Les tunneliers sont des engins très perfectionnés utilisés comme alternative au forage et à l’abattage à l’explosif dans la roche et à l’« excavation mécanique traditionnelle » dans les sols meubles. L’excavation au tunnelier s’est développée suite à l’essor rapide des travaux souterrains de ces dernières années. Sika propose une vaste gamme de produits spécifiquement conçus pour être utilisés avec divers tunneliers, pendant tout le processus d’excavation et de construction du tunnel.
Avantages de l’excavation au tunnelier
Les tunneliers réduisent les perturbations dans la zone d’excavation, ce qui les rend adaptés aux zones fortement urbanisées. Ils produisent également une paroi de tunnel lisse, ce qui réduit les coûts du revêtement final. Avec un tunnelier, le temps total de creusement des tunnels longs est considérablement réduit, contrairement aux méthodes d’excavation traditionnelles.
Divers types de tunneliers ont été développés au cours des dernières décennies, notamment les tunneliers à pression de boue et les tunneliers à pression de terre (EPB) pour sols meubles, les tunneliers à grippeurs (ou « grippers ») pour roche dure et les tunneliers à bouclier simple pour l’excavation des sols en roche et autres terrains stables sans présence d’eau souterraine. Il existe également des tunneliers de plus petite taille appelés microtunneliers, fréquemment utilisés pour la construction d’infrastructures souterraines, car ils permettent une excavation rapide sans perturber la surface.
Solutions pour tunneliers
Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur les systèmes et produits Sika pour tunneliers
1. Agents moussants, polymères et additifs
L’injection d’agents moussants, de polymères et d’autres additifs au front de taille du tunnel peut considérablement modifier les caractéristiques d’un sol meuble, dont sa plasticité, sa texture et sa perméabilité, afin de faciliter et d’accélérer le travail et l’avancement du tunnelier. Le choix du meilleur type et du meilleur dosage de matériau pour ce conditionnement du sol dépend de la géologie du chantier et de l’équipement disponible avec le tunnelier.
Agents moussants, polymères et additifs Sika
Tous les sols n’étant pas toujours propices à l’excavation au tunnelier, l’utilisation d’agents moussants de conditionnement de sol permet aux tunneliers EPB d’atteindre de meilleures vitesses d’avancement, même dans les sols hétérogènes contenant du gravier, du sable et de l’eau ou dans d’autres conditions géologiques difficiles.
Les agents moussants de la gamme Sika® Stabilizer TBM sont des agents moussants de conditionnement liquides qui ont été spécialement formulés pour modifier les propriétés du sol lors d’une excavation à l’aide de tunneliers EPB.
Afin de répondre aux attentes environnementales grandissantes et de réduire l’impact écologique des sols conditionnés et excavés par un tunnelier après leur mise au rebut, Sika propose une gamme alternative d’agents moussants dans la famille Sika® Stabilizer TBM, avec une formule adaptée sans glycol. Selon la géologie du tunnel et les conditions du chantier, l’utilisation de ces produits peut atténuer l’impact environnemental des agents moussants.
Les applications typiques des polymères Sika dans le processus d’excavation au tunnelier sont les suivantes :
- Réduction de l’adhésivité
- Réduction de l’adhérence aux surfaces métalliques
- Réduction de la ségrégation dans la chambre de malaxage
- Séchage du sol
Water absorbing polymers, viscosity modifiers or stabilizers for foams from the range Sika® Stabilizer TBM are sLes polymères absorbeurs d’eau, les modificateurs de viscosité ou les stabilisateurs pour agents moussants de la gamme Sika® Stabilizer TBM sont spécialement formulés pour les excavations au tunnelier.pecially formulated for the use in TBM tunneling.
Si les agents moussants sont les matériaux les plus utilisés, d’autres produits peuvent être envisagés, permettant d’atteindre différents résultats lors de l’excavation et de l’avancement du tunnelier.
La gamme Sika® Stabilizer TBM comprend également des produits liquides spéciaux, tels que des nettoyants pour roue de coupe, des agents antimousses ou des réducteurs de friction.
