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- prépa - matière potentielle : ratoires de grande envergure
- cours - matière potentielle : réalisation depuis février
- ouvrage
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- section supérieure
- masse de calcaire grossier
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- tunnel
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- carrières
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Prolongement de la ligne 4 du métro de Paris à Montrouge Confortement in situ de carrières souterraines
M
Christophe BLOUET Xelis
Résumé Après une présentation succincte des deux phases du prolongement au sud de Paris de la ligne 4 du métro parisien, le traitement des carrières réalisé en préalable à la phase 1 sera développé. En effet, le prolongement de la ligne 4 du métro parisien rencontre, dans sa première phase de 1470 mètres vers le sud, des carrières souterraines sur environ 50% de son tracé. Le traitement de ces carrières, réalisé par confortements à pied d’œuvre, a représenté plusieurs mois de travaux délicats dans des conditions très contraintes. Malgré ces comblements avec clavage soigné, des tassements de 15 à 25 mm en surface ont été observés. Ils s’expliquent par la « surexploitation » que nos anciens ont faite de ces carrières aujourd’hui non visitables. Une fois ces confortements de grande envergure terminés, les travaux du prolongement de la ligne 4 ont pu débuter courant 2008.
Principaux intervenants
Maître d’ouvrage :RATP Maître d’œuvre :XELIS
Lot 1(Tunnel interstation Porte d¹Orléans Mairie de Montrouge) Entreprise :Groupement BEC (mandataire) + Urbaine de Travaux + Solétanche Bachy Tunnels + Sotraisol Etudes d’exécution : internes au Groupement
Lot 2 (Station Mairie de Montrouge Tunnel culdesac et site de maintenance) Entreprise :Groupement Razel (mandataire) + Bilfinger & Berger Etudes d’exécution :Groupement ANTEA + BG Ingénieurs conseils Arcadis
M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN n°219 Mai/Juin 2010
1 Présentation du projet de prolongement de la ligne 4 du métro parisien au sud de PARIS
ème Construite au début du XX siècle, la ligne 4 du métro, qui relie la porte de Clignancourt au nord à la porte d’Orléans au sud, demeurait une des dernières lignes à être strictement parisienne. Le contrat de plan EtatRégion 20032006 devait permettre à cette ligne centenaire de franchir le boulevard périphérique au sud et d’atteindre la ville de Montrouge, dans une première phase de 1470 ml en cours de réalisation depuis février 2008, puis Bagneux dans une seconde phase. L’ensemble du prolongement est souterrain (réali sation à ciel ouvert ou en souterrain suivant les zones) et en grande partie sous l’espace public.
1.1 Présentation des ouvrages de la phase 1 Cette première phase de 1 470 m, qui représente un investissement total de 169 M, reliera à partir
de fin 2012 la porte d’Orléans à la nouvelle station « Mairie de Montrouge », grâce à un tunnel à 2 voies de 680 m de longueur pour une ouverture de 7,40 à 7,80 m. Du point de vue géologique, les ouvrages en souterrain sont situés hors nappe, dans un environ nement mixte généralement constitué de Marnes et Caillasses en voûte et de Calcaires Grossiers en radier. Cet horizon de Calcaires Grossiers a été par le passé exploité pour la construction, grâce à des carrières souterraines minant le soussol.
Carrière avant confortement.
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La problématique de ces ouvrages, qui sont à construire dans le site urbain dense de la région parisienne, est aggravée par la présence d’une circulation très intense liée à la présence de deux axes d’échanges routiers majeurs: Axe EstOuest : boulevard Périphérique, et boulevards des Maréchaux, Axe Nord Sud : Avenue du Général Leclerc et Nationale 20 avec un fort trafic entre le sud de Paris et les banlieues de Malakoff, Montrouge, et Clamart (92).
