EP2313614A2 - Procede de construction d'une galerie souterraine ou d'un puits permettant de realiser un bouchon etanche pour un stockage de dechets dangereux et notamment radioactifs - Google Patents

Procede de construction d'une galerie souterraine ou d'un puits permettant de realiser un bouchon etanche pour un stockage de dechets dangereux et notamment radioactifs

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Publication number
EP2313614A2
EP2313614A2 EP09737050A EP09737050A EP2313614A2 EP 2313614 A2 EP2313614 A2 EP 2313614A2 EP 09737050 A EP09737050 A EP 09737050A EP 09737050 A EP09737050 A EP 09737050A EP 2313614 A2 EP2313614 A2 EP 2313614A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gallery
face
prior
digging
plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09737050A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Habib
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Polytechnique
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Polytechnique filed Critical Ecole Polytechnique
Publication of EP2313614A2 publication Critical patent/EP2313614A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1053—Making by using boring or cutting machines for making a slit along the perimeter of the tunnel profile, the remaining core being removed subsequently, e.g. by blasting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/16—Modification of mine passages or chambers for storage purposes, especially for liquids or gases

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an underground gallery, or a well, for a deep installation in a geological medium intended to receive hazardous and especially radioactive waste. This process will make it possible to construct a waterproof cap during the closure of the storage.
  • the future of hazardous waste has long been a problem, particularly for radioactive waste from nuclear power plants or spent fuel reprocessing plants.
  • nuclear waste particularly high-level and long-lived waste
  • long-term storage in a "geological" layer that is to say in deep layers of a material selected for its purpose, is envisaged. very high mechanical and chemical stability.
  • the choice of these layers may vary according to the country and the site, for example to a depth of the order of 300 to 500m and in materials such as argillites, shales or granite.
  • some of these wastes can create additional constraints, for example by producing heat during the first stages of storage, for a few hundred years.
  • the methods envisaged for sealing are based on the filling of access tunnels with bentonite, and the sealing of tunnels by injecting a suspension of bentonite into the walls so that they resist hydraulic pressure in the case water circulation ducts.
  • the stability and sealing performance for this type of storage is an important point, to prevent water infiltrations from entering the storage cells, at the risk of damaging the containers, and do not come out at the risk of contaminating the surrounding subsoil and groundwater in their underground route.
  • EDZ Excavated Damaged Zone
  • EDZ Excavated Damaged Zone
  • These cracked areas do not always occur immediately, but develop over a period of time, depending on the nature of the environment and the depth of storage.
  • Their extension can be signaled by audible crunches. For example, in the Mont-Blanc tunnel, in granite and under heavy cover, this period lasted more than a week.
  • EP 1 760 256 Another solution proposed by EP 1 760 256 is to use an automated machine provided with a tool carrying arm to resize the walls to a certain thickness, to eliminate the damaged part and thus achieve a specific profile before the pouring of a concrete plug.
  • this new excavation itself causes a damaged area because of the tools used, or even simply that there is a new relaxation of internal pressures that still remain behind the new surfaces exposed.
  • An object of the invention is to allow a good seal to gases or liquids in good conditions of reliability and stability over time, around the galleries or wells once the plugs are sealed.
  • the invention proposes a method of producing a gallery or wells in particular according to the claims below.
  • the invention proposes to provide this plug in a gallery that has not been disturbed by a face size. For this, as paradoxical as it may seem, it is proposed to make part of the gallery (or well) in an area far from the face of size, that is to say, in front of the face of size.
  • One principle of this method is to remove the face of size, which is the main source of damage and cracking of the host mass, the area where we must provide for the installation of a plug, or less of
  • the invention proposes a method of producing a gallery leading to an underground installation intended for the medium or long term storage of hazardous waste.
  • this method comprises an excavation of at least a predetermined length of this gallery by employing a method of preparation prior to digging.
  • any method of prior preparation is considered unnecessary in very stable materials such as those excavated during the digging of such storage facilities.
  • no reinforcement can be obtained with respect to this type of material, or only to a small extent.
  • the stable and often strong nature of such materials for example granite or argillite, makes any further processing of the material before excavation difficult and expensive, in time as well as in work and equipment.
