Les tunneliers sont des équipements de pointe utilisés comme alternative au forage et au dynamitage de la roche et à l'excavation mécanique conventionnelle dans les sols mous. Le creusement mécanisé des tunnels a pris de l’importance avec la croissance rapide et l'expansion des projets d’infrastructures souterraines au cours des dernières années. Sika offre une vaste gamme de produits conçus spécialement pour être utilisés avec différents types de tunneliers, à travers tout le processus d'excavation et de construction de tunnel.
Avantages de l’utilisation des tunneliers pour l’excavation de tunnels
Les tunneliers réduisent les perturbations dans la zone d’excavation, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans les zones fortement urbanisées. Ils produisent également une paroi de tunnel lisse qui réduit le coût du revêtement final. Avec un tunnelier, le temps total d’excavation des tunnels longs est considérablement réduit, contrairement aux méthodes d’excavation traditionnelles.
Une variété de tunneliers a été présentée au cours des dernières décennies, notamment les tunneliers à pression de boue et les tunneliers à pression de terre pour sols meubles, les tunneliers à grippeurs (« grippers ») pour roche dure et les tunneliers à bouclier pour l’excavation sols en roche et autres terrains stables sans présence d’eau souterraine. Il existe également des tunneliers de plus petite taille (microtunneliers) fréquemment utilisé pour l’excavation d’infrastructures souterraines (conduites d’eau, d’égouts et autres réseaux), car ils permettent une excavation rapide, précise et propre (peu de poussière, moins de nuisances sonores) sans perturber la surface (travaux ‘’sans tranchée’’).
Solutions pour tunneliers
1. Mousses, polymères et adjuvants
L’injection de mousses, de polymères et d’autres adjuvants au front de taille du tunnel peut modifier les caractéristiques du sol mou, 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 la machine.
Mousses, polymères et additifs Sika
Comme on ne rencontre pas toujours des sols idéaux lors de l’excavation par tunnelier, l’utilisation de mousses de conditionnement de sol permet aux machines d’obtenir de meilleurs taux 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 liquides qui ont été formulés spécialement pour modifier les propriétés du sol lors d’une excavation à l’aide de tunneliers à pression de terre.
Afin de répondre aux attentes environnementales grandissantes et pour réduire l’impact écologique des déchets provenant des sols conditionnés et excavés par un tunnelier, Sika propose une gamme alternative d’agents moussants pour tunneliers de la famille Sika® Stabilizer TBM, qui possède une formule sans glycol adaptée. Compte tenu de la géologie du tunnel et des conditions du chantier, l'utilisation de ces produits peut refléter un impact environnemental plus positif des agents moussants.
Les applications typiques des polymères Sika dans le processus d’excavation par 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
Les polymères absorbeurs d’eau, les modificateurs de viscosité ou les stabilisateurs pour mousse de la gamme Sika® Stabilizer TBM sont spécialement formulés pour les excavations par tunnelier.
Bien que les mousses soient souvent le matériau le plus utilisé, elles ne sont pas le seul produit qui peut être considéré. Des produits additionnels peuvent être utilisés afin d’obtenir différents résultats lors de l’avancement et des excavations par tunneliers.
La gamme Sika® Stabilizer TBM comprend aussi des produits spéciaux, sous forme liquide, tels que des nettoyants pour tête de coupe, des additifs antimousse ou des réducteurs de friction.
2.Mastic pour les moteurs d’entraînement
Un des composants les plus importants et coûteux du tunnelier est le moteur d’entraînement principal. Afin de conserver sa bonne condition, il doit être bien scellé et lubrifié. L’expérience a démontré que la plupart des bris au moteur d’entraînement d tunnelier sont reliés au manque de lubrification ou à l’entrée de contaminants provenant de l’extérieur du tunnelier. C’est pourquoi il est essentiel que le système fonctionne avec des produits fiables. Les produits pour tunnelier Sika® Stabilizer TBM protègent le moteur d’entraînement principal en prévenant son contact avec les contaminants comme l’eau, la boue, la poussière et la mousse.
Mastics Sika pour moteurs d’entraînement
Les mastics Sika ont été spécialement conçus et développés avec une formule sans hydrocarbure à base d’huile végétale, qui empêchent la contamination par des déblais et qui sont aussi résistants à l’eau et à la pression géostatique.