Les ouvrages à construire en phase 1 sont les suivants, du nord vers le sud : Les ouvrages de raccordement Appell et Leclerc, à exécuter entièrement à ciel ouvert. Situés dans les horizons des Sables de Beauchamp et des Marnes et Caillasses, leur réalisation n’est possible qu’après la pose d’un blindage de protection dans la boucle de retournement de la ligne 4 afin d’en maintenir l’exploitation. Les tunnels de Porte d’Orléans :il s’agit de deux ouvrages de 7,80 m et 5,00 m de largeur, implantés dans les Marnes et Caillasses. Leur exé cution se fait pour partie à ciel ouvert (côté nord), sur respectivement 86 ml et 79 ml, et pour partie en souterrain (côté sud), sur 40 ml et 64 ml. Les par ties à ciel ouvert nécessitent de traverser les Sables de Beauchamp, avant de pénétrer dans les Marnes et Caillasses. Dans leur partie exécutée en souter rain, les tunnels approchent la sousface des Sables de Beauchamp tandis que le tunnel à 2 voies en souterrain vient au contact du radier d’un couloir de la station Porte d’Orléans. L’ouvrage de raccordement et de ventilation Koufrade 60 ml de longueur, de 10 à 14 m d’ou verture, avec le radier situé dans les carrières. Cet ouvrage est, par suite de contraintes liées à l’envi ronnement, à construire en souterrain sous très fai ble couverture (inférieure à un diamètre) et entièrement en zone de carrières. La mise en place, préalablement au terrassement, d’un soutènement provisoire spécifique dit « voûte parapluie », en rigidifiant l’extrados terrassé tout en reportant lon gitudinalement les charges verticales, permet de garantir des conditions d’exécution satisfaisantes tout en minimisant les risques de fontis. Le tunnel courant d’interstation,de 7,40 m à 7,80 m d’ouverture et d’environ 450 ml de longueur. Sa 1/2 section supérieure est pour l’essentiel située dans les Marnes et Caillasses et
sa 1/2 section inférieure dans les calcaires gros siers fracturés. Ce tunnel est réalisé grâce à la méthode de prédécoupage mécanique. Cette méthode brevetée a été mise au point par Perforex lors du creusement du RER dans les années 70. Elle consiste à réaliser, àl’aide d’une haveuse en “lame de tronçonneuse”, des saignées sur le pourtour de la galerie à terrasser. Ces saignées, emplies de béton au fur et à mesure, constituent des prévoûtes de 4 m de longueur dont le recouvrement varie en fonction des conditions environnantes Deux zones de l’interstation sont particulièrement délicates à exécuter : Le tunnel courant sous le Périphérique : pour ce tronçon d’environ 80 mètres, la couver ture des terrains entre la chaussée du Périphé rique et l’extrados de la voûte varie de 5,5 m à 7 m et est, par conséquent, extrêmement réduite. Une difficulté supplémentaire résulte de la proxi mité immédiate d’un réseau d’assainissement (ovoïdes de 2 m) du périphérique, dont le radier tangente la clé de voûte du tunnel. Le tunnel courant sous les immeubles de Montrouge :sur 150 ml environ, le tunnel se situe approximativement à 78 m sous le niveau supposé des fondations superficielles des bâtiments. Situé hors des zones de carrières reconnues, la rencontre avec d’anciens puits abandonnés ne peut être exclue. Par ailleurs, le comportement des immeubles anciens en maçonnerie visàvis des tassements différentiels inévitables lors du creusement dans ce type de projet reste difficile à prévoir. La station souterraine de Mairie de Montrouge avec ses trois accès, située au cœur de Montrouge, sous l’avenue de la République. La station est prin cipalement constituée d’un volume souterrain de 90 m de longueur par 13,50 m d’ouverture, soit un diamètre terrassé d’environ 16 m. Sa situation en partie sous les façades des immeubles, notamment au droit des couloirs latéraux, avec une faible couverture de 10 m, rend sa réalisation d’autant plus délicate. Le contexte géologique, avec la présence des carrières sur environ 30 % de la zone 2 et la présence d’un égout de 3 m de section situé à 4 m au dessus de l’extrados de la voûte de la station, ajoutent à la difficulté de réalisation. Le tunnel courant d’arrière stationde 650ml environ, dont la 1/2 section supérieure est située dans les marnes et caillasses et la 1/2 section infé rieure dans les calcaires grossiers.