  • the invention proposes to use such a method of preparation (protection and / or reinforcement), not to facilitate the construction of the gallery but to obtain a better subsequent seal of this gallery, despite the additional efforts that may represent and despite this prejudice of uselessness.
  • the invention proposes to minimize as much as possible the dimensions of the holes or boreholes used to perform this prior preparation, which allows to minimize the risk of damage caused by these preliminary drilling or to avoid them completely.
  • several small boreholes may be used rather than a single bore of larger dimensions, for example to excavate the volume necessary for the establishment of a prior protection in front of the face or to allow the implementation place of tie rods.
  • the protective structures implanted prior to the main excavation will preferably have compact dimensions. Preferably, they will be full and it will avoid making a posteriori empty spaces or compressible inside to limit the risk of damage that could create future crash. It should be noted that this choice goes rather against the methods often used to obtain a better mechanical resistance by limiting the contribution of material, in which it is common to use or to realize hollow structures having large external dimensions
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a multi-storage level cavities within an underground radioactive waste storage facility
  • FIG. 2 is a diagrammatic view of a horizontal tunnel in the course of digging according to the prior art and of the damaged zone surrounding it, respectively in cross-section, in horizontal section, and in vertical longitudinal section in the region; the face of the waist
  • - FIGURE 3 is a schematic vertical half-sectional view of a gallery portion made according to the first embodiment with prior implantation of retaining elements;
  • FIGURE 4 is a schematic view of a frustoconical shell 324 constructed around a portion of the gallery of FIGURE 3;
  • FIGURE 5 is a schematic horizontal sectional view of the gallery of FIGURE 3;
  • FIGURE 6 is a schematic horizontal sectional view of a tunnel being excavated according to the second embodiment of the invention using consumable anchor bolts implanted alternately in three successive groups;
  • FIG. 7 is a schematic view in horizontal section of a gallery being excavated according to an embodiment combining prior implantations of retaining elements a prior reinforcement of the working face by means of consumable anchor bolts;
  • FIGURE 8 is a schematic view in longitudinal section of a gallery comprising a sealing plug during leak test.
  • gallery is used here to indicate indifferently a horizontal gallery, or also a vertical shaft, or a descent, or also pipes at all intermediate inclinations.
  • FIG. 3 illustrates a first embodiment of the invention using an implementation of retaining elements 321 to 324 before the digging of the gallery and as and when progession 219 (see FIGURE 2).
  • the part 301 has already been hollowed in the conventional manner.
  • the intermediate portion 302 is being excavated and is intended to subsequently receive a sealing plug.
  • Part 303 is not yet dug, and will be conventionally after completion of the intermediate portion 302.
  • the portion 302 is constructed sheltered frustoconical hulls 321 to 324 of horizontal axis and nested one inside the other.
  • the shells already constructed 321 to 323, as well as the hull 324 under construction, are made by means of a series of boreholes 32410 made in the periphery of the face of size 309. These drillings are contiguous to each other and inclined so as to move away from the axis of the gallery to dig. They are for example dug by means of a chain mechanism, comparable to a chainsaw, but working end.
  • These holes 32410 are then filled 32419 concrete to form a segment 3241 forming part of a truncated cone 324 (shown separately in FIGURE 4) surrounding an area 3240 of the future gallery.
  • FIGURE 5 thus illustrates the result of the operation in a long sectional cut: the parts 301 and 303 normally excavated each have a damaged zone 391 and 393, in contrast to the portion 302 intended to receive the plug.
  • the digging of the housing 3241 to receive the concrete to form the hull portion 324 creates only negligible damage, perhaps a hundred times smaller than that of the zones 391 and 393 generated by the conventional digging of the gallery.
  • each of the holes 32410 made has a very small dimension which therefore causes only a very small damaged area, or none at all.
  • These holes are for example of a maximum diameter of 10cm to 15cm, or even 15cm to 20cm in the case of chain drilling equipment.
  • the frustoconical hulls 322, 323 and 324 have thus been entirely made in areas undisturbed by a face of size, and do not have the disadvantages of the damaged zone (EDZ) known in the current state of the art.
