rreeccoommmmaannddaattiioonnss ddee … · tunnels et espace souterrain - n°237 - mai/juin 2013 m...
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Plates-formes et voies ferroviaires en tunnels
GT40R2F1
www.aftes.asso.fr
ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN
Organisation nationale adhérente à l’AITES
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RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
194 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
Plates-formes et voies ferroviaires en tunnels
L’A.F.T.E.S. recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte.
Texte présenté par Jean-Marc POTIER (SNBPE) animateur et Serge HORVATH (CIMBETON) co-animateur du Groupe de travail (GT40)
Ce document a été réalisé avec la collaboration de :Jacques BURDIN (Consultant) - Thierry CERRATO (ETF) - Yves CHAMEROY (SNCF) - Christophe CHEVALIER (AGILIS) - Pierre DARES (WIRTGEN)
Laurent DELOY (Xelis) - Michel DUNAND (NGE) - Wolfgang GERLACH (Edilon)(Sedra) - Yves GUERPILLON (Egis) - Vincent LE BIHAN (RATP) Jacques MALOD-PANISSET (Colas Rail) - Jean-Pierre MARCHAND (SPECBEA) - Jean-Paul MEUNIER (METALLIANCE) - Vincent TATON (EUTEXY)
François VALIN (AFTES) - Joaquin VALDES (SNCF) - Virginie WILLAERT (Egis rail)
Cette recommandation a été approuvée par le Comité Technique de l’AFTES suite à une relecture critique du texte par :Michel DEFFAYET (CETU) - Alain BOCHON (SYSTRA) - Christian PLINE (GEODATA) - Daniel MERAKEB (ex RATP) - Michel PRÉ (SETEC)
1 - Préambule 195-
2 - Attentes des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et-des usagers 195-
2.1 - Considérations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
2.2 - Projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
2.3 - Gêne aux riverains (déviation, coûts) et attentes des usagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
2.4 - Critères de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
3 - Projet et génie civil des tunnels ferroviaires 197-
3.1 - Dimensionnement des structures de plates-formes . . . . . .197
3.2 - Influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la conception de la plate-forme . . . . . . . . . . . . . .197
3.2.1- Creusement traditionnel : plate-forme reposant sur le solnaturel ou contre voûte + remblai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1983.2.2- Creusement au tunnelier : plate-forme reposant sur une dalle béton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1983.2.3 - Trémies, tranchées couvertes : plate-forme reposant surune dalle béton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
3.3 - Assainissements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
4 - Les plates-formes et voies-dans les tunnels ferroviaires 200-
4.1 - Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
4.2 - Voie ballastée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
4.3 - Voie sans ballast (béton de ciment ou enrobé) . . . . . . . . . .2014.3.1 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton . . . .2034.3.2 - Voies posées sur « selles » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2034.3.3 - Rail noyé ou ERS® (Embedded Rails Systems) . . . . . . .2044.3.4 - Autres techniques possibles : les dalles préfabriquées 204
4.4 - Zone de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204
4.5 - Spécificités de mise en œuvre d’une plate-forme
en tunnel ferroviaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2054.5.1 - Réalisation d’une voie sur ballast . . . . . . . . . . . . . . . . .2064.5.2 - Réalisation d’une voie sur béton de ciment . . . . . . . . .2064.5.3 - Pose de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2084.5.4 - Les plates-formes en enrobé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2094.5.5 - Réalisation des assainissements en tunnel . . . . . . . . .210
4.6 - Gros entretien et réhabilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210
4.7 - Analyse comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2104.7.1 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2114.7.2 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée pour tunnel urbain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2114.7.3 - Aspects économiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212
5 - Réflexions liées à la sécurité et à l’incendie --Environnement et Santé 212-
5.1 - Considérations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212
5.2 - Cas des tunnels ferroviaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2135.2.1 - Les risques d’accident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2135.2.2 - Engagement des moyens de secours . . . . . . . . . . . . . .213
6 - Recommandations du GT 40 214-
7 - Exemples et réalisations de tunnels ou-voies ferroviaires 215-
8 - Bibliographie 220-
8.1 - Principaux documents de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
8.2 - Principales normes chaussées béton de ciment . . . . . . . . .220
8.3 - Principales normes chaussées bitumineuses . . . . . . . . . . .220
8.4 - Crédits photos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
Après la Recommandation GT40-R1 traitant plus spécifiquement des chaussées
routières en tunnel publiée en 2011 (TES 226) [17], celle-ci (GT40-R2) abordera
le cas des plates-formes ferroviaires en tunnel.
Points de passage obligés, les tunnels ferroviaires reçoivent un trafic toujours
plus intense, du fait du développement du besoin de transport. Situés à des
endroits névralgiques, difficilement contournables, tant en agglomération qu’en
site naturel (barrière montagneuse notamment), ces ouvrages en nombre limité
sont soumis à la pression croissante d’une multitude d’usagers en quête de
mobilité.
Ce trafic et les contraintes qui en découlent sont supportés par les plates-formes
de voies trop souvent considérées comme un point mineur dans la conception
et dans la construction des tunnels, à traiter comme le reste du linéaire de la
section hors tunnel.
C’est pourquoi il convient de mettre en avant les principales différences
dans :
• la conception des plates-formes ferroviaires en tunnel et en extérieur,
• les méthodes de réalisation des travaux neufs, de la maintenance et de la
réhabilitation,
• les exigences vis-à-vis de la sécurité et l’évacuation des passagers.
Par ailleurs le vocable « tunnel ferroviaire » recouvre une grande diversité
d’ouvrages tant par leur longueur, leur emplacement (en zone urbaine ou site
naturel), le mode de guidage du matériel roulant (sur rails ou sur pneus avec
un rail central), la vitesse de circulation à l’intérieur du tunnel (60 km/h en
zone urbaine, voire 230 km/h certaines lignes à grande vitesse), la fréquence
et la composition du trafic (trafic lourd ou léger)
Sans prétendre être un guide de conception de la plate-forme ferroviaire et
encore moins de la voie ferrée elle-même, cette Recommandation a pour
objectif de sensibiliser les différents acteurs de la construction sur le fait que
les conséquences du choix d’une plate-forme ferroviaire vont bien au-delà
du faible coût représenté par ces mêmes travaux. En effet, depuis le gabarit
de creusement jusqu’au choix de l’éclairage, nombreux sont les points impac-
tés par la solution retenue.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
9 - Glossaire 221-
10 - Annexes 221-
10.1 - Etat des lieux en France et à l’international . . . . . . . . . . .221
10.1.1 - Synthèse sur l’expérience espagnole . . . . . . . . . . . . . .22110.1.2 - Synthèse sur l’expérience allemande . . . . . . . . . . . . .222
10.2 - Pose de voie sans ballast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223
10.2.1 - Principes de construction de la voie sans ballast . . . .22310.2.2 - Principaux types de voie sans ballast . . . . . . . . . . . . .223
10.3 - Amélioration de la sécurité du point de vue des secours .225
10.3.1 - Les risques d’accident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22510.3.2 - Les aspects opérationnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22610.3.3 - Les accès au tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22610.3.4 - La progression à l’intérieur du tunnel . . . . . . . . . . . . .226
1 - Préambule-
2.1 - Considérations générales
S’agissant de la voie en tunnel, tout maître d’ouvrage doit prendre en considé-
ration de nombreux critères avant de retenir une solution technique ; nous
citerons notamment ;
• Le coût d’entretien en relation avec le coût d’investissement
• La sécurité des usagers (une rame de TGV transporte environ 500 personnes,
600 pour les rames duplex - soit plus de 1.000 personnes dès lors qu’un train
est constitué par deux rames)
• La protection des personnes notamment en station, mais aussi en section
normale (création de « fosse anti-suicide »)
• La pérennité de l’exploitation
• La protection du support
• Les fréquences d’intervention liées à l’entretien des voies et au nettoyage
des voies ballastées lorsqu’il s’agit de stations en tunnel.
Comparativement aux tunnels routiers, (Voir la recommandation GT40-R1), la
vitesse des véhicules (en l’occurrence les trains) est beaucoup plus élevée que
ce soit dans les transports urbains ou continentaux, par exemple :
• Tunnel RER ligne A entre Charles de Gaulle et la Défense : 90 km/h
• Tunnel sous la Manche : 160 km/h
• Tunnel TGV à Marseille : 230 km/h
2.2 - Projet
La conception de la plate-forme en tunnel doit être intégrée dès le démarrage
du projet. Il ne s’agit pas d’une simple variante car il faut intégrer de nombreuses
contraintes ou servitudes qui sont rappelées plus loin.
En effet il est extrêmement difficile de reconsidérer un dimensionnement
après coup. Une fois l'ouvrage réalisé on a très peu de marge de manœuvre
2 - Attentes des maîtres d’ouvrage, des maîtres d’œuvre et des usagers-
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vis-à-vis du gabarit, d'où la nécessité de faire « le bon choix » dès le départ,
sans pour autant vouloir trop « sur-excaver » par précaution car cela a des
conséquences financières.
Il est également possible d’améliorer le gabarit en cas de rénovation (voie
béton en remplacement de ballast).
Bien souvent le tronçon "tunnel" n'est pas considéré comme un cas particulier
de l'itinéraire, d'où la difficulté de faire un choix spécifique pour le tunnel. Cela
est certainement dû à l’habitude de rédiger un marché "plate-forme" global
pour l'itinéraire : un changement de technique pour le seul tunnel introduit
alors des complications.
Le choix de la solution technique est lié au contexte de l’implantation du réseau
et de sa finalité : site urbain, présence de pente, profil, nombre de personnes
à transporter.
Quelques considérations actuelles :
SNCF : les plates-formes ferroviaires dans les tunnels sont dans la continuité
des plates-formes en extérieur.
RATP : le réseau urbain fait que la plupart des plates-formes sont dans des
tunnels avec les contraintes et objectifs associés :
Accessibilité
Maintenance
Durée de vie
Pas de basculement de trafic sur une autre voie
Pas de déviation possible
Durée d’intervention très limitée (de l’ordre de 3 heures)
Possibilité d’utiliser les voies à contre-sens pour la maintenance
ou en Itinéraire provisoire à contre-sens (IPCS), en cas de trafic
perturbé.
2.3 - Gêne aux riverains (déviation, coûts) et attentes des usagers
Le tunnel est un moyen d’accès entre deux points qui en général vient en rem-
placement d’un itinéraire plus long passant par un col ou longeant une vallée.
La réalisation de travaux d’entretien dans un tunnel (sauf cas d’urgence) est
une opération qui nécessite une information préalable et une programmation
de façon à réduire la gêne aux utilisateurs du tunnel (passagers des trains
voyageurs, trains de marchandises), aux riverains et aux acteurs industriels
de part et d’autre de l’ouvrage.
En effet la coupure d’un tunnel entraîne la mise en place d’une déviation (en
général sur l’itinéraire précédent) supportant le trafic (en nombre et en volume)
en toute sécurité.
D’où le recours à des techniques de construction des plates-formes présentant
une longue durée de vie et un entretien minimal.
Dans le cas des tunnels routiers, la réduction du bruit est une des préoccu-
pations principales vis-à-vis des riverains alors que dans les tunnels ferro-
viaires on cherchera à minimiser les vibrations.
2.4 - Critères de décision
La prise en compte du développement durable dans les tunnels conduit
désormais à adopter une réflexion globale sur l’ensemble du cycle de vie de
l’ouvrage, comme pour tout autre ouvrage de génie civil ou bien n’importe
quel produit de construction.
La plate-forme en tunnel n’échappe pas à cette nouvelle approche qui suppose
d’intégrer des considérations liées non seulement aux matériaux constitutifs,
à leur élaboration et à leur mise en œuvre, mais également à l’entretien et au
renouvellement.
a) Durabilité de l’ouvrage : Cela devrait normalement conduire à un dimen-
sionnement de la plate-forme en tunnel pour limiter les interventions d’entre-
tien et son renouvellement mais pourrait également orienter le choix des
matériaux constitutifs. On peut alors s’interroger à juste titre sur les impacts
potentiels sur l’environnement de tels choix guidés par des considérations
liées à des contraintes en phase exploitation.