La gamme Sika® Stabilizer TBM comprend un mastic pour moteur d’entraînement de tunnelier possédant une prise élevée et une adhérence aux surfaces métalliques, avec une résistance élevée à l’effacement. Il possède aussi de bonnes propriétés de lubrification et de pompage.
3.Graisses pour joints de queue
Les graisses pour joints de queue sont injectées entre les rangées de brosses situées entre la jupe et les voussoirs pour prévenir les infiltrations d’eau, de sol et de coulis de remblai dans le tunnelier. Les produits Sika® Stabilizers sont spécialement conçus pour une utilisation sécuritaire dans les zones urbaines et aux endroits où les eaux souterraines pourraient entrer en contact avec le tunnelier, pour protéger l’environnement de la pollution.
Solutions Sika pour le graissage des joints de queue
Les graisses Sika ont été spécifiquement conçues et développées avec une formulation spéciale qui réduit la contamination par les déblais excédentaires et qui est aussi résistante à l’eau et à la pression géostatique.
Dans sa gamme de produits Sika® Stabilizer TBM, Sika a développé des graisses pour joints de queue pouvant être utilisés lors du premier remplissage et pendant l’avancement des tunneliers à bouclier. Les graisses sont utilisées pour remplir le joint situé entre la machine 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, empêcher les infiltrations d’eau, le scellement permanent et l’imperméabilisation, en plus du remplissage des vides et des cavités, et plus encore.
Sika Solutions for Injections
Water ingress and wash-out with the development of uncontrolled cavities presents a security risk to personnel & equipment along with potentially major costs for hard rock and gripper TBMs. SikaFix® injection technologies are highly efficient in solving such problems, as the cured material is easily cut by the TBM. The performance is not changed in the presence of water.
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. Le temps de réaction de la résine peut être ajusté entre 2 et 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 mûrie, contrairement aux mousses PU qui se collent à la tête de coupe du tunnelier plutôt que de se couper facilement. Le SikaFix®-501 présente une excellente performance en matière de coûts comparativement aux autres produits de préinjection pour tunneliers et il est surtout utilisé pour stabiliser les formations géologiques fracturées présentant une grande quantité de vides ou de cavités.
SikaFix® 601 : Résine d’injection bicomposant à base de silicate avec un temps de réaction court (environ 40 secondes) qui mûrit en une résine solide haute résistance, sans développer de mousse. Il présente une excellente adhérence, même sur les surfaces mouillées, le SikaFix® 601 est donc souvent utilisé pour la consolidation de roche et pour contrôler le dynamitage excessif dans les tunnels. Le produit est aussi offert en version thixotropique pour une utilisation lors d’application en sous-face et pour l’injection de boulons autoperçants.
5. Réparation et collage de convoyeurs à bande
Les industries de percement de tunnels et de l'exploitation minière sont parmi les plus grands secteurs industriels du monde où les systèmes de convoyeurs à bande en caoutchouc sont utilisés. L'expertise de Sika peut fournir des options supérieures en matière de coût et de performance pour le collage et la réparation des courroies et composants en caoutchouc pour de nombreuses applications.
Solutions de réparation et collage Sika pour les convoyeurs à bande
SikaBond® R&B-100 est idéal pour des réparations avec une remise en service rapide des convoyeurs à bande.
Système bicomposant haute performance à base de résine synthétique élastomère renforcé de tissus et d’acier spécialement conçu pour la réparation de convoyeurs à bande. Il est généralement utilisé pour réparer les dommages communs non structurels tels que les trous, les coupures et les extrémités déchirées causées par la roche. Ces réparations prolongent la durée de vie en service du convoyeur à bande. Une fois appliqué sur un substrat correctement préparé, le SikaBond® R&B-100 mûrit et développe des propriétés mécaniques
remarquables.
La vulcanisation du caoutchouc prend du temps et peut également être une activité coûteuse nécessitant 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 exceptionnels à l’échelle mondiale.
Les SikaBond® R&B-200/210 constituent des systèmes de collage souple à mûrissement rapide conçus pour remplacer les fixations mécaniques et les attaches telles que les rivets, les vis ou les soudures, 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 est activement impliqué dans plusieurs projets de tunnels à travers le monde, offrant une vaste gamme de produits de remblayage pour tunnelier répondant aux exigences spécifiques à chaque projet.