2. Mastic d’étanchéité pour entraînement principal
Le roulement principal est probablement l’un des composants les plus importants et les plus onéreux du tunnelier. Afin de le maintenir en bon état, il faut assurer son étanchéité et sa lubrification. L’expérience a démontré que la plupart des défaillances des roulements principaux de tunneliers sont liées au manque de lubrification ou à l’entrée de contaminants provenant de l’extérieur. Il est donc essentiel que le système fonctionne avec des produits fiables. Sika® Stabilizer TBM H protège le roulement et empêche tout contact de celui-ci avec l’eau, la boue, la terre, la poussière et les agents moussants.
Mastic d’étanchéité pour entraînement principal Sika
Les mastics Sika ont été spécialement conçus et développés avec une formule sans hydrocarbures à base d’huile végétale, qui évite la pollution des déblais et qui résiste à la pression du sol et de l’eau.
Sika® Stabilizer-2001 TBM est un mastic d’étanchéité pour roulement de tunnelier, particulièrement adhérent aux surfaces métalliques, avec une très forte résistance au délavage. Il présente également de bonnes propriétés de lubrification et de pompabilité.
3. Mastics d’étanchéité pour joint de queue
Les mastics d’étanchéité de joint de queue sont injectés entre les rangées de brosses situées entre la jupe et les voussoirs pour prévenir les infiltrations d’eau, de sol et de coulis de remblayage dans le tunnelier. Les produits Sika® Stabilizer sont spécialement conçus pour une utilisation en toute sécurité dans les zones urbaines et aux endroits où les eaux souterraines pourraient entrer en contact avec les excavations du tunnelier, pour protéger l’environnement de la pollution.
Mastics d’étanchéité pour joint de queue Sika
Les mastics Sika ont été spécifiquement conçus et développés avec une formule spéciale qui évite la pollution des déblais et qui résiste à la pression du sol et de l’eau.
Dans sa gamme de produits Sika® Stabilizer TBM, Sika a développé des mastics pour joint de queue pouvant être utilisés lors du premier remplissage et pendant l’avancement des tunneliers à bouclier. Les mastics sont utilisés pour combler l’espace entre le tunnelier et les voussoirs préfabriqués.
4. Injections
Sika offre une vaste gamme de produits d’injection pour tunneliers utilisés pour différents types d’applications, notamment la consolidation du sol, la stabilisation des roches, la prévention des infiltrations d’eau, le scellement permanent et l’imperméabilisation, en plus du remplissage des vides et des cavités.
Produits d’injection Sika
Les infiltrations d’eau et le délavage avec l’apparition de cavités incontrôlées entraînent un risque pour la sécurité et des coûts potentiellement importants pour les tunneliers à grippeurs et pour roche dure. Les produits d’injection SikaFix® sont extrêmement efficaces pour résoudre ces problèmes, en raison de la facilité de coupe du produit durci par le tunnelier. Leurs performances restent intactes en présence d’eau.
SikaFix® 301 Résine d’injection tricomposant à base d’acrylate spécialement développée pour pénétrer et consolider les milieux à faible perméabilité. SikaFix®-301 a une consistance ressemblant à l’eau et peut donc pénétrer facilement et efficacement dans la roche et les structures remplies de sable. La durée de réaction de la résine peut être ajustée de 2 à 15 minutes selon l’application et la distance de pénétration nécessaire.
SikaFix® 501 Résine bicomposant à base de silicate avec un taux d’expansion élevée de la mousse (x30) et un temps de réaction d’environ 15 secondes. Le produit prend de l’expansion avec ou sans présence d’eau. Un avantage majeur de ce produit utilisé avec les tunneliers est la facilité de coupe de la mousse une fois durcie, contrairement aux mousses PU qui se collent à la roue de coupe du tunnelier. En termes de coûts, la résine SikaFix®-501 est particulièrement rentable par rapport aux autres produits de préinjection pour tunneliers et elle est couramment utilisée pour stabiliser les formations géologiques fracturées présentant une grande quantité de vides ou de cavités.
