Machines à forer les microtunnels (MTBM)
Révolution de l’Installation de Pipelines : La Méthode Direct Pipe
Méthodes d’installation sans tranchée
Machines à forer les microtunnels (MTBM)
Les microtunneliers (MTBM) sont similaires aux grands tunneliers (TBM). Le MTBM et le cadre de levage sont installés dans un puits à la profondeur requise. L'opérateur surveille l'emplacement, l'orientation et les dispositifs hydrauliques du tunnelier à l'aide d'une console informatique, d'une caméra de télévision en circuit fermé ou d'un gyroscope. Certains systèmes utilisent des caméras vidéo dans le puits de fonçage et dans l'usine de séparation. Le contrôle gyroscopique a généralement remplacé les caméras pour la localisation et le retour d'information numérique.
Dans la plupart des opérations de microtunnelage, la machine est lancée à travers un trou d'entrée et les tuyaux sont poussés derrière la machine. Ce processus de poussée des tuyaux est répété jusqu'à ce que le MTBM atteigne le puits de réception à l'extrémité. La vitesse de la machine qui avance est limitée à la vitesse à laquelle le tuyau est inséré dans l'orifice d'entrée par les vérins hydrauliques du cadre de fonçage.
Machine AVN
Les machines AVN ou Slurry de Herrenknecht, équipées d'un broyeur à cône, sont des machines polyvalentes permettant de creuser des tunnels en toute sécurité dans une plage de diamètres allant de 0,4 à 4 mètres environ. Ces experts du microtonnelage montrent tout leur potentiel, en particulier dans les tailles de machines non accessibles. Le concept d'excavation soutenue par la boue permet d'utiliser ces machines dans toutes sortes de conditions de sol, allant du limon à l'argile, en passant par les sols incohérents, le gravier et la roche. En fonction du diamètre, cela est possible aussi bien pour le fonçage de tuyaux que pour le revêtement segmentaire.
Les machines AVN appartiennent à la catégorie des machines d'excavation fermées, à face pleine, dotées d'un circuit hydraulique de boue. Le sol à excaver est enlevé à l'aide d'une tête de coupe adaptée à la géologie respective. Cela permet d'utiliser les machines dans presque toutes les conditions géologiques. Dans les sols meubles et les géologies mixtes, des têtes de coupe standards ou mixtes sont utilisées, tandis qu'une tête de coupe rocheuse avec des fraises à disque est utilisée pour le creusement de tunnels dans des formations rocheuses stables. Un concasseur en forme de cône situé à l'intérieur de la chambre d'excavation broie les pierres et autres obstacles pour les réduire à une taille de grain transportable pendant le creusement du tunnel et l'avancement. Ensuite, le matériau tombe à travers des ouvertures semblables à une crépine devant l'orifice d'aspiration et est évacué par la conduite de boue et la suspension. Le diamètre d'excavation peut être élargi à l'aide d'un kit d'agrandissement et d'une tête de coupe modifiée. Cela signifie que la machine AVN peut être utilisée pour creuser des tunnels de différents diamètres et pour différents types de tuyaux.
Dans les sols cohésifs, en particulier, le maintien de la propreté du cône du concasseur et l'absence de colmatage constituent un défi particulier. S'appuyant sur des années d'expérience pratique, Herrenknecht a mis au point une série de buses d'arrosage permettant de répondre aux différentes exigences géologiques. Des buses à haute pression intégrées au concasseur à cône permettent d'injecter de l'eau supplémentaire pour nettoyer le système. Ces buses coupent le limon ou l'argile dans la chambre d'excavation, évitant ainsi le colmatage. Les buses à moyenne pression utilisent les orifices de boue standard. En changeant la taille des buses, il est possible d'adapter la pression de suspension et d'optimiser le flux de matériaux. Un nouveau système de caméra optionnel dans la chambre d'excavation fournit à l'opérateur un outil supplémentaire pour contrôler visuellement l'usure et vérifier la situation à l'intérieur des machines d'un diamètre supérieur à 1,2 mètre.
Pose de tuyaux
Les machines AVN sont souvent utilisées dans les opérations de fonçage de tuyaux. La longueur d'entraînement maximale dépend de plusieurs facteurs tels que le frottement de la peau, la force de fonçage disponible ou le diamètre nominal des tuyaux de fonçage. Les systèmes de lubrification automatique réduisent le frottement entre la peau du tuyau et le sol en injectant de la bentonite dans l'espace annulaire. Dans la gamme des diamètres qui permettent l'entrée de l'homme, il est possible d'utiliser des stations de fonçage intermédiaires hydrauliques supplémentaires. Celles-ci sont installées dans le train de tubes à des intervalles définis spécifiquement pour chaque projet. La force de poussée nécessaire est réduite et répartie en divisant le train de tubes en sections individuelles. Cela signifie que la distance entre le puits de lancement et le puits de réception peut être supérieure à 1 000 mètres, en fonction des conditions du projet et du nombre de stations de fonçage intermédiaires.