  • EDZ damaged zone
  • FIG. 6 illustrates a second embodiment of the invention using consumable anchor bolts implanted in the material in front of the face of the face and / or on its periphery, and as the progression progresses.
  • the first part 601 has already been dug, in a conventional manner.
  • the second part 602 is being excavated and is intended to subsequently receive a sealing plug.
  • the pre-build method of preparation used herein includes the implantation of tie rods 621 to 623 consumable and sealed onto full length, to arm the front of size 609.
  • These tie rods are embedded in narrow holes drilled in the front of the tail 609 and / or its periphery.
  • These tie rods are for example fiberglass with a length of the order of three times the diameter of the gallery, for example between 2.5 and 4 times this diameter. They are sealed in the material of the face of size; they are distributed substantially uniformly over the surface of the face and / or its periphery.
  • This armed volume may correspond to the substantially cylindrical volume of the future duct, but may also be provided to occupy a slightly conical volume widening in the direction of progression 609, at an angle of, for example, between 0 ° and 10 °.
  • These tie rods strengthen the area of the face. They are of different lengths 621, 622 and 623 and implanted by successive thirds. They are destroyed during the advanced digging along the entire length of the area where we try to avoid deformation of the medium, so its cracking. New long rods are implanted by a third of the total number of tie rods each time the digging advances one-third of the length of these rods.
  • a third embodiment which does not require any particular representation here, comprises the use of a method of freezing the solid mass beyond the face of the face, which allows an increase in the resistance of the medium when the interstitial water is turned into ice over ten meters in length.
  • the material is then excavated in its frozen form, which prevents the formation of a damaged area around the excavated gallery.
  • This freezing can be carried out with means and according to methods used in extreme cases for the crossing of an unstable zone by a tunnel. It can be done on all or part of the tunnel volume in the location of the future cap.
  • the method according to the invention preferably comprises a preliminary thermo-hydro-mechanical study of the material to be digged.
  • FIGURE 7 illustrates an embodiment combining prior implementations of support elements and means for anchoring the face, for example as described above.
  • the anchoring means may be combined without departing from the scope of the invention.
  • FIGURE 7 illustrates an embodiment combining prior implementations of support elements and means for anchoring the face, for example as described above.
  • the anchoring means may be combined without departing from the scope of the invention.
  • FIGURE 7 illustrates an embodiment combining prior implementations of support elements and means for anchoring the face, for example as described above.
  • the anchoring means for example as described above.
  • 621 to 623 may be arranged to exceed EA thickness outside the 600 series, for example to still imin the damage caused by the frustoconical hulls of drilling 321 to 323
  • the invention may then include the specific use of a prior reinforcement method in certain areas of the gallery or the face when there is a greater risk of creating an EDZ.
  • the invention also proposes a method for verifying the tightness of a plug, for example installed in an excavated tunnel according to the invention.
  • FIG. 8 thus illustrates how to test a gallery produced according to the invention on a part 802 and comprising a plug 805 and the device for checking the tightness around the gallery.
  • the tested gallery comprises the treated part 802, which has been produced according to the invention. It is located between a part 803 called upstream on one side, for example on the storage side, and a part 801 called downstream on the other side.
  • a central plug 805 is made according to known methods within the treated portion 802.
  • an upstream annular chamber 831 is created by installing a plug 832 d it upstream.
  • an annular chamber 811 called downstream is created by installing a plug 812 called downstream.
  • the upstream plugs 832 and downstream 812 may also be an integral part of the central plug 805, which then has a shape releasing an annular space forming the upstream 831 and downstream 811 chambers.
  • a pressure pi is imposed in the upstream chamber 831 and the evolution of the pressure p2 prevailing in the downstream chamber 811 is recorded to evaluate the leakage rate and the leaktightness of the gallery around the central plug 805.
  • Wileveau Y., Bernier F. Similarities in the hydraulic-mechanical response of Callovo-Oxfordian clay and clay boom during excavation gallery. Clays in Natural & Engineered Barriers for Radioactive Waste Confinement. 3 rd International Meeting. Lille, September 17 to 20, 2007. page 149.

