Gares Souterraines D'eole Jet Grouting Et Rabattement Systématisation Et Limites D'utilisation De Ces Méthodes Dans Des Grands Projets Souterrains En Site Urbain

GARES SOUTERRAINES D'EOLE JET GROUTING ET RABATTEMENT SYSTÉMATISATION ET LIMITES D'UTILISATION DE CES MÉTHODES DANS DES GRANDS PROJETS SOUTERRAINS EN SITE URBAIN

EOLE UNDERGROUND STATIONS ; GARES SOUTERRAINES D'EOLE JET Philippe FAUVEL GROUTING ET RABATTEMENT Département des Ouvrages d'Art JET GROUTING AND WATER TABLE Les dimensions importantes des SNCF LOWERWG deux gares Magenta et Condorcet The large size of thé Magenta and Pierre VIGNAT Condorcet stations mithio thé geolo- dans le contexte géologique et hy- Agence Ile de France drogéologique parisien ont imposé SNCF gical and hydrogeotogical context un large recours aux techniques de ofthe city of Paris bas called for thé jet grouting et de rabattement de use of extensive jet grouting and nappe. Leur utilisation sur le chantier water-table lowering techniques. de ces deux gares fait l'objet d'ar- par leurs dimensions et complexes Their use on thé site of thèse two ticles différents. dans leurs organisations, a nécessité stations is descnbed in various ar- le recours à des techniques particu- ticles. lières pour le traitement des terrains. Ces techniques, le rabattement de nappe et le jet grouting, assez inédites OLE, la future ligne E du RER en plein cœur de Paris, seront dé- LE CONTEXTE reliera les banlieues Est et crites dans leur application pour cha- GEOLOGIQUE ET EOuest. Elle nécessite la créa- cune des gares, par deux articles qui tion pour la traversée de Paris d'un succéderont à la présentation géné- HYDROGEOLOGIQUE ensemble d'ouvrages souterrains rale du projet EOLE, le premier entre La Villette et Pont Cardinet. La concernant la gare Magenta est publié Les campagnes de reconnaissances l*"1 étape actuellement en cours de dans la présente revue. qui se sont déroulées de juin 90 à fé- réalisation, reliera la banlieue Est au vrier 92 ont permis d'établir le profil coeur de Paris, quartier Saint-Lazare. en long géologique. (Fig. 3) La partie souterraine de la Ie™ étape LIS GARES Depuis les voies de la banlieue Est, de 4 km environ de longueur com- l'ouvrage s'enfonce progressivement porte deux nouvelles gares souter- en souterrain en traversant les forma- D'une longueur de 225 mètres, elles tions supérieures aux médiocres ca- raines l'une située entre les gares ac- offriront 4 voies à quais. Elles sont de tuelles du Nord et de l'Est, la gare ractéristiques pour se diriger vers la conception analogue : une voûte cen- gare MAGENTA. MAGENTA (anciennement gare Nord- trale et deux latérales prenant appuis Est), l'autre située entre la gare De la gare MAGENTA dont les voûtes SAINT-LAZARE et la station RER sur des culées latérales massives et des culées centrales creuses utili- sont dans le calcaire de Saint-Ouen, AUBER, la gare CONDORCET qui sera le projet s'enfonce encore au travers le terminus de la 1"*" étape. (Fig. 1) sées comme ouvrages d'accès aux quais. (Fig. 2 et 2 bis) des Sables de Beauchamp et des La construction de ces gares, qui Marnes et Caillasses pour se caler constituent des ouvrages imposants Leur largeur est de 54 m pour la gare dans les Calcaires Grossiers avant MAGENTA, de 58 m pour la gare d'atteindre la gare CONDORCET. CONDORCET. La coupe géologique est donc consti- Profondes d'une tuée par les : trentaine de mètres, elles ont près de I Remblais, matériaux hétérogènes 13,5 m de haut. aux caractéristiques médiocres de Au-dessus de la comblement d'anciennes exploita- partie profonde cor- tions à ciel ouvert de gypse, respondant au ni- I Eboulis qui sont le plus souvent des veau des voies et résidus de la dissolution des Masses des quais se trou- et Marnes du Gypse mélangés à des vent les ouvrages limons des plateaux, liés aux accès et I Masses et Marnes du Gypse, alter- aux circulations nances de couches de calcaire mar- verticales et hori- neux et de gypse, de 6 à 10 m zontales, les ou- d'épaisseur, vrages de corres- I Sables de Monceau, plus ou moins pondances et les gréseux avec des bancs d'argile, de locaux techniques Calcaire et de gypse saccharoïde sur Figure 1 - EOLE, schéma général et commerciaux. une faible épaisseur,

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 329 HWOOWaLBB :r ssa •*»\ 2S21 t SSIto t %T- — -^Es. —— - —^ — -^» L————J^g ______1 R46*CC n + t + TEHWBee r^MT.o BAT. B ~*\ l"«. iïja^ OOUR MKX. I fjfâa ——— M^ 1 **% FOOATOHB 1 -J 1 I I=QM5A7!ONB CAY1 1 JU^_ 1—— ±3 _

