Comment les ingénieurs de Silvertown Tunnel utilisent des «patins à azote» pour un record

Les ingénieurs travaillant sur le tunnel de Silvertown ont réussi à faire pivoter la première section de 1 400 t du plus grand tunnelier (TBM) du Royaume-Uni à 180° dans la chambre de réception à l'aide d'un système innovant de "patin à azote".

Le tunnel de Silvertown est un nouveau tunnel routier à deux tubes actuellement en construction sous la Tamise entre Silvertown et Greenwich. Il est livré par Riverlinx CJV, une coentreprise de Bam Nuttall, Ferrovial et SK Ecoplant, pour Transport for London.

Le 15 février, le tunnelier a percé à Greenwich, du côté sud de la rivière, après avoir achevé le trajet de 1,1 km pour le tunnel en direction sud.

La plupart des tunnels à double alésage utilisent deux tunneliers ou démontent le tunnelier unique et le ramènent au point de lancement initial pour son deuxième entraînement. Le site, le temps et les contraintes financières du projet Silvertown Tunnel signifiaient que l'équipe a décidé de concevoir un moyen de faire pivoter la machine à 180° et de la renvoyer sous la rivière pour percer le tunnel de 1,1 km en direction nord.

"C'était le moyen le plus efficace de réaliser les deux tunnels du point de vue des coûts et du point de vue du programme", a déclaré le directeur des opérations de Riverlinx, Borja Trashorras. "Et ce faisant, nous l'avons fait de la manière la plus innovante possible, d'une manière qui n'a jamais été faite auparavant au Royaume-Uni."

Les tunneliers ont été tournés de la même manière à Paris et à Stuttgart, a expliqué Trashorras, mais dans les deux cas, c'était juste pour faciliter l'extraction des machines - pas pour percer un autre tunnel.

Cela n'a jamais été fait non plus avec une machine aussi grande. Le tunnelier du tunnel de Silvertown mesure 82 m de long de la tête de coupe à l'extrémité de ses portiques de secours et la tête de coupe a un diamètre de 12 m. Le bouclier de creusement à lui seul mesure 19 m de long de la tête de coupe à l'arrière du convoyeur à vis et pèse 1 400 t.

Une chambre de rotation a été creusée à l'endroit où le tunnelier sort de son entraînement en direction sud à Greenwich. La chambre mesure 18 m de profondeur de la dalle de base à la surface, 40 m de long du mur de tête au mur arrière et 39 m de large. Le tunnelier émergera dans la chambre en quatre sections - le bouclier et les trois portiques de secours.

Le bouclier a d'abord été amené dans la chambre et sur un système de retenue en forme de plate-forme, ce qui lui a permis de maintenir la pression de l'anneau à 40 bars afin qu'il puisse continuer à installer les anneaux de ciment même lorsqu'il émergeait. Lorsque le bouclier était complètement sorti du tunnel, il était séparé du portique attenant.

Le tunnelier a fait irruption dans la chambre de rotation à une pente de 4 %, s'élevant de la base plate du tunnel sous la rivière jusqu'à la surface. La première étape de sa rotation consistait à s'assurer qu'il était de niveau.

La première étape pour niveler le bouclier consistait à déplacer légèrement la tête de coupe du reste du bouclier. « Cette machine est très délicate en termes de centre de gravité », a expliqué le chef de projet de Riverlinx, Ivor Thomas. Alors que le bouclier de coupe sortait du tunnel, un système hydraulique spécial pour le niveler a été mis en place sous celui-ci. Une grande bande d'acier a été mise en place pour attraper l'arrière du bouclier TBM lors de son émergence. Les vérins hydrauliques se trouvaient directement sous cette bande et étaient ensuite utilisés pour soulever l'arrière du bouclier au niveau de l'avant.

Le berceau tenant la tête du tunnelier, assis sur les vérins hydrauliques et le système de patins à azote

L'étape suivante a vu un berceau en acier spécial "flotter" sous le bouclier TBM sur des patins à azote, qui sont placés tout autour du dessous du berceau. Les patins à azote sont un système de pieds hydrauliques reposant sur une couche d'azote comprimé, ce qui permet au berceau tenant la machine de "patiner" sur la surface.

