Le Machine de forage de tunnel ( Tunnelier ), souvent appelée simplement « taupe », représente l’une des avancées les plus significatives du génie civil et géotechnique. Ces machines massives et sophistiquées ont révolutionné la construction d’infrastructures souterraines, permettant la création de tunnels pour le transport, les services publics et l’exploitation minière avec une vitesse, une précision et une sécurité sans précédent.
Mécanisme et composants de base
Un tunnelier est essentiellement une usine mobile complète conçue pour creuser un front de tunnel et installer simultanément un système de support temporaire ou permanent. Un tunnelier se compose généralement de trois sections principales :
-
Tête de coupe (le visage) :
- Il s'agit de l'élément rotatif situé le plus à l'avant, équipé de divers outils de coupe, tels que des disques coupants pour les roches dures ou une combinaison de fraises et de pics pour les sols plus meubles.
- Le cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
-
Bouclier et corps (le milieu) :
- Le bouclier se trouve un grand boîtier cylindrique en acier directement derrière la tête de coupe. Il fournit un support structurel immédiat aux parois du tunnel fraîchement creusées, protégeant la machine et les travailleurs à l'intérieur du sol meuble jusqu'à ce que le revêtement permanent du tunnel soit installé.
- Le système de poussée , composé de puissants vérins hydrauliques, s'appuie sur le dernier segment de revêtement de tunnel installé pour faire avancer la machine.
-
Train traînant (l'arrière) :
- Cette section, qui peut s'étendre sur une centaine de mètres de longueur, abrite les équipements de support indispensables.
- Il comprend le système d'enlèvement des déblais (bandes transporteuses ou tuyaux à lisier) pour transporter efficacement les matériaux excavés (« déblais ») hors du tunnel, les systèmes de contrôle et d'alimentation, les équipements de ventilation et les éléments cruciaux monteur de segments qui place avec précision les segments préfabriqués en béton qui forment le revêtement permanent du tunnel.
Classification et types de tunneliers
Le choix du tunnelier est une décision cruciale dans tout projet, dépendant fortement des conditions géologiques spécifiques et de la pression des eaux souterraines. Les tunneliers sont largement classés en fonction du terrain pour lequel ils sont conçus :
1. Tunneliers Hard Rock
- Tunneliers de type ouvert/à pince : Utilisé dans des conditions stables et dures qui peuvent se soutenir pendant une courte période sans revêtement immédiat. Ils utilisent l'hydraulique pinces pour s'ancrer contre les parois du tunnel, ce qui permet à la machine de réagir à la poussée vers l'avant de la tête de coupe.
- Tunneliers à bouclier unique : Employé dans la roche dure fracturée ou moins stable. Ils installent les segments de revêtement en béton directement derrière le bouclier et les poussent vers l'avant en poussant le revêtement terminé.
- Tunneliers à double bouclier : Le most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. TBM pour terrain mou (machines à bouclier)
Lese machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- Tunneliers à pression de terre (EPB) : Idéal pour les sols cohérents et souples. Ils maintiennent la stabilité en utilisant les matériaux excavés (terre noire) dans une chambre sous pression au niveau de la face de coupe. Un convoyeur à vis contrôle le taux d'enlèvement des déblais pour équilibrer avec précision la pression de la terre et de l'eau devant la machine.
- Tunneliers à lisier (Hydroshield) : Utilisé dans les sols granulaires ou sous haute pression d’eau. Ils stabilisent le front de taille en injectant une boue de bentonite sous pression, qui forme un gâteau de filtration pour sceller le sol. Les déblais sont mélangés au lisier et pompés vers une installation de séparation en surface.
Avantages par rapport aux méthodes conventionnelles
Le global adoption of the Machine de forage de tunnel présente plusieurs avantages significatifs par rapport à la méthode traditionnelle de « forage et dynamitage » :
- Sécurité améliorée : Élimine l'utilisation d'explosifs, réduisant considérablement les risques pour le personnel.
- Perturbation minimale de la surface : Les opérations sont principalement souterraines, ce qui minimise le bruit, les vibrations et les perturbations, un avantage majeur dans les zones urbaines.
- Vitesse et efficacité accrues : Tunneliers provide a continuous tunneling process, often achieving significantly higher advance rates than drill-and-blast.
- Précision : Les tunneliers modernes sont guidés par des systèmes laser ou de navigation sophistiqués, garantissant une grande précision d'alignement.
- Surexcavation réduite : Le TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
En conclusion, le Machine de forage de tunnel est un outil indispensable pour le développement des infrastructures du 21e siècle. À mesure que les populations urbaines augmentent et que le besoin d’infrastructures complexes et à longue distance comme des tunnels ferroviaires à grande vitesse et de vastes réseaux de services publics augmente, le rôle du tunnelier en tant que merveille d’ingénierie ne fera que devenir plus vital.
