Sous la surface : un aperçu des applications d'injection pour un injection de tunnel réussi — TBM : Tunnel Business Magazine

Par Jake Swanson et Britt N. Babcock

Le creusement de tunnels est l’un des types de construction les plus approfondis et les plus difficiles auxquels la communauté de la conception et de la construction est confrontée. Les défis liés à l’excavation souterraine, souvent dans des formations aquifères, sont des exploits incroyablement difficiles à réaliser. Chapeau bas à tous ceux qui travaillent sans relâche pour concevoir, construire et faire progresser l’industrie des tunnels et les processus utilisés. Cet article mettra en évidence les types de coulis couramment utilisés, quand et où les coulis sont généralement utilisés, et comment le coulis est utilisé pour aider au développement et à la construction d'un système de tunnel. Cet article n'est pas destiné à être exhaustif ou à simplifier à l'extrême, mais plutôt à donner un aperçu des matériaux de coulis, des techniques et des applications utilisés dans la construction de tunnels. Cet article est un résumé de ce qui peut être un processus très compliqué.

Les coulis de ciment (particules) et chimiques (solution) sont utilisés dans les applications de tunnels pour remplir des cavités/fissures étroites, des fissures rocheuses et des vides géologiques, réduire les pressions hydrostatiques, imprégner les sols pour contrôler les eaux souterraines, solidifier les sols fluides, créer un contact entre les revêtements et les environs. la géologie, ou contrôler les eaux souterraines localement à travers des joints ou des fissures dans le revêtement du tunnel, ou plus globalement avec l'utilisation de coulis en rideau.

Les coulis de ciment peuvent être constitués d'un coulis de ciment Portland ou d'un coulis de ciment Ultrafin. La différence distinctive entre un coulis de ciment Portland et un coulis de ciment Ultrafine est la taille des particules. La taille des particules d'un coulis de ciment Portland peut varier en moyenne de 50 à 100 microns pour un type I/II, et d'une moyenne de 15 et 20 microns pour un type III. Le ciment ultrafin est beaucoup plus petit avec une taille moyenne de particules de trois microns. Pour référence, la taille d'un cheveu humain est d'environ 70 microns.

Le côté chimique de la famille des coulis se divise en deux types différents de coulis : les mousses de polyuréthane chimiquement réactives et expansive. Les coulis chimiquement réactifs sont constitués d'acrylamide, d'acrylates, d'acryliques et de silicates de sodium. Les acrylamides, les acrylates et les acryliques sont principalement utilisés pour le contrôle de l'eau, tandis que les silicates de sodium sont utilisés pour le support structurel temporaire. Les coulis de polyuréthane expansifs sont de deux types : hydrophiles et hydrophobes. Les coulis hydrophiles sont généralement des systèmes à composant unique qui réagissent avec l'eau et durcissent pour former une mousse flexible expansive ou un gel non expansif. Les coulis hydrophobes nécessitent l'utilisation d'un catalyseur mais sont également considérés comme un seul composant lorsqu'ils sont pompés. Ils sont généralement très expansifs pendant le durcissement et nécessitent très peu d'eau pour réagir. Bien que le ciment et les coulis chimiques puissent différer par leur composition et leur application, ils constituent le plus souvent des produits complémentaires sur un même projet.

Les tunnels varient en taille, du micro au macro et sont installés pour transporter tout, de l'eau à la circulation. Un système de tunnel comprend des composants comprenant le tunnel lui-même, des puits de rodage et de débranchement et des passages de croisement entre les tunnels adjacents si nécessaire. L'injection de coulis peut être une technologie utilisée dans chaque composant d'un système de tunnel – avant, pendant et après les phases de construction. Qu'il fasse partie de la conception initiale ou en raison de défis imprévus, l'injection de coulis est souvent le héros méconnu en ce qui concerne la réussite et la fonctionnalité de tout projet de tunnel. Voici quelques-unes des utilisations les plus courantes du coulis qui peuvent être nécessaires lors de la construction d'un tunnel. Des situations particulières peuvent survenir, non répertoriées ci-dessous :

Les types de défis auxquels les entrepreneurs peuvent être confrontés aideront à déterminer le type de coulis utilisé. L'injection d'une formation géologique, d'une roche ou de sols peut avoir lieu avant l'avancement de la construction du tunnel, pendant la construction ou après la construction. Le type de coulis choisi est généralement dicté par le résultat souhaité et les conditions géologiques. Pour l’infiltration d’eau à travers des fractures et fissures rocheuses ou pour réduire les pressions hydrostatiques sur le revêtement d’un tunnel, le ciment Portland est généralement le coulis de choix en raison de ses performances et de ses avantages économiques. Lorsque les fissures et fissures nécessitent un matériau plus fin, l’entrepreneur pourra être amené à utiliser du ciment Ultrafine. Lorsque vous rencontrez des sables fluides qui peuvent entraver l'avancement du tunnel et potentiellement créer des problèmes d'affaissement ou de stabilité pour les infrastructures et les bâtiments au-dessus du niveau du sol, du ciment ultrafin ou des coulis de solution peuvent être utilisés pour imprégner les sables et créer une matrice sable/coulis stable. Des vides géologiques peuvent se produire dans certaines formations qui nécessitent un remplissage avant l'avancement des machines d'excavation de tunnel. Du coulis de ciment Portland sera souvent utilisé, mais le cas échéant, de la mousse de polyuréthane peut être utilisée. Après qu'un tunnelier ait creusé le tracé dans un sol ferme ou une roche dure, un espace existe entre les limites de l'excavation et le revêtement du tunnel ; Le remblai et le coulis de contact sont réalisés à l'aide d'un mélange de coulis de ciment Portland pour obtenir un contact intime entre la géologie et le revêtement du tunnel. Dans de vastes zones de tunnels ou de revêtements de puits, l'entrepreneur peut effectuer un jointoiement en rideau avec du ciment ou du coulis chimique pour arrêter l'infiltration d'eau. Les coulis de polyuréthane sont souvent utilisés lorsque les fuites sont plus localisées aux joints ou aux défauts.