Installation du train de tubes
Un puits de lancement est construit sur le côté terrestre du gazoduc. Les dimensions et la conception du puits de lancement peuvent varier en fonction des conditions propres au projet, les considérations économiques étant un facteur clé. Un mur de poussée est en cours de construction pour créer une résistance afin de pousser le train de tubes vers l'avant. La direction correcte du fonçage du tube au début du creusement du tunnel est obtenue en positionnant des rails de guidage dans le puits de lancement sur lesquels la machine et les tubes peuvent être alignés avec précision.
Des vérins hydrauliques très performants sont utilisés pour enfoncer les tuyaux de fonçage dans le sol. En même temps, une micromachine orientable creuse et évacue la terre. La microtunnelière télécommandée de Herrenknecht est commandée à partir d'un panneau de commande situé dans un conteneur en surface, à proximité du puits de lancement. Cela garantit une grande sécurité, car aucun membre du personnel ne doit travailler dans le tunnel pendant le creusement. La position de la Micromachine est surveillée par un système d'arpentage télécommandé. Pendant la phase de construction, les forces nécessaires au creusement du tunnel augmentent constamment en raison du frottement de la peau sur la longueur croissante de la canalisation déjà installée. Des stations de levage intermédiaires et un système de lubrification automatique à la bentonite sont installés pour réduire les forces de creusement et mieux les répartir. Il en résulte une réduction des forces des stations de fonçage hydrauliques principales agissant sur la fosse de lancement et la paroi de poussée. Les tolérances de creusement atteignent des valeurs inférieures à 30 mm. L'extrémité du pipeline côté mer est fermée par une cloison équipée d'une vanne.
Les avantages
- Utilisable dans presque toutes les conditions de terrain et avec des pressions d'eau élevées
- Sécurité maximale du creusement grâce au soutènement hydraulique du front de taille du tunnel
- Technologie idéale pour le creusement de tunnels dans la plage de diamètres sans entrée humaine (microtunnelage)
- Contrôle précis même avec de petits rayons dans les courbes verticales et horizontales
- De très longs tronçons de fonçage de tuyaux de plus de 1 000 m sont possibles grâce à l'utilisation de stations de fonçage intermédiaires.
Excavation de la zone de récupération
Pour récupérer la micromachine, il faut creuser dans le fond marin une fosse ou une dépression suffisamment grande pour permettre la récupération. Cela peut se faire, par exemple, à l'aide d'une pelleteuse ou d'une pompe aspirante.
Récupération à l'aide d'une grue flottante
Une grue flottante est positionnée à l'endroit où la micromachine doit être récupérée. Des anneaux de levage se trouvent sur la partie supérieure de la micromachine. Les anneaux de levage de la Micromachine sont reliés à la grue à l'aide d'un palonnier. Les plongeurs effectuent toutes les connexions nécessaires. Ensuite, la grue flottante soulève la Micromachine sur un bateau ou un ponton et la machine est ramenée à terre par une barge ou un bateau.
Projet de dessalement d'El Marsa par RADCO
Dans cet exemple, une conduite en microtunnelier relie un caisson adjacent à la mer Méditerranée à un système de tamisage de prise d'eau immergé à 12,5 m de profondeur. Le tunnel de prise d'eau comprend 240 m de section de microtunnelier en acier d'un diamètre intérieur de 1516 mm, relié au système de dégrillage de la prise d'eau par une canalisation immergée en PRV de 12,5 m et de 1200 mm de diamètre.
RADCO était responsable de la conception et de l'administration du projet de dessalement d'El Marsa.
RADCO a utilisé un système MTBM Herrenknecht AVN 1200 avec une tête de coupe pour terrains mixtes afin de faire face à la géologie mixte. Le système comprend un cadre de levage MT875K d'une capacité de poussée de 700 tonnes, un conteneur de contrôle avec la console de commande de l'opérateur, le centre de distribution d'énergie et le moteur d'entraînement du MTBM, une série de pompes pour faciliter l'excavation et la circulation de la boue, ainsi qu'une installation de séparation de la boue Derrick.
Conclusion
Il n'y a pas d'inconvénients, ni pour la côte, ni pour les personnes qui y vivent. La méthode est respectueuse de l'environnement et les travaux de creusement ne dépendent pas des conditions climatiques, telles que les vagues, les tempêtes, etc. En outre, l'installation du train de tubes peut être réalisée à l'aide de la technologie de creusement de tunnels sur un site terrestre. Il n'y a pas de manipulation dangereuse du train de tubes lors de l'installation ou du flottage, ni d'équipement offshore coûteux ou d'équipes de plongeurs.
La technologie de microtunnelage de Herrenknecht permet de construire de longs émissaires marins qui peuvent être enfoncés profondément sous le fond de la mer - dans presque toutes les conditions géologiques et topographiques. Les machines Herrenknecht conviennent parfaitement aux sols rocheux et mixtes, ainsi qu'aux fonds sous-marins. Le forage horizontal dirigé et les tunnels d'évacuation construits selon la méthode de revêtement par segments, la méthode Direct Pipe® ou la technologie de fonçage de tuyaux (microtunneling) ne dépendent pas des conditions côtières, c'est-à-dire que les canaux d'évacuation peuvent être foncés même sur des côtes rocheuses ou escarpées.