brokk machine could be used to install the ribs.

The lining was poured for the whole circumference

at once in 4m segments, with the unlined surface

restricted to 25m.

3.2 - Tunnel section usingthe Perforex methodA large blade is used to cut a channel in the sur-

rounding rock. This channel is then filled with shot-

crete. In some aspects, this method is similar to a

curved, diaphragm wall which runs flush with the

tunnel’s upper curve. This conical shell (a provisio-

nal support known as a ‘pre-arch’) protects pro-

duction personnel working underground as well as

people on the surface.

Its primary purpose is to minimise the disturbance

to the natural equilibrium below ground and thus

limit surface settlement as much as possible when

full-scale excavations are carried out. The shell can

be made more or less rigid by adapting the covering

between the pre-arches, making it possible to

adjust to the environment in question (passing

beneath the ring road, houses, geology, under-

ground structures, and so on).

using a 21-tonne excavator fitted with a tunnelling

arm and a 60kW cutter. The retaining walls were

made of heavy-duty steel ribs and then shotcreted

in 1.05m sections with flared bases. Excavation

took place in three phases: chamber excavations

plus retaining walls, followed by excavation and

retaining works on the spandrels. The unlined sec-

tion was restricted to 5.25m. Lining took place as

work progressed in 2.1m sections using formwork

which could be adjusted for both dimensions.

The bottom section was completed according to a

very precise plan. The stross was excavated for the

length of the two chambers (approx. 30m) with a

16-tonne traxcavator equipped with a 3-tooth rip-

per, with the arch supported by embankments on

both sides.

The slab was reinforced and concreted in several

segments. The side walls were built in alternating

segments with the aim of minimising settlement.

Photo 10: Bottom half-section of the chambers:side wall segment.

The 14m chamber was excavated beneath an

‘umbrella’ canopy, whose characteristics were as

follows: 210mm diameter boreholes fitted with

tubes 177.8mm in diameter and 10mm thick, with

centrelines spaced 50cm apart. A first run of 25m

followed by a second of 15m were built. An MC 600

drill was used for the first run, and a smaller Beretta

drill mounted on a scaffold was used for the second

run (due to the smaller space). Like the 10m and

12m chambers, this one was built in half sections.

The top half-section was excavated using the same

excavator as for the other chambers. The unlined

section was restricted to 3.15m: the tubes had been

designed to rest on the earth to the front and on the

final lining to the rear. The latter was made in 2.1m

segments on a second layer of steel formwork.

The bottom half-section was built in the same way

as the 10m and 12m chambers (excavation of the

stross, concreting of the slab then side walls in alter-

nating segments). Photo 11: “EFI”, the Perforex pre-cutting machine.

Photo 12: The pre-cutting blade.

The pre-arches are made of panels filled with shot-

crete; the number of panels may vary depending

on the geology encountered, in order to ensure sta-

bility of the channel (on average, 8 panels were

used). As soon as a panel was cut, it was quickly

filled by the robot. The concrete was brought to the

working surface using two Dieci mini mixers with a

capacity of 3.5m3. It was then pumped and sprayed

from the channel entrance using an Aliva 285

pump, filling the panel within less than 10 minutes

on average.

The robot and blade are mounted on two indepen-

dent trolleys; one panel may be cut while another

is being concreted; the channel remains open for

just a few minutes, which keeps the stress relief to

a minimum.

The pre-arches built in this way form a shotcrete

shell ensuring the safety of personnel at the cutting

face. Excavation lengths can be adjusted in order

for the pre-arches to have a degree of overlap (from

0.67 to 2m) depending on the soil to be supported,

minimising surface settlement. For instance, the

Making the pre-arches required the manufacture

of a special machine which resembles a channelling

machine, known as a Perforex machine. The work-

site machine was christened “EFI” during the course

of this project.

The production cycle is explained below.

Construction of a pre-archThe Perforex machine has a blade 4m long and

22cm wide, plus a robot which can move along an

arch in the shape of the tunnel. The cutting head

has 120kW of power supplied by an electrical

power pack. To move, the machine arch slides along

two large beams, 13m long. The machine is instal-

led close to the cutting face and then adjusted by

means of a laser.