Landscapes

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  • Soil Sciences (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de construction d'une galerie souterraine ou d'un puits permettant d'y placer ultérieurement un bouchon étanche pour une installation souterraine de stockage de déchets dangereux et notamment radioactifs. Ce procédé comprend une excavation d'au moins une longueur déterminée de ladite galerie réalisée en employant une méthode de protection des matériaux, au cours du creusement, dans une partie de ladite galerie destinée à recevoir ultérieurement un bouchon d'étanchéité aux liquides ou aux gaz. La méthode de protection peut être une implantation de soutènements préalable à l'avancée du front de taille, ou le renforcement des fronts de taille successifs par des ancrages consommables, ou par une congélation en avant du front de taille, ou par une combinaison de ces méthodes.

Description

« Procédé de construction d'une galerie souterraine ou d'un puits permettant de réaliser un bouchon étanche pour un stockage de déchets dangereux et notamment radioactifs »
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une galerie souterraine, ou d'un puits, pour une installation profonde dans un milieu géologique destiné à recevoir des déchets dangereux et notamment radioactifs. Ce procédé permettra de construire un bouchon étanche lors de la fermeture du stockage. Le devenir des déchets dangereux est un problème qui est posé depuis longtemps, en particulier pour les déchets radioactifs provenant des centrales nucléaires ou des usines de retraitement des combustibles usés. Dans le cas des déchets nucléaires, en particulier les déchets à Haute Activité et Vie Longue, il est envisagé un stockage à long terme en couche « géologique », c'est-à-dire dans des couches profondes d'un matériau choisi pour sa très grande stabilité mécanique et chimique. Le choix de ces couches peut varier selon les pays et selon les sites, par exemple à une profondeur de l'ordre de 300 à 500m et dans des matériaux tels que les argilites, les schistes ou le granité. Ces déchets posent des problèmes du fait de leur dangerosité vis à vis du vivant, associée à une très longue durée de vie, des demi-vies de quelques centaines d'années à quelques centaines de milliers d'années. De plus, certains de ces déchets peuvent engendrer des contraintes supplémentaires, par exemple en produisant de la chaleur pendant les premiers temps de leur stockage, pendant quelques centaines d'années.
De telles installations de stockage sont envisagées depuis longtemps, par exemple depuis 1978 pour les projets suédois, mais n'ont pas toujours débouché sur des solutions technologiques satisfaisantes. Ce type d'installation comprend en général un certain nombre de puits et galeries menant à des alvéoles verticales ou horizontales. Ces alvéoles doivent être remplies de déchets en conteneurs, entourés de matériaux tampons tels que de la bentonite.
Le document US 4,725,164 d'origine suédoise décrit ainsi un processus d'excavation pour la réalisation d'une installation souterraine de type « WP-cage », dans un terrain extrêmement résistant tel que du rocher. Cette structure comprend un espace principal central de grandes dimensions recevant les déchets, entouré de tunnels ( 16) annulaires rempl is de bentonite et d'une série de puits formant une « cage hydraulique » autour de la cavité principale pour protéger celle-ci des infiltrations d'eau.
Les méthodes envisagées pour réaliser l'étanchéité sont basées sur le remplissage des tunnels d'accès avec de la bentonite, et l'étanchéification des tunnels en injectant une suspension de bentonite dans les parois pour qu'elles résistent à la pression hydraulique dans le cas des conduits de circulation d'eau.