Masses et Marnes du Gypse

f.larno calcaire ^ -any -jr ,

Sables de Beauchamp - S3.4"O m Figure 2 - Gare Magenta

SABLES SUPERIEURS

Figure 2 bis- Gare Condorcet

I Calcaires de Saint-Ouen, alter- > Marnes et Caillasses, alternance de calcaire gris, fin et dur, nommé "banc nances de bancs de calcaire et de bancs calcaires et de marnes asso- de roche". Dans son ensemble, cette marnes à passées d'argiles sombres ciés à d'importants épisodes gyp- formation reste relativement homo- entrecoupés de passées gypseuses, seux avec l'existence de vides dus à gène et paraît propice à l'exécution de 12 à 18 m d'épaisseur (la voûte de la dissolution du gypse, de 10 à 16 m de travaux souterrains sous Paris (la la gare MAGENTA y est implantée), d'épaisseur, (la base de cette forma- gare CONDORCET y est implantée). I Sables de Beauchamp, sable argi- tion concerne par endroits la voûte I Sables Supérieurs et Fausses leux vert, ponctuellement grésifié et de la gare CONDORCET), Glaises, une formation argilo-sa- entrecoupé de lits argileux francs, de bleuse noirâtre avec la présence de 13 m d'épaisseur environ, (il consti- > Calcaires Grossiers, avec une lignite (le radier de la gare tue l'appui de la demi section infé- couche de 13 à 18 m d'épaisseur. Son CONDORCET s'y appuie dans sa rieure de la Gare MAGENTA), sommet est marqué par un niveau de partie Ouest).

330 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 • Figure 3 - Profil en long géologique

Dans le Secteur de Saint-Lazare, les A partir des puits de chantier, qui dans des matériaux fins, sensibles à niveaux supérieurs ont été érodés si sont intégrés dans le projet en tant l'eau. La base de la gare CONDOR- bien que les aîluvions de la Seine re- qu'émergence technique, sont creu- CET doit être excavée presque entiè- posent sur les Marnes et Caillasses. sées les parties hautes des galeries rement dans des matériaux argilo- Ces aîluvions concernent certains ou- de culée. sableux (Sables Supérieurs) à 20 m vrages d'accès ou de correspon- - Culées centrales creuses et laté- sous le niveau de la nappe, 1/3 au dance de la gare CONDORCET. rales pour la Gare MAGENTA, moins de la gare MAGENTA doit Le projet est intéressé par quatre ni- être excavée dans les Sables de - Culées centrales uniquement pour Beauchamp, sables plus ou moins ar- veaux aquifères : la gare CONDORCET, • Nappe des alluvisons anciennes, gileux dont la portance peut être ré- peu active et dépendant de la Seine Ces galeries ont permis de complé- duite et qui, baignés par la nappe, (perméabilité 10-3 m/s), ter les reconnaissances et d'effec- peuvent présenter des difficultés de tenue à l'excavation. • Nappe du Bartonien, (Calcaire de tuer, le cas échéant, le traitement par Saint-Ouen et Sables de Beauchamp) injections des terrains situés au ni- Aussi, a-t-il fallu, pour résoudre les (perméabilité 10-5 m/s), veau des voûtes et en couverture, difficultés particulières liées à la réa- • Nappe du Lutétien (Marnes et mais aussi en profondeur. lisation de ces grandes gares dans le Caillasses et Calcaire Grossier), Ensuite sont exécutés l'approfondis- sous-sol parisien, rechercher les (perméabilité 10-4 m/s), sement des galeries et la construc- techniques répondant à la fois au res- tion des culées, puis la réalisation pect des objectifs économiques et de • Nappe de l'Yprésien (Sables planning et permettant de satisfaire Supérieurs et fausses glaises). Cette des tunnels latéraux, enfin la voûte les contraintes d'environnement, no- dernière nappe est en charge de 0,8 centrale. (Fig. 4 et 4 bis) tamment vis-à-vis de la pollution ou à 1,8 bar sous le Calcaire Grossier. Situées dans un milieu fortement ur- des déformations. On a eu recours à Le site est géologiquement délicat du banisé en plein cœur de PARIS, les des techniques auxquelles la SNCF, fait de la présence des gypses, de gares devaient être implantées en bien que les ayant déjà utilisées épi- son évolution présente et future (dis- respectant des contraintes multiples sodiquement, n'avait pas envisagé solution des gypses antéludiens, liées à leur fonctionnement, aux jusqu'à une date récente, d'en faire la c'est-à-dire ceux des Marnes et conditions de leur réalisation et au solution de référence pour des tra- Caillasses noyés dans la nappe), et respect de l'environnement. Ces vaux importants. de son exploitation passée (bancs de gares aux dimensions exception- Deux articles, le premier traitant de gypse des Masses et Marnes du nelles et relativement peu profondes la gare Magenta et du jet grouting, le Gypse actueEement remblayés). au regard des ouvertures des exca- second publié ultérieurement et trai- vations à réaliser ne pouvaient se tant de la gare Condorcet, du jet trouver entièrement dans la même grouting et du rabattement de nappe, couche de terrain. Ainsi, si les voûtes LA PROBLEMATIQUE DE LA vont évoquer les solutions retenues se trouvaient dans des niveaux assez qui seront présentées non seule- REALISATION DES GARES favorables, les culées et radiers ment au travers de leur mise en étaient placés dans des conditions oeuvre, mais également au travers Le principe constructif des 2 gares géologiques et hydrogéologiques des démarches qui ont conduit à les souterraines est le suivant : très défavorables : sous la nappe et adopter.

