Pourquoi utiliser le brise-roche pour les creusements de tunnels

Polyvalence, flexibilité et adaptabilité aux conditions du site sont les avantages qui font choisir le brise-roche pour les creusements de tunnels

L’utilisation du brise-roche pour les creusements de tunnels est un choix qui repose sur des raisons précises. Les tunnels naturels sont parmi les ouvrages les plus complexes à réaliser, tant en raison des difficultés logistiques liées aux opérations d’excavation, de consolidation et de déblai que des risques liés à ce que l’on appelle « l’incertitude géologique ». Les choix effectués pendant la phase de conception, sur la base des données fournies par la géognostique, peuvent en effet ne pas correspondre aux conditions réelles constatées in situ, ce qui peut avoir des conséquences, même graves, sur le déroulement des travaux, notamment en ce qui concerne l’efficacité et la productivité des systèmes d’excavation et de consolidation choisis. Si, en effet, les technologies d’excavation mécanisée en pleine section (Tunnelier) sont aujourd’hui particulièrement connues et répandues pour leur rapidité d’exécution, il faut aussi dire que dans plus d’un cas, cette technologie a créé d’énormes problèmes pour l’entrepreneur et le client lorsque les conditions géomécaniques de la masse rocheuse s’écartaient des conditions réelles, entraînant des retards, d’énormes pertes économiques et même des situations dangereuses pour les personnes travaillant sur le site. L’utilisation du brise-roche pour le creusement de tunnels permet par contre de s’adapter rapidement et économiquement aux caractéristiques changeantes de la masse rocheuse. 

Comment fonctionne un brise-roche

Le brise-roche est une machine dont la fonction est de transformer l’énergie d’un fluide sous pression en énergie mécanique afin de briser le matériau. L’impact entre la masse battante du marteau et l’outil transforme l’énergie cinétique de la masse en mouvement en énergie d’impact, qui est transférée par l’outil au matériau à briser. 

Les brise- roches fonctionnent principalement selon deux modes différents : 

• Démolition par pénétration
  Elle consiste à briser des matériaux rocheux au moyen d’une combinaison d’ondes de stress et de l’effet de coin généré par la forme particulière de l’outil utilisé. Dans ce type de démolition, le tranchant et la forme de l’outil utilisé sont cruciaux pour obtenir une bonne productivité du brise-roche. 

• Démolition par impact
  Ce type de démolition se caractérise par l’apparition de fractures dans le matériau sous l’effet d’ondes de stress, uniquement à l’aide d’outils plats. Ses applications typiques sont la démolition de blocs et de rochers de grandes dimensions.

Le choix de l’outil adéquat est un facteur décisif pour obtenir une productivité maximale du brise-roche hydraulique. 

Grâce à sa longue expérience dans le domaine de la démolition lourde dans les tunnels, Indeco a développé différents types d’outils dans le but d’obtenir les meilleures performances dans toutes les conditions d’utilisation. 

Une formule pour définir la méthode d’excavation d’un tunnel

Le choix de la méthode d’excavation d’un tunnel naturel est un processus décisionnel complexe, dans lequel interagissent divers facteurs qui ne peuvent être attribués à une simple analyse coût-bénéfice. On se base évidemment sur des considérations de type géologique (RMR, RQD, GSI, etc.), mais aussi sur les difficultés réelles de l’avancement (cycle excavation – déblai – consolidation) et sur des évaluations logistiques et économiques, relatives au nombre d’ouvriers, de machines et d’équipements, à l’accessibilité du site, aux contraintes environnementales, etc. Afin d’effectuer une première analyse sommaire de la méthode d’excavation qui peut être utilisée, Indeco propose sur son FocusOn une méthode d’évaluation à « matrice de critères » qui prend en compte de nombreux facteurs contribuant au choix de la méthode d’excavation.

Les systèmes d’excavation analysés et comparés sont les suivants :

• Excavation à l’aide de brise-roche hydrauliques
• Excavation à l’aide d’un tunnelier (TBM – Tunnel Boring Machine)
• Excavation à l’aide d’explosifs

Problèmes liés à l’utilisation du tunnelier 

Bien qu’il soit considéré aujourd’hui comme la méthode d’excavation la plus efficace en absolu, le tunnelier dispose d’une faible flexibilité d’utilisation et son utilisation n’est pas conseillée dans les cas suivants : 

1. Lorsque les données sur l’homogénéité de la masse rocheuse sur l’ensemble du tracé sont insuffisantes
2. En présence d’un niveau élevé de fracturation ou de conditions hydrogéologiques particulièrement critiques
3. Dans les tunnels naturels d’une longueur inférieure à deux kilomètres (en raison des coûts trop élevés)
4. Lorsque le tracé nécessite des rayons de courbure particulièrement importants
5. Lorsqu’une section polycentrique est nécessaire (au lieu d’un cercle parfait)
6. Lorsque les conditions logistiques ne facilitent pas le montage/démontage

Problèmes liés à l’utilisation des explosifs

Méthode traditionnelle d’excavation, les explosifs garantissent des valeurs de production intéressantes, à condition toutefois que le massif rocheux présente des caractéristiques de compacité lui permettant d’assurer une efficacité adéquate. Lorsque le massif rocheux présente des caractéristiques de dureté limitée et surtout de fracturation, l’explosif ne peut en effet pas garantir des valeurs de production satisfaisantes. 

Dans ces cas, le brise-roche et les explosifs peuvent être considérés comme des méthodes d’excavation complémentaires et être alternés, en présence d’amas qui oscillent entre une forte compacité et dureté et une fracturation plus importante avec des niveaux de dureté plus faibles. 

Les avantages du brise-roche pour l’excavation des tunnels

Le choix du brise-roche comme méthode d’excavation dans les tunnels est sans aucun doute une solution idéale lorsque le tunnel est caractérisé par des profils géomécaniques et des dimensions qui rendent difficile ou peu rentable l’utilisation d’autres méthodes telles que le tunnelier à pleine section (TBM) ou les explosifs. C’est précisément pour ces raisons que le brise-roche a trouvé une large application en Italie, l’un des pays au monde qui peut se vanter d’avoir un grand nombre de tunnels naturels, dans une région caractérisée par des masses où l’excavation et la consolidation sont particulièrement complexes.