Les ouvrages annexes :l’ouvrage d’épuisement Romain Rolland, la Baie d’Aération Motorisée (BAM) au nord de la station, le poste de redressement par tiellement enterré, l’ouvrage de ventilation Verdier, le site de maintenance en culdesac avec son accès pompier et personnel ainsi que ses deux issues de secours. Chacun de ces ouvrages est constitué d’un puits et d’un rameau de dimensions variables en fonction de la destination de l’ouvrage.
1.2 Présentation des ouvrages de la phase 2 La seconde phase comprend la création de deux stations : Verdun Sud et Bagneux, et d’un centre de dépannage et de nettoyage des trains en arrière station.
Ainsi, cette seconde phase du prolongement de la Ligne 4, d’une longueur totale de 2 km environ, comporte pour l’essentiel : un tunnel courant à deux voies, un tunnel d’arrière gare permettant le stockage, la maintenance et le nettoyage des trains, deux stations comportant des quais de 95 m de longueur : station Verdun Sud à Montrouge (92) et station Bagneux (92), des ouvrages en ligne : ouvrage de ventilation, poste de redressement, baie d'aération motorisée (BAM), ouvrage d’accès pompiers, accès et issues de secours pour le personnel d’exploitation et de maintenance.
En tracé, le prolongement phase 2 démarre sous l'avenue de Verdun à Montrouge, puis se poursuit dans Bagneux. Après avoir traversé l’avenue Marx Dormoy, il emprunte l'avenue de Stalingrad, le passage Chateaubriand et toute l'avenue Henri Barbusse.
2 Traitement des carrières de la phase 1
Hormis les premiers 160 m de tunnel et les deux ouvrages de raccordement à la boucle de retour nement de Porte d’Orléans, qui sont des ouvrages cadres réalisés à ciel ouvert ou sous platelage, l’intégralité du prolongement, tunnel et station, se fait en souterrain par des méthodes convention nelles, grâce à cinq puits d’attaque répartis sur l’ensemble du tracé.
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Profil en long géotechnique du projet au droit du boulevard périphérique.
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Extrait de la carte de l’Inspection Générale des Carrières (IGC) avec le projet en superposition.
Les ouvrages en souterrains sont situés dans les Marnes et Caillasses en voûte et les Calcaires Grossiers en radier. Parmi ces horizons bien connus du bassin pari sien, les Calcaires Grossiers ont la particularité ème d’avoir été exploités jusqu’au XIX siècle pour l’extraction de matériaux de construction. Les carrières situées sur le tracé du prolongement présentent la particularité de ne pas être visitables,
Mode d’exploitation des carrières de Calcaires Grossiers.
ajoutant ainsi des incertitudes quant à leur locali sation exacte et surtout leur état. Sur environ la moitié du tracé, l’ouvrage à construire se situe soit directement au niveau de la carrière, soit à proximité immédiate, à quelques mètres audessus du ciel*. Afin que les travaux d’excavation des ouvrages définitifs se déroulent dans les meilleures conditions possibles, un traitement préalable était nécessaire. Par ailleurs, les contraintes apportées par la voûte
de décharge au niveau des piédroits du futur tunnel imposaient, pour la sécurité des excavations, mais également pour la pérennité des ouvrages, de réaliser un confortement parfaitement maîtrisé de la zone environnante. A un traitement par injection depuis la surface, dont les emprises doivent s’adapter aux ouvrages existants (immeubles et réseaux) mais surtout dont la maîtrise n’est pas toujours garantie dans des carrières non accessibles, les concepteurs ont préféré conforter les carrières en accédant physi quement dans les zones à traiter.
Tunnel de 14 m d’ouverture.
La méthode consiste à créer des puits ou des gale ries de petite section pour atteindre les zones à conforter, puis à creuser à la main dans les remblais de carrière en place des galeries de hauteur souvent inférieure à 2 mètres et à remplacer progressivement ces remblais de faibles caracté ristiques par un mortier de ciment de 8 à 10 MPa coulé en place par plots successifs. Le clavage du ciel de la carrière est obtenu par remplissage en béton projeté ou par injection de coulis de ciment. Le soutènement durant les travaux est assuré tout d’abord par le maintien du plus grand nombre possible de piliers à bras* et par la mise en place de rondins de bois entre la sole* et le ciel de la carrière. Les travaux de terrassement par plots réduits, remplis de mortier au fur et à mesure, permettent de n’avoir en permanence qu’une faible surface ouverte et de travailler dans des conditions de sécurité acceptables.