Ces réflexions auxquelles les Maîtres d’Ouvrage sont déjà particulièrement
sensibilisés, illustrent tout l’intérêt d’une approche globale de type Analyse de
Cycle de Vie (ACV) afin de mettre en évidence les choix qui devraient être pri-
vilégiés du point de vue du Développement Durable et plus particulièrement
des impacts potentiels sur l’environnement.
Enfin, il est à signaler qu’un nouveau groupe de travail de l’AFTES est en cours
de constitution en 2010 : le GT41. Ce groupe de travail s’intéressera au thème
des travaux souterrains et du Développement Durable.
La profession des travaux souterrains doit disposer elle aussi d’une méthodo-
logie lui permettant :
• d’évaluer et de comparer les méthodes d’exécution possibles d’un ouvrage
souterrain du point de vue du Développement Durable,
• d’estimer l’incidence des matériaux mis en œuvre notamment leur contenu
énergétique,
• d’orienter la conception et l’exécution de telle sorte que les impacts envi-
ronnementaux liés à l’exploitation et à la vie des ouvrages soient limités au
mieux.
L’objectif de ce groupe sera donc de rédiger une recommandation qui servira
de référence pour évaluer l’impact des travaux souterrains en termes de Déve-
loppement Durable. Un cadre commun est indispensable dans la mesure où
il devrait servir à comparer des solutions. Le groupe devrait en particulier traiter
de certains points comme par exemple :
• L’identification et analyse des postes ayant les incidences les plus lourdes,
• L’établissement d’une base de comparaison en termes de Développement
Durable pour les divers matériaux et méthodes susceptibles d’être employés,
• Un point sur les données environnementales disponibles et identification des
besoins éventuels.
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
b) EclairageLe tunnel ferroviaire de transit est équipé d’un éclairage normal permettant
l’évacuation des voyageurs et le cheminement des secours [19]. Cet éclairage
n’intervient pas dans l’aide à la conduite des machines. En revanche les gares
(Monaco) ou les stations (RATP) en tunnel sont éclairées.
En cas de panne de l’alimentation électrique, un éclairage de sécurité de type
B d’une autonomie minimale d’une heure et assurant un éclairement d’au moins
2 lux en tout point au niveau du sol est prévu dans les cheminements et dans
les dispositifs d’accès des secours.
Les points lumineux de l’éclairage de sécurité sont alimentés de telle sorte
qu’un incendie ne puisse pas provoquer leur extinction sur une longueur supé-
rieure à 100 m. Leur espacement ne peut excéder 50 m sur la même piste de
circulation.
Dans les tunnels à deux voies, ils sont disposés en quinconce.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
3 - Projet et génie civil des tunnels ferroviaires-
Pour une meilleure facilité de compréhension des termes techniques nous renvoyons le lecteur au glossaire rédigé par le SETVF [17] www.setvf.com
Photo 1 -Tunnel ferroviaire duPerthus (Eiffage).
3.1 - Dimensionnement des structures de plates-formes
La conception des structures de plates-formes dans les tunnels ferroviaires
dépend de plusieurs facteurs :
• le type de tunnel (ou de trémie) : immergé, préfabriqué ou creusé dans les-
quels la capacité portante du sol doit être prise en compte,
• la classification de la voie [16],
• la durée de vie de la plate-forme,
• le trafic (charge à l’essieu ou convoi type, vitesse de circulation maximale
autorisée),
• la géométrie,
• les matériaux disponibles,
• et la température dans le tunnel.
Pour le cas particulier des plates-formes de TCSP sur pneus mais guidés par
un rail central, nous renvoyons au rapport du GT 40 sur les chaussées routières
en tunnel, publié en 2011, pour tous les aspects de dimensionnement.
On retrouve les grandes familles utilisées en France :
• Les plates-formes avec ballast (§ 4.2) [17]
• Les plates-formes sans ballast en béton de ciment ou enrobé
3.2 - Influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la conception de la plate-forme
L’épaisseur disponible pour la réalisation de la plate-forme dépend très direc-
tement
• du mode de réalisation du tunnel :
a) Creusement traditionnel : Plate-forme reposant sur le sol naturel avec la
possibilité d’utiliser la piste de chantier comme fondation (LGV
Tartaiguille/Valence)
b) Creusement au tunnelier : Plate-forme reposant sur une dalle béton (Tunnel
sous la Manche)
c) Trémies, tranchées couvertes : Plate-forme reposant sur une dalle béton
(Metrobus Rouen)
d) Tunnels immergés : Plate-forme reposant sur une dalle béton (RATP ligne 14)
• du gabarit du tunnel,
• du respect de la cote finale.
Cette épaisseur doit donc être prise en compte dès la conception du projet.
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3.2.1 - Creusement traditionnel : plate-forme reposant sur le sol naturel ou contre-voûte + remblai
Pour ce type de chantier et dans le cadre de travaux de creusement, on réalise
une piste de chantier, la plupart de temps en BCR (Béton Compacté au Rou-
leau). Il pourrait être très intéressant - moyennant des spécifications plus
strictes sur les tolérances géométriques de cette piste - de la prendre en
compte dans le dimensionnement final. Le surcoût de la piste serait alors plus
que largement compensé par les économies réalisées sur les couches de
chaussées.
Le gabarit de creusement (ou fini) est très proche de celui du projet et ne
génère pas de contrainte de réalisation de la plate-forme.
3.2.2 - Creusement au tunnelier : plate-forme reposant sur une dalle béton
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Figure 1a - Plate-forme avec contre-voûte et ballast - Tunnel de Tartaiguille (LGV Méditerranée).
Figure 1b - Plate-forme avec contre-voûte et pose de bal-last – Tunnel de Chavanne (LGV Rhin-Rhône).
Photo 2 - Tunnel sous la Manche.
Figure 1c - Plate-forme avec contre-voûte et pose de voie directe Stedef– Tunnel de Marseille (LGV Méditerranée).
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
A la RATP le percement du tunnel (diamètre moyen de 8 m) relève du marché
génie-civil. Le rechargement de la base du tunnel sur une hauteur d’environ
1,80 m se fait avec du béton de ciment compacté au rouleau (BCR) surmonté
d’une couche de 10 cm de béton de ciment. Ensuite intervient la pose de la
voirie.
Le creusement par tunnelier génère des contraintes d’altimétrie et d’épaisseur
pour la plate-forme liées au diamètre de la machine.
3.2.3 - Trémies, tranchées couvertes : plate-forme reposantsur une dalle béton
Aucune contrainte particulière pour la réalisation de plate-forme.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Figure 2b - Tunnel sous la Manche.Figure 2a - Tunnel de Saverne LGV Est Européenne [Réf 14].
Figure 3a - Section du tunnel de Viroflay (Yvelines) pour TCSP sur pneus de la ligne T6.
Figure 4 - Coupe d’un tunnel en tranchée couverte de 550 m à Taissy (LGV Est Européen).
Figure 3b - Tunnel Paris-Gare de Lyon [Réf 15].
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Un système d’assainissement est installé dans
les tunnels de plus de 5 km où le transit de
matières dangereuses est prévu [19]. Le sys-
tème d’assainissement est apte à :
• absorber un débit d’au moins 100 l/s,
• recueillir 80 m3 au moins.
Chaque caniveau (un par voie) se déverse tous
les 50 m au maximum dans un collecteur
enterré. Au droit de chaque raccordement un
siphon est aménagé afin d’arrêter les flammes
avant acheminement du liquide vers la fosse
de rétention.
Au cas où ce système sert également au recueil
des eaux de ruissellement, la capacité de la
fosse permet en toutes circonstances le
stockage de 80 m3 de matières dangereuses.
200 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
3.3 - Assainissements
A contrario la quasi-totalité du réseau ferré national, qu’on assimilera à des
voies pour transport lourd et à vitesse élevée a recours à des voies ballastées.
4.2 - Voie Ballastée
La voie ferrée est traditionnellement composée d’un châssis de voie (rails et
4.1 - Contexte
Actuellement 60 % des plates-formes de la RATP sont des voies ballastées.
Cependant les lignes neuves ou rénovées (lignes 14, prolongement des lignes
13, 12 et 4), qui peuvent être considérées comme des voies à transport léger
et à basse vitesse, sont en béton de ciment.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Figure 5a - Coupe de tunnel circulaire métro fer – tunnel en déclivité – Pose de voie traverses béton sur plate-forme béton.
Cuvette latérale récupérant leseaux d’infiltration du piedroit renvoyées dans le caniveau centralvia des drains transversaux
Caniveau central pour un drainage gravitaire des eauxjusqu’à l’ouvrage d’épuisement
Figure 5b - Coupe de tunnel circulaire métro fer –tunnel en palier – Pose de voie traverses béton
sur plate-forme ballast.
Buse intégrée dans le béton de rechargement et inclinée en longitudinal pour un drainagegravitaire des eaux jusqu’à l’ouvrage d’épuisement
Drain sous ballast (U renversé)
Regard de visite
Remarque : Selon l’expérience acquise dans le
domaine de la pose de voies pour des plates-
formes mixtes en site urbain, le dimensionne-
ment de la structure imposé par le trafic
ferroviaire est suffisant pour accepter le trafic
routier au droit des carrefours sans modification.
En revanche il est indispensable de traiter les
interfaces au niveau du revêtement, zones les
plus sujettes aux dégradations.
4 - Les plates-formes et voies dans les tunnels ferroviaires -
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traverses maintenues) reposant sur la plate-forme par l'intermédiaire du
ballast, matériau granulaire 25/50 mm assurant notamment [23] :
• la transmission et la répartition, sur la plate-forme, des charges exercées
par les véhicules,
• l’amortissement des vibrations grâce à ses propriétés rhéologiques
(dissipation de l’énergie vibratoire par attrition des éléments de ballast),
• l’ancrage des traverses dans le sens longitudinal et transversal,
• le drainage rapide des eaux zénithales.
Par ailleurs, il permet la rectification de la géométrie de la voie par bourrage-
dressage mécanique, ce qui requiert une qualité et une épaisseur minimales.
Il permet aussi d’assurer une limitation des déplacements transversaux et lon-
gitudinaux, ce qui est important dans le cas de rails soudés en grandes longueurs.
Sous le ballast on trouve une couche de forme et une sous-couche en maté-
riaux sélectionnés qui lui confèrent ses qualités de stabilité sous le trafic et
de durabilité, avec en particulier l’insensibilité à l’eau et au gel. De plus, en
tunnel neuf, on prévoit de manière quasi systématique un radier en béton sous
le ballast, et dans les tunnels anciens, la présence d’un radier dans certains
ouvrages et dans certaines zones d’ouvrages est liée à la géologie et aux
difficultés rencontrées lors de l’excavation. La voie ballastée repose donc
fréquemment directement sur le terrain naturel (sol ou roche). Un géotextile
peut éventuellement être inséré entre la sous-couche et la plate-forme.
Lorsque le tunnel est situé à proximité des habitations, un tapis anti-vibratile
peut être disposé entre le radier et le ballast.
Ce type de voie est appelé voie ballastée.
La SNCF précise au chapitre 11 de la procédure [21] que dans les souterrains
(tunnels et tranchées couvertes sans ouvertures), quel que soit le tracé, la pose
normale est la pose en Longs Rail Soudés (LRS) [21]. Ce point est également
rappelé au ch. 7.1 dans le document [22].
Le fait de maintenir en place les traverses avec du ballast est très compétitif
à la construction et la technique d’entretien est parfaitement maîtrisée. Cette
technique nécessite cependant :
• une hauteur totale de voie importante,
• une surveillance de sa géométrie
• et un entretien en fonction de la densité du trafic supporté.
4.3 - Voie sans ballast (béton de ciment ou enrobé)
L’alternative à la voie ballastée est la voie sans ballast pour laquelle le ballast
est remplacé par des couches d'assise constituées de dalles béton ou d’en-
robé. Actuellement la solution en enrobé n’est pas appliquée sur le Réseau
Ferré National. Ce type de voie doit assurer les mêmes fonctions que la voie
traditionnelle par la superposition de différents étages de raideurs décrois-
santes.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Figure 6 - Coupe schématique d'une voie ballastée [23].
Photo 3 - Voie ballastée (Source RATP).
Figure 7 - Coupe schématique de la voie sans ballast.
Nota : Le détail de ces structures est donné en annexe.