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 331 Çciden cmbillcel

Figure 4- Gare Magenta - phasage des travaux

Figure 4 bis- Gare Condorcet - phasage des travaux

BIBLIOGRAPHIE Journées d'études internationales de Les travaux de génie civil - A. Toulon - Octobre 1993 BALAN - P. VIGNAT (SNCF) - Revue EOLE - La future ligne E du RER - C. Générale des Chemins de Fer - EOLE - Un grand chantier souterrain Novembre 1996 dans Paris. A. BALAN - G. LAPLACE SEIGNEURET - Ph. FAUVEL - J.- P. (SNCF) - Y. LEBLAIS (SIMECSOL) - REY (SNCF) - L'Ingénieur Cons- EOLE - Une architecture exigeante - Revue Travaux - Septembre 1993 tructeur - Janvier-Février 1995 R. LEGRAND (SNCF) - Espaces souterrains - Montréal 1997 EOLE - La ligne qui touche Paris au EOLE -Une nouvelle dimension de cœur. D. ANDRE - A. BALAN -(SNCF) chantier- D. ANDRE - A. BALAN - R. L'insertion d'EOLE dans la ville - - Y. LEBLAIS (SIMECSOL) - APTES - LEGRAND (SNCF) - Tunnels et G. LAPLACE (SNCF) - Espaces Ouvrages souterrains - Février 1996 Souterrains - Montréal 1997

332 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 • GARE MAGENTA

GARE MAGENTA MAGENTA STATION Pour la construction de la gare Philippe FAUVEL For thé coostmctioo of thé Magenta Magenta, les traitements tradition- Département des Ouvrages d'Art station, conyeational silicate gron- nels par injection de silicate ont été SNCF tutg techniques were abaodoned, abandonnés au praSt du jet grouting, and use was îaade ofj&t grouting for pour les culées de la gare. Deux tbe siation's piers. Tw?o test sériions plots d'essais ont permis d'en préci- made it possible to détermine re- ser l'utilisation. Cette méthode a vrages mettent la gare MAGENTA en quïremests. Tais metaod was also également été utilisée pour la gale- communication avec la gare du Nord used for thé Demarquay gaUery. rie Demarquay. et notamment les RER B et D, et avec la ligne n° 5 du métro. (Fig. 1)

LE CONTEXTE a gare Magenta (anciennement miter les convergences dans le but dénommée gare Nord-Est), GEOLOGIQUE de réduire des tassements préjudi- Lprésentée dans l'article intro- ciables à l'environnement. ductif précédent, est implantée sous Cet ouvrage étant situé assez près de La consolidation se justifiait aussi par les bâtiments de construction an- l'origine de la partie souterraine du m l'amélioration de la cohésion appor- cienne du X* " arrondissement de projet EOLE, il était difficile de l'im- tée aux sables permettant d'assurer Paris, entre les gares de l'Est et du planter trop en profondeur, dans les la stabilité des piédroits sur de Nord. horizons géologiques les plus favo- grandes hauteurs. Enfin, on pouvait Parmi les ouvrages conçus pour les rables. attendre une limitation des venues accès, les circulations, les corres- Aussi, compte-tenu des pentes maxi- d'eau par la réduction de la perméa- pondances et les locaux techniques males admissibles pour un projet fer- bilité de masse. et commerciaux, les plus importants roviaire, la couche la plus favorable sont, du côté Nord, la galerie souter- accessible était celle du calcaire de raine Demarquay et, du côté opposé, Saint-Ouen dans laquelle ont été ca- le Hall Sud qui s'est réalisé à ciel ou- lées les voûtes tout en cherchant à LES TRAITEMENTS vert, sur 5 niveaux jusqu'à la surface, conserver une garde suffisante vis-à- TRADITIONNELS à l'abri d'une fouille blindée. Ces ou- vis des couches superficielles plus médiocres. Un traitement par injection, solution traditionnellement employée dans les Mais l'épaisseur chantiers précédents du RER fut un puils Widal relativement ré- temps envisagé. Il faut cependant sa- duite du banc cal- voir que les Sables de Beauchamp caire interdisait d'y ont toujours posé un problème vis-à- implanter la gare vis de l'injection. (Fig. 2) en totalité, ce qui a 5 contraint à réaliser Leur perméabilité de 10 m/s en la partie inférieure moyenne les situe à cheval sur le do- de l'ouvrage dans maine des gels de silice et celui des les Sables de résines comme l'indique le tableau Beauchamp dans ci-après, extrait des recommanda- lesquels la diffu- tions pour les injections de l'APTES et sion des charges indiquant le domaine d'application apportées par les des coulis. (Tabl. 1) culées de la gare Les résines, trop onéreuses, ont le devait se faire. plus souvent été exclues au profit des C'est aussi sur silicates de soude. C'est donc l'injec- cette formation tion de ces produits qui a été em- que venaient s'ap- ployée par la R.A.T.P. et la S.N.C.F. puyer les voûtes dans les chantiers passés mais avec en phase provi- bien des déboires et des résultats soire. Ces sables décevants. Sur les chantiers de la aux faciès va- ligne C du RER et sans doute ailleurs, riables, argileux des débourrages se sont produits à ou grésifiés, né- cause d'un défaut d'injection. Déjà cessitaient une très limite dans les perméabilités les consolidation préa- 4 lable à l'excavation plus fortes (1Q- m/s), le traitement est des demi-sections totalement inefficace pour les plus faibles perméabilités pouvant des- inférieures des ga- a leries pour obtenir cendre à 10' m/s. une meilleure as- Très vite d'ailleurs, l'imprégnation sise, mais aussi li- des terrains initialement recherchée Figure 1 - Perspective de la gare Magenta

