Analyse approfondie et solutions complètes de prévention des fuites d'eau et de boues lors du perçage de tunnels de bouclier

Les fuites d'eau et de boues constituent un risque fréquent lors du creusement de tunnels de protection pour les projets de métro et de tunnels. Cela se produit principalement au niveau du joint de bouclier, du joint d'articulation, du convoyeur à vis, des joints de segment, du système d'injection et de la chambre de sol. Déclenchées par une combinaison de facteurs, notamment l'usure des joints d'équipement, une mauvaise opération de construction, des performances inférieures des matériaux et des conditions hydrogéologiques complexes, de graves fuites peuvent entraîner un effondrement du sol, des dommages à l'équipement et des accidents de sécurité personnelle. Le traitement doit suivre le principe de la prévention d’abord avec une prévention et une atténuation intégrées. Il est essentiel de maintenir l’étanchéité des équipements, de normaliser la construction des chantiers, de contrôler la qualité des matières premières et de prévoir les risques géologiques. L'adoption de produits chimiques de soutien tels que la graisse anti-érosion pour queue de bouclier, l'agent moussant conditionnant les boues et le matériau de jointoiement haute performance peut réduire efficacement les risques de fuite et garantir un tunnelage sûr du bouclier.

1. Introduction : Risques de fuite de boues d’eau dans les tunnels du bouclier

Les tunnels de protection sont la méthode de construction courante pour les métros urbains, les tunnels de franchissement de rivières et les tunnels de services publics. Cependant, les fuites d’eau et de boues constituent un problème fréquent et difficile lors de l’excavation de boucliers dans des conditions souterraines complexes.

Selon les statistiques, plus de 60 % des défauts de qualité des tunnels de protection domestiques sont liés à des fuites d'eau et de boues.

● Des fuites mineures aggravent l'environnement de travail du tunnel et augmentent les retards de construction.

● Des accidents graves peuvent entraîner un affaissement du sol, un effondrement de la surface, des dommages aux équipements électriques et hydrauliques.

● Les infiltrations à long terme provoquent la corrosion de l'acier et la détérioration du béton, réduisant ainsi la durée de vie des tunnels et constituant même des menaces mortelles pour les travailleurs sur site.

Les fuites se concentrent sur plusieurs positions typiques, avec différents niveaux de risque et causes profondes.

2. Principales positions de fuite et causes profondes

2.1 Système de joint de queue de bouclier (position à risque le plus élevé)

Le joint de queue de bouclier se compose de brosses métalliques multibrins et de graisse d'étanchéité dédiée, pour bloquer les boues de remblayage et les eaux souterraines. Principales causes de fuite :

● Graisse de queue de bouclier inappropriée : volume insuffisant, pression d'injection faible ou graisse de mauvaise qualité emportée par les eaux souterraines.

● Pression de jointoiement simultanée excessive dépassant la limite de 0,5MPa, ce qui brise l'étanchéité de la brosse arrière.

● Mauvais assemblage des segments : décalage important des segments, coins de segments endommagés, joints d'étanchéité déformés ou tombés.

● Posture déraisonnable du bouclier : corrections excessives fréquentes et conduite en forme de serpent provoquant un dégagement inégal de la queue.

● Usure, déchirure ou déformation des brosses arrière du bouclier.

2.2 Système de joint d'articulation

Le joint d'articulation permet à la machine de bouclier de se déplacer le long d'alignements courbes. Dans un sol sableux riche en eau, de légères fuites peuvent rapidement évoluer en jaillissement d’eau et de sable. Principaux déclencheurs : joints d'étanchéité usés, graisse d'articulation insuffisante, angle d'articulation excessif lors du tunnelage courbe, boulons de connexion desserrés et défauts d'assemblage.

2.3 Jaillissement du convoyeur à vis

Le jaillissement se produit souvent dans les strates aquifères à haute perméabilité. Principales raisons : conditionnement inadéquat des déblais, fonctionnement de la chambre vide, vitesse de rotation des vis trop élevée, faible pression dans la chambre de mise à la terre et joints d'extrémité d'arbre endommagés.