Superstructure
Infrastructure
Rail UIC60Fixation du rail
Traverse
Couche portante en béton ou en enrobé
Couche portante à base de liant hydraulique
Couche de protection contre le gel
Sous-sol
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Le développement de la voie sans ballast s’explique en premier lieu par la
recherche d’une longue durée de vie de la plate-forme permettant ainsi de
réduire sa fréquence de maintenance.)
Actuellement il se dégage 2 pratiques dans la conception des plates-formes
ferroviaires sans ballast :
• Les structures de voies en béton armé avec recours à l’Eurocode 2. Dans
ce cas Il faut être attentif à la présence éventuelle de courants vagabonds
qui, en milieu humide, créent un phénomène de pile, pouvant conduire à une
détérioration des armatures du béton armé,
• Les structures de voies en béton non armé sur fondation en béton ou enrobés :
l’évaluation des sollicitations mécaniques s’effectue à l'aide de modèles à élé-
ments finis à 3 dimensions (EF-3D) en statique, prenant en compte :
- les rails,
- la géométrie des dalles,
- les interfaces collées ou glissantes
- et le calcul des valeurs admissibles selon la démarche rationnelle appliquée
au domaine routier/autoroutier classique.
Ces valeurs admissibles sont adaptées moyennant des coefficients d'ajuste-
ment spécifiques, pour prendre en compte :
1 - la canalisation totale du trafic,
2 - les effets de discontinuité + gradients thermiques différents du contexte
routier/autoroutier classique.
Cette démarche est celle aujourd'hui adoptée en France par la quasi-totalité
des bureaux d'études, maîtrises d'œuvre et entreprises, constructeurs de
matériel roulant, organismes de contrôle, etc.
A notre connaissance il n’existe aucun guide ni recommandation "officielle"
qui viendrait préconiser cette démarche pourtant largement adoptée dans le
contexte français, et aussi à l'exportation.
L’ensemble des techniques sans ballast actuellement disponibles est résumé
dans le schéma suivant.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Photo 4 - Voie sans ballast (Source RATP).
Figure 8 - Les différents types de plates-formes ferroviaires sans ballast.
Type Dalle béton monolithique Support direct
Couche de fondation
BétonMatériau
bitumineux
Type de construction
Syst
èmes
Rails fixés sur traverses à unétage élastique
noyées dans dalle béton coulé
en place
RHEDA 2000 *
RHEDABERLIN
RHEDA Classic
Züblin
Stedef
Sonneville
SBB
Shinkansenslab track (J-slab)
Bögl
IPA
OBB-Porr
Edilon
EmbeddedRail Structure
Balfour Beatty
ATD
GETRAC
Rails fixés sur traverses à deuxétages élastiquesnoyées dans dalle
béton coulé en place
Rails fixés sur dalle béton coulé en place
Rails fixés sur dalle béton préfabriquée
Rails noyésRails fixés
sur traverses
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4.3.1 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton
La technique consiste à noyer la traverse dans un béton de calage (solution
française : « VSB »). La pose est facile dans son principe mais requiert une
grande maîtrise car la géométrie de la voie doit être précise, et ce d’autant
plus lorsque la vitesse de circulation est élevée.
Elle nécessite peu de maintenance. Les traverses sont en général équipées
d’inserts qui permettent la mise à la hauteur de la voie (spécification pour voie
béton de tramway), avant le coulage du béton. Cependant dans les tunnels les
traverses habituellement sont des traverses type STEDEF®, équipées de chaus-
son ou de coque rigide. Cet insert n’est alors pas possible. Le réglage se fait
au moyen de gabarits fixés au rail. Ce concept confère deux étages élastiques
à la voie, la déflexion du rail est alors identique à celle du ballast.
Si ce type de voie peut être utilisé en tunnels ferroviaires, l’accès des moyens
d’entretien, et notamment des véhicules de type routier, est toutefois limité.
Comme dans le cas de la voie sur ballast, la partie haute des traverses et
les rails dépassent de la surface de la dalle ce qui limite l’accès de véhicules
routiers pour les opérations d’entretien.
Remarques :
1 - Dans le cas des traverses STEDEF®, l’entretoise dépasse également du
béton. Cela ne permet donc pas la circulation ni des véhicules, ni des usagers
(risque de butée sur l’entretoise et donc chute).
Ce type de voie ne favorise donc pas les conditions de cheminement des
personnels ou l’évacuation des usagers en cas d’incidents ou d’accidents.
2 - Les solutions de type Rhéda® avec liaisons métalliques noyées dans le
béton ne présentent pas cet inconvénient.
3 - RATP a constaté des difficultés de maintenance lorsque les traverses sont
noyées dans le béton (photo 5) Elle privilégie plutôt la mise en place des
traverses dans des coques.
4.3.2 - Voies posées sur « selles »
La voie repose sur des supports indépendants appelés « selles » solidaires
d’une dalle béton après avoir été collés ou calés. Dans tous les cas une équipe
topographique effectue un contrôle géométrique du positionnement des selles
de manière à déterminer les ajustements nécessaires à apporter avant la pose
du rail dans les tolérances requises.
Une méthode de pose automatisée a été développée par la société Alstom
sous le nom d’Appitrack® dont l'acronyme signifie "Automatic Plate and Pin
Inserter for Trackwor" soit en français « machine d'insertion de traverses et
de tire-fonds pour voies ferrées ». Une machine coffrage glissant (ou slip-form
cf. § 4.5.3.2) guidée par une station topographique totale coule une dalle
support de la voie en béton extrudé non armé puis une machine spécifique
vient insérer par pervibration les selles équipées de leurs ancrages
Ce procédé permet une réduction du temps de pose des voies avec des
cadences moyennes de l’ordre de 80 m/j/voie. Il trouve ses limites au niveau
des points singuliers comme
les carrefours ou les zones en
centre-ville avec des phasages
successifs.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Photo 5 - Traverses en béton noyées dans la dalle en béton.
Figure 9 - Schéma de pose de traverses Rhéda®
(Tunnel du Perthus).
Photo 6a - Slip-form suivie de la machine de pose des selles.
Photo 6b - Pose automatiquedes selles.
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4.3.3 - Rail noyé ou ERS® (Embedded Rails Systems)
Il s’agit d’un système de fixation en continu développé par Edilon: les rails sont
maintenus dans une engravure qui peut être moulée dans une dalle en béton.
La caractéristique principale du système ERS est l’absence totale des éléments
de fixation traditionnelle, tels que les plaques, les boulons, les selles, les
ressorts, etc.
Après réglage et calage, le rail est enrobé et collé par une résine bi-compo-
sante, dont les capacités mécaniques sont fonction des besoins du projet
(atténuation de bruit ou des vibrations). Cette résine doit rester invariable dans
le temps et résister au rayonnement et aux agressions chimiques, thermiques
et mécaniques. De plus, elle doit être facile à employer dans des conditions
courantes de chantier :
- conditionnement adapté des composants ;
- consistance et temps de polymérisation réglés en fonction du travail à réaliser ;
- collage parfait sur toutes les surfaces ;
- insensibilité à l’humidité.
Note : Les performances élastiques de la résine sont adaptées en fonction de
la charge exercée sur le rail.
4.3.4 - Autres techniques possibles : les dalles préfabriquées
Cette technologie est utilisée en Allemagne, Japon, en Chine (ligne Shanghai-
Pékin), très peu en France et à notre connaissance pas encore en tunnel.
La fabrication en usine de plaques d’appui ou de dalles préfabriquées pour
voie ferrée est une alternative à la constitution d’une dalle coulée en place.
Les premières applications ont été réalisées aux Pays-Bas, il y a plus de
30 ans.
La préfabrication en usine d’éléments de dimensions importantes (de 3 à 8 m
de long pour 2,40 m de large et 40 cm d’épaisseur) permet des tolérances de
fabrication de l’ordre du millimètre.
Photos 8 - Mise place et positionnement de dalles préfabriquées.
Les éléments sont généralement en béton armé avec une classe de résistance
en compression de C55/65, conforme à la norme NF EN 206-1. Les armatures
permettent la répartition de sollicitations et charges. Les dalles ainsi réalisées
peuvent recevoir tous les systèmes, qu’ils soient ERS ou classiques ; les
fixations de rails sont pré-installées.
Le transport des plaques et leur mise en place seront effectués par des engins
adaptés aux conditions spécifiques des tunnels (gabarit, accessibilité..). Pour
son positionnement, chaque plaque (pesant environ 15 tonnes) fera préala-
blement l’objet d’une numérotation et d’une identification sur un plan de
calpinage conforme à la géométrie de la voie.
La pose des éléments est effectuée sur une couche portante à base de ciment
de 20 à 30 cm d’épaisseur. Les plaques sont ajustées sur chantier grâce à des
éléments de calage. Les plaques sont ensuite liées entre elles par un mortier
de scellement.
4.4 - Zone de transition
Un des points délicats qui mérite une attention toute particulière lors de la
réalisation d’une plate-forme en béton de ciment dans les tunnels (ou passages
à niveau, viaducs et gares) est le risque de créer un « point dur » par rapport
à la voie ballastée en amont et en aval.
Un certain nombre de procédés (types rail noyé ou ERS® – Embeded Rails Sys-
tems ) permettent de concilier fondation en béton et souplesse du ballast.
Néanmoins il est certain qu’un changement trop brusque de la souplesse de
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Figure 10 - Rail noyé ou ERS (Embedded Rails Systems) - coupe transversale.
Photos 7 - Rail noyé ou ERS (Embedded Rails Systems) Photo gauche : mise en œuvrePhoto dessous : Tunnel sous la Manche
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fondation induit toujours des efforts supplémentaires sur la voie. Pour éviter
ces effets il est nécessaire d’aménager des zones de transition. Ces zones
doivent être stables et garantir une augmentation graduelle de la souplesse
vers la voie ballastée.
La problématique des zones de transition n’est pas complètement résolue,
des recherches sont en cours sur ce sujet (certains types de voie sur dalle
sont plus souples que la voie sur ballast).
Un certain nombre de méthodes appliquées communément sont rappelées
ci-dessous :
Sur le ballast : collage du ballast avec de la résine. Sur le réseau ferré national
(RFN), le collage du ballast est utilisé pour éviter le phénomène d’envol
provoqué par la vitesse de circulation, pas pour rigidifier cette couche amor-
tisseur.
Sur fond de forme : compactage progressif (« en rampe ») et mise en place
successive des couches de grave-ciment. Stabilisation avec géotextile.
Sur voie rigide : bandes résilientes. Faire attention à la déflexion.
Autre solution :
Doublage de rail : cela consiste à poser 2 rails à l’intérieur des rails de roule-
ment (rails raidisseurs) Ils sont posés dans la zone de transition de part et
d’autre du changement de plate-forme. Ce système a l’avantage de mieux
répartir les déflexions du rail.
Difficulté supplémentaire Le bourrage contre la dalle de la voie rigide est
pratiquement impossible (sauf si l’épaisseur de ballast est de 15 cm). Il y a la
possibilité de mettre en place une dalle de transition avec fixations réglables.
4.5 - Spécificités de mise en œuvre d’une plate-forme en tunnel ferroviaire
Dans le cas des tunnels ferroviaires, les spécificités sont peu nombreuses :
• Le ballast générant le plus souvent de la poussière lors de son déchargement,
il est conseillé d’arroser le ballast avant de le décharger.
• La nécessité pour les pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les
délais les plus rapides, conduit à privilégier des solutions techniques leur
permettant d’entrer directement avec leurs véhicules de secours et de rouler
sur les voies (fig.13).
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Pose béton Pose ballast
Figure11 - Zone de transition (pour tramway).
Figure 12 - Dalle de transition - détail des armatures.
Figure 13 - Schéma de principe d’accessibilité des véhicules routiers dans les tunnels.
Dans tous les cas, la mise en œuvre nécessite :
• une très bonne ventilation. Il faut donc prévoir cette installation supplémen-
taire de façon à pouvoir travailler dans des conditions sanitaires acceptables,
permettant d’évacuer les fumées des engins de transport et de mise en
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œuvre (pour le béton et l’enrobé), les fumées émises lors de l’application
de l’enrobé et de supprimer une condensation importante (souvent liée à
un important gradient thermique) qui se produit à ce moment-là. Pour la
mise en place de la ventilation on se reportera aux recommandations de
l’AFTES [4].
• et la mise en place d’un éclairage adapté pour travailler dans des conditions
optimales de sécurité.
4.5.1 - Réalisation d’une voie sur ballast
Deux cas sont à prendre en considération : les tunnels double voie, les tunnels
mono voie.