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 333 SFA -sable fin argileux JET UNIQUE A ;argile (ciment)

CAIUCUX CSAYIE5S CKIS SASL£ SA2U fin «M «M S y - ^ 's J I N \ X \ \ \ N 1 M V s 1 » • s \ ï \ \ S « • ^ s \ V l \ \ 1 \ \

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Figure 2 - Fuseau granule/métrique des Sables de Beauchamp

Consolidation (C) fé%\ domaine d'application courant COULIS ou Etancnement (E) } ] Halte par le prix de revient figrure 3- Différents procédés de jet groutmg CIMENT C %^ EC consolidation recherchée Mais alors ARGILE -CIMENT Hm%& la synerèse s'accompagnait d'une COULIS avec charges EC décomposition des produits orga- COULIS cellulaires MIm^^ niques qui favorisait la prolifération """""" r- GEL D'ARGILE t %/, de bactéries Ces bactéries avaient SENTONITE défloculé* rigidifiée aussi une action réductrice sur les COULIS à pénétration améliorée EC sulfates très présents dans les ter- %^ rains parisiens et produisaient des gX-/-^i EKULSION OE BITUME E | émanations sulfureuses nauséa- im»WM % ^, bondes concentré C de %. w Cette dernière mésaventure contraire consolidation faible C au confort du voyageur a conduit les GEL in^ viscosité "i, % OE directives administratives à interdire SILICE l'emploi de ces produits polluants concentré E ^w d ' étanchement Accumulée aux précédentes elle a très dilué E % emporte la décision d'abandonner ce ^w type de traitement dans les Sables de ACRYLIQUE E •m Beauchamp qu'il faut bien recon- RESINES naître économiquement minjec- PHENOUQUE C mm 5 5 tables Perméabilité ,j 1 5 6 3 10 10~ '° 5,0 '3 ' lu"2 5 10 "' 5 Initiale CARACTERISTIQUES k an Irs/s) 1 Terrains grossiers, L'ORIENTATION VERS LE OU TERRAIN Aiiuvions grossières, prétraitées Alluvions fines (graviers ot âbeulis JET GROUTING sable, sables, sables siitauxl Alluvions grossières

Tableau 1 - Domaines d'application des coulis (APTES) La difficulté et les coûts des mé- thodes traditionnelles, mais aussi l'expérience acquise sur d'autres ouvrages qui permettaient de juger de a été abandonnée car les forages au- Mais au heu d'une mini imprégnation la fiabilité des méthodes du type jet raient dus être trop resserrés à partir de cette réticulation, c'est grouting ont donc assez rapidement plutôt un engraissage des claquages conduit la S N C F à s'orienter vers La finesse des terrains conduisait à la une telle solution Encore fallait-il dé- formation de claquages Inévitables, qui se produisait favorisant le phéno- mène de décomposition du gel (sy- terminer les zones à traiter et la mé- on a cherché à les exploiter en espé- nérèse) qui caracténse les silicates à thode constructive permettant d'as- rant que, par la création d'une réticu- l'état libre Seul l'emploi de gels durs surer l'objectif visé afin d'en faire la lation en nid d'abeille prolongeant en à base de réactifs organiques pou- solution de référence du projet quelque sorte le réseau des forages, vait, de par la lenteur de la réaction, Le jet grouting consiste a déstructu- on augmenterait le rayon d'action de permettre les plus fortes concentra- ces derniers rer le terrain en place, a l'extraire to- tions en silicate nécessaires à la talement ou en partie jusqu'à la sur-