D'autres projets, en particulier actuellement en France, envisagent une structure répartie comprenant de multiples alvéoles creusées dans des terrains extrêmement stables, dont les tunnels d'accès sont ensuite fermés de façon étanche par des bouchons localisés. Ainsi qu'illustré en FIGURE 1, lorsqu'une alvéole 101 est remplie de déchets elle est scellée par un bouchon 102, par exemple en béton coulé dans sa galerie d'accès. De même pour les galeries de service 103 : lorsque le travail de remplissage de plusieurs alvéoles 101 dans un quartier est terminé, la galerie de service correspondante peut être scellée par un bouchon 104 en fonction des besoins éventuels de réversibilité du stockage. La galerie d'accès 105 aux galeries de service 103 est bouchée de façon similaire 104 ainsi que le dernier puits 107 par un bouchon 106. Tout cela peut s'étendre sur de nombreuses années, le dernier puits pouvant n'être fermé qu'une centaine d'années après le creusement initial. Les performances de stabilité et d'étanchéité pour ce type de stockage sont un point important, pour éviter que des infiltrations d'eau ne pénètrent dans les alvéoles de stockage, au risque de détériorer les conteneurs, et n'en ressortent au risque de contaminer le sous-sol environnant et les nappes phréatiques dans leur parcours souterrain. À grande profondeur autour d'une cavité souterraine, il se produit tout autour d'elle une zone fissurée appelée « Excavated Damaged Zone » (EDZ) ou zone endommagée par l'excavation. Ces zones fissurées ne se produisent pas toujours immédiatement, mais se développent pendant un certain temps, fonction de la nature du milieu et de la profondeur du stockage. Leur extension peut se signaler par des craquements audibles. À titre d'exemple, au tunnel du Mont-Blanc, dans du granité et sous forte couverture, cette période a duré plus d'une semaine.
Cette zone endommagée est beaucoup plus perméable que le massif environnant et les fissures sont pratiquement impossibles à refermer lorsque leurs faces ont glissé l'une par rapport à l'autre. Autour des différents ouvrages de stockage, des circulations d'eau peuvent ainsi se produire et éventuellement entraîner des produits radioactifs hors du stockage. Il est donc nécessaire d'empêcher que ces fissures se produisent. II a été proposé de sceller les fissures pouvant être présentes dans la roche en injectant des coulis de ciment ou de silicate de sodium. Il est à craindre que toutes les fissures ne soient pas suffisamment traitées pour obtenir une étanchéité satisfaisante ou proche des caractéristiques du matériau d'origine et/ou que la pérennité des coulis ne soit pas suffisante. Une autre solution proposée par le document EP 1 760 256 est d'utiliser une machine automatisée munie d'un bras porteur d'outil pour retailler les parois sur une certaine épaisseur, pour él iminer la partie endommagée et réaliser ainsi un profil spécifique avant la coulée d'un bouchon de béton. Il est cependant possible que cette nouvelle excavation provoque elle-même une zone endommagée du fait des outils utilisés, ou même simplement que se produise une nouvelle relaxation des pressions internes qui subsistent toujours derrière les nouvelles surfaces mises à nu.
Un but de l'invention est de permettre une bonne étanchéité aux gaz ou aux liquides dans de bonnes conditions de fiabilité et de stabilité dans le temps, autour des galeries ou des puits une fois les bouchons scellés.
Ainsi qu'illustré en FIGURE 2, au cours de la construction d'un tunnel 200, la position de sa surface 201 provient d'un déplacement vers le vide depuis sa position initiale 202 dans le massif (en pointillés sur la FIGURE 2) Pour limiter ce déplacement dans un tunnel à section droite circulaire, on y place des soutènements 210, ce qui diminue les contraintes dans le massif lui-même.
Si les contraintes dans le massif sont égales au poids de terre γ.z, la contrainte tangentielle verticale en paroi dans le massif, d'après la théorie de l'élasticité, est σz = 2.γ.z, mais le soutènement en supporte une grande partie. Les contraintes principales tangentielles verticale et horizontale au sommet du front 209 (schématisé par une demi sphère) sont : σz = σH = l,5.γ.z mais comme il n'y a pas de soutènement au front la matière y est plus sollicitée que le long du tunnel : les déplacements et la fissuration peuvent y être beaucoup plus grands que dans la partie linéaire du tunnel
Les grands déplacements engendrent localement de grandes déformations ; au-delà d'un certain seuil de déformations, des ruptures, des fissures ou des surfaces de glissement apparaissent, engendrant des espaces souvent impossibles à se refermer même sous de fortes pressions. Des observations faites dans le laboratoire souterrain de l'ANDRA dans la Meuse-Haute Marne, ont montré que ces déformations sont suffisamment importantes pour faire apparaître fissures et surfaces de glissement près du front, et que des lignes de glissement correspondantes se retrouvent tout le long de la partie rectiligne 208 d'une galerie de service : la partie essentielle de l'EDZ est créée autour du front.