Dans le cadre d’un tunnel double voie, les voies sont posées l’une après l’autre.
Ainsi, l’entreprise dispose toujours d’une voie de circulation pour l’approvi-
sionnement.
Pour la pose de la première voie, les engins roulent sur le radier du tunnel, ou
éventuellement sur une première couche de béton, béton de remplissage, per-
mettant un relevage minimum de la voie.
Une première couche de ballast est mise en œuvre, transportée au moyen
d’un chargeur sur pneu ou par des camions bennes à déchargement latéral.
Cette couche n’est pas compactée. Puis les rails et les traverses sont appro-
visionnés, la voie est montée sur cette première couche. Un premier relevage
est exécuté afin de conforter la voie. Celle-ci peut alors être circulée à vitesse
réduite.
Pour la pose de la seconde voie, des matériels ferroviaires approvisionnent les
matériaux nécessaires à partir de la première, et le phasage de pose est simi-
laire.
Il reste ensuite à réaliser le relevage final et à stabiliser les voies.
Dans un tunnel monovoie, il n’y a plus de voie d’approvisionnement. Il faut
poser la première couche de ballast au chargeur, distribuer les rails et les tra-
verses au moyen d’une pelle sur chenille roulant sur le ballast, le tout en recu-
lant. Le premier relevage s’effectue manuellement, le ballast étant mis en
place à la fourche. Puis les engins ferroviaires peuvent travailler de manière
traditionnelle.
Comme mentionné précédemment, il est conseillé d’arroser le ballast avant
son déchargement.
Ces tunnels peuvent être circulés par des engins rail/route (zones « d’enrail-
lement 1 » à prévoir aux extrémités de tunnels) ou par du matériel ferroviaire
spécifique aux secours.
En cas de sinistre, seuls les cheminements piétonniers sur le côté du tunnel
peuvent être utilisés.
4.5.2 - Réalisation d’une voie sur béton de ciment
4.5.2.1 - Principes générauxLa composition et les procédés de fabrication des bétons de ciment pour une
application en tunnel sont identiques à celles des bétons d’extérieur sauf dans
le cas de recours à des « trains-béton » où le béton est fabriqué in situ dans
le tunnel.
a) ApprovisionnementOn notera que l’approvisionnement du béton peut se faire au moyen de toupies
béton dès lors qu’elles peuvent accéder au chantier ou par pompage grâce à
des puits d’accès aménagés à cet effet (photos 9).
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
1 - Zone d’accès pour que l’engin sur pneus puisse accéder à la voie ferrée
Photo 9a - Livraisondu béton en surfacedans pompe.
Photos 9 - Approvisionnementdu béton dans un tunnel.
Photo 9b - Descentede la conduite dans le tunnel.
Photo 9c - Descentede la conduite dans le tunnel.
Photo 9d - Approvisionnementpar trémie.
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b) Mise en œuvreLes moyens de mise en œuvre sont adaptés à la configuration du tunnel qui
peut être :
• monotube double voie ou bitube,
• foré au tunnelier (profil circulaire) ou excavé en traditionnel,
• petite ou grande longueur.
Dans le cas de tunnel de petite longueur ou monotube double voie, les moyens
classiques sont utilisables pour poser la première voie depuis l’extérieur ou la
voie contigüe. Dans les autres cas, des équipements spécifiques sont mis au
point : portiques roulant de part et d’autre de la voie sur les banquettes ou sur
une voie provisoire.
Dans le cas de tunnels urbains comme à la RATP, la distance entre 2 stations
est d’environ 600 m pour le Métro et de l’ordre de 1 500 m pour le RER.
La distance maximale pour approvisionner un chantier à partir d’une station
est donc de 300 m à 750 m. Cela suppose des procédures et des dispositifs
spécifiques lors de la formulation du béton (retardateur de prise) et son ache-
minement (reprise de bétonnage, fabrication de « premix »).
4.5.2.2 - Mise en œuvre La mise en œuvre des chaussées en béton de ciment nécessite le recours à
des machines spécifiques que les constructeurs et les entreprises modifient
et adaptent aux conditions des chantiers, « à chaque chantier une solution au
problème ».
Les contraintes de mise en œuvre en tunnel monovoie sont les mêmes que
celles rencontrées précédemment avec la pose de voies ballastées.
a) Les différents types de matérielOn recense deux types de matériel pour la mise en œuvre des bétons adaptés
à la taille du chantier et à la configuration des travaux : les machines à coffrage
glissant (ou slip-forms) et les règles vibrantes ou finisseurs à rouleaux.
Il existe une multitude de machines à coffrage glissant de largeur variable de
2 à 15 ml, pouvant recevoir des modifications standard en fonction des condi-
tions de réalisation. L’utilisation des règles vibrantes ou finisseurs à rouleaux
se limite généralement aux ouvrages de petite taille ou de formes complexes.
b) Le guidage des machines à coffrage glissantLe guidage des machines à coffrage glissant se fait selon deux techniques :
le guidage par des palpeurs altimétriques et directionnels (le plus répandu) et
le système en 3D plus complexe et plus précis.
Le guidage par palpeurs altimétriques et directionnels est assuré par 4 palpeurs
altimétriques et 2 palpeurs de direction (photo 11) ; les références de guidage
sont constituées de 2 fils placés latéralement, et supportés par des potences
dont l’espacement est au plus de 10 m. La tension de chaque fil est telle que
celui-ci ne doit pas présenter de flèche supérieure à 3 mm sous une charge
de 50 g placée à égale distance de deux potences successives.
Il existe plusieurs systèmes de station 3D sur le marché avec 1 ou 2 prismes
(photo 12). Le procédé comprend une ou plusieurs stations totales (théodolites
automatiques), qui communique(nt) avec un ordinateur embarqué sur la
machine de mise en œuvre. Le théodolite indique en temps réel le position-
nement dans l’espace de la machine, l’ordinateur guide la machine en fonction
du projet d’exécution.
c) La modularité des machinesLes machines à coffrage glissant ont la particularité d’être très modulables,
ce qui leur confère une formidable possibilité d’adaptation aux conditions de
coulage, en particulier dans les tunnels où le coulage peut se réaliser sur 3
chenilles contre la paroi, ou en limite d’obstacles (photo 13).
Photo 11 - Guidage par fils.
Photo 12 - Guidage par station totale - prismes sur mât.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Photo 10 - Bétonnage au front.
Photo 13 - Exemple du tunnelferroviaire de Guadarrama enEspagne- vue arrière.
Figure 14 - Principe du
« zero clearance ».
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d) La mise en œuvre du béton contre les parois du tunnel :Le principe dit de « zero clearance », consiste à procéder au coulage du béton
sur 3 chenilles appuyées contre la paroi.
e) La mise en œuvre du béton dans les tunnels creusés au tunnelierL’adaptation conduit à introduire un angle au niveau des chenilles (fig. 15) afin
de stabiliser les patins sur les parois. Cette technique a été développée pour
la réalisation du radier du tunnel Transmanche.
f) Le coulage du bétonLes plates-formes sont généralement réalisées par 1/2 voie ou en pleine lar-
geur.
Le choix d’une méthode est fonction des conditions du chantier (alimentation
du béton et circulation) et du matériel de mise en œuvre utilisé.
Figure 15.
Photo 14 - Approvisionnement par camions bennes.
g) Mode d’approvisionnement des machinesAfin de garantir un rendement optimal le mode d’approvisionnement est réalisé
par camions bennes. Le choix entre des camions 8*4 et des semi-remorques
est fonction des problématiques du chantier. En tunnel, généralement, on favo-
risera les 8*4 pour des raisons de gabarit (hauteur de benne). On utilisera un
approvisionnement spécifique par alimentateur pour limiter les difficultés de
circulation dans le tunnel.
Remarque : dans le cas des tunnels RATP il faut approvisionner des engins
de chantiers situés à 15 mètres de la surface.
4.5.3 - Pose de la voie
Les principales poses du béton sont :
• la pose sur traverses,
• la pose sur selles (ancrée et/ou collée),
• le rail noyé (pré-enrobé ou résine de calage).
4.5.3.1 - Pose de la voie sur bétonGénéralement, un premier béton de remplissage est coulé afin d’obtenir une
surface plane pour circuler et pour diminuer la hauteur du béton de voie.
Le début des travaux est traditionnel de la pose de voie sur béton.
Les rails sont approvisionnés et stockés de manière à permettre la circulation
des engins. Les traverses sont ensuite distribuées selon un travelage déterminé
(nombre de traverses au km).
A l’aide d’une pelle hydraulique équipée d’un palonnier ou de portiques de
substitution, les rails sont alors mis en place et fixés sur les traverses.
Après soudure des rails, la voie est réglée à sa position, elle est donc suspendue
sur gabarits (photo 17) et le bétonnage peut avoir lieu.
Photo 16 - Transport debéton par un camion avecune benne munie d’un vérin.
Photo 17 - Gabarits pourpose de rails.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Photos 15 - Coulage par 1/2voie ou en pleine largeur.
a) Tunnel de Sinard / coulage par 1/2 voie.
b) Coulage pleine largeur.
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
La méthode employée est alors spécifique aux tunnels. Suivant la longueur du
tunnel, deux méthodes sont généralement utilisées :
• soit une pompe à béton est installée au plus près de l’entrée du tunnel (zone
accessible pour les toupies) et est connectée à des tubes emboités les uns
dans les autres pour envoyer le béton directement dans le tunnel jusqu’à
800/1000 m (composition spéciale du béton à mettre en œuvre),
• soit, pour les tunnels plus longs, un matériel spécifique est alors utilisé pour
approvisionner le béton au plus près du front tout en le malaxant, puis une
pompe de reprise envoie le béton au niveau de la zone de travail.
Les rails sont alors au-dessus du niveau supérieur du béton, ils dépassent d’à
peu près d’une vingtaine de centimètres. Afin d’obtenir une planéité au niveau
du plan de roulement et pouvoir circuler avec des engins routiers, il est possible
de mettre en place un revêtement (béton ou enrobé) sur cette couche de béton.
4.5.3.2 - Pose de la voie sur sellesMême principe que la pose sur traverses.
Les selles peuvent être posées soit sur une dalle béton, soit sur des longrines.
(Photos 18).
Photo 18a - Pose du rail avec des pré-selles pour permettre d’assurer une finitionsous selles ultérieure tout en positionnant exactement les ancrages de la selle(système Pandrol) (surface d’appui parfaite, sans bullage sous la selle).
Photo 18b - Après la reprise de la surface d’appui, pose des selles (Pandrol).
4.5.3.3 - Pose de rail noyé + revêtement bétonLe béton de remplissage doit être coulé de manière à laisser une réservation
dans laquelle le rail sera mis en place puis calé en position avant de couler la
résine.
Si le tunnel n’est pas trop long, les toupies peuvent entrer dans le tunnel en
marche arrière et alimenter une machine à coffrage glissant, réalisant ainsi
les réservations directement en sortie de coffrage.
Ensuite la méthode de mise en place du rail est classique d’une pose de rail
noyé.
Une fois la prise du béton achevée, il est possible à tout type d’engin routier
de circuler sur le béton de remplissage.
4.5.3.4 - Rail de guidage des TCSP sur pneusLa pose du rail central de guidage des TCSP guidés sur pneus s’effectue après
la réalisation de la plate-forme en béton ou en enrobé au moyen d’une engra-
vure effectuée par sciage latéral puis fraisage sur la profondeur. Le rail est
ensuite positionné et scellé dans de la résine (figure 16).
4.5.4 - Les plates-formes en enrobé
4.5.4.1 - Principes générauxLa composition des matériaux bitumineux pour une application en tunnel est
similaire à celle des enrobés d’extérieur ou de rase campagne. Il y a cependant
quelques aménagements à prévoir lors de leur fabrication et mise en œuvre.
4.5.4.2 - FabricationPour fabriquer des matériaux bitumineux en vue d’une application en couches
de chaussée (couches de roulement, liaison ou base) il est nécessaire de chauf-
fer les composants granulaires à une température égale à celle permettant la
circulation du bitume dans les tuyaux jusqu’au poste d’enrobage.
Cette température de fabrication des enrobés [11] est en général entre 150°C
et 170°C selon la nature et la dureté du liant (bitume pur, bitume modifié par
des polymères ou liant de synthèse). Dans ce contexte la mise en œuvre des
enrobés s’effectue à une température supérieure à 125°C.