2.4 Infiltration des joints de segment

Il s’agit d’un défaut de qualité courant à long terme dans les tunnels, couvrant la fabrication des segments, l’assemblage sur site et l’injection :

● Défauts des segments préfabriqués et joints d'étanchéité non qualifiés.

● Surfaces de joint sales, décalage des segments et force de pré-serrage des boulons insuffisante lors du montage.

● Injection simultanée insuffisante ou mal dosée, segment flottant après sortie de la coque arrière du bouclier.

2.5 Système d'injection simultanée

Les fuites proviennent de canalisations usées, de joints de bride défectueux, de joints d'étanchéité d'arbre de mélangeur endommagés et d'un rapport de mélange de coulis mal adapté.

2.6 Chambre de sol et front d'excavation

Les menaces proviennent principalement d'eaux confinées à haute pression, de grottes karstiques imprévues/zones de fracture de failles, d'une pression de support insuffisante et de la défaillance des joints des paliers principaux.

3. Influence des conditions géologiques et environnementales

La géologie est le facteur externe fondamental du risque de fuite.

● Géologie à risque extrêmement élevé : couche de sable riche en eau, strate de sable et de gravier, aquifère d'eau confiné, zone de fracture de faille et formations karstiques, caractérisées par une pression d'eau élevée et un coefficient de perméabilité élevé.

● Facteurs environnementaux : fluctuation saisonnière du niveau de la nappe phréatique, assèchement des fosses de fondation à proximité et surcharge de surface, qui peuvent rouvrir les joints du tunnel terminés et déclencher des infiltrations secondaires.

4. Contre-mesures complètes de prévention et de contrôle

Suivant le principe « La prévention d’abord, combiner la prévention avec le traitement ».

4.1 Gestion des scellés d'équipement

● Maintenir une injection suffisante et stable de graisse pour queue de bouclier et de graisse d'articulation, vérifier l'état d'injection pour chaque anneau.

● Contrôler régulièrement l'état d'usure des brosses arrière, des joints d'articulation et des joints d'arbre des vis de convoyage ; Remplacez les composants endommagés en temps opportun.

● Inspection complète de la rondeur et test d'étanchéité après le remontage du bouclier.

4.2 Contrôle de construction sur site

● Contrôlez strictement la pression d'injection simultanée inférieure à 0,5 MPa, assurez-vous d'un volume d'injection adéquat.

● Stabilise la posture de conduite du bouclier, évite les corrections fréquentes à grande portée.

● Améliorer la qualité de l'assemblage des segments, contrôler le décalage des segments, nettoyer les surfaces de joint et garantir le couple de pré-serrage des boulons.

● Optimiser la formule de conditionnement des déblais ; interdire les fouilles à chambre vide dans des sols riches en eau.

4.3 Contrôle de la qualité des matériaux

Effectuez une inspection stricte à l'arrivée des matériaux clés : graisse anti-affouillement pour queue de bouclier, joints d'étanchéité pour les segments, agent de conditionnement de mousse et matériaux de jointoiement. Les produits non qualifiés seront rejetés.

4.4 Alerte préalable aux risques géologiques et préparation aux situations d'urgence

● Effectuer des prévisions géologiques avancées avant le creusement d'un tunnel ; élaborer des plans de construction spéciaux pour les sections riches en eau à haut risque.

● Stocker le matériel de bouchage d'urgence, organiser des exercices d'urgence réguliers en cas d'accident de fuite d'eau et de boues.

5. Conclusion

Les fuites d'eau et de boues lors du creusement du tunnel du bouclier sont un problème de couplage multifactoriel causé par l'état de l'équipement, l'opération de construction, les performances des matériaux et les conditions géologiques. Aucune mesure ne peut à elle seule éliminer complètement les risques.

La sélection de matériaux chimiques de support performants (graisse anti-érosion pour queue de bouclier, agent moussant conditionneur de déblais, composé de jointoiement à haute résistance) joue un rôle essentiel dans l'amélioration de la fiabilité de l'étanchéité, l'amélioration des propriétés des déblais et la garantie de l'effet de remblai. Une correspondance raisonnable des matériaux et une gestion standardisée du site peuvent réduire efficacement les risques de fuite et garantir un tunnelage sûr et efficace.