Comment construire un tunnel?

La zone où se trouvera le tunnel est entièrement creusée, le toit du tunnel devant être créé et recouvert lorsque le tunnel sera achevé.

Les tunnels ont été construits à l'origine dans le cadre de systèmes de distribution d'eau et d'égouts, datant de l'époque de l'Empire romain. Leur première utilisation pour le transport faisait partie des systèmes de canaux au 17ème siècle. Avec le développement des chemins de fer au 19e siècle et de l'automobile au 20e, les tunnels sont devenus plus longs et plus complexes. Les méthodes les plus courantes de construction de tunnels sont la méthode du cut-and-cover, la méthode du tube immergé ou l'utilisation d'un tunnelier.

Partie 1 sur 4: facteurs à prendre en compte lors de la construction d'un tunnel

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Considérez où le tunnel sera construit. L'emplacement du tunnel proposé déterminera quels outils et techniques sont nécessaires pour le construire et le préparer à son utilisation prévue. Les tunnels peuvent être divisés en 3 types:
- Tunnels pour terrains meubles. Ces tunnels nécessitent un support aux ouvertures pour empêcher le tunnel de s'effondrer. Ces tunnels sont généralement peu profonds et utilisés pour les métros, l'approvisionnement en eau et les systèmes d'élimination des eaux usées.
- Tunnels rocheux. Parce qu'ils sont creusés dans de la roche solide, ces tunnels nécessitent peu ou pas de support supplémentaire. Les tunnels ferroviaires et automobiles sont généralement de cette variété.
- Tunnels sous-marins. Comme son nom l'indique, ces tunnels passent sous des rivières, des lacs, des canaux et dans le cas du «Chunnel», des détroits comme la Manche. Ce sont les tunnels les plus difficiles à construire, car l'eau doit être éloignée du tunnel pendant et après la construction.
- La construction d'un tunnel sous une ville pose des problèmes similaires à ceux d'un tunnel sous-marin, en ce que le sol autour du tunnel a tendance à s'affaisser sous le poids des bâtiments au-dessus. Une connaissance de la géologie de la zone permet de prédire à quel point le sol va s'affaisser et suggère quelles méthodes peuvent minimiser l'affaissement.
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Considérez le chemin du tunnel. Un tunnel avec un chemin long, simple et rectiligne est relativement facile à percer avec un tunnelier. Les tunnels qui diffèrent de cette conception présentent des problèmes qui rendent leur construction plus complexe.
- Les tunnels courts ne sont pas ennuyés par les tunneliers car ce n'est pas rentable de le faire.
- Les tunnels qui nécessitent des diamètres d'alésage différents à différentes parties de leurs parcours rendent également l'utilisation d'un tunnelier impraticable en raison des retards dans l'ajustement du diamètre d'alésage.
- Les tunnels qui tournent dans des angles vifs ou ont des arbres qui se croisent rendent également impraticable l'utilisation d'une aléseuse.
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Considérez le but du tunnel. La raison pour laquelle le tunnel sera utilisé détermine quels travaux supplémentaires en plus de la réalisation du tunnel lui-même seront nécessaires avant de le mettre en service.
- Les tunnels qui transportent des passagers nécessitent une certaine forme de ventilation. Pour les tunnels routiers, cela signifie généralement des puits de ventilation pour éviter l'accumulation de monoxyde de carbone. Pour les tunnels ferroviaires, cela peut signifier une ventilation à air forcé pour éliminer les gaz d'échappement des moteurs diesel. Les deux disposent de méthodes supplémentaires pour traiter la fumée créée en cas d'incendie dans le tunnel.
- Les tunnels très utilisés, tels que le Big Dig à Boston, peuvent comporter des centres d'opérations occupés en permanence avec des équipements vidéo pour surveiller le trafic dans le tunnel et faire face aux urgences.
- Les longs tunnels routiers, tels que le tunnel Eisenhower au Colorado, peuvent être éclairés par des plafonniers pour la commodité des conducteurs et des passagers. D'autres tunnels routiers, tels que ceux du parc national de Zion dans l'Utah, peuvent comporter des découpes panoramiques pour permettre à la lumière naturelle de pénétrer dans le tunnel par endroits et fournir aux passagers un aperçu du paysage environnant.
- Certains tunnels, tels que le Queensway Tunnel entre Liverpool et Birkenhead, en Angleterre et le Lion Rock Tunnel entre Sha Tin et New Kowloon à Hong Kong, combinent un pont supérieur pour le trafic des passagers avec un pont inférieur pour l'eau, les tuyaux ou les câbles. D'autres tunnels, tels que le tunnel SMART de Malaisie, peuvent être utilisés pour le contrôle du trafic ou des inondations.

Un tunnel avec un chemin long, simple et rectiligne est relativement facile à percer avec un tunnelier.