Le recours à des enrobés tièdes [17] permet d’abaisser la température d’au
moins 30 °C.
Préalablement à l’application des enrobés il est nécessaire de procéder au
répandage d’une couche d’accrochage sur le support de façon à favoriser
le collage de l’enrobés. Cette couche d’accrochage est une émulsion de
bitume.
4.5.4.3 - La mise en œuvreLa mise en œuvre s’effectue au finisseur, le transport de l’enrobé de la centrale
de fabrication au finisseur est assuré par des camions qui déversent l’enrobé
dans la trémie du finisseur. (Photo 19).
La difficulté d’approvisionnement due à l’exigüité du lieu (largeur et gabarit)
et les précautions à prendre vis-à-vis des équipements existants sont autant
de contraintes qui rendent la durée du chantier plus grande qu’à « l’air libre »
Comme le gabarit du tunnel ne permet pas toujours une élévation complète
de la benne du camion, il faut prévoir des adaptations comme le choix de
camions dont les bennes sont équipées de vérins poussant les enrobés.
Figure 16 - Rail de guidage central
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
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Les caractéristiques mécaniques de l’enrobé sont obtenues par compactage.
En tunnel on choisit une formulation d’enrobé conciliant « maniabilité » et résis-
tance à l’orniérage de façon à réduire l’intensité du compactage générateur
de vibrations.
Photo 19 - Transport d’enrobé par un camion avec une benne munie d’un vérin.
4.5.5 - Réalisation des assainissements en tunnel
L’assainissement en tunnels se limite le plus souvent à un collecteur central
ou à un profil caniveau à fente avec bordure intégrée, conçu afin d’éviter toute
combustion en cas d’écoulement de liquide inflammable, avec des regards de
type siphoïde (fig. 20).
Il existe deux modes de réalisation :
• préfabrication par éléments de 3 ml (en général),
• coulage en place en continu par extrusion.
Les assainissements nécessitent soin et savoir-faire. Les faibles tolérances
de réalisation imposées par la réglementation ont un impact direct sur le profil
en long. Le choix de la technique de réalisation doit tenir compte des carac-
téristiques géométriques du tunnel. On préférera la solution du caniveau coulé
en continu, plus précise et plus proche du profil en long et de l’uni de la chaus-
sée. Le préfabriqué, quant à lui, reste constitué de lignes brisées plus difficiles
à caler obligeant souvent à un reprofilage de la chaussée.
Il est fortement souhaitable que les assainissements soient réalisés, ou par
Photos 20 - Réalisation d'assainissements.
Photos 21 : Remplacementdes rails dans le tunnel sousla Manche.
l’entreprise mettant en œuvre la plate-forme, soit, au minimum, en parfaite
coordination avec cette dernière.
4.6 - Gros entretien et réhabilitation
Quelle que soit la durée de vie de la plate-forme, il y a un moment où il est
nécessaire de procéder à sa réfection complète. De même dans des cas
extrêmes - affaissement de plate-forme, changement de profil en long - ou
en fin de vie du rail, il est parfois nécessaire de remplacer celui-ci. Celle-ci
nécessite donc sa déconstruction. Il convient donc de prendre en considération
dès la conception du projet les méthodes de déconstruction (fig. 21).
Du fait de l’importance et de la longueur des travaux les gênes mentionnées
au § 2.3 prennent toute leur acuité.
On retrouvera les mêmes contraintes opérationnelles qu’avec des travaux
neufs dès lors que le tunnel est en monovoie.
Dans le cas d’une pose de rail noyé, on découpe préalablement le rail, on pro-
cède ensuite à son enlèvement progressif (à l'aide d'une pelle et d'une pince
de levage) par longueur de 2 à 3 mètres en partant de la coupe. Puis on le
laisse reposer sur des bastaings au fur et à mesure de l'avancement.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Les rails noyés sont démontables et peuvent être remplacés lors des opérations
de gros entretien. Il faut cependant être attentif au gabarit des engins de levage
de façon à ce que leur évolution ne soit pas gênée à l’intérieur du tunnel.
4.7 - Analyse comparative
Le Groupe de Travail a essayé de rassembler sous une forme synthétique -
comme pour les tunnels routiers - les spécificités des techniques proposées
pour la réalisation des tunnels ferroviaires. Loin d’être exhaustifs, ces tableaux
ont le mérite de mettre en évidence les principaux critères de décision et
d’apporter une réflexion globale sur le choix des solutions.
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
4.7.1 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Voie ballastée Voie sans ballast
Spécificités
Projet • Nécessité de prendre en compte la structure de la plate-formedès le projet
• Nécessité de prendre en compte la structure de la plate-formedès le projet
Conception • Irrégularité des propriétés rhéologiques du ballast
• Résistance au déplacement latéral limitée
• Niveau sonore faible
• Tenue de la géométrie de voie apte à l’usage
• Projection de ballast à grande vitesse
• Transfert des vibrations pouvant être limité par interposition desemelles anti-vibratiles, soit sous selles support de rail, soit soustraverses (ex : Stedef).
• Régularité des propriétés rhéologiques du béton de ciment• Haute résistance aux déplacements latéraux et longitudinaux• Emissions sonores plus élevées mais faciles à traiter • Réduction de la hauteur du gabarit du tunnel• Prévoir une transition voie béton/voie ballastée demandant une
réalisation spécifique• Possibilité de réduire les vibrations par semelles anti-vibratiles ;
Construction • Pose à grand rendement maîtrisée • Largement mécanisée• Faible sensibilité aux imperfections de fabrication• Prix maîtrisé• Utilisation de quantités importantes de granulats
de caractéristiques élevées• Compensation des tassements éventuels de la plate-forme
et du sol support (concerne peu les tunnels)
• Cadences rapides (en fonction de l’approvisionnement en bétonet des techniques de coulage)
• Maîtrise globale des cadences et des coûts• Expérience française en cours sur la LGV• Expériences étrangères nombreuses et a priori favorables.• Pas de compensation des tassements éventuels
de la plate-forme et du sol support (concerne peu les tunnels)
Maintenance • Techniques de maintenance parfaitement maîtrisées• Renouvellement périodique du ballast• Possibilité d’adaptation à long terme de la géométrie de la voie• Obligation de la surveillance et du contrôle
• Expérience française faible vis-à-vis de la maintenance des rails• Interventions lourdes pour le renouvellement de la structure si
nécessaire.• Grande durabilité générale de la voie sans action de reprise ou
de nivellement
Tableau 3 - Comparaison technique voie ballastée/voie sans ballast.
4.7.2 - Comparaison technique voie sans ballast – voie ballastée pour tunnel urbain
La RATP apporte les commentaires suivants sur le type de pose et les domaines d’application
Voie ballastée Voie sans ballast
Spécificités
Construction • Traverses bi-blocs béton sur plateforme ballastée• Réalisation simple, rapide et peu onéreuse• Modifications de tracé, profil ou incorporation d’appareils en
voies simples, rapides et économiques
• Traverses bi-blocs béton sur plateforme béton • Réalisation complexe, longue et coûteuse• Modifications (intégration d’un appareil de voie) très complexes,
longues et coûteuses
Exploitation etMaintenance
• Faible performance anti-vibratile
• Risque de dégradation de la géométrie de la voie (mouvement duballast)
• Nécessité d’un contrôle régulier et d’une maintenance périodique(bourrage du ballast)
• Drainage par filtration à travers le ballast conduisant à un colmatage de ce dernier
• Renouvellement complexe et coûteux (traverses et ballast)
• Bonne performance anti-vibratile• Maintenance réduite• Nettoyage aisé• Drainage efficace• Renouvellement simple et économique (seulement pour
les traverses)
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4.7.3 - Aspects économiques
Le coût de la plate-forme est estimé à 10% du coût global de l’investissement :
génie-civil (tunnel), plate-forme, voies... Le coût de cette phase peut apparaître
relativement marginal lorsqu’il est comparé à celui du génie civil. Cependant
le savoir-faire qui lui est associé requiert une compétence toute spécifique.
En revanche 90 % des dépenses d’entretien et de gestion relèvent de la voie
(Sources RFF / RATP).
Les estimations des coûts de construction d’une voie sans ballast sont géné-
ralement plus élevées qu’une voie classique. Quant aux coûts de maintenance
de la voie sans ballast, ils sont plus faibles. Une analyse globale est conseillée.
La dimension économique est primordiale dans le choix d’une pose de voie
sans ballast. Cet aspect doit être abordé en considérant à la fois les coûts de
construction (y compris ceux liés à la réduction du gabarit) et les coûts
d’exploitation.
Figure 17 - Réduction de gabarit.
Un coût total élevé a été un frein au développement de cette technique. La
prise en compte des coûts globaux permet de relativiser cette affirmation, la
pose de voie directe étant particulièrement attractive pour les tunnels et sur
les ponts.
Le réseau possédant le plus de recul à ce sujet est le réseau japonais
(cf. Annexe 10.2.2.1) avec les différentes lignes du Shinkansen.
Les coûts de construction des voies sur dalle en Allemagne sont de 20 à 40%
plus élevés que ceux des voies classiques [24]. L’ordre de grandeur de ce sur-
coût est confirmé dans le document [25] tant pour le réseau japonais (+30 à
40 %) qu’aux USA (+30%)
La RATP considère que le surcoût d’une voie en béton de ciment de l’ordre de
30 % est acceptable en regard de la réduction des coûts d’entretien (à vérifier
par RATP).
La voie sur dalle permet un maintien de l’état des voies plus long que la voie
classique. Pas de phénomène de défragmentation de ballast. Ce facteur s’in-
tègre dans les coûts de maintenance qui sont d’un rapport 4 en faveur de la
voie sur dalle.
L’expérience japonaise conclut que l’excédent d’investissement de la voie
sur dalle est amorti entre deux et six années d’exploitation.
L’expérience de la Deutsche Bahn (DB) (cf. Annexe 10.2.2.2) dans ce
domaine conduit à des conclusions similaires.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
5 - Réflexions liées à la sécurité et à l’incendie – Environnement et Santé-
5.1 - Considérations générales
La tenue au feu des tunnels doit être traitée dans la recommandation à venir
du GT 37. Il est question ici des problématiques de sécurité ayant à voir avec
la constitution de la plate-forme, essentiellement évacuation et accès des
secours.
Les incidents (pannes, accidents, incendies, etc.) entraînent presque toujours
des difficultés en tunnel.
En particulier, les incendies en tunnel ne sont jamais anodins compte tenu du
caractère confiné de ces derniers. Ils peuvent malheureusement être à l’origine
de pertes humaines que ce soit en tunnels ferroviaires ou en tunnels routiers.
Pour les tunnels ferroviaires on rappellera le cas du tunnel de Vierzy dans
l’Aisne (1972) où, suite à un éboulement, deux trains de voyageurs se percutent
et plus récemment celui du tunnel sous la Manche (1996) avec le déraillement
et l’incendie d’une navette de fret.
Il est à noter que dans les tunnels routiers les véhicules à « fort potentiel de
feu » sont mélangés aux autres (poids lourds au milieu des voitures) alors qu’ils
ne le sont généralement pas dans le système ferroviaire.
Les systèmes de désenfumage dans les tunnels sont obligatoires [19] dès lors
que la longueur du tunnel excède 5.000 m et que le trafic est essentiellement
du transport de marchandise (fret).
Un incendie se caractérise par des effets suivants :
a) Une perte de visibilité liée à l'envahissement du tunnel par les fumées
b) Une augmentation progressive de la toxicité et des difficultés pour les
personnes à respirer
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
c) Une élévation plus ou moins rapide de la température
d) Des dégradations plus ou moins importantes des matériaux composant
l’infrastructure et les équipements.
Ce point a déjà été abordé par les travaux du GT37-R2 traitant plus spécifi-
quement de la tenue au feu des tunnels [2].
Cela peut se traduire par :
e) Des difficultés pour les usagers à prendre conscience du danger
f) Une évacuation difficile des usagers n’ayant pas rapidement rejoint un abri,
du fait de la perte de visibilité
g) Des difficultés d’approche pour les secours pompiers.
En présence de fumées ou de flammes, le comportement des usagers peut
varier selon l’état physique des personnes (enfants, personnes âgées, à mobi-
lité réduite, etc.).