SikaFix® 601 Résine bicomposant à base de silicate avec un temps de réaction court (environ 40 secondes) qui durcit en une résine solide haute résistance, sans développer de mousse. En raison de son excellente adhérence, même sur les surfaces humides, SikaFix® 601 est souvent utilisée pour la consolidation de roche et pour contrôler le surabattage dans les tunnels. Le produit est également disponible en version thixotropique pour une utilisation lors d’applications en sous-face et pour l’injection de boulons autoperçants.
5. Réparation et collage de bandes transporteuses
Les industries de la construction de tunnels et de l’exploitation minière font partie des principaux secteurs industriels au monde à utiliser les systèmes de convoyeurs à bande en caoutchouc. L’expertise de Sika lui permet de proposer des solutions d’une grande rentabilité pour le collage et la réparation des composants et des bandes en caoutchouc, dans de nombreuses applications.
Solutions Sika de réparation et de collage de bandes transporteuses
SikaBond® R&B-100 est idéal pour réparer et remettre rapidement en service les bandes transporteuses.
SikaBond® R&B-100 Système bicomposant haute performance à base de résine synthétique élastomère, spécialement conçu pour la réparation des bandes transporteuses en caoutchouc renforcées de textile et d’acier. Il est généralement utilisé pour réparer les dommages courants non structurels tels que les trous, les coupures et les extrémités déchirées causées par la roche. Ces réparations prolongent la durée de vie du convoyeur à bande. Une fois appliqué sur un substrat correctement préparé, SikaBond® R&B-100 durcit et développe des propriétés mécaniques remarquables.
La vulcanisation du caoutchouc prend du temps et peut s’avérer coûteuse. Elle nécessite en effet beaucoup de matériel et un savoir-faire particulier. Sika est l’une des rares entreprises à disposer de connaissances brevetées dans ce domaine, en plus de pouvoir fournir des adhésifs pour caoutchouc d’une qualité exceptionnelle à l’échelle mondiale.
SikaBond® R&B-200 et 210 sont des systèmes de collage souple à durcissement rapide, conçus pour remplacer les fixations mécaniques et les attaches telles que les rivets, les vis ou les soudures, et même la vulcanisation à chaud. Ils conviennent aussi pour le collage sur ou entre plusieurs autres matériaux comme le caoutchouc, y compris les métaux, les plastiques durs, le verre, le bois, etc.
6. Coulis de remblayage
Sika participe activement à plusieurs projets de tunnels à travers le monde, en fournissant une vaste gamme de produits de remblayage pour tunnelier répondant aux exigences spécifiques de chaque projet.
Solutions Sika pour coulis de remblayage
L’excavation avec des tunneliers à bouclier consiste à installer des voussoirs en béton préfabriqués pour former le tunnel et à laisser un espace annulaire entre ces voussoirs et le sol. Le remblayage de cet espace annulaire est essentiel, car il assure un contact homogène avec le sol, transfère la charge du train suiveur du tunnelier et contribue également à l’imperméabilisation du tunnel.
Différents types de matériaux de remplissage ont été développés, dont les mortiers à prise hydraulique et les coulis bicomposants. Sika propose une gamme complète de stabilisateurs et de retardateurs pour préparer le coulis de remblayage :
SikaTard®
Sika® ViscoCrete®
SikaFume®
Plastiment®
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Le coulis d’injection bicomposant est composé d’un mélange d’eau, de ciment, de bentonite et de retardateur (composant A) et d’un accélérateur (composant B). Les ingrédients sont mélangés juste avant que le composant A soit injecté dans la jupe et que sa consistance se transforme, passant d’un liquide crémeux à un gel en environ 10 à 20 secondes. Le mélange final présente une résistance à la compression semblable au sol adjacent et peut remplir tous les vides et les cavités avant de prendre et de durcir.
Pour obtenir les effets de fluidité et de retardement de prise souhaités, les produits Sika-Tard® et Plastiment® de Sika sont utilisés.
Les accélérateurs SikaSet® ou Sigunit® sont ensuite employés pour contrôler le processus et la durée de prise et de durcissement.