Des observations analogues ont été faites lors de la construction du laboratoire souterrain belge à Mol dans des argiles qui étaient suffisamment stables pour que les parois puissent être soutenues simplement par des cintres coulissants. Mais les désordres au front étaient très importants lorsqu'il n'était pas protégé par une coque de béton projeté " .
Après construction selon l'art antérieur, que ce soit par explosifs ou par excavatrice, une telle galerie 200 se trouve donc dans un milieu qui a été préalablement fortement perturbé par le creusement du front de taille 209, ainsi que par la relaxation des contraintes internes dues à la pression supportée par le massif rocheux.
L'invention propose un procédé de réalisation de galerie ou de puits en particulier selon les revendications ci-après.
Les positions des bouchons ayant été choisies avant le début de la constru ction , i l convient de les protéger et les a mén ager dès leu r construction par des ouvrages de soutènement et des revêtements mis en place au cours du creusement ou aussitôt après. On évite ainsi de laisser à découvert les zones choisies pendant de nombreuses années, pendant lesquelles ces zones risqueraient de se dégrader du fait du fluage à long terme, du vieillissement des matériaux et de leur altération (notamment pour les puits avec les variations thermiques ou hydrométriques, ou des niveaux de nappes, etc.).
Pour obtenir une étanchéité autour du futur bouchon, l'invention propose de prévoir ce bouchon dans une galerie qui n'a pas été perturbée par un front de taille. Pour cela, aussi paradoxal que cela puisse paraître, il est proposé de réaliser une partie de la galerie (ou du puits) dans une zone loin du front de taille, c'est-à-dire en avant du front de taille.
Un principe de ce procédé est d'éloigner le front de taille, qui est la principale source de dommage et de fissuration du massif d'accueil, de la zone où l'on doit prévoir la mise en place d'un bouchon, ou au moins de
« construire » la galerie, et possiblement son soutènement, avant même que la galerie soit creusée.
Plus particulièrement, l'invention propose un procédé de réalisation d'une galerie menant à une installation souterraine destinée au stockage à moyen ou long terme de déchets dangereux. Selon l'invention, ce procédé comprend une excavation d'au moins une longueur déterminée de cette galerie en employant une méthode de préparation préalable au creusement.
Il s'agit de construire, préalablement au creusement, une protection du massif que traversera la galerie ou un renforcement du massif dans la partie destinée à recevoir ultérieurement un bouchon d'étanchéité aux liquides ou aux gaz.
Habituellement, toute méthode de préparation préalable est considérée comme inutile dans des matériaux très stables comme ceux excavés lors du creusement de telles installations de stockage. De plus, aucun renforcement ne peut être obtenu par rapport à ce type de matériaux, ou seulement dans une infime mesure. Plus encore, la nature stable et souvent résistante de tels matériaux, par exemple le granit ou l'argilite, fait que tout traitement supplémentaire du matériau avant excavation serait difficile et coûteux, en temps comme en travail et en matériel.
Dans l'état de la technique, une telle préparation préalable au creusement n'est utilisée que dans les terrains instables pour pallier les risques d'effondrement du front de taille et de la zone non encore étayée. Dans les matériaux concernés ici, une telle méthode de préparation préalable serait inutile s'il s'agissait uniquement de la construction d'une galerie.
Ainsi, l'invention propose d'utiliser une telle méthode de préparation (protection et/ou renforcement), non pour faciliter la construction de la galerie mais pour obtenir une meilleure étanchéité ultérieure de cette galerie, malgré les efforts supplémentaires que cela peut représenter et en dépit de ce préjugé d'inutilité.
