Coffrage de grande surface pour une bifurcation souterraine
Investissement préliminaire dans un chantier d’excavation du lot de construction Erstfeld du TBG (Tunnel de base du Gotthard)
C’est à une réflexion menée au niveau politique à propos de l’option retenue pour la réalisation du gros œuvre de la galerie de base du Gothard que des mesures de construction prévisionnelles ont d’ores et déjà été mises en œuvre.
Ces mesures consistent en la création d’une bifurcation souterraine construite dans les deux tubes du tunnel. Après l’excavation délicate de cavernes de dérivation situées à 4km du portail nord, il s’agit maintenant de procéder à la construction de leurs voûtes à l’aide d’un système complexe de coffrage fourni par l’entreprise Doka.
Cet investissement préliminaire accordé déjà maintenant est destiné à créer les conditions cadres permettant d’éviter les coûts importants, tant au niveau de la construction qu’au niveau de la technique ferroviaire, qu’engendrerait un futur prolongement du TBG en direction Nord. Selon un rapport de Renzo Simoni, président de la direction d’AlpTransitAG ATG, cet important et exigeant chantier souterrain comprend la construction de deux cavernes de dérivation en forme de trompette et longues de 400m, qui ont été totalement excavées à l’explosif. Si, au départ, la surface à excaver correspondait à celle du tube à voie unique, elle a augmenté au fur et à mesure de la progression du percement. Ainsi, pour un entraxe des voies de 12m, la surface de la section transversale a atteint jusqu’à 200m2. A certains endroits, l’épaisseur du pilier rocheux situé entre le tunnel à voie unique et le tube de dérivation mesurait 3m et la portée du profil atteignait 22m.
Excaver à l’explosif
Les travaux de réalisation du chantier de dérivation. Est ont commencé au printemps 2009 et le creusement du tube Ouest a débuté au mois de juillet de la même année. Sur ce chantier d’une grande complexité, les travaux ont avancé par étapes. Il a fallu tout d’abord assurer le pilier rocheux définitive puis percer à l’explosif les galeries d’accès aux tubes de dérivation et creuser également les galeries de services nécessaires aux travaux de minage. C’est seulement ensuite qu’il a été possible de procéder, à l’aide d’explosifs, au percement des tubes de dérivation proprement dits. Le percement des 140m de la bifurcation Est (et respectivement des 180m de la bifurcation Ouest) a été subdivisé en deux phases: percement de la calotte dans un premier temps puis percement de la tête/ fond. La phase suivante a consisté à élargir l’emplacement de la bifurcation en commençant par le faîte pour s’attaquer ensuite aux parois. Enfin, il a fallu encore élargir le reste de la zone concernée, travail dans lequel était inclus le percement de niches dans la zone des manœuvres.
Selon le rapport de Renzo Simoni, les deux chantiers de bifurcation ont été réalisés en appliquant la technique à double paroi qui comprend une sécurité contre l’effondrement basée sur un ancrage systématique (ancrage Reibohr, respectivement plaques de scellement), une coque en béton projeté, une isolation et une coque intérieure en béton coulé sur place. Avec l’accroissement de la section transversale, l’épaisseur de la coque en béton coulé sur place a Passé de 30cm à un maximum de 45cm. Ée revêtement intérieur des tubes de bifurcation n’est constitué que d’une seule couche de béton projeté, seuls les dix premiers mètres correspondant au profil du tunnel à voie unique étant munis d’un revêtement interne de béton coulé sur place.
AlpTransit Gotthard AG, le maître d’ouvrage de ce chantier, a confié la réalisation des deux lots Nord (Amsteg et Erstfeld) du TBG, d’une longueur totale de 10km et comprenant dès lors également les deux bifurcations souterraines, au consortium AGN constitué par les entreprises Strabag AG Tunnelbau Schweiz et Strabag AG Spittal/ Drau.
Dans cette section de tunnel des plus complexes, le coffrage a été mis en œuvre de façon totalement hydraulique.Un chariot de coffrage pour tunnel, entièrement hydraulique et facilement adaptable, est engagé en permanence pour la réalisation de la coque intérieure des deux bifurcations souterraines du tronçons Erstfeld.Grâce à cet engin, conçu par l’entreprise de technique de coffrage Holzco-Doka, les travaux effectués par le consortium AGN peuvent progresser à une rythme extrêmement soutenu malgré un rétrécissement progressif important du diamètre du tube. Les deux tronçons chantier se trouvent à environ 4km du portail Nord du tunnel et ne sont atteignables qu’au moyen d’un train qui dessert le chantier. Etant donné le manque de place disponible, le châssis-porteur du chariot de coffrage ainsi que les éléments du coffrage de voûte doivent être transportés démontés sur le chantier où ils sont ensuite remontés dans des conditions rendues extrêmement difficiles par l’exiguïté des lieux. La construction de ces bifurcations souterraines représente un investissement préliminaire très important qui permettra, à l’avenir, de prolonger, le TBG en direction Nord dans des conditions optimales et surtout sans devoir interrompre l’exploitation de l’ouvrage. „Etant donné leur géométrie et les conditions cadres dans lesquelles ils sont réalisés, les deux tubes de bifurcation constituent une partie très sensible du chantier. Grâce à son savoir-faire et à une assistance intense sur site, Doka contribue de manière importante au succès de la réalisation de ce projet“, souligne Beat Blindenbacher, responsable de projet chez AGN.