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7. Adjuvants pour béton projeté et voussoirs en béton
Aujourd’hui, l’un des ingrédients les plus importants pour produire un béton consistant, haute performance et durable sont les adjuvants pour béton. Les adjuvants pour béton sont des produits chimiques ou des additifs naturels ou fabriqués, ajoutés pendant le malaxage du béton pour améliorer les propriétés spécifiques du béton frais ou durci, telles que l’ouvrabilité, la durabilité ou la résistance initiale ou finale.
Solutions Sika pour béton projeté et voussoirs en béton
Les systèmes actuels de béton projeté allient les technologies de manipulation des matériaux et cimentaires les plus récentes, telles que la chimie des adjuvants. Les exigences grandissantes en matière de rentabilité et de protection de la santé du personnel et de l’environnement ont permis de réaliser d’immenses progrès dans la technologie du béton projeté au cours des dernières années.
Sika® ViscoCrete® Adjuvants réducteurs d’eau utilisés pour réduire la demande en eau du béton, contrôler l’ouvrabilité et augmenter la durabilité du béton projeté. La double action du superplastifiant et de l’effet accélérateur contribue au développement de la résistance.
SikaTard® Adjuvants destinés à réguler l’hydratation du béton projeté, ce qui permet de prolonger l’ouvrabilité afin que la projection continue de mélange frais puisse se poursuivre sans difficulté pendant des périodes définies, selon les besoins.
Sika® Shot Accélérateurs utilisés dans les applications de béton projeté telles que l’imperméabilisation, les travaux de réparation ou encore la protection anti-incendie. Ils peuvent être produits sous forme de mortiers prêts à l’emploi, ce qui permet une certaine flexibilité sur le chantier puisque les matériaux peuvent être stockés pendant des périodes relativement longues et projetés à l’aide de machines relativement petites.
Sigunit Une gamme complète d’accélérateurs alcalins et sans alcalis pour béton projeté offrant un développement de la résistance selon les courbes J1, J2 et J3 souhaitées.
Dans la construction moderne avec des tunneliers, le revêtement permanent du tunnel est produit avec des voussoirs préfabriqués en béton. Ce type de béton nécessite généralement des solutions innovantes pour la conception du mélange.
Béton pour revêtement intérieur
Le revêtement intérieur des tunnels nécessitant un volume très important de béton, la rentabilité du mélange est un facteur essentiel. Le béton doit s’écouler facilement pour qu’il puisse être versé dans les moules, il ne doit pas ressuer ou se séparer, et il doit fournir une résistance initiale élevée pour assurer une production et une rotation rapides des moules.
La technologie Sika® ViscoCrete® permet de respecter les exigences de consistance, de stabilité et de résistance initiale. Des adjuvants Sika supplémentaires, comme Sikament® et SikaPlast®, sont aussi ajoutés et utilisés afin de répondre aux exigences spécifiques. Si un retardateur est nécessaire, SikaTard® est utilisé. Pour ce qui est des adjuvants entraîneurs d’air, Sika®Aer est la solution de référence. SikaFume® Micro Silica accroît la densité du mélange pour davantage de résistance à la compression et une plus longue durabilité.
Voussoirs en béton
Lors de la fabrication de voussoirs de béton pour les tunnels, il est important que le béton soit mis en place en évitant la formation de vides ou de creux. Le mélange doit posséder une résistance initiale élevée pour réduire le temps de durcissement et démouler les voussoirs le plus rapidement possible. Avec son effet hautement plastifiant, un faible rapport eau/ciment peut être atteint, ce qui se soldera par une résistance initiale élevée et une durabilité accrue. Le béton devrait atteindre une résistance suffisante après quelques heures seulement.
Afin de répondre à ces exigences, des adjuvants spéciaux utilisant la technologie Sika® ViscoCrete® ont été mis au point. Les agents de démoulage Sika® Separol® sont utilisés pour assurer un démoulage facile et améliorer la surface du béton. Dans certaines conditions, les voussoirs formant le revêtement permanent peuvent être exposés à des agressions externes, de l’eau souterraine par exemple. Sikagard®-65 WN est un enduit époxy à dispersion aqueuse conçu pour offrir un haut niveau de protection élevée.