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Terrassement des remblais à la main.
Bétonnage d’un plot de confortement.
La méthode consistant à purger les remblais de faibles caractéristiques et à les remplacer par des plots de mortier présentait plusieurs avantages : Reconnaissances : l’accès physique aux car rières par des puits ou galeries de petites sections permet une reconnaissance in situ de premier ordre de la qualité des remblais, du ciel et des soutènements existants (hagues*, piliers à bras). Cet accès permet également d’effectuer un levé topographique précis, indispensable dans les cas de carrières non accessibles dont la géométrie indiquée sur les cartes de l’Inspection Générale des Carrières (IGC) est parfois imprécise. Qualité du traitement : s’il est plus ouvrageux et plus long qu’un traitement par injection, le confortement in situ permet, grâce au contrôle de résistance du mortier et du clavage en ciel, de
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rigoureusement traiter les zones les plus sollici tées par la voûte de décharge ou le radier du futur tunnel. Cette méthode permet ainsi de réduire considérablement les risques de désordres à long terme dans la zone d’influence du projet, désordres pouvant conduire à des tassements en surface voire des fontis. Maîtrise des quantités : les plots de mortier, coffrés grossièrement, permettent un suivi précis de la géométrie des confortements, ce qui présente le double avantage de garantir l’intégralité du confortement projeté, mais aussi d’éviter l’écou lement gravitaire du coulis vers des parties non concernées par le projet, augmentant d’autant les quantités mises en œuvre. Néanmoins, bien qu’effectuée par plots réduits, la purge des remblais et leur remplacement par du
Soutènement de rondins entre plots bétonnés.
mortier a provoqué des tassements en surface sen siblement supérieurs à ceux anticipés pour ce type de travaux. On a ainsi observé, sous 15 à 20 mètres de couverture, des tassements cumulés atteignant ponctuellement des valeurs supérieures à 15 mm, avec des vitesses maximales dépassant 5 mm en une semaine. Ces valeurs extrêmes ont heureuse ment été relevées au niveau du square du Serment de Koufra ne présentant aucune structure sensible en surface. On sait que de telles valeurs sont plutôt observées lors d’excavations de section importante. Ces mouvements supérieurs aux prévisions ont pu être expliqués par les observations faites au cours de l’avancée dans les remblais. Il est apparu en effet que ces carrières avaient été exploitées pour l’essentiel sans laisser de piliers intacts ; au fur et à mesure de l’avancement du front de taille, qui restait soutenu par des « piliers à bras », les carriers laissaient le ciel de la carrière s’affaisser sur les remblais mis en place à quelques mètres en arrière ; cet affaissement provoquait la rupture par flexion de la dalle de ciel (exactement comme une exploitation minière par « longue taille », dont le toit est « foudroyé » derrière le soutènement marchant). Cet affaissement avait pour consé quence la rupture de la plupart des piliers à bras destinés à soutenir le ciel, la mise en appui de la dalle de ciel sur les remblais en place, et bien sûr des tassements en surface. En un point donné, on peut penser que le tassement se stabilisait pour l’essentiel lorsque le front de taille s’était éloigné de 10 à 20 m. Mais comme les rem blais étaient constitués de déchets d’exploitation
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hétérogènes, mal compactés et en contact discon tinu avec le ciel, ils constituaient un appui compres sible qui a probablement continué à tasser pendant plusieurs décennies. L’impact en surface n’était sans doute guère ressenti pour la simple raison qu’à l’époque de l’exploitation, Montrouge n’était qu’un village au milieu de la campagne. Aujourd’hui, il est intéressant de noter que la dalle formant le ciel de ces carrières est souvent affectée d’une forte pente (jusqu’à 12 %) à l’approche d’une masse de Calcaire Grossier non exploitée ; cette masse constitue en effet une zone d’appui non compressible, par opposition aux remblais ; de son côté, la dalle de ciel présente souvent une fractu ration parallèlement au front de taille, conséquence des efforts de flexion qu’elle a subis. On comprend ainsi qu’en perturbant un équilibre fragile, le terrassement des remblais, même par plots réduits, a immédiatement engendré une réac tion du ciel et des terrains susjacents, expliquant par làmême les tassements observés en surface. Les confortements sont aujourd’hui terminés, et les travaux de creusement ont pu débuter audessus de carrières « fiabilisées » par ces travaux prépa ratoires de grande envergure.t
Ciel fléchi contre la masse.