Il convient alors, par des dispositions constructives et des équipements, de
faciliter leur évacuation en les accompagnant dans la conduite à tenir et en
leur signalant les issues de secours. Il s’agit également de permettre une
approche plus facile et plus rapide des secours.
Ainsi, chaque élément du tunnel, support de chaussée y compris, doit être
conçu dans cet objectif, et s'intégrer dans un système global de sécurité
cohérent.
5.2 - Cas des tunnels ferroviaires
La décision de la Commission européenne du 20 décembre 2007 [20] précise
les exigences en matière de protection contre l'incendie des ouvrages d'art.
Cette spécification s'applique aux nouveaux tunnels du réseau transeuropéen,
indépendamment de leur longueur.
En cas d'incendie déclaré, l'intégrité de la structure est préservée pendant une
période suffisamment longue pour permettre l'auto-sauvetage et l'évacuation
des voyageurs et du personnel de bord ainsi que l'intervention des services de
secours sans qu'ils soient exposés au risque d'un effondrement de la structure.
La résistance au feu de la surface du tunnel dans son état fini, qu'il s'agisse
de rocher ou d'un revêtement en
béton, doit faire l'objet d'une éva-
luation. Cette surface doit résister
à la chaleur provoquée par le feu
pendant une période de temps
donnée. La « courbe température-
temps» spécifiée (courbe EUREKA)
est montrée sur la figure ci-après.
Elle est utilisée pour la conception
de structures en béton unique-
ment.
Ce document [20] précise également les exigences en matière de sécurité
incendie applicables aux matériaux de construction.
Cette spécification s'applique à tous les tunnels, indépendamment de leur lon-
gueur, aux matériaux de construction et aux équipements utilisés à l'intérieur
des tunnels et non aux ouvrages qui sont couverts par le paragraphe précédent.
En fonction des exigences de la conception, soit le degré d'inflammabilité des
matériaux de construction est faible soit ils sont ignifuges. Le matériau dans
lequel est constituée la structure de base satisfait aux exigences de la catégorie
A2 de la norme EN 13501- 1:2002. Les panneaux n'appartenant pas à la struc-
ture et les autres équipements sont conformes aux exigences de la catégorie
B de la norme EN 13501-1:2002.
5.2.1 - Les risques d’accident
Les accidents en tunnel se traduisent par les mêmes effets que ceux ayant lieu
à l’air libre.
• Les déraillements d’un convoi : plusieurs centaines de voyageurs peuvent
être impliqués.
• Les collisions frontales ou lors de croisements de trains.
• Les incendies sont les risques les plus graves pour les tunnels ferroviaires et
les métros [12].
5.2.2 - Engagement des moyens de secours
Plus les cheminements et les accès seront praticables
• plus l’auto-évacuation des usagers et leur sauvetage seront faciles (il s’agit
d’évacuer environ 1000 personnes représentant le nombre de passagers
transportées par une rame de train ou de RER),
• et la mise en œuvre des moyens d’extinction sera rapide.
La nécessité pour les pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les
délais les plus rapides, conduit à envisager la mise en œuvre de solutions tech-
niques leur permettant d’entrer directement avec leurs véhicules de secours
et de rouler sur les voies (fig. 22).
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Figure 18 - Résistance au feu – courbe température-temps.
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Une des solutions alternatives consiste à supprimer le ballast pour fixer
directement les rails sur une dalle en béton armé.
On voit donc que la problématique d’accès est primordiale en tunnel. En effet,
chaque intervention est plus compliquée en tunnel qu’en section ouverte.
La voie sans ballast présente le double avantage de réduire le nombre de ces
interventions (niveau de maintenance plus faible) et d’en faciliter le déroulement
en permettant dans certaines configurations l’accès des véhicules à pneus, en
Photos 22 - Accessibilité desvéhicules routiers dans lestunnels.
plus des véhicules rail-route dédiés. Ce dernier point est particulièrement
important en cas d’accident ferroviaire où des passagers sont impliqués.
Photo 23 - Evacuation des passagers d’un TGV Nice-Paris bloqués dans un tunnel(suite à une panne et non à un incendie en avril 2012).
Ces raisons expliquent que la voie sans ballast connaisse un développement
important en tunnel alors que son utilisation, en Europe, reste limitée en section
ouverte. En effet, depuis plusieurs années, les voies sans ballast sont réguliè-
rement appliquées pour la construction de voies en tunnels ferroviaires ou
dans les métros, y compris pour des lignes à grande vitesse comme le tunnel
sous la Manche.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Photos 24 - Véhicules de sécurité dans le tunnel de Bunol (Espagne).
6 - Recommandations du GT 40-
La plate-forme en tunnel ne doit pas être considérée comme un simple
prolongement de la section courante. Il convient d’inciter les décideurs à entre-
prendre une étude spécifique. En effet, plusieurs paramètres ont une influence
plus grande que le seul support de voie :
a) L’influence du mode de construction et de la géométrie du tunnel sur la
conception de la plate-forme
b) L’entretien futur de la plate-forme
c) La facilité d’accès des secours et l’évacuation des usagers
Ces paramètres doivent donc être étudiés soigneusement dès la phase projet.
1) L’épaisseur totale de la plate-forme doit être optimisée ; des économies
significatives seront fréquemment possibles si la plate-forme est définie dès
la conception.
Les voies sans ballast ont une épaisseur significativement plus faible que les
voies ballastées, dans certains cas, ceci permet une réduction du gabarit de
percement (neuf ou réhabilitation).
Recommandation 1 :Etudier la plate-forme en même temps que l’ensemble du tunnel
2) L'entretien futur de la structure doit être pris en compte dans le comparatif
économique des solutions.
Les entretiens sont souvent plus délicats en tunnel qu’en section courante.
Des techniques nécessitant peu d’entretien sont donc à privilégier dans la
majeure partie des cas.
Recommandation 2 :Prendre en compte l’entretien (y compris les éventuelles pertes
d’exploitation) dans la comparaison des plates-formes
3) Privilégier des solutions techniques qui permettent
• aux pompiers d’avoir accès à l’intérieur du tunnel dans les délais les plus
rapides, et d’entrer soit directement avec leurs véhicules de secours et de
rouler sur les voies, soit avec des véhicules rail/route appropriés.
• une évacuation facile des usagers
Recommandation 3 :Prendre en compte les conditions d’accès des secours
et d’évacuation des usagers
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
7 - Exemples et réalisations de tunnels ou voies ferroviaires-©
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Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1997 - 1999Entrée de MarseilleRFFTunnel ferroviaireLGV Paris-MarseilleExplosif1Ferroviaire
Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Assise de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Assainissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Section utile = 63 m2
Longueur totale = 7834 m dont 934 m de tranchée couverteRadier bétonCaniveau dans radier béton
Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mise en œuvre structure voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1999 - 2000Voie béton avec traverses bi-blocs dans coques rigidesPar bétonnage in situ
Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Réglage voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Quais latéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Treillis soudé dans les zones de dévers > 90 mmPar théodolite à partir de la polygonale du tunnelPar train de bétonnageOui
Tunnel de Marseille
• TGV Marseille
• Perthus
• Anvers
• Voie expérimentale LGV Est européenne
• Inntal tunnel (Autriche)
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Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2005 - 2007Pyrénées Orientales (66)TP FERROTunnel ferroviaireLiaison Perpignan - Figueras (Espagne)Tunnelier2Ferroviaire
Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Assainissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9,20 m2 x 8400 m
Caniveau à fente
Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Radier sous voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2007 - 2009Béton de ciment 60 cm de béton
Radier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Slip-form en pleine largeur
Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Guidage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Transports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Quais latéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Station totaleCamions bennes 6 m 3
Passerelles de croisementOui
Tunnel du Perthus
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
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Tunnel d’Anvers - Liaison du Liefkenshoek
Date de construction du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Prévue en 2014Anvers (Belgique)Contrat de concession à LocarailTunnel ferroviaireLiaison du LiefkenshoekTunnelier2 (tubes nord et sud)
Diamètre du tunnelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.40 m7,30 m (diamètre intérieur fini)5972 m pour le tunnel sud5979 m pour le tunnel nord
Date de réalisation des plates-formes . . . . . . . . . . . . . . . .Type de plate-forme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de traverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mise en œuvre de la plateforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2011 - 2012En béton
Particularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Réglage voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Approvisionnement du béton par pompage et wagonnet
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RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
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Voie expérimentale de la LGV Est européenne
Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maitre d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chauconin (Seine et Marne)RFFDalles béton de ciment goujonnéesLGV EstFerroviaire
Longueur de la section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Largeur de la voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 x 1800 m3,68 m
Date de réalisation des voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sous-couche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
janvier - septembre 2006Dalles de 15 cm en béton de ciment 0/20ferraillées (150 kg/m3)28 à 37 cm grave ciment
Réalisation de la plateforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Couche en béton de ciment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Couche de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
par demie-voieSlip-form guidéeNiveleuse
Particularités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Guidage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Approvisionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sciage des dalles sur 5 à 10 mm tous les 5 mètresPrésence de rails provisoires gênants1 section en courbe (dévers de 10 %)Tolérance altimétrique de 5 mmStation totalePar train au niveau de la machine
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
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Unterinntalbahn tunnel (Autriche)
Mise en service du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mode de creusement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Nombre de tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Décembre 2012Autriche
Ferroviaire
Tunnelier2
Longueur du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9,5 km
Diamètre du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Système de coffrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tunnel double voie de 13 m45 000 voissoirs
Début des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Type de plate-forme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Type de voie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2003Dalles flottantes en béton de cimentVoie sans ballast avec fixation directesur selles
Particularités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Système anti-vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Vitesse maximale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dalles flottantes avec appuis ponctuelsEquipement de 4 camions de pompiers220 km/h
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8.1 - Principaux documents de référence
Réf. 1 - « Dossier pilote des tunnels génie civil – section 8 - chaussées», CETU,
MEDAD, décembre 1997
Réf. 2 - « Tunnels routiers : résistance au feu » AFTES recommandation° 205
– janvier/février 2008
Réf. 11 - « Les enrobés bitumineux », tomes 1 & 2, RGRA/USIRF, 2001 & 2003
Réf. 3 - CETU Annexe 2 « Instruction technique relative aux dispositions de
sécurité dans les nouveaux tunnels routiers (“conception et exploitation” à la
circulaire 2000-63 du 25 août 2000 relative à la sécurité dans les tunnels du
réseau routier national
Réf. 4 - « Ventilation des ouvrages souterrains en cours de construction » –
GT 27 R1F1 n°176 – 2003.
Réf. 5 - Chaussées en béton : guide technique, Sétra-Lcpc - mars 97 – révision
2000
Réf. 6 - « Comportement au feu des tunnels routiers » Guide méthodologique
CETU – mars 2005
Réf. 7 - « Comportement au feu des enrobés bitumineux » CSTB, juin 2006
Réf. 8 - « Accidents ferroviaires en milieu ouvert et fermé » - revue Le Sapeur
pompier magazine, sept. 2004.
Réf. 12 - Avis de l’Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement
et du travail relatif à l’« évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la
population générale et dans l'environnement », AFSSET 17 mars 2010.
Réf. 13 - Inventaire des tunnels ferroviaires de France, www.tunnels-ferro-
viaires.org/tech/tunn.pdf
Réf. 14 - Présentation de LGV EST Européenne 2ème Phase Tronçon H -LOT
47 Conception Réalisation, www.aecfrance.eu/tunnel-saverne.pdf, novembre
2010
Réf. 15 - RATP –SNCF Métro régional – section Auber Nation – Paris Gare de
Lyon ouvrage commun
Réf. 16 - « Dimensionnement des structures d’assise pour la construction et
la réfection des voies ferrées, SNCF, notice générale IN 0260, 1996
Réf. 17 - « Chaussées routières en tunnel », AFTES, Rapport du GT 40, 2012
Réf. 18 - « Arrêté du 22 novembre 2005 relatif à la sécurité dans les tunnels des
systèmes de transport public guidés urbains de personnes », JO 9 décembre 2005
Réf. 19 - « Instruction technique interministérielle relative à la sécurité dans
les tunnels ferroviaires », n° 98 300 du 08 juillet 1998, révisée en mars 2011
Réf. 20 - « Décision de la commission du 20 décembre 2007 concernant la
spécification technique d'interopérabilité relative à “la sécurité dans les tunnels
ferroviaires” du système ferroviaire transeuropéen conventionnel et à grande
vitesse », JO de l’Union européenne
Réf. 21 - « Conditionnement d’armement et de tracé pour la création de LRS »,
SNCF, Procédure IN 2915, 2006.