Solutions Sika pour coulis de remblayage
L’excavation avec les tunneliers à bouclier consiste à installer des voussoirs de béton préfabriqués pour former le tunnel et à laisser un espace annulaire entre les voussoirs et le sol. Le remblayage de cet espace annulaire est une exigence très importante car il assure un contact homogène avec le sol, assure le transfert de la charge du tunnelier et peut également contribuer à l'imperméabilisation du tunnel.
Différents types de matériaux de remplissage ont été développés dont les mortiers à prise hydraulique et les coulis bicomposant. Sika offre une gamme complète de stabilisateurs, de retardateurs et d’accélérateur pour préparer le coulis de remblayage.
SikaTard®
Sika® ViscoCrete®
SikaSet®
Plastiment®
Le coulis d’injection bicomposant est généralement composé d’un mélange d’eau, de ciment, de bentonite avec un retardateur (composant A) et un accélérateur (composant B). Les ingrédients sont mélangés juste avant que le composant A soit injecté par la jupe et se transforme 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 mûrir et de durcir.
Les produits SikaTard® et Plastiment® de Sika sont utilisés pour obtenir les effets de fluage et de retardement désirés
Ensuite, les accélérateurs SikaSet® ou Sigunit® sont utilisés pour contrôler le temps de prise, de mûrissement et le processus.
7. Adjuvants pour béton projeté et voussoirs de 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 manufacturés ajoutés pendant le malaxage du béton pour améliorer les propriétés spécifiques du béton frais ou durci, comme l’ouvrabilité, la durabilité ou la résistance initiale ou finale.
Solutions Sika pour béton projeté et voussoirs en béton
Les mélanges modernes de béton projeté font appel aux technologies modernes de manipulation des matériaux en plus des technologies cimentaires dans 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. Le développement de la résistance est influencé de façon positive par la double action du superplastifiant et l’effet de l’accélérateur.
SikaTard® : Une gamme complète d’adjuvants développée pour réguler l’hydratation du béton projeté ce qui permet une ouvrabilité prolongée de sorte que la projection continue de mélange frais puisse se poursuivre sans difficulté pendant des périodes définies, selon les besoins.
Sigunit® : Une gamme complète d’accélérateurs alcalins et sans alcalis pour béton projeté offrant un développement de la résistance selon la courbe de stabilité du produit (J1, J2 et J3).
Dans la construction moderne avec les tunneliers, la portion permanente du tunnel est produite avec des voussoirs de béton préfabriqué. Ce type de béton nécessite généralement des solutions pour la conception du mélange.
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Béton pour revêtement intérieur
Le volume de béton nécessaire pour le revêtement intérieur des tunnels est très grand et c’est pourquoi la rentabilité du mélange est un aspect important. Le béton doit fluer facilement pour qu’il puisse être versé dans les moules, il ne doit pas ressuer ou se séparer, il doit fournir une résistance initiale élevée pour assurer une production et une rotation des moules rapides.
Les exigences de consistance, de stabilité et de résistance initiale sont contrôlées avec l’utilisation de la technologie Sika® ViscoCrete®. Des adjuvants Sika supplémentaires, comme Sikament® et SikaPlast®, sont aussi ajoutés et utilisés afin de répondre aux exigences spécifiques. Si un retardateur est nécessaire, le SikaTard® est utilisé. Pour ce qui est des adjuvants entraîneur d’air, la solution est le Sika®Air.
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 mûrissement et démouler les voussoirs le plus rapidement possible. Avec son effet hautement plastifiant, un rapport faible 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 ont été développés avec la technologie Sika® ViscoCrete®. Les lubrifiants de moule Sika® Separol® sont utilisés pour assurer un démoulage facile et pour améliorer les surfaces de béton. Dans certaines conditions, les voussoirs formant le revêtement permanent peuvent être soumis à l’influence négative de l’eau souterraine. Lorsque les voussoirs nécessitent une protection contre ces agresseurs, la gamme Sikagard® propose un enduit époxy à dispersion aqueuse conçu pour offrir un niveau de protection élevée pour répondre à la tâche.