334 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 • face et à lui substituer ou mélanger premier trimestre 1992 dans une Cet essai a prouvé que les colonnes un coulis de ciment. Cette opération chambre aménagée au fond du puits de jet formait un élément de soutène- se fait à partir de forages dans les- Widal, l'un des premiers réalisés sur ment tout à fait adapté et que la per- quels on envoie un jet de fluides le site, était destiné à valider la mé- méabilité globale pouvait être dimi- (coulis de ciment, eau, air) à haute thode. nuée d'un facteur 10. Cependant, énergie cinétique. des discontinuités ont été observées fl comportait 20 colonnes, 4 dans une Mais le terme de jet grouting re- première étape pour tester les para- aux passages des zones grésifiées, couvre toute une série de tech- mètres de base (seuls le double jet ce qui nécessitait une amélioration. niques, le monojet (jet de coulis de et le triple jet ont alors été réalisés), Les colonnes réalisées en triple jet ciment), le double jet (adjonction 16 dans un second temps pour réali- sont apparues plus homogènes mais d'un jet d'air comprimé enveloppant ser une enceinte rectangulaire de diamètre moins important qu'en celui du coulis), ou le triple jet (asso- constituée de 4 parois différentes en double jet. ciation d'un jet d'air et d'un jet d'eau faisant varier le type et l'assemblage Un second plot a été réalisé par la à celui du coulis). (Fig. 3) de colonnes et modélisant des possi- Société SOLETANCHE entre no- bilités de traitement en piédroits de vembre 1992 et février 1993 dans la Certaines de ces techniques peuvent galerie. (Fig 4) (Tabl. 2) être associées à un prédécoupage galerie centrale Ouest de la gare réalisé par un jet d'eau destiné à li- Au cours des travaux, il a été déjà creusée au titre des reconnais- miter le gaspillage très important de constaté que les déblais du double- sances. ciment dans le spoil (rejet produit jet étaient plus riches en ciment et Ce plot avait pour but d'affiner les par le Jet Grouting), à augmenter le étaient peUetables au bout de 4 à 5 paramètres issus du plot précédent diamètre de la colonne et à fluidifier heures. Au bout de 48 heures, ils de- afin d'éviter les défauts constatés et le spoil ce qui facilite la sortie vers la venaient trops durs pour une mini- d'effectuer trois essais de charge- surface. pelle. ment comparatifs, l'un sur une co- En l'absence de méthodes fiables Les déblais du triple-jet, moins lonne de double jet, le deuxième sur permettant de déterminer a priori riches en ciment, étaient à la limite une colonne de triple jet, le troisième les paramètres, la S.N.C.F. a adopté du pelletable au bout de 12 heures. sur les Sables de Beauchamp non une démarche très pragmatique en Les têtes des 4 premières colonnes traités. Ce plot devait aussi modéli- réalisant des essais en place. ont été découvertes pour être obser- ser à l'échelle 1 le terrassement des vées avant d'entreprende les 16 piédroits de galerie. En outre, des autres. L'enceinte délimitée par colonnes en mono jet avec et sans prédécoupage ont été réalisées. DEUX PLOTS D'ESSAI AU celles-ci a été excavée sur une profondeur de 5 m, mesurée à partir de Comme l'indique le schéma ci-des- STADE DE L'AVANT-PROJET la tête des colonnes. Le puits ainsi sous, on a cherché également à faire réalisé n'a pas été blindé, mais les varier des paramètres de "second Le premier plot d'essai, réalisé par cadres en HEB ont été mis en place ordre" par rapport au premier plot la Société SOLETANCHE durant le par sécurité. pour évaluer leur influence sur la qualité des colonnes.

Colonne 2,6,7,9 4 20 1,5,8,10 3 19 11,13,16,18 12, 14, 15, 17 LEGENDE Type de jet TRIPLE TRIPLE TRIPLE DOUBLE DOUBLE DOUBLE ; } Prélavage Prédécoupage non non non non 9,0m* non /\Jî Remontée Vitesse de remontée (m/h) 9,0 10,3 8,0 9,0 8,0 10,3 plus tente Pression Air (MPa) 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Pression Coulis |MPa| 2/4 2/4 2 40 40 40 (orage 0 150mm Pression Eau (MPa) 40 40 40 40 en 40 prédécoupage forage 0120 mm Tableau 2 - Paramètres retenus pour les colonnes du premier plot d'essai (a; 2 buses (rien= 1 buse) Légende

M Mortojet

D Double jet

T triple Jet

T2 2 jets HP TX triple jef sans air

Figure 5 - Implantation et paramètres retenus pour les colonnes du deuxième plot d'essai

Les défauts de continuité de colonnes ont été résolus en augmentant le diamètre de foration (passage de 120 mm à 150 mm), en densifiant le Figure 4 - Implantation des colonnes du premier plot d'essai coulis et en assurant un recouvre-

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 335 Figure 7 - Disposition des colonnes prévues à l'appel d'offre