En particulier, l'invention propose de minimiser autant que possible les dimensions des trous ou forages utilisés pour réaliser cette préparation préalable, ce qui permet de minimiser les risques d'endommagement occasionnés par ces forages préalables voire de les éviter complètement. Ainsi, plusieurs forages de petites dimensions pourront être utilisés plutôt qu'un seul forage de dimensions plus importantes, par exemple pour excaver le volume nécessaire à la mise en place d'une protection préalable en avant du front de taille ou pour permettre la mise en place de tirants. Pour ces raisons entre autres, les structures de protection implantées préalablement à l'excavation principale seront de préférence de dimensions compactes. De préférence, elles seront pleines et on évitera de réaliser à posteriori des espaces vides ou compressibles à l'intérieur pour limiter les risques d'endommagement que pourrait créer de futurs écrasement. Il est à noter que ce choix va plutôt à rencontre des méthodes souvent mises en oeuvre pour obtenir une meilleure résistance mécanique en limitant l'apport de matière, dans lesquelles il est courant d'utiliser ou de réaliser des structures creuses présentant de grandes dimensions extérieures
II est à noter que tout ou partie de ces méthodes de préparation préalable sont connues dans le domaine du creusement de mines ou de tunnels de franchissement. Ces méthodes connues peuvent être utilisées pour mettre en œuvre le procédé de l'invention, telles quelles ou modifiées ou combinées entre elles de différentes façons.
La description ci-après présente pl us en détail des méthodes de construction avec préparation préalable, par protection préalable ou par renforcement préalable, utilisables dans le cadre de l'invention. Certaines caractéristiques des méthodes de préparation préalable ici décrites peuvent être communes avec des méthodes utilisées en génie civil ou minier pour le franchissement de zones instables. Cependant, ces similitudes ne signifient pas que les méthodes ici décrites soient systématiquement les mêmes que celles employées en terrain instable, ni que toutes les caractéristiques des méthodes connues soient forcément appl iq uées par l 'i nvention . Les caractéristiques ici décrites pour l'invention peuvent en différer. L'invention peut aussi n 'util iser q u 'u ne partie de ces méthodes con nues, et/ou possiblement les combiner entre elles.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 est une vue schématique en perspective d'un niveau de stockage à plusieurs alvéoles au sein d'une installation souterraine de stockage de déchets radioactifs ; - la FIGURE 2 est une vue schématique d'une galerie horizontale en en cours de creusement selon l'art antérieur et de la zone endommagée qui l'entoure, respectivement en coupe transversale, en coupe horizontale, et en coupe verticale longitudinale dans la région du front de taille ; - la FIGURE 3 est une vue schématique en demi-coupe verticale d'une portion de galerie réalisée selon le premier mode de réalisation avec implantation préalable d'éléments de soutènement ;
- la FIGURE 4 est une vue schématique d'une coque tronconique 324 construite autour d'une partie de la galerie de la FIGURE 3 ; - la FIGURE 5 est une vue schématiq ue en coupe horizontale de la galerie de la FIGURE 3 ;
- la FIGURE 6 est une vue schématique en coupe horizontale d'une galerie en cours de creusement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention utilisant des boulons d'ancrage consommables implantés alternativement en trois groupes successifs ;
- la FIGURE 7 est une vue schématique en coupe horizontale d'une galerie en cours de creusement selon un mode de réalisation combinant des implantations préalables d'éléments de soutènement un renforcement préalable du front de taille au moyen de boulons d'ancrage consommables; la FIGURE 8 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une galerie comprenant un bouchon de scellement en cours de contrôle d'étanchéité.
Premier mode de réalisation
Le terme de galerie est ici employé pour indiquer indifféremment une galerie horizontale, ou aussi un puits vertical, ou une descenderie, ou aussi des conduites selon toutes les inclinaisons intermédiaires.
La FIGURE 3 illustre un premier mode de réalisation de l'invention utilisant une implantation d'éléments de soutènement 321 à 324 avant le creusement de la galerie et au fur et à mesure de la prog ression 219 (cf. FIGURE 2). Su r le trajet d 'u ne ga lerie 300 en cou rs de creusement, sont représentées ici trois parties différentes 301, 302 et 303. La partie 301 a déjà été creusée, de façon classique. La partie intermédiaire 302 est en cours de creusement et est destinée à recevoir ultérieurement un bouchon étanche. La partie 303 n'est pas encore creusée, et le sera de façon classique après achèvement de la partie intermédiaire 302.