MÉCANISME DE DÉGRADATION DU TOIT D’UNE CARRIÈRE
1 - Ouverture de la carrière
2 - Flexure du banc de roche et affaissement du toit de la carrière
3 - Ciel tombé
MMMGlossaire
Ciel de carrière :dalle de calcaire compétente et non exploitée, destinée à soutenir les terrains susjacents à la carrière. Pilier à bras :poteau constitué de moellons de calcaire, monté par les carriers pour soutenir le ciel. Sole :radier de la carrière. Hague :remblai maintenu par un mur de pierres sèches imbriquées les unes dans les autres.
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Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge On site reinforcement of subterranean quarries
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Christophe BLOUET Xelis
Summary After a short presentation of the two extension phases of the Paris underground Line 4 South of Paris, this document details the works applied to quarries prior to phase 1. Indeed, in its first phase over 1470 metres to the South, the extension of line 4 of the Paris underground crosses subterranean quarries over about 50% of its path. Treating these quarries, by reinforcement on site, resulted in several months of delicate works in highly constrained conditions. In spite of precise keying filling, 15 to 25 mm subsidence was observed on the surface. This is due to the “overexploitation” of these quarries by our forefathers, non longer visitable today. Once these major reinforcements complete, the line 4 extension works were launched in 2008.
Main interveners
Project Owner:RATP Project Manager:XELIS
Package 1 (interstation tunnel Porte d’Orléans Mairie de Montrouge) Contractor:JV BEC (main contractor) + Urbaine de Travaux + Solétanche Bachy Tunnels + Sotraisol Execution surveys:internal to the JV
Package 2 (Mairie de Montrouge station Deadend tunnel and maintenance site) Contractor:JV Razel (main contractor) + Bilfinger & Berger Execution surveys:JV ANTEA + BG Engineers Arcadis
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1 Presentation of phase 1 of the South extension of the Paris underground line 4
Built in the early XXth century, the underground line 4, connecting Porte de Clignancourt in the North to Porte d’Orléans in the South of Paris, was one of the last lines to be strictly limited to Paris. The StateRegion 20032006 development plan allows this centennial line to cross the internal ring road (i.e. Périphérique) in the south to reach the town of Montrouge, in a first phase of 1470 ml in construc tion since February 2008, then Bagneux in a second phase. The entire extension is subterranean (construction in the open air or underground according to the zones) and mostly under public space.
1.1 Presentation of structures This first phase over 1 470 m, a total investment of 169 M, will connect from late 2012 Porte
d’Orléans to the new “Mairie de Montrouge” station, through a 2lane 680m long tunnel with an opening of 7.40 to 7.80 m. In terms of geology, the underground structures are above the ground table, in a mixed environment usually made of Marl at the top and coarse limestone at raft level. This coarse limestone horizon was used in the past for construction, through underground quarries mining the subsoil.
Quarry before reinforcement.
WORKSITES ] Extension of line 4 of the Paris underground in Montrouge On site reinforcement of subterranean quarries
The problem with these structures, to be construc ted in the dense urban area of the Paris region, is aggravated by the presence of highly intense traffic due to the presence of two major road intersections: EastWest axis: boulevard Périphérique and boulevard des Maréchaux, NorthSouth axis: Avenue du Général Leclerc and Nationale 20, with intense traffic between south of Paris and suburbs in Malakoff, Montrouge, and Clamart (92).