"Les machines tournaient à l'air comprimé auparavant, mais pour faire tourner une machine de cette taille à l'air comprimé, nous aurions probablement dû louer tous les compresseurs du Royaume-Uni", a déclaré Thomas. "Nous avons utilisé de l'azote parce qu'il est couramment disponible, qu'il est inerte, qu'il n'est pas toxique, qu'il est plus léger que l'air - et que vous en avez pour votre argent. Nous avons pu utiliser une banque de 12 bouteilles d'azote pour ce système."

Le haut du système comporte des vérins hydrauliques en acier inoxydable à 350 bars, qui peuvent être soulevés et abaissés pour effectuer le nivellement fin de la machine et s'assurer qu'elle est vraiment horizontale. En dessous se trouvent les patins, des pieds circulaires larges et plats avec une jupe en caoutchouc, qui ont de l'azote pompé à travers des tuyaux et maintenus à 250 bars. Lorsque le berceau est prêt à être déplacé, le système hydraulique est verrouillé et les patins se déplacent sur une bulle d'azote. Le sol de la chambre de rotation est recouvert d'une couche de plaques d'acier de 20 mm d'épaisseur qui sont scellées puis huilées pour faciliter le mouvement des patins.

Ingénieurs s'occupant du berceau, assis sur le système de patins à l'azote

"Nous ne le soulevons pas ; le système à l'azote consiste à réduire le frottement entre la plaque d'acier et la machine", a expliqué Thomas. "Il y a une jupe autour du bas de chaque patin et nous pompons de très petites quantités d'azote. Nous huilons les plaques d'acier et réduisons le frottement, ce qui nous permet de déplacer 1 400 t de machine."

Le mouvement est réalisé en le tirant avec des treuils pneumatiques télécommandés de 25 t qui sont ancrés aux parois de la chambre de rotation. Le bouclier a été éloigné du portail du tunnel, puis tiré latéralement pour faire deux "tours de frein à main", avant d'être aligné avec l'œil du tunnel pour le deuxième alésage. "C'est comme un gros aéroglisseur", a déclaré Thomas. La rotation et le déplacement d'un côté à l'autre de la chambre prenaient une journée.

Le berceau attaché au treuil pneumatique 25 t, au-dessus du système de patins à azote

Le même processus sera répété avec le premier portique en avril. Le portique est plus léger que la tête de bouclier, mais plus long. "En termes d'espace, le portique un est probablement le plus difficile à faire", a déclaré Trashorras. "Mais en termes de principes clés, la rotation est exactement la même ; nous allons mettre le berceau en dessous et le tirer avec le système de poulie qui est ancré au mur."

Une fois tourné, le premier portique sera rattaché au bouclier de coupe et le tunnelier commencera ce que l'on appelle le lancement ombilical, qui devrait commencer d'ici la fin avril. La pièce-TBM commencera sur le deuxième alésage, atteignant environ 70 m dans le lecteur. Pendant ce temps, les deuxième et troisième portiques seront amenés dans la chambre, tournés et attachés. Une fois que toute la longueur du tunnelier est reconnectée, le creusement peut entrer en "mode complet". On espère que cela pourra être réalisé d'ici la fin du mois de juin.

Le tunnelier étant complètement sorti du tunnel sud, le convoyeur de déblais peut être mis en place. Cette ceinture ramènera les déblais du tunnelier dans le tunnel en direction nord, fera un demi-tour dans la chambre de rotation et les ramènera par le tunnel en direction sud jusqu'à Silvertown. De là, il sera retiré du site via une barge.

La rotation du tunnelier pour le tunnel de Silvertown est susceptible de devenir un processus d'orientation pour d'autres projets nécessitant un double alésage, a déclaré Trashorras. "D'autres clients considèrent maintenant cela comme un potentiel pour de futurs projets où ils essaient de le faire aussi efficacement que possible et essaient de répondre à d'autres objectifs tels que le coût, l'empreinte carbone ou la réduction des matériaux", a-t-il déclaré. "Je ne peux pas divulguer quels clients, mais les gens sont très désireux de comprendre si cela a été un succès et s'il peut être présenté n'importe où ailleurs au Royaume-Uni."

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