Un système qui offre une grande souplesse d’adaptation
Ces deux bifurcations souterraines sont caractérisées par des modifications importantes des dimensions de leur section qui passe ainsi de 5,73m de largeur et 7,92m de hâteur dans le premier tronçon bétonné jusqu’à 17,65m de largeur et 10,40 de hauteur dans la partie terminale de l’ouvrage. Etant donné que les travaux sont entrepris dans les deux sens, le chariot de coffrage de Doka doit pouvoir être adapté en permanence aux changements de dimensions des 37 tronçons qui doivent être bétonnés. Pour procéder de façon simple et rapide au coffrage puis au décoffrage et assurer parallèlement un avancement économiquement optimalisé des travaux, les spécialiste en tunnels de Doka ont conçu un chariot de coffrage totalement hydraulique, qui, bien qu’il soit adapté jusque dans les moindres détails aux exigences spécifiques du projet, n’en reste pas moins constitué à plus de 75% de composants conventionnels loués.
Les parois des deux bifurcations souterraines ont d’abord été équipées d’éléments de coffrage mixtes Top 50 construits sur des trépieds spécialement conçus pour ce projet. Cette construction planifiée par Holzco-Doka Technique de coffrage SA (agence générale Doka pour la Suisse)est caractérisée par son étroitesse qui permet de la mettre en œuvre sans entraver le trafic du train de chantier.
Particulièrement solide et absolument sûr
Les châssis-porteur Doka SL-1, conçu pour supporter de lourdes charges, constitue une base extrêmement solide et particulièrement résistante à la torsion, qui permet de supporter sans problèmes le coffrage de voûte composé de deux parties distinctes. Etant donné la section importante du tube, le chariot de coffrage a été monté, pour les douze premiers tronçons à bétonner, sur une série de six appuis et dispose également d’ouvertures permettant de laisser passer le train de chantier ainsi que le reste du trafic généré par le chantier. Il est à équipé à tous les niveaux de passerelles fermées et d’échelles munies de protections antichutes intégrées.
Chaque élément de coffrage mixte Top 50 de la voûte est ancré au moyen de 144 broches de reprise spécialement conçues pour supporter des charges élevées. Afin d’adapter facilement et précisément le coffrage aux changements de largeur de la section, les demi-coffrages de grande surface sont déplacés, tronçon par tronçon, au moyen de puissants vérins hydrauliques qui les positionnent à l0emplacement voulu. Les éléments de coffrage surnuméraires sont ensuite démontés et le coffrage terminé peut être scellé. Cette solution intelligente permet d’assurer des cycles de travail rapides et suivis pour chaque tronçon à bétonner. Après le bétonnage de 12 tronçons dans le tube Est et de 14 tronçons dans le tube Ouest, la diminution de la largeur de la section a nécessité le démontage du châssis-porteur, son redéploiement sur deux appuis et la mise en œuvre d’un coffrage de voûte qui soit adapté aux nouvelles dimensions.
Un simple bouton permet de commander 170 tonnes
L’ensemble du processus de coffrage ainsi que la manœuvre de l’imposant chariot de coffrage peuvent être actionnés, grâce à 16 puissants vérins hydrauliques, de façon totalement automatisée, simplement en appuyant sur un bouton. Le châssis-porteur et le système de coffrage, qui présent plus de 170t, peuvent être déplacés de façon précise et rapide en direction du tronçon suivant. Dans ce contexte spécifique et vu le poids propre important de l’ensemble du système, des châssis particulièrement solides et entraînés par quatre puissants moteurs hydrauliques ont dû être spécialement conçus. Pour pouvoir soulever et abaisser la machine, Il a également fallu mettre en œuvre deux fois plus de vérins hydrauliques que ce que l’on utilise normalement pour un chariot de coffrage conventionnel.
De plus, lors de la réalisation des parois et de la calotte, il a fallu tenir compte de la mise en place de trois niches à la géométrie complexe. Les caissons de doublage utilisés à cet effet ont été planifiés sur la base d’un modèle 3D, puis construits et pré-montés de façon très précise par Doka.
„Le soutien professionnel assuré par les chefs-monteurs de Doka a permis d’accélérer significativement la construction du charriot de coffrage et d’d’assurer ainsi une mise en œuvre des coffrages sans problème, et ceci dès la pose du premier élément“, déclare Eric Werner, le chef de chantier de Strabag.