Partie 2 sur 4: Utilisation de la méthode du cut-and-cover

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Creusez une tranchée. La zone où se trouvera le tunnel est entièrement creusée, le toit du tunnel devant être créé et recouvert lorsque le tunnel sera achevé. Ce type de tunnel est construit de deux manières:
- De bas en haut: le support au sol est créé en premier, puis le tunnel est construit autour de lui.
- De haut en bas: les côtés et le toit du tunnel sont construits au niveau du sol et la tranchée du tunnel est creusée en dessous.
- Les deux méthodes sont principalement utilisées pour les tunnels moins profonds, bien que la méthode descendante permette de creuser des tunnels plus profonds que la méthode ascendante. Les tunnels plus profonds sont souvent creusés à l'aide d'un bouclier de tunnel, une structure en forme de boîte avec de petits volets ouverts pour creuser. Une fois que la saleté devant le bouclier est enlevée, le bouclier est déplacé vers l'avant pour continuer à creuser.
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Créez les murs et le toit du tunnel. Les parois et le toit du tunnel peuvent être construits pendant le creusement du tunnel ou peuvent être préconstruits et mis en place pendant le creusement du tunnel. Les matériaux d'aujourd'hui comprennent les éléments suivants:
- Arches en acier ondulé.
- Arches en béton préfabriqué.
- Murs en béton préfabriqué.
- Béton coulé ou projeté. Souvent, cela est utilisé en conjonction avec l'une des méthodes d'arc formé.
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Terminez le tunnel. La manière de procéder dépend de l'utilisation de la méthode ascendante ou descendante.
- Les tunnels créés avec la méthode ascendante doivent être remblayés pour couvrir le toit du tunnel et toute surface qui doit exister au-dessus du toit du tunnel est ensuite construite ou reconstruite.
- Les tunnels créés avec la méthode descendante sont creusés en dessous de l'endroit où les murs et le toit du tunnel ont été érigés, puis une dalle de base, qui sert de plancher du tunnel, est créée.

Le toit du tunnel peuvent être construits pendant le creusement du tunnel ou peuvent être préconstruits — Les parois et le toit du tunnel peuvent être construits pendant le creusement du tunnel ou peuvent être préconstruits et mis en place pendant le creusement du tunnel.

Partie 3 sur 4: utilisation de tubes immergés

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Draguez une tranchée lorsque le tunnel ira. Cette méthode est similaire à la méthode «cut-and-cover», mais est utilisée pour creuser des tunnels sous-marins. La tranchée doit parcourir la longueur du tunnel sous l'eau.
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Posez une série de tubes d'acier sur toute la longueur de la tranchée. Chaque tube est scellé à chaque extrémité avec une cloison. Si le tube est destiné à un tunnel automobile, comme dans le cas du tunnel Ted Williams à Boston, les tubes comprennent des tronçons de route préfabriqués.
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Enveloppez le tube avec suffisamment de remblai pour résister à la pression de l'eau au-dessus. Pour le tunnel Ted Williams, il s'agissait d'une couche de roche de 5 mètres d'épaisseur (1,5 m d'épaisseur).
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Connectez les tubes en retirant les cloisons intermédiaires. Tous les segments de route ou de rail intégrés dans les tubes seraient également connectés à ce moment-là.

Partie 4 sur 4: Utilisation d'un tunnelier

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Choisissez le bon tunnelier pour le travail. Les tunneliers, appelés TBM pour court ou "taupe", comportent des plaques circulaires à l'avant appelées boucliers. Les couteaux en forme de disque sur le bouclier déchirent la roche et la saleté, qui passent à travers les ouvertures du bouclier sur une bande transporteuse à l'intérieur du TBM qui le déposent derrière la machine.
- Les types de boucliers TBM varient selon que la taupe doit creuser dans un sol mou, humide ou dans de la roche dure. Les diamètres du bouclier vont du bouclier de 26,3 mètres (8,03 m) d'Aker Wirth sur son tunnelier utilisé pour les centrales électriques suisses de Linth-Limmern à la "Big Bertha" d'Hitachi Zosen, avec son diamètre de 57,5 mètres (17,5 m).
- Les taupes conçues pour creuser des tunnels sous la nappe phréatique comportent également des chambres à l'avant pour pressuriser le sol creusé.
- Pour les gros travaux, plusieurs TBM peuvent être nécessaires. Le tunnel sous la Manche requis 11.
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Mettez la machine en place. Pour un tunnel au niveau de la surface, ce n'est pas un problème. Si le tunnel doit être creusé profondément sous terre, un puits d'accès, généralement circulaire, est foré et revêtu de béton. Le tunnelier y est abaissé et le tunnel est creusé à partir de ce point.
- Pour les tunnels longs, plusieurs puits d'accès sont forés.
- Lorsque le tunnel est terminé, les puits d'accès peuvent devenir des puits de ventilation et / ou des issues de secours. S'ils ne sont pas ainsi employés, ils sont laissés en place pour la durée de vie du tunnel.
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Érigez les supports de tunnel au fur et à mesure que la machine perce. Des segments de béton préfabriqué sont érigés derrière le tunnelier pour former un anneau à des intervalles prédéterminés.
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Pulvériser du béton sur les murs excavés entre les anneaux de support. Le béton projeté, ou béton projeté, recouvre et stabilise les parois du tunnel. Le béton projeté peut inclure des fibres d'acier ou de polypropylène pour le renforcer, de la même manière que les barres d'armature en acier sont utilisées pour renforcer le béton coulé. Le béton projeté contient également un accélérateur pour l'aider à adhérer aux parois du tunnel et à sécher rapidement.

Les méthodes les plus courantes de construction de tunnels sont la méthode du cut-and-cover, la méthode du tube immergé ou l'utilisation d'un tunnelier.

Conseils

Les premiers tunnels ont été forés à travers la roche en forant des trous et en utilisant des explosifs: d'abord de la poudre noire et plus tard de la dynamite. Des supports temporaires de cadres en bois seraient érigés, remplacés par de la brique et de la maçonnerie. Les tunnels ultérieurs utilisaient des anneaux en fonte segmentés, boulonnés ensemble, à la place du bois et de la maçonnerie.
Les tunnels peuvent également être forés à travers de la terre molle en utilisant des vérins pour pousser des tubes / tuyaux ou des excavatrices en forme de boîte avec des têtes de coupe. Les tunnels à vérins tubulaires ont tendance à être étroits, ne dépassant pas 10,5 mètres (3,2 m) de diamètre, tandis que les tunnels à vérins à caissons peuvent mesurer jusqu'à 65,6 mètres (20 m).

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