TUNNEL DE DONNERBœBL

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  • LA CONSTRUCTION DU

    TUNNEL DE DONNERBBL A BERNE

    Offert par la berreicht durch die Socit suisse de mcanique des sols et des travaux de fondations

    Schweizerische Gesellschaft fr Bodenmechanik und Fundationstechnik

  • Tir part du BULLETIN TECHNIQUE DE LA SUISSE ROMANDE , Nos 26 du 19 dcembre 1959, et 1 du 2 janvier 1960.

    LE TUNNEL DE DONNERBHL A BERNE

    Construction d'un tunnel ferroviaire par la mthode du bouclier

    par R: DESPONDS, ing. dipl., chef du bureau de reconstruction de la gare de Berne,

    prs la Direction gnrale des Chemins de fer fdraux

    1. Introduction, projet gnral Les travaux pour la reconstruction totale de la gare

    de Berne ont commenc le 29 mai 1957. La premire phase d'excution, qui durera environ cinq ans, doit permettre la transformation et l'extension de tout l'appareil technique du rseau des voies ct des quais (fig. 1/1). L'tape en cours actuellement a pour but la construction du futur sixime quai, destin recevoir les chemins de fer privs bernois (Berne-NeuchtelSchwarzenbourg-Gurbe).

    Ce premier groupe de travaux, qui peut s'excuter pratiquement en dehors de l'exploitation de la gare actuelle, comporte, entre autres ouvrages intressants, le percement du tunnel de Donnerbhl, qui permettra l'entre des chemins de fer privs bernois en gare de Berne sans aucun croisement avec d'autres voies (fig. 1/2).

    2. Trac du tunnel, caractristiques gnrales Afin de permettre le passage de la double voie des

    chemins de fer bernois sous les voies d'accs au dpt des locomotives, ainsi qu' une profondeur suffisante sous les maisons du quartier de Donnerbhl, le tunnel, long de 400 rn; est prcd de deux rampes d'accs en tranches inclines 20 /00 environ (fig. 1/2).

    Les ttes est et ouest du tunnel, sur 60 rn, respectivement 80 rn de longueur, peuvent tre construites ciel ouvert. Il s'agit d'ouvrages en cadre prenant appui sur des semelles de fondation ou sur un radier, suivant la qualit du terrain rencontr (fig. 1/3) .

    Le tronon du tunnel construire en galerie, sur une longueur de 260 rn environ, n'a qu'une faible couverture ne dpassant pas 12 rn, avec un point de passage sous un immeuble dont le niveau de la cave ne se trouve que 2,50 rn au-dessus de la vote du tunnel.

    1

  • 1

    1

    Fig. I/1. - Plan de situation des installations de la future gare de Berne.

    U:ingenprofil

    Situation

    Fig. 1/2. - Entre des chemins de fer privs bernois en gare de Berne.

    2

    UMBAU DES

    PERSONENBAHNHOFES

    BERN

    PROJEKT SBB 1958

    ' . I.OOG"

    5>0 00

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    "' 8.60 :d f\

    ' 0..-iiiiiiii ..... l 140 l 1 1 Fig. I/3. - Coupes caractristiques des tranches d'accs et du tunnel dans la partie construite ciel ouvert.

    3. Terrain encaissant, gologie

    (d'aprs le rapport du professeur Dr W. Nabholz, gologue Berne)

    Le tunnel de Donnerbhl traverse le flanc sud-ouest de la colline Finkenhubel et se trouve, ainsi que des sondages l'ont montr, directement dans la moraine frontale de l'ancien glacier de l'Aar, qui atteignit prcisment les environs de la ville de Berne au cours de la dernire glaciation.

    Le trac du tunnel traverse donc sur toute sa longueur des terrains morainiques forms plus particulirement de moraines de fond, de qualit variable, reconnaissables aux galets stris emprisonns dans la glaise sableuse, mais aussi de dpts diluviaux de gravier et de sable plus ou moins dlavs. De grandes variations apparaissent dans les dpts et d'une manire rapide aussi bien dans le sens vertical qu'horizontal ; des couches horizontales de quelque rgularit sont quasi inexistantes.

    Ainsi qu'on peut le voir sur le profil en long de la figure 1/4, les caractristiques gotechniques se prsentent dans les grandes lignes de la manire suivante : le matriau, passablement graveleux dans les couches suprieures, a tendance devenir toujours plus fin avec la profondeur ; en effet, au niveau de la calotte du tunnel, on rencontre gnralement du sable ou sable lgrement glaiseux, tandis qu'au niveau du radier c'est une glaise sableuse ou limoneuse. Le sable a une grande compacit, avec des densits apparentes dpassant 2,1 kg/dm3, mais il n'est pas agglomr. La permabilit du sol, trs grande dans les couches suprieures, a tendance devenir toujours plus petite avec la profondeur. Les sondages ont permis en outre de dterminer l'existence d'une nappe phratique dont le niveau oscille entre la cote 535 et 536 rn, c'est--dire approximativement au niveau des futures voies. Le dbit de cette nappe peut tre localement assez lev, ainsi qu'on put le voir au dbut des travaux, o des dbits compris entre 20 et 25 litres par seconde ont t mesurs dans le puits de dpart (fig. 1/6) .