465

M



pre-arches overlap by 2m beneath the ring road,

1.5m beneath buildings in Montrouge and by

0.67m beneath the Avenue de la République.

Installation of additional retaining structuresSince the tunnel was built in a dense urban envi-

ronment, additional retaining structures were built

beneath each pre-arch, to the rear of the cutting

face.

A heavy-duty rib was installed in the middle of the

pre-arch and a reticulated rib arch (Pantex 95 x 22

x 32) was installed at its end (known as the “heel”),

then covered in shotcrete. The ribs were pre-

assembled above ground, with joints so that they

could then be installed using a rotating telescopic

handler fitted with a rib claw.

Excavations beneath pre-archesExcavations beneath the pre-arches were carried

out by an ITC 312 excavator. This header is fitted

with a dual arm, enabling it to use a Montabert V32

hydraulic hammer and then load muck onto a

conveyor without changing the tool. The Dieci 7m3

mini-mixers were loaded from the ITC conveyor.

Muck was removed by the tower crane and stocked

in two hoppers with a capacity of 100m3. The face

was shotcreted after each excavation to prevent

stress relief of marl and limestone and minimise the

risk of falling rocks.

Bolting the face15m-long bolts were inserted into the cutting face

every 10m using a Robodrill machine fitted with a

5m skid and an HC120 hammer The fibreglass

bolts, made of two thin blades (delivered in 500m

coils) were assembled on site and sealed by

cement grouting.

Final liningThe final lining was carried out as works progres-

sed,with a maximum unlined section of 35m

beneath the ring road and the buildings in Mon-

trouge, and 50m beneath the Avenue de la Répu-

blique. The formwork was 10m long and was moved

hydraulically on rails. It was designed so as to be

able to be modified within 3 days to move from the

7.40m section to the 7.8m section.

Shotcreting was carried out using a pump located

on the surface. Reinforcement of the arch was opti-

mised and prefabricated, extending just 2m up the

side walls.

The rest of the arch was not reinforced at all:

the originally planned skin mesh was replaced

by the inclusion of polypropylene fibres in the core

of the concrete (0.9kg of fibre for every 1m3 of

concrete).

In view of the minimal unlined section, the slab was

concreted after the arch in order for EFI, the Perfo-

rex machine, to withdraw as far as the arch

formwork. Its reinforcement was prefabricated

throughout (20 panels) and could be installed by

hand. The traffic above the slab used a 13m heavy-

duty bridge, which made it possible to separate tun-

nelling work from final lining whilst maintaining

traffic in the tunnel during shotcreting of the slab.

3.3 - Difficulties encountered andadjustment of the Perforex cycle

3.3.1 - Adjustments relatingto geologyThe various geological incidents encountered called

for a high degree of flexibility and adaptability on

the part of personnel to adjust the method and thus

minimise delays in construction.

Marl and limestone under stress reliefThe good soil cohesion in the short term (with expe-

rience giving minimum CU and UU values of

approximately 35kPa) was the most important geo-

technical characteristic required for acceptable

construction of a pre-arch; this ensures stability of

the channel and allows panels to be filled properly.

The marl located above the former quarry workings

had been affected by the poor filling of the quarry

workings, resulting in stress relief. The reduced

cohesion was no longer sufficient to ensure the sta-

bility of the front channel section during the concre-

ting of a panel, which resulted in subsidence above

the channel. In addition, if the subsidence was too

great (sometimes it was in excess of 1m), it could

no longer be filled by the Perforex robot. To improve

cohesion of the marl and minimise subsidence,

injection was carried out above the pre-arches as

work progressed.

Photo 13: Excavation beneath pre-arch.

Photo 14: The cutting face in the quarry working area; note the disturbed marl and loam and the quarry works reinforcements.

To overcome this delicate stage, situated just prior

to passing beneath the ring road, an addition was

made to the standard production cycle: preventive

treatment 6m ahead of the cutting face by injection

of cement grouting (400 kg/m3) in order to improve

cohesion of the marl and limestone.

Boreholes were made using the Robodrill machine

and fitted with sleeved tubing. Inspection boreholes



WORKSITES M


Its use was thus continued. However, this high resis-

tance considerably slowed excavation work and led

to the breaker arm failing on 2 occasions.