Figure 6 - Une colonne d'essai totalement dégagée

ment de 10 cm à chaque changement de tige. Les diamètres atteints ont été d'au moins 0,80 m pour atteindre souvent 1,20 m. En mono et double jet, une augmentation du diamètre de près de 50 % était obtenue par le prédé- coupage. Les meilleurs résultats concernant la résistance à la com- pression et la densité de colonnes ont été obtenus avec le double jet. (Fig. 6) \ Les essais de chargement ont prouvé Figure 8 - Disposition des colonnes retenues à l'exécution la nette amélioration apportée par le traitement (facteur 5 à 10). grouting : assurer la diffusion des ment les paramètres à adopter pour Tout cela a permis de mieux caler les contraintes au contact des culées de le traitement. modèles de calcul servant de base au la gare souterraine, assurer un appui prédimensionnement de l'ouvrage et au soutènement provisoire des définissant notamment la valeur du voûtes, améliorer la stabilité des tassement final attendu, de conclure à fouilles dans les terrains de faible co- LES TRAVAUX la faisabilité de la méthode et de hésion et baignés par la nappe, amé- l'adopter en solution de base pour la liorer la traficabilité des fonds de consultation des entreprises. Ils ont été attribués en juillet 1993 à fouille. l'entreprise Chantiers Modernes sur Les calculs aux éléments finis ayant La géométrie du traitement était défi- la base d'une variante concernant les comparé les tassements théoriques nie. Il était demandé des colonnes soutènements en voûte (systématisa- dans les cas avec ou sans jet grouting d'au moins 1 m de diamètre et une ré- tion du boulonnage). Les principes ont montré, sur la base des caracté- sistance à 28 jours d'au moins 5 MPa. de traitement définis en avant-projet ristiques déduites des mesures in Certaines prescriptions étaient ont été retenus avec cependant une situ, que le traitement procurait un aussi imposées au coulis : ciment adaptation de sa géométrie. En parti- gain de 25 mm sur les tassements de CLK 45, dosage minimal différent culier, le dispositif proposé par l'en- surface dans l'axe de la gare, soit un selon la technique utilisée (750 kg à treprise comportait des colonnes gain de 0,85 %o en différentiel. 1000 kg/m3), densité minimale de plus inclinées et privilégiait le traite- 1,6. (Fig. 7). ment des piédroits des galeries de En revanche, la technique n'était pas culée pour mieux assurer l'effet LE DOSSIER DE imposée, fl appartenait à l'entreprise "d'arc rocheux" dans le terrain, né- CONSULTATION DES de la fixer en tenant compte des ré- cessaire à la réussite de la solution sultats des plots d'essais qui étaient variante retenue. Cela permettait ENTREPRISES intégrés dans le dossier de consulta- aussi d'assurer une meilleure butée tion. Des essais de convenance latérale s'opposant à la rotation des Ce dossier définissait les objectifs étaient demandés au démarrage du culées centrales en phase d'excava- fixés au traitement de terrain par jet chantier afin de valider définitive- tion du tunnel central. (Fig. 8)

336 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 • Figure 10- Dégagement des colonnes subhorizontales en base de voûte, essais de convenance Figure 9 - Colonnes du plot d'essai de convenance

L'entreprise Chantiers Modernes a Enfin, après une longue concertation d'une auréole récemment exécutée confié la réalisation du jet grouting entre la S N.C.F. et l'entreprise, le et n'ayant pas encore atteint une ré- pour le confortement des assises de dosage minimal du ciment fut arrêté sistance satisfaisante. Cette précau- la gare à l'entreprise BACHY qui a à 900 kg/m-1 pour être en mesure tion n'était pas mutile comme le retenu la solution double jet sans d'assurer la densité de 1,6 requise montre ce qui suit. Elle s'est même prédécoupage à l'eau. Selon les es- au marché. Compte-tenu du con- révélée insuffisante sur une section sais en effet, cette technique permet- texte, ce choix d'un coulis fortement limitée de la gare particulièrement tait d'atteindre un diamètre de 1 m et dosé en ciment donnait en effet tout déconsolidée par l'effet d'un fontis. de satisfaire aux exigences requises. chance d'obtenir les qualités d'ho- En effet, malgré le strict respect de Le prédécoupage à l'eau qui donnait mogéniété et de continuité des co- ce phasage, des tassements à peine lonnes. Ce dosage fut adopté malgré stabilisés suite aux terrassements aussi de bons résultats n'a pas été ont été réactivés par les travaux de retenu car il génère des quantités de les craintes de l'entreprise vis-à-vis d'une obstruction à la remontée du jet grouting. Ce phénomène que l'on spoils plus conséquentes difficile- a pu, par la suite, maîtriser par aug- ment gérables en galerie. spoil et a permis d'obtenir de fortes résistances des colonnes (10 MPa mentation du délai de réalisation moyen), ce qui allait dans le but re- entre chaque auréole confirmait, ESSAIS DE CONVENANCE cherché de la moindre déformation mais cela était connu, que tout type des terrains. La résistance mesurée de confortement de terrain passe En début de chantier, les essais de du spoil comparable à celle des co- par une phase préalable de décon- convenance que le marché pré- lonnes permit par la suite de faire le solidation qu'il faut savoir intégrer voyait ont servi à la mise au point du contrôle sur les échantillons de spoil dans la conception des travaux. dispositif et à l'étalonnage des para- jugés représentatifs de la résistance Ce fut l'unique incident de ce chan- mètres, notamment la pression d'air, des colonnes en place. tier qui, par ailleurs, a été très bien la pression et le débit d'injection des organisé malgré les contraintes mul- coulis, la vitesse de remontée des TRAVAUX PROPREMENT DITS tiples qui lui étaient imposées. tiges. La centrale de préparation des coulis Ainsi, 16 colonnes implantées Le confortement des Sables de insonorisée était installée en surface conformément au dispositif prévu Beauchamp a nécessité la confection aux abords de l'un des puits d'accès par l'entreprise pour le confortement de 3 570 colonnes réalisées de no- de la gare souterraine. Elle fabri- des terrains et selon les différentes vembre 1993 à juillet 1994. Cela re- quait quotidiennement 60 m3 de cou- inclinaisons envisagées, ont été réa- présente un total de 26 700 m de fo- lis. En galerie, deux ateliers de jet lisées. Leur mise à nu a permis de rage, 16 700 m de colonnes et une étaient organisés en 3 postes, si bien contrôler l'homogénéité et le dia- consommation globale de 9 000 T de que la production fut continue selon mètre des colonnes ainsi que la ré- ciment. un rythme moyen de 4 à 5 colonnes sistance des massifs traités. (Fig. 9) Le dispositif était constitué d'au- par atelier et par poste soit une pro- Cependant, pour les colonnes les réoles distantes entre elles de 1,40 m duction quotidienne de 25 à 30 co- plus inclinées par rapport à l'hori- dont les 4 colonnes avaient une lon- lonnes. (Fig. 11 et 12) zontale (10°), un défaut de clavage gueur moyenne de 4,70 m. La pro- Deux foreuses alimentées par une en partie supérieure a été constaté. gression des travaux, dans chaque armoire électrique de 250 KVA et Il a fallu le traiter par une injection galerie se faisait par plots d'une tren- disposant d'une glissière de 3,50 m complémentaire à réaliser en 2*"°' taine de mètres. (tiges de 1,50 m) ont été utilisées. phase. Ce point était d'autant plus Un phasage très précis prévoyait un Elles étaient alimentées de coulis par important qu'il concernait le plus pianotage consistant à ne traiter en une pompe de 570 CV à une pres- souvent le sable de Mortefontaine, première phase qu'une auréole sur sion de 470 bars. (Fig. 13) au contact du calcaire de Saint- 4, en seconde phase encore une au- Les spoils étaient refoulés vers des Ouen et des Sables de Beauchamp, réole sur 4, puis en troisième phase bacs de stockage (8 unités de 45 m3 interface constituant parfois une fai- le solde, c'est-à-dire une auréole sur chacune) implantés en galerie. Les blesse à cause des circulations 2. Cela permettait de ne pas réaliser spoils solidifiés après durcissement d'eau. (Fig. 10) d'auréole à proximité immédiate étaient évacués en décharge (on a