Réf. 22 - « Armement des voieries principales – Matériel de voie à mettre en
œuvre », SNCF, Document d’application, IN 3012 version n°2, 2008.
Réf. 23 - « Mise en œuvre du ballast pour voie ferrée », SNCF, Document d’ap-
plication, IN 0274 version n°2, 2010.
Réf. 24 - « State-of-the art : ballastless track systems », RTR review , Septem-
ber 2006, p. 29.
Réf. 25 - « Slab track – A scoping study 2003 », Britpave , 2003 p. 7.
Annexes
Réf. 9 - « Asistencia technica para el diseno e implantacion de la via sin balasto
en RENFE » TIFSA , septembre 1998
Réf. 10 - « Tunnels ferroviaires – La voie béton, solution pour améliorer la sécu-
rité des usagers et l’intervention des secours ». T66 - Cimbéton, août 2008.
8.2 - Principales normes chaussées béton de ciment
NF P98-170 (avril 2006) Chaussées en béton de ciment : exécution et contrôle
FD P98-171 (avril 1996) Chaussées en béton de ciment : Etude de la formu-
lation d'un béton - Détermination de la composition granulaire conduisant à
la compacité maximale du béton frais.
NF EN 13877-1 (janvier 2005) Chaussée en béton partie 1 : matériaux
NF EN 13877-2 (avril 2005) Chaussée en béton partie 2 : exigences fonction-
nelles pour les chaussées béton
NF EN 13877-3 (avril 2005) Chaussée en béton partie 3 : spécifications rela-
tives aux goujons à utiliser dans les chaussées en béton
NF EN 13863-1 (mai 2004) Revêtements en béton partie 1 : méthode d'essai
pour la détermination de l'épaisseur de la dalle de béton par voie non des-
tructive
NF EN 13863-2 (juin 2004) Revêtements en béton partie 2 : méthodes d'essais
pour la détermination de l'adhésion entre deux couches
NF EN 13863- (mai 2005) Revêtements en béton partie 3 : méthodes d'essai
pour la détermination de l'épaisseur d'une chaussée béton à partir de carottes
NF EN 13863-4 (juin 2005) Revêtements en béton partie 4 : méthodes d'essai
pour la détermination de la résistance à l'usure des chaussées béton par abra-
sion provoquée par les pneus à crampons
8.3 - Principales normes chaussées bitumineuses:
NF EN 13108-1 (février 2007) : Mélanges bitumineux – Spécifications des
matériaux : Partie 1 : enrobés bitumineux
NF EN 13108-2 (décembre 2006): Mélanges bitumineux – Spécifications des
matériaux : Partie 2 : bétons bitumineux très minces
NF EN 13108-8 (mars 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-
riaux : Partie 8 : agrégats d’enrobés
NF EN 13108-20 (juin 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-
riaux : Partie 20 : épreuve de formulation
NF EN 13108-21 (juin 2006) : Mélanges bitumineux – Spécifications des maté-
riaux : Partie 21 : maîtrise de la production.
NF P 98-149 (juin 2000) : Enrobés hydrocarbonés – Terminologie – composants
et composition des mélanges – mise en œuvre – produits – techniques et pro-
cédés.
NF EN 12697-41 (décembre 2005) : Mélanges bitumineux – Méthodes d’essai
pour mélanges hydrocarbonés à chaud – Partie 41 : résistance aux fluides de
déverglaçage.
NF EN 12697-43 (décembre 2005) : Mélanges bitumineux – Méthodes d’essai
pour mélanges hydrocarbonés à chaud – Partie 43 : résistance aux carbu-
rants
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
8 - Bibliographie-
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TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
8.4 - Crédit photos
Agilis, AFTES, CETU, Cete Lyon, Cimbéton, Colas Rail, Comatelec, Edilon, Eiffage
Travaux Publics, Egis, Eurovia, FNSPF, Métalliance, NGE, SNCF, SNBPE, SPEC-
BEA, Wirtgen, Usirf, Xelis,
9 - Glossaire-
AFSSET - Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du
Travail
AFTES - Association française des Travaux et de l’Espace Souterrain
ACV - Analyse de cycle de vie
BAC - Béton Armé Continu
BB - Béton Bitumineux
BC - Béton de Ciment à dalles non goujonnées
BCi - Béton de Ciment de classe i
BBME - Béton Bitumineux à Module Elevé
BBSG - Béton Bitumineux Semi Grenu
BBTM - Béton Bitumineux Très Mince
BCMC - Béton de Ciment Mince Collé
CETU - Centre d’Etudes des Tunnels
CIE - Commission Internationale de l’Eclairage
EMEi - Enrobé à Module Elevé de classe i
ERS - Embedded Rails System
FEHRL - Forum of European National Highway Research Laboratories
GB - Grave Bitume
GBi - Grave Bitume de classe i
GNT - Grave non traitée
IPCS - Itinéraire Provisoire à Contre-Sens
LRS - Long Rail Soudé
MEEDDAT - Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable
et de l’Aménagement du Territoire
MEEDDM - Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable
et de la Mer
LCPC - Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
RATP - Régie Autonome des Transports Parisiens
RFF - Réseau Ferré de France
RFN - Réseau Ferré National
SETRA - Service d’Etudes sur les Transports, les Routes et leurs Aménage-
ments
SETVF - Syndicat des Entrepreneurs de Voies Ferrées de France
SMA - Stone Mastic Asphalt
SNCF - Société Nationale des Chemins de Fers Français
SNBPE - Syndicat Nationale du Béton Prêt à l’Emploi
SPECBEA - Syndicat Professionnel des Entrepreneurs de Chaussées en Béton
et d’Equipements Annexes
TCSP - Transports en Commun en Site Propre
USIRF - Union des Syndicats de l’Industrie Routière de France
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
10 - Annexe-
10.1 - Etat des lieux en France et à l’international
10.1.1 - Synthèse sur l’expérience espagnole
Il s’agit d’une traduction française. Le texte espagnol [Réf. 9 ] est consultable
sur le site de l’AFTES.
Figure A1 - Page de gardedu document espagnol.
10.1.1.1 - Construction de zones test :But : Comparer divers systèmes de pose de voie sans ballast sur le tracé du
« corridor méditerranéen ».
Les systèmes testés :
Edilon, Rheda diwydag, Rheda 2000, Stedef, Getrac, Atd.
Chaque système sur environ 400 ml
10.1.1.2 - Comparaison des solutions Voies ballastées / Voies sans ballastComparaison difficile de manière générale car beaucoup de critères.
Voies sans ballast : tolérances de construction plus faibles.
Problèmes de transition avec les point durs (ponts ou tunnels) dus à la diffé-
rence de rigidité du support.
Maintenance inférieure d’environ 20 %, mais attention au problème du gel des
fondations et au drainage de l’ensemble.
Points de comparaisons étudiés :
Gestion du chantier : Favorable voie sur ballast (durée de construction)
Opérabilité : Favorable voies sans ballast (moins d’entretien)
Bruit et vibrations : Plutôt favorable voies sans ballast
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222 M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°237 - Mai/Juin 2013
• Ponts : EDILON
• Tunnels : RHEDA DYVIDAG
RHEDA 2000
STEDEF
• Lignes de banlieue : EDILON
TRANOSA
VIESA
10.1.2 - Synthèse sur l’expérience allemande
10.1.2.1 - Différentes techniques :• top/down : on part de la voie finie (rails et traverses/blochets sont suspendus
sur gabarit) et on descend vers un fond de forme approximativement réglé.
La différence en altimétrie est rattrapée avec un béton très liquide qui entoure
les traverses.
• bottom/up : on part du bas avec des couches successives de fondation qui
deviennent de plus en plus précises, le réglage fin des rails se fait par des
attaches classiques ayant assez de jeu pour rattraper les tolérances.
10.1.2.2 - Quelques expériences avec des systèmes utilisés :Getrack : Les traverses sont entourées d’une couche d’enrobés à chaud. Mais
l’utilisation d’enrobés comme couche finale nécessite une entreprise d’appli-
cation très compétente (tolérances).
Bon marché et possibilité d’utilisation des traverses émissions de fumées lors
de la mise en œuvre, pas accessible pour les véhicules à pneu, traverses appa-
rentes, utilisation de traverses en « Y » n’est pas possible.
Comme à l’intérieur du tunnel les différences de température ne jouent pas :
pas de fluage du bitume - mais attention aux zones de transition à l’air libre…
Rheda Berlin : le béton est coulé directement autour des traverses - fissuration
obligatoire entre le « préfa » et le « in situ » – surtout dans le cas des traverses
précontraintes : fluage du béton sous la précontrainte (32 t), le béton in situ
ne bouge pas. Le remplissage et le compactage sous les traverses est toujours
hasardeux, le béton doit être très liquide – la qualité est moyenne.
Rheda 2000 : les blochets sont fixés dans le béton par un ferraillage d’attente sans
précontrainte : fissuration et remplissage à surveiller, mais bon marché, bonne
transmission des forces et intéressant pour le poseur (beaucoup de travail).
Inconvénients : sensible aux chocs lors du transport et du déchargement, hau-
teur de construction, pas de possibilité de faire passer des véhicules à pneu,
vibrations et bruit.
La mise en œuvre est difficile mais pas autant qu’avec une machine à coffrage
glissant – 16 h de durcissement minimum, sinon possibilité de défauts de
dimensionnement. Sensible aux différences de température (fissuration) : ne
devrait être mis en place que de nuit.
Réparation : par chevillage – ça marche une fois mais après c’est difficile ;
par contre le système est très souple au niveau des réglages : +56 mm en
hauteur et +/- 5 mm de jeu latéral.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Expériences de réalisations : Plutôt favorable voies ballastées sauf tunnel où
bonne expérience sans ballast
Coûts : Voies sans ballast plus chère en section courante mais moins chère
en tunnel (moins de hauteur) et ponts
10.1.1.3 - Comparaison Voies sur béton / Voies sur enrobésVoies sur enrobés :• Avantages
- Pas de joints
- Possibilité de nivellement à ± 2 mm
- Circulation possible peu de temps après la mise en œuvre
- Temps de construction de la plate-forme réduits
- Recyclable
- Faible émission de bruit
- Matériel routier classique
- Pas d’interruption du chantier pour des raisons climatiques
• Inconvénients
- Cadence de pose de voie faible
- Sous haute températures ou grandes fréquences de circulation, risque de
comportement plastique
- Coût élevé
Voies sur béton :• Avantages
- Meilleure résistance aux efforts provoqués par la circulation des trains
- Meilleures répartition des charges sur la plate-forme
- En tunnel, ne génère pas de fumées nocives en cas d’incendie
- Epaisseur de structure plus faible
- Plus grande stabilité aux mouvements verticaux
• Inconvénients
- Nécessité d’un système amortisseur
- Temps de remise en circulation
- Réparations plus difficiles
- Bruit plus élevé (sauf Edilon)
10.1.1.4 - Choix de la technique en fonction du type d’ouvrageNOTA : En plus des 6 systèmes décrits plus haut, deux autres systèmes dont
l’usage est limité aux zones de vitesse inférieure à 160 km/h sont proposés ; ce
sont des systèmes de blocs préfabriqués noyés dans une assise béton, les sys-
tèmes TRANOSA et VIESA.
• Gares et Sections à moins de 160 km/h : EDILON
TRANOSA
VIESA
• Section courante : EDILON
RHEDA DYVIDAG
RHEDA 2000
STEDEF
GETRAC
ATD
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Fixation des selles par tiges : comme le béton est médiocre, les chevilles ne
tiennent pas dans la durée – nécessité d’utiliser des résines.
Sonneville, Sateba : traverses à blochets avec chaussons – la voie est réglée
et suspendue sur des gabarits, le béton de remplissage est coulé autour.
L’expérience montre que les chaussons se détériorent par la présence d’eau
et poussière.
Bögl : les dalles en béton sont coulées en usine ; dalles standard sont usinées
par fraisage.
Très peu de tolérances, la qualité du béton est très bonne et la production est
rapide. Possibilité de réparation in situ.