3.3.2 - Adjustments relating to the environment

The RATP corridorThe 7.80m tunnel (the northern, twin-track tunnel

built using traditional methods) runs beneath a sub-

way giving access to the Porte d’Orléans station:

this was so close that at some points it proved

necessary to demolish the subway foundation base

(which was not reinforced) in order to install the

heavy-duty retaining rib arch.

Beforehand,works were carried out in the subway

(which had been closed to the public) in order to

install a temporary support. This involved pouring a

temporary slab anchored in the subway’s side

walls, allowing the existing slab to be “suspended”.

Next, a reticulated trellis beam 20m long was sealed

into each of the side walls.

This support was removed and the subway reope-

ned to traffic once the tunnel had been completed,

with no damage to the structure.

Ring road drainsAs with the RATP subway, the tunnel ran immedia-

tely adjacent to the rainwater drains of the ring road.

To keep cracking to a minimum, oblong reticulated

beams were assembled inside the drains. These

beams were removed once the tunnel lining had

been poured.

Installation and removal of these supports took

place during the daytime, with the installation of a

works area on a ring road slip road and continuous

ventilation of the drains.

Night excavationsPart of the tunnel was excavated through limestone

at a shallow depth, using a hydraulic hammer. It

above the pre-arches were also made in order to

fill any residual voids by injecting grouting.

For the same reason, during tunnel excavations

using the standard method, the length of the sec-

tions had to be reduced to 1m in order to minimise

major sinkages.

Brown marl and green clayThe tunnel slab crossed the layer of green clay and

brown marl on two occasions. To minimise settlement

of the pre-arches set in green clay, they were anchored

in the upper layer of coarse limestone using 6 32mm

diameter bolts (3 per side wall) sealed by cement

grouting. The anchors were made as works progres-

sed, as close as possible to the tunnel face.

Photo 15: Plate testing in the drainage shaft to characterise the brown marl.

To ensure stability and minimise settlement of the

tunnel over the long term, the altered peaty brown

marl and the green clay were cleared beneath the

side walls as works progressed, and replaced by

shotcrete.

Coarse limestoneIt was found that the limestone which had not been

quarried was slightly fractured and significantly

more resistant than had been expected, especially

beneath buildings. The ITC excavator fitted with two

arms was the most appropriate heading machine

for this section of the tunnel, since it could excavate

and load leaving only a small unlined section.

was found that the resulting vibrations could be felt

by local residents within a radius of 40m from the

cutting face in every direction. To minimise the dis-

turbance to local residents, the worksite therefore

had to avoid excavation works at night.

In order not to delay progress on the tunnel too

much, changes were made to the cycle on a day-

to-day basis, carrying out work which generated

less vibrations and noise (bolting the cutting face,

installing rib arches, and so on) at night.

4 - Conclusion-

On this worksite, the Perforex method

demonstrated that it could provide a high

degree of safety in terms of minimising set-

tlement in a highly sensitive urban environ-

ment. Confronted with unexpected geological

phenomena, it also proved its adjustability:

faced with a loss of cohesion of marl and

limestone above former quarry workings, the

worksite added minor preventive injections

to the production cycle. The initially planned

rate of progress of 10m per week of excava-

ted, lined tunnel was achieved during the final

months of the worksite, in spite of the highly

resistant limestone slowing down cutting and

excavation operations. In its preferred field of

application (sensitive environments, consis-

tent soil or soft rock), this method combines

safety and productivity and represents an

innovative, high-performance production

process.

This worksite required the use of a large num-

ber of techniques and was highly instructive

for the large number of younger participants

from partner contractors and the interns who

joined our teams.

Throughout, it took place in a spirit of mutual

understanding in terms of relations between

the prime contractor and the contracting

authority.

Even if the tender was not originally drawn up

on the basis of the AFTES Working Group 25,

it always proceeded very much in the spirit of

these recommendations. We are sure that

these younger participants have benefited

from a positive experience of this type of

contractual relationship. t

Figure 3: Longitudinal profile under the ring road(Boulevard périphérique).

Photo 16: Reinforcement of the metro corridor.


prolongement de la ligne 4 du métro parisien, lot t1€¦ · les travaux s’étendent de la...

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