The structures to be built in phase 1 are the fol lowing, from north to south: The Appell and Leclerc linking structures, to be fully constructed in the open air. Located in the horizons Beauchamp sands and Marls, their execu tion is possible only after laying protection armouring in the loop track of line 4 to maintain its operation. Porte d’Orléans tunnels:They are two struc tures, 7.80 m and 5.00 m wide, implanted in the Marls. Their construction is performed partially in the open air (north side), over 86 ml and 79 ml respectively, and partially underground (south side), over 40 ml and 64 ml. The open air sections cross the Beauchamp sands before entering the Marls. As for the underground construction section, the tunnels approach the subface of the Beauchamp sands, whereas the tunnel with 2 underground lanes is in contact with the raft foun dation of the Porte d’Orléans station. The Koufra connection and ventilation struc tureover 60 ml long, from 10 to 14 m opening has its raft foundation located in the quarries. This structure, due to environmental constraints, is to be built underground under very low coverage (less than a diameter) and fully in the quarry zone. Before starting the earthworks, the implemen tation of a specific temporary support called “umbrella arch”, by rigidifying the back excavated while carrying over vertical loads longitudinally, guarantees satisfactory conditions of performance while minimizing risks of subsidence. The current interstation tunnel,from 7.40 m to 7.80 m opening and about 450 ml length. Its upper 1/2 crosssection is mostly located in the Marls and its lower 1/2 crosssection in fractured coarse limestone. This tunnel is built using the mechanical precutting method. This patented method was developed by Perforex when digging the RER in the 70s. It consists in producing, with a “chainsaw blade” type cutter, cuts on the outline
of the gallery to excavate. These cuts, filled with concrete gradually, make up 4m long prearches with a covering varying according to neighbouring conditions. Two interstation zones are particularly delicate to produce: The tunnel running under the Périphérique: for this section over about 80 meters, land cove rage between the Périphérique pavement and the back of the arch ranges from 5.5 m to 7m, which is extremely thin. An additional difficulty results from the immediate proximity of a sewage network (2m ovoids) of the Périphé rique, with a raft foundation tangent with the tunnel keystone. The tunnel running under the buildings in Montrouge:over about 150 ml, the tunnel is located about 78 m below the presumed level of the superficial foundations of the buildings. Located outside known quarry zones, older abandoned wells may be encountered. Also, the behaviour of older masonry buildings under dif ferential settlements unavoidable when digging this type of project remains difficult to plan. The Mairie de Montrouge underground stationwith its three access points, located at the heart of Montrouge, under avenue de la République. The station is mainly made of an underground volume 90 m long by 13.50 m ope ning, i.e. an excavated diameter of about 16 m. Its location, partially under the façades of buildings, particularly straight to the lateral corridors, with a thin coverage of 10 m, makes its construction even more delicate. The geological context, inclu ding quarries over about 30 % of the zone and a 2 3 m crosssection sewer located 4 m above the back of the station arch, add to the difficulty of the work. The current station back tunnelover about 650ml, with the upper 1/2 crosssection located in marls and the lower 1/2 crosssection in coarse limestone. Auxiliary structures:the Romain Rolland dewatering structure, the Motorized Venting Bay (BAM) north of the station, the partially buried rectifier station, the Verdier ventilation structure, the deadend maintenance site, with firefighter and staff access, as well as its two emergency exits. Each structure is made of a shaft and a branch with dimensions varying according to the structure’s purpose.
1.2 Presentation of phase 2 structures The second phase includes the creation of two sta tions: Verdun Sud and Bagneux, and a train repair and cleaning centre in the back station.
This second phase of the Line 4 extension, with a total length of about 2 km, includes the following main work: a current twolane tunnel, a back station tunnel for train storage, mainte nance and cleaning, two stations with 95 m long platforms: Verdun Sud in Montrouge (92) and Bagneux (92), structures on line: ventilation structure, rectifying station, motorized venting bay (BAM), firefighter access, access and emergency exit for operating and maintenance staff.
In terms of route, extension phase 2 starts under avenue de Verdun in Montrouge, then continues in Bagneux. After crossing avenue Marx Dormoy, it fol lows avenue de Stalingrad, passage Chateaubriand and the entire avenue Henri Barbusse.
2 Treatment of phase 1 quarries
Except for the first 160 m tunnel and two structures linked with the Porte d’Orléans loop track, which are frame structures built in the open air or under decking, the entire extension, tunnel and station, is implemented underground using conventional methods, thanks to five attack shafts distributed over the entire route.
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Geotechnical long profile of the project beside the boulevard Périphérique.