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 337 Figure 12 - Foreuse en galène centrale

Figure 11 - Foreuse en galerie latérale atteint 100 mVjour), alors que les dé- blais liquides étaient pompés en surface et évacués par citernes en dé- charge. (Fig. 14) Ce traitement des spoils qui étaient considérablement épaissis à cause de la forte proportion de fines argi- leuses présentes dans les sables fut l'un des soucis majeurs du chantier. Il a permis cependant, grâce à une bonne collaboration entre les entreprises, de garder des plates-formes de travail et de circulation tout à fait convenables pour assurer l'ensemble des activités du chantier.

LE CAS DE LA DEMARQUAT Figure 13- Pompe installée en galerie centrale

La galerie DEMARQUAY est un des grands accès (10 m de large) de la gare MAGENTA qui permettra une correspondance avec la gare du Nord. Elle est axée sous la rue Demarquay d'où son nom. Sa réalisa- tion fait partie intégrante des travaux de la gare. D'altitude plus élevée que la gare, elle ne bénéficie pas comme cette dernière d'une calotte de calcaire. Le terrain de couverture d'une dizaine de mètres de hauteur est essentielle- ment constitué de remblais et de Masses et Marnes du gypse aux mé- diocres caractéristiques. Afin de limi- ter les tassements, la conception en phase APD avait prévu la réalisation d'une voûte à l'abri de tubes poussés jointifs de gros diamètre (2 m). L'entreprise Chantiers Modernes avait, lors des soumissions, proposé Figure 14 - Evacuation du spoil solidiSé

338 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 • SOLUTION APPEL D'OFFRE SOLUTION MARCHE

ÇSOUPE-TYPE AVANT EXÇWATON.?; COtIPE-TYPE AVANT EXCAVATIOM t # 'f C0IE MR KîtSMT «HE âMi ', t t

SOLUTION VARIANTE

COUPE-TYPE APRES .... '

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figure 15 -Différentes solutions envisagées pour la galène Demarquay et dispositions des colonnes retenue pour les travaux