    4. Choix de la mthode de construction du tunnel

    Le projet mis en soumission par les CFF prvoyait une excution classique avec construction pralable de la vote au moyen de cintres Kunz et marches-avants, puis une excution en tranches des pieds-droits, pour finir par l'excution par tranche, du radier. Etant donn

    la mauvaise qualit du terrain encaissant, la faible couverture, l'existence d'une nappe phratique en profondeur, il tait clair que l'emploi de cette mthode ne pouvait aller sans tassements, ce qui et reprsent des inconvnients srieux, tant donn la prsence de btiments, de canalisations et conduites diverses sur le trac du tunnel. L'exprience montre, dans des cas similaires, que ces tassements sont au minimum de l'ordre de 10 20 cm. Avec de grandes prcautions, ils peuvent tre diminus, mais en aucun cas supprims. Notre intention primitive tait d'assumer les risques de dgts provoqus par des tassements aux btiments, aux constructions routires et aux canalisations, car d'aprs les renseignements que nous avions obtenus, l'excution du tunnel par une mthode absolument sre, telle que gel du terrain, bouclier, injections, etc., en aurait d doubler environ le prix. Dans le but toutefois de susciter une mulation constructive parmi les entreprises soumissionnaires, nous avions laiss celles-ci toute libert quant au choix du mode d'excution du tunnel.

    Il est peut-tre intressant d'tudier sommairement les offres les plus intressantes qui nous sont parvenues.

    Trois propositions tout d'abord se rapprochaient du projet officiel avec construction pralable de la calotte, puis des pieds-droits et enfin du radier. Quelques variantes apparaissent dans la conception de l'tayage de la vote, de l'excavation du > ou des mesures destines abaisser la nappe phratique, tels que forage de puits filtrants, ou pompage par la mthode de > (fig. 1/7).

    Deux projets prvoyaient tout d'abord le percement de galeries latrales et le btonnage des pieds-droits, prcdant l'excution de la vote et du radier.

    Une proposition , enfin, du consortium Prader & ete S.A. et Locher & ete S.A. , de Zurich, prvoyait le percement du tunnel l'abri d'un bouclier sans air comprim (fig. 1/5). Cette mthode est applique depuis longtemps avec succs pour la construction de tunnels de mtropolitains dans les conditions les plus difficiles et dans des zones fortement bties; elle constitue incontestablement le procd le mieux appropri daus notre cas particulier, ce d'autant plus que les entreprises qui la proposrent, seules de tous les soumissionnaires, taient en mesure, grce la sret du systme propos, de trouver une socit d'assurance prte assumer contractuellement les risques de dommages ventuels pouvant rsulter des travaux. C'est cette mthode que nous avons finalement retenue, bien que son prix soit dans le cas prsent d'environ 10 % plus lev que celui des mthodes classiques, parce qu'elle nous a paru la plus sre et qu'elle supprimait pratiquement tous les risques de dgts, qui n'auraient pas manqu de se produire ensuite de tassements.

    5. Description sommaire de la mthode du bouclier

    Le percement d'un tunnel par la mthode du bouclier consiste travailler l'abri d'un cylindre de tle d'acier, enfonc progressivement dans le terrain au moyen d'une couronne de vrins prenant appui sur la partie termine du tunnel (fig. 1/8) .

    La surface d'attaque circulaire est divise en champs par des raidissements mtalliques verticaux et horizontaux, champs qu'il est facile d'tayer suivant les besoins et la nature des terrains rencontrs .

    3

  • m

    ) mthode du bouclier ..... "' "'

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    "' ..... 5 Q. ISO sso

    535 m

    1 .!! 1110 530

    Fig. I/4. - Tunnel de Donnerbhl: profil en long gotechnique.

    profil en long dvance

    8.85

    0.55

    axe du tunnel axe de la double -voie

    profil normal du tunnel

    transmission des pressions coupe en travers

    1

    chambres de travail

    couteau 1G vrins J double

    action

    cl vousso r de radier voussoir latral o. 5o 1f.o-:_ ------'"=-1 _E_.,;./

    = j coupe horizontale 9. 90 -

    voussoir latral

    La cl est pose alternativement droite et gauche.

    d

    voussoir de radier

    Fig. I/5. - Avance au bouclier, coupes du bouclier et des voussoirs prfabriqus.

    4

  • Fig. 1/6. - Irruption d'eau lors du fonage du puits de montage du bouclier.

    1

    '2

    3

    4

    5 ,.

    ______ ..,

    Les anneaux successifs du tunnel sont forms de voussoirs prfabriqus monts l'intrieur du cylindre d'acier, l'aide d'une grue spciale, puis, au fur et mesure de l'avance, colls au terrain par des injections.

    6. Etudes thoriques pour le calcul du tunnel Lorsqu'il s'agit pour nous de calculer les anneaux

    circulaires formant le tunnel de Donnerbhl, calcul confi M. Paul Kipfer, ingnieur-conseil Berne, il est apparu tout de suite que les diverses mthodes de calcul des pressions des terres proposes dans la littrature taient essentiellement contradictoires, ainsi