Percer le substrat rocheux


 

Anja Kaulbach, Atlas Copco
Collaboration spéciale

 

Fondée en 1965 par Richard Mancini, la société Ric-Man Construction Inc. s’est spécialisée dans la construction souterraine et de tunnels. Récemment, la société s’est lancée dans des travaux en caisson pour la construction d’un site de déversoir d’eaux d’égout combiné à Dearborn, dans le Michigan. Conçu pour contenir 13,2 milliards de litres, ce site est l’un des plus importants actuellement en construction dans la région.

«Le site que nous construisons est conçu pour traiter les eaux d’égout d'origines combinées en cas de pluies et d'obstruction du système», explique Duane Mullica, directeur de l’exploitation chez Ric-Man Construction. «Avant le débordement, il existe une structure interne à l’intérieur du système qui libère le flux dans ce site, lequel emmagasine, prétraite et filtre les solides. Une fois que le centre de traitement des eaux est capable de gérer le flux additionnel, celui-ci est pompé à partir de ce site pour être réintégré dans le système et dans l'usine de traitement des eaux usées.»

Le projet a débuté en janvier 2008 par un important programme de cimentation de la roche et de stabilisation. L’élévation de l’eau est actuellement supérieure à l’élévation du sol dans cette zone. Par conséquent, cette phase était nécessaire pour éliminer toute infiltration d’eau pendant l’excavation et la construction du caisson, ce qui a débuté en janvier 2009. Le caisson autosabordable a été versé dans huit systèmes de monte-charge verticaux. Ric-Man s’est servie de six carotteuses Atlas Copco BBC 34W montées sur béquilles de Stockdale Mine Supply pour percer plus de 400 trous pour l’installation de boulons dans la face verticale de la roche pendant la construction des parois du caisson. Les boulons ont servi à fixer le maillage à la façade. Ric-Man a ensuite injecté 15 cm de béton projeté pour isoler la roche avant de verser enfin le béton final.

Le monte-charge 8 du caisson était sur le substrat rocheux à -42 m. Pour la dalle concave du caisson, Ric-Man a dû retirer et creuser 11 000 m3 de substrat rocheux, soit 15 m de matériaux supplémentaires.

À ce point, l’équipe de construction a dû faire un choix entre percer et dynamiter le substrat rocheux pour l’excavation, ou faire intervenir des marteaux-piqueurs hydrauliques pour accomplir la tâche. C’est cette deuxième solution qui a été choisie.

«Notre vrai défi concernant le perçage et le dynamitage sur ce site venait du fait qu’il s’agit d’une zone résidentielle», explique monsieur Mullica. «Les complications se sont révélées de plus en plus importantes au fur et à mesure que nous en parlions : coût et logistique liés au dynamitage, besoin de rassurer les habitants et leur garantir qu'il n'y aurait pas de dégâts pour leurs foyers et l'infrastructure. C’est également une question de sécurité. Il faut beaucoup d'entraînement et encore davantage d’assurance. Nous avons estimé qu’il devait y avoir une autre solution que le dynamitage.»

La plupart des projets dans la région de Dearborn font appel au perçage et au dynamitage pour retirer le substrat rocheux. Il y avait donc très peu d'exemples concernant le retrait ou l'excavation mécanique. Par conséquent, Ric-Man a commencé par rechercher à grande échelle des marteaux-piqueurs hydrauliques et s’est finalement décidée à contacter le distributeur d’Atlas Copco, AIS Construction Equipment, lequel l'a dirigé vers Scott Hendricks, directeur régional des ventes pour Atlas Copco.

«AIS et le directeur général Dave Pytlowany ont fait un excellent travail» indique Steve Mancini, président-directeur général de Ric-Man Construction. «Vous décrochez votre téléphone et ils sont là, nous aidant même à mettre en place la partie hydraulique. La disponibilité (des marteaux-piqueurs) et les données historiques nous ont aidés dans ce défi», ajoute-t-il. «Nous étions extrêmement à l’aise lorsque nous avons finalement opté pour Atlas Copco.»