Mais : hauteur de construction importante, prix élevé, plans et logistique sont
très complexes (chaque dalle a une place bien précise), les entreprises de
pose de voie n’aiment pas cette solution : pas de valeur ajoutée.
La première ligne d’essai est actuellement entrée en exploitation, il faut atten-
dre les expériences.
10.1.2.3 - Zones de transitionL’argument principal contre une application de voie rigide dans des passages
à niveau, des tunnels, des viaducs et dans des gares est la création d’un
« point dur » par rapport à la voie ballastée en amont et en aval.
Avec le système ERS on peut retrouver des souplesses comparables sur une
fondation en béton, mais il est vrai qu’un changement trop brusque de la sou-
plesse de fondation induit toujours des efforts supplémentaires sur la voie.
Pour éviter ces effets il est nécessaire d’aménager des zones de transition ;
ces zones doivent être stable et garantir une augmentation graduelle de la
souplesse vers la voie ballastée.
Méthodes appliqués sur les rails et les traverses : rendre la voie plus raide par
l’emploi de « Beischienen » (rails lourds fixées au milieu des traverses sur le
ballast), ou en doublant les traverses.
Méthodes appliqués sur le ballast : collage du ballast avec résine.
Méthodes appliqués sur fond de forme : compactage progressif (« en rampe »),
mise en place successive des couches de grave ciment, stabilisation avec
géotextile.
Méthodes appliqués sur voie rigide : bandes résilientes (mais attention à la
déflexion).
Difficulté supplémentaire : le bourrage du ballast contre la dalle de la voie
rigide est pratiquement impossible – possibilité de mettre en place une dalle
de transition avec fixations réglables.
10.2 - Pose de voie sans ballast
(Étude bibliographique – version initiale du 4 mai 2007 par Yves CHAMEROIS
(SNCF Ingénierie)
10.2.1 - Principes de construction de la voie sans ballast
Dans les poses de voies classiques, les traverses reposent sur la plate-forme
par l'intermédiaire du ballast dont le rôle est de :
• répartir les efforts transmis,
• donner à la voie une élasticité suffisante pour supporter les efforts statiques
et dynamiques,
• assurer une limitation des déplacements transversaux.
La voie sans ballast est une superstructure pour laquelle le ballast, susceptible
de se tasser, est remplacé par des couches d'assise constituées de dalles
béton voire de bitume.
Ce type de voie doit assurer les mêmes fonctions que la voie traditionnelle par
la superposition de différents étages de raideurs décroissantes.
Figure A2 - Coupe schématique de la voie sans ballast.
L'élasticité et l'amortissement nécessaires -absents de la couche d'assise très
résistante- sont assurés par la fixation du rail ou par un matériau élastique
sous les traverses. L'avantage sur le ballast est que l'élasticité est ici parfai-
tement contrôlée et se dégrade beaucoup moins sous l'effet des sollicitations
dynamiques.
A partir de ces principes, différentes solutions techniques existent, elles peu-
vent être classées de la façon suivante :
• Fixations ponctuelles : avec ou sans traverse
• Pose continue : rail enrobé ou inséré
10.2.2 - Principaux types de voie sans ballast
On peut estimer au début du 20 ème siècle l'apparition des premières poses de
voies directes. Jusqu'aux années 60 les systèmes de pose de voie directe
furent dédiés au transport souterrain.
C'est à la fin des années 60 / début 70, au Japon, que sont proposées des
solutions pour des liaisons grandes lignes. La pose sans ballast est maintenant
quasiment systématiquement retenue pour les nouvelles lignes au Japon.
L’expérience commença en 1972 en Allemagne par un tronçon de 740 m en
gare de RHEDA. C’est en Allemagne que cette technique a suscité dans un
passé récent le plus d’intérêt avec en 1997, 145 km de voies en 60 tronçons
de 20 types différents (62% en remblai – 29% en tunnel – 9% sur les ponts).
Les applications les plus répandues des voies sans ballast sont les sui-
vantes :
• Voies sans ballast du Shinkansen (Japon, Corée du sud),
• RHEDA et variantes (Allemagne),
• Rail enrobé EDILON (Pays bas),
• STEDEF (France) et SONNEVILLE.
10.2.2.1 - La voie sans ballast du Shinkansen Au Japon les études de voie sur dalle ont commencé en 1965. Depuis 1972,
cette pose est retenue systématiquement. Il y a plus de 2200 km de voies sans
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1
Superstructure
Infrastructure
Rail UIC60Fixation du rail
Traverse
Couche portante en béton ou en enrobé
Couche portante à base de liant hydraulique
Couche de protection contre le gel
Sous-sol
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ballast dont plus de 150 km sur des ponts.
Le tunnel du Seikan (54 km) entre l’île de Honshu et l’île d’Hokkaïdo, sur ligne
classique (autre que Shinkansen) est équipé de voies sans ballast.
Figure A3 - Voie sans ballast du Shinkansen.
Les voies sans ballast du Shinkansen sont constituées de
dalles préfabriquées en béton précontraint. Leurs dimen-
sions typiques sont de 3.95 ou 4.95 m de longueur pour
une largeur de 2.34 m et une épaisseur de 0.22 m. Elles
reposent sur une fondation en béton par l'intermédiaire
d'une couche de mortier, d'asphalte et de ciment d'au
moins 50 mm d'épaisseur. L'insertion d'un matelas résilient
améliore les performances vibratoires de l'ensemble.
Pour diminuer les coûts d'investissement dans ce type de voies, un dévelop-
pement récent a amené le remplacement de la dalle par un cadre.
Un système de pose sans ballast italien mis au point par IPA est utilisé sur
moins de 100 km de ligne. Cette pose est proche de la construction japonaise.
10.2.2.2 - Développements en AllemagneLes systèmes les plus populaires sont les poses RHEDA et
ZÜBLIN qui sont à classer dans la catégorie des fixations ponc-
tuelles avec traverses. Une dalle porteuse en béton armé repose
sur une couche de répartition en béton jouant le rôle d'isolant
contre le gel. La voie est constituée de traverses monobloc en
béton précontraint insérées dans un béton de remplissage, lui-
même doté d'armatures qui sont reliées à la dalle porteuse.
De nombreuses variantes ont été développées dont les
principes constructifs sont présentés ci-après :
Construction RHEDA
Pour ce type de pose, les traverses sont fixées à la couche d'assise par un
béton de remplissage. Pour améliorer la reprise des efforts horizontaux, la
couche d'assise de la pose RHEDA/Sengeberg a évolué en forme d'auget.
Construction ZÜBLINDans ce cas, les traverses sont "vibrées" dans le béton frais. Depuis 1994,
des traverses bi-bloc sont utilisées, une variante avec fixation directe sur la
dalle existe. Grâce à un appareillage spécial, les traverses sont positionnées
avec exactitude par groupe de 10 avec un écart entre traverses de 65 cm. Le
montage des rails et les corrections de position au niveau des points d'attache
sont opérés après durcissement du béton.
Figure A5 - Voie sans ballast en Allemagne - Züblin.
Construction ATDLa couche d'assise à base d'asphalte est réalisée avec une rectitude de ± 2
mm et un socle central destiné à reprendre les efforts latéraux. Les traverses
et voies sont posées ensuite. Le réglage de la voie se fait par insertion de
matériau élastique entre socle et traverses.
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT40R2F1 M
Figure A4 - Voie sans ballast en Allemagne - Rheda.
Figure A6 - Voie sans ballast en Allemagne - ATD.
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Construction SATO-FFYSDes traverses béton ou en forme de Y sont posées sur une couche d'assise
en asphalte dont la hauteur est rectifiée par fraisage. Une version nouvelle de
cette pose (FFYS) assure l'emboîtement de la voie avec la couche d'assise en
asphalte grâce à 2 barres transversales sous les traverses venant se placer
dans des rainures.
Photo A1 - Voie sans ballast en Allemagne - SATO-FFYS.
10.2.2.3 - Rail enrobé EDILONCette pose de voie est une application de la pose continue. Un mélange
de liège et de polyuréthane appelé Corklast assure le support du rail.
Le rail est positionné dans une rainure, puis le Corklast est coulé, ce
qui est avantageux puisque les tolérances sur la structure porteuse
n'ont pas d'influence sur la géométrie de la voie. Cette pose est appli-
quée aux Pays-Bas depuis une quinzaine d'années avec succès, en
particulier sur ouvrages d'art.
Figure A7 - Voie sans ballast en Allemagne - Edilon.
10.2.2.4 - Poses STEDEF et SONNEVILLELe système Français STEDEF est utilisé le plus souvent en tunnel à des
fins de protection de l'environnement vis-à-vis des vibrations. Le rail est
fixé classiquement sur une traverse bi-bloc. Cette dernière est insérée
dans un chausson en élastomère au fond duquel est placée une semelle
en néoprène cellulaire. Ce dispositif assure une élasticité importante
menant à des enfoncements de rail de plus de 2.5 mm pour une charge
de 200 kN. Les systèmes suisses Walo et américains Sonneville sont basés
sur le même principe.
Figure A8 - Voie sans ballast en Allemagne- Steff et Sonneville.
10.3 - Amélioration de la sécurité du point de vue des secours
10.3.1 - Les risques d’accident
Les accidents en tunnels se traduisent par les mêmes effets que ceux ayant
lieu à l’air libre. Sans être exhaustif, on peut citer [10] :
• Les déraillements d’un convoi : plusieurs centaines de voyageurs peuvent
être impliqués. Il s’agit alors, pour les services de secours, de procéder à
l’évacuation de nombreuses personnes, suivant le type de train (métro, RER,
TER ou TGV). Le risque d’un incendie est alors toujours possible. Quand des
marchandises sont en cause, la solution retenue pour les secours sera fonction
de la dangerosité des marchandises transportées.
• Les collisions frontales ou lors de croisements de trains : des opérations de
désincarcération des passagers et le traitement éventuel d’incendies sont à
mener. Dans ces opérations, et compte tenu de la configuration des lieux, les
secours doivent intervenir dans des conditions défavorables (éclairage réduit,
étroitesse et espace confiné, gaz toxiques, vapeurs, etc.).
• Les incendies sont les risques les plus graves pour les tunnels ferroviaires
et les métros. Selon les situations (incendie de train de voyageurs, transport
de matières dangereuses ou de marchandises, etc.), les paramètres concer-
nent le développement des fumées, les températures, la destruction des équi-
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pements, les victimes et leur évacuation, la durée de l’opération, les moyens
à mettre en œuvre, la pénibilité de l’opération.
10.3.2 - Les aspects opérationnels
Les difficultés pour traiter ces accidents sont liées aux contraintes d’approche
des secours. Il convient de réduire les délais d’intervention et d’évacuation
afin de permettre aux voyageurs de pouvoir échapper aux dangers des fumées
et aux secours d’arriver au plus près du sinistre. La rapidité sans transfert de
charge est primordiale.
10.3.3 - Les accès au tunnel
Les moyens de secours doivent pouvoir intervenir dans les délais les plus
courts à l’une ou l’autre des têtes de tunnel. La construction de chemins d’ac-
cès réservés aux véhicules et engins spéciaux des pompiers et secouristes
est nécessaire. L’implantation de la plupart des tunnels se situant en zone
montagneuse, avec des pentes à fort pourcentage, les pistes doivent être uti-
lisables par tous temps. Le traitement des chemins d’accès par stabilisation
au ciment est souvent une bonne solution.
La réalisation d’une route stabilisée (la route en béton est une solution durable)
accompagnée d’une aire permettant l’accueil des secours, la mise en place
d’un poste de commandement et éventuellement d’une zone de « posée
hélicoptère » est nécessaire.
10.3.4 - La progression à l’intérieur du tunnel
Les matériels de secours du type brancards, tuyaux, pompes, etc., approvi-
sionnés par les pompiers ou stockés aux têtes du tunnel, doivent pouvoir être
transportés à l’intérieur, au plus près de l’endroit du sinistre. Des solutions de
transport par lorries obligent à des reprises de matériels conduisant à des
pertes de temps supplémentaires et des capacités de volumes transportés
très réduites. Les véhicules rails/routes qui pourraient équiper les pompiers
n’apportent qu’une capacité ponctuelle et ne permettent pas une évacuation
rapide et importante des blessés et passagers notamment dans les tunnels
de grande longueur.
Les solutions suisse ou allemande du train de secours ne sont pas en usage
en France. t
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