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 144 — NOVEMBRE/DECEMBRE 1997 339 une variante consistant à réaliser une CONCLUSION succession de voûtes parapluie à partir de chambres souterraines transversales. Cette solution fut fina- Le chantier d'EOLE lement abandonnée au profit de co- constitue probablement lonnes de jet grouîing sub-verticales en France le premier de 2 m de hauteur environ, réalisées chantier, en tout cas le depuis la rue et disposées en cou- premier chantier de cette ronnes autour de la voûte. (Fig. 15) importance et de cette difficulté, où l'utilisation La voûte était ensuite excavée par des techniques de jet a travées réduites de 0,90 m, soutenue été intégrée dès les à l'avancement par des cintres asso- phases de conception et ciés au béton projeté, le terrain étant a constitué la solution de boulonné par des barres HA 25 de référence pour répondre 3m scellées sur leur longueur. à des difficultés tech- Malgré cette reconstitution d'une niques exceptionnelles. arche rocheuse par l'ensemble jet, Ces travaux ont permis boulon, béton projeté, s'appuyant de montrer que l'on pou- sur la couche supérieure du calcaire vait exécuter des co- de Saint-Ouen, par mesure de sécu- rité du chantier et du voisinage, le lonnes dans des espaces revêtement bétonné a été réalisé à relativement restreints et distance réduite du front de taille selon des angles de tir (moins de 15m). proches de 10° sur l'hori- zontale. Les calculs justificatifs aux éléments finis furent menés en faisant varier Un des domaines de per- différents paramètres, notamment tinence actuellement ac- le module des colonnes (1 000 à 5 cordés à ce type de mé- 000 MPa). Leurs résultats furent en thodes, le traitement de concordance avec les conditions im- terrains granulaires ou- Figure 16-Jet grouting depuis la rue Demarquay posées par le marché. verts face à des pro- blèmes géotechniques a Ce dispositif fut mis en œuvre par été étendu à des terrains l'entreprise SMET BORING. Il com- de granularité plus fine, tels que des BIBLIOGRAPHIE prenait 34 auréoles espacées de sables argileux II a été vérifié que le 1,30 m, composées chacune de 7 à jet y constituait une réponse adaptée J. MOREY (SIF BACHY) Revue 11 colonnes de diamètre 1 m. Elles par la réduction de la déformabilité furent réalisées depuis la rue en Française de Géotechnique n° 61 - du massif et une amélioration des Décembre 1992 deux phases alternées pour laisser paramètres de résistance. un couloir de circulation. (Fig. 16) A. BALAN (SNCF) D. VIARGUES Le terme générique de jet recouvre La technique employée fut celle du (SIF BACHY) - Gare Magenta : le jet de nombreuses possibilités de mise grouting - Revue Travaux 1995 double jet avec prédécoupage à en œuvre, ce qui, d'une part consti- l'eau. Le spoil était pompé à la tête tue une source de souplesse et A. LE MOUEL (SNCF) - Utûisation du forage et évacué sous forme li- du jet grouting sur le chantier EOLE - quide. En partie centrale de la voûte, d'adaptabilité de la méthode, en par- ticulier lorqu'on se se situe à la fron- Session de formation de l'Ecole des colonnes étaient prolongées Nationale des Ponts et Chaussées - pour participer à la tenue du front de tière des techniques habituelles d'in- Juin 1995 taille. Ces colonnes prolongées, jection. Mais un tel procédé mises à nu lors de l'excavation, per- nécessite encore une approche pru- F. BERTRAND (Chantiers Modernes) mettaient aussi un contrôle à l'avan- dente et en partie expérimentale afin - Eole : le chantier de la gare cement de leur qualité, la réalisation de s'assurer qu'û est bien adapté au MAGENTA, Méthodes modernes et problème posé, et que le résultat at- procédés innovants pour un chantier d'un plot d'essai rue Demarquay traditionnel - APTES - Journées n'étant pas envisageable. tendu satisfait aux exigences d'un projet, avec la fiabilité requise. d'études internationales de Chambéry L'expérience de la gare souterraine -Octobre 1998 A cet effet, les puits et les galeries de a bénéficié à la mise au point de ce J. LAUNAY (DUMEZ GTM) - Con- nouveau projet pour définir les ca- reconnaissance constituent des essais géotechniques à l'échelle d'un ception du revêtement extérieur de ractéristiques des colonnes (iden- la gare MAGENTA - EOLE Paris - tiques à celles de la gare) et en ga- chantier qui ont une importance fon- damentale sur laquelle Ù faut insister. APTES - Journées d'études internatio- rantissant leurs valeurs (résistance, nales de Chambéry - Octobre 1996 dosage, densité) par contrôle du Un autre domaine de pertinence de spoil complété par des carottages cette technique est la réponse à des I.-M. FREDET - Y. LEBLAIS sur colonnes. (SIMECSOL) - Caractérisation du problèmes de nature hydrogéolo- traitement de terrain par jet grouting Le parti retenu pour la voûte fut par gique par la réduction des perméa- pour les travaux souterrains d'EOLE, la suite généralisé à l'approfondisse- bilités, ce qui fut observé à Magenta. Paris, France - 14i!™ ICSMFE HAM- ment de la galerie Demarquay dans Ainsi, le jet grouting peut être adopté BOURG-1997. le calcaire de Saint-Ouen pour amé- notamment pour la constitution liorer ses caractéristiques par sub- d'écrans étanches, ce qui sera le stitution de ses phases marneuses sujet d'un autre article portant sur la par du coulis. Ainsi, les colonnes la- gare CONDORCET de ce même pro- térales furent elles prolongées jus- jet EOLE, article où il sera aussi qu'à la base des piédroits. question de rabattement de nappe.

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