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The underground structures are located in the Marls on the arch and coarse limestone for the raft foun dation. Among these wellknown horizons of the Paris basin, coarse limestone has the particularity of having been used until the XIXth century to extract construction materials. The quarries located on the route of the extension are not visitable, hence adding uncertainty as to their precise location, and more particularly their condition. Over about half of the route, the structure to construct is located directly on the level of the quarry, either in close proximity, a few meters above the roof*. To perform
the excavation work of the final structures in the best possible conditions, prior treatment was required. Also, the constraints imposed by the discharge vault on the level of the side walls of the future tunnel imposed, to secure the excavations, but also to ensure durability of the structures, to implement a perfectly controlled reinforcement of the surrounding zone. Instead of a treatment by injection from the surface, with footprints to be adapted to existing structures (buildings and networks), but mostly with control not always guaranteed in non accessible quarries, the engineers preferred reinforcing the quarries by
WORKSITES ] n site reinforcement of subterranean quarries
Abstract from the map of the Inspection Générale des Carrières (IGC) with the project overlaid.
physical access to the zones to be processed. The method consists in creating small crosssection shafts or galleries to reach the zones to reinforce, then dig manually fillings in the quarry instead of galleries often below 2 metres high, and replace gradually these low specification fillings with 8 to 10 MPa cement mortar cast on site by successive blocks. Keying the quarry roof is obtained by filling with shotcrete or cement grout injection. Supporting during the works is ensured first by maintaining the largest possible number of columns* and installing wooden billets between the sole* and the quarry. Earthworks in small blocks, filled gradually with mortar, allows having only a very small open surface at a time, and working in acceptable safety conditions.
Tunnel with 14 m opening
Mode of use of Coarse limestone quarries.
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The method consisting in emptying low specification fillings and replacing them with mortar blocks offe red several benefits: Surveys: physical access to the quarries by small crosssection wells or galleries allows top quality on site surveying of fillings, the roof and existing supports (hagues*, columns). This also allows precise topographic recording, indispen sable for quarries not accessible with a geometry indicated in the maps of the Inspection Générale des Carrières (IGC) which is sometimes impre cise. Processing quality: although labour intensive and longer than injection techniques, thanks to resistance check of mortar and keying in roof, on site reinforcement ensures rigorous processing of the highly solicited zones by the discharge arch
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Hand filling earthworks.
Concreting a supporting block.
or raft foundation of the future tunnel. This method allows reducing considerably the risks of long term disorders in the zone of influence of the project, likely to lead to surface compaction, even subsidence. Control over quantities: roughly formed mortar blocks allow precise control of the geometry of reinforcements, offering the double benefit of guaranteeing the entire reinforcement planned, while also avoiding gravity flowing of the grout to parts not concerned by the project, increasing the quantities used. Nevertheless, although constructed with smaller blocks, emptying fillings and replacing them with mortar caused surface settlements slightly larger than expected for this type of work. We observed, under 15 to 20 meters coverage, additional
Supporting billets between concrete blocks.
settlements reaching punctually values above 15 mm, with maximum rates exceeding 5 mm over a week. Fortunately, these extreme values were recorded in the Serment de Koufra square with no sensitive structure on the surface. We know that such values are observed more often when excavations have a large crosssection. These movementsexceeding planswere explained by observations made while processing fillings. It seems these quarries were used mainly without leaving columns intact ; throughout progress of the working face, which remained supported by columns, quarries left the quarry roof lower onto the fillings laid a few meters back ; this collapse broke the roof slab by flexion (exactly as in “long cut” mining, with a roof “crushed” behind running support). This collapse broke most columns designed to support the roof, laying the roof slab onto existing fillings, and of course surface subsidences. At a given point, the collapse probably stabilized when the working face was 10 to 20 m away. But as filling was made of mixed operating waste, poorly compacted and in discontinuous contact with the roof, it made up a compressible bearing point which probably continued collapsing for several decades. The impact on the surface was probably hardly felt, mainly because at the time of operation, Montrouge was merely a countryside village. Today, it is interesting to note that the slab forming the roof of these quarries often has a sharp slope (up to 12 %) at the approach of a non used coarse limestone mass. Indeed, this mass is a non