Pour commencer le processus, Ric-Man a fait descendre deux engins de forage Atlas Copco ECM 590 dans le caisson afin de prépercer 600 forages de secours dans le substrat rocheux. Les trous de 5 cm et 7,5 cm ont été percés à une profondeur de 14 m sur des centres de 1,2 m. Ces trous ont permis de faciliter le travail des marteaux-piqueurs hydrauliques visant à rompre le matériau en fournissant à l’énergie d’impact une voie où aller, augmentant ainsi la productivité. Sans les trous de secours, le substrat rocheux solide se serait contenté d’absorber l’énergie d’impact.

Une fois les trous de secours percés, Ric-Man a apporté une excavatrice Koehring 1066 de 77 t pour faire intervenir d’abord les marteaux-piqueurs hydrauliques HB 7000, puis HB 10000.

«Il y a environ cinq ans, nous avons démonté tout l’excavateur, avons passé en revue ses pompes et ses moteurs d’entraînement, puis y avons installé un nouveau moteur Detroit Diesel à quatre temps. Cela forme vraiment une unité plus performante», indique monsieur Mancini. «L’avantage de ce modèle d’excavatrice est qu’il possède environ cinq pompes différentes. Il est donc facile de monter n’importe quel outil.»

Ric-Man a d’abord utilisé le modèle HB 7000, puis est passé au HB 10000 pour accroître la productivité sur le substrat rocheux. «L’association du HB 7000 et du HB 10000 s’est extrêmement bien passée», indique monsieur Mullica. «En fait, c’est aussi bien, voire mieux, que ce que nous avions prévu. Nous avons été en mesure de rompre, nettoyer et rejeter le matériau aussi vite que nous le pouvions.»

Steve Mancini ajoute : «Nous avons été extrêmement impressionné. Cela a bien fonctionné et nous avons percé quelques couches vraiment dures. Nous avons terminé dans les délais prévus et le soutien d'Atlas Copco par le HB 10000 nous a été très utile.»
Le caisson a un diamètre interne de 32 m, et Ric-Man a dû retirer le substrat rocheux jusqu’à une profondeur d’environ 13 m. Les couches de substrat rocheux n’avaient pas la même dureté et, à certains niveaux, celle-ci excédait les 12 000 psi. Ric-Man a traité en moyenne 170 à 260 m3/j, et environ 1,5 m par semaine horizontalement, même s'il a fallu huit jours pour faire une section de 1,2 m dans un matériau extrêmement dur.

Monsieur Mancini signale qu’ils auraient dû percer et dynamiter le noyau central s'ils n'avaient pas obtenu ces niveaux de production avec les marteaux-piqueurs. «Nous aurions encore dû rompre le «donut» extérieur et faire face aux questions de logistique et de délais pour couvrir tous les foyers, tous les services publics, etc. Il était simplement plus logique de coller à notre programme.

«Par ailleurs, Gene Bowers, notre directeur des travaux, a passé presque toute sa carrière à gérer des opérations de retrait de roche. Son expérience nous a beaucoup apporté et nous a permis de percer correctement.»
Ric-Man a terminé l’excavation du substrat rocheux en décembre 2009, puis a coulé la dalle de base du caisson. Le monte-charge final, numéro 9, était celui de la calotte du caisson, installé au niveau du sol. La construction du caisson a été terminée en avril 2010. Après cela, Ric-Man a achevé les branchements du système d’égout, intégrant les intercepteurs à la structure. Ric-Man Construction a également construit le bâtiment de contrôle sur site. La phase finale du projet consistait à aménager le site. Le projet a été terminé en juillet 2010.

«La qualité, l’expérience et la méthode que nous avons choisis pour mener à bien ce projet nous permet d’en envisager d’autres de ce type», explique Duane Mullica.

Steve Mancini conclut : «Le projet Dearborn est notre projet phare».

 

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