La partie 302 est construite à l'abri de coques tronconiques 321 à 324 d'axe horizontal et emboîtées les unes dans les autres. Les coques déjà construites 321 à 323, ainsi que la coque 324 en cours de construction, sont réalisées au moyen d'une série de forages 32410 réalisés dans la périphérie du front de taille 309. Ces forages sont jointifs entre eux et inclinés de façon à s'éloigner de l'axe de la galerie à creuser. Ils sont par exemple creusés au moyen d'un mécanisme à chaîne, comparable à une tronçonneuse, mais travaillant en bout. Ces forages 32410 sont ensuite remplis 32419 de béton pour constituer un segment 3241 faisant partie d'un tronc de cône 324 (illustré séparément en FIGURE 4) entourant une zone 3240 de la future galerie. On commence par creuser puis remplir de béton les forages de rang impair (exemple : 32410) pour réaliser les seg ments correspondants (exemple : 3241), puis ceux de rang pair (exemple : 3242). En construisant la coque suivante emboîtée dans la précédente, ici la coque 324 emboîtée dans la 323, avant d'avoir complètement excavé le contenu 3230 de cette coque précédente 323, on comprend bien que l'on protège le matériau 32409 à l'extérieur de la galerie à creuser sans qu'il ne puisse se déformer donc se détériorer du fait de l'excavation.
La FIGURE 5 il lustre ainsi en coupe long itud inale le résultat de l'opération : les parties 301 et 303 creusées normalement présentent chacune une zone endommagée 391 et 393, au contraire de la partie 302 destinée à recevoir le bouchon. Le creusement des logements 3241 devant recevoir le béton pour constituer la portion de coque 324 ne crée qu'un endommagement négligeable peut-être cent fois plus petit que celui des zones 391 et 393 engendré par le creusement classique de la galerie.
En effet, chacun des forages 32410 réalisés présente une dimension très faible qui ne provoque donc qu'une très faible zone endommagée, voire aucune. Ces forages sont par exemple d'un diamètre maximal de 10cm à 15cm, voire de 15cm à 20cm dans le cas d'engins de forage à chaîne.
Les coques tronconiques 322, 323 et 324 ont ainsi été entièrement réal isées dans des zones non perturbées par un front de taille, et ne présentant pas les inconvénients de la zone endommagée (EDZ) connue dans l'état actuel de la technique.
Deuxième mode de réalisation
La FIGURE 6 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention utilisant des boulons d'ancrage consommables implantés dans le matériau en avant du front de taille et/ou sur sa périphérie, et au fur et à mesure de la progression.
Sur le trajet d'une galerie 600 en cours de creusement, sont représentées ici deux parties différentes 601 et 602. La première partie 601 a déjà été creusée, de façon classique. La deuxième partie 602 est en cours de creusement et est destinée à recevoir ultérieurement un bouchon étanche.
La méthode de préparation par renforcement préalable utilisée ici comprend l'implantation de tirants 621 à 623 consommables et scellés sur toute leur longueur, pour armer le front de taille 609. Ces tirants sont noyés dans des forages étroits percés dans le front de tail le 609 et/ou sa périphérie. Ces tirants sont par exemple en fibres de verre d'une longueur de l'ordre de trois fois le diamètre de la galerie, par exemple compris entre 2,5 et 4 fois ce diamètre. Ils sont scellés dans le matériau du front de taille ; ils sont répartis de façon sensiblement uniforme sur la surface du front de taille et/ou de sa périphérie. Leur implantation se fait de préférence de façon parallèle à l'axe de progression 619 de la galerie, ou légèrement divergente autour de cet axe, par exemple de façon à occuper de façon sensiblement uniforme le volume de matériau situé derrière le front de taille et qui sera ultérieurement creusé. Ce volume armé peut correspondre au volume sensiblement cylindrique du futur conduit, mais peut aussi être prévu pour occuper un volume légèrement conique s'élargissant dans la direction de la progression 609, selon un angle compris par exemple entre 0° et 10°. Ces tirants renforcent la zone du front de taille. Ils sont de longueurs différentes 621, 622 et 623 et implantés par tiers successifs. Ils sont détruits lors de l'avancée du creusement sur toute la longueur de la zone où l'on cherche à éviter les déformations du milieu, donc sa fissuration . De nouveaux tirants longs sont implantés par un tiers d u nombre total de tirants chaque fois que le creusement avance d'un tiers de la longueur de ces tirants.
Le front de taille 609 est donc retenu par des ancrages scellés dans les matériaux d'une zone située très loin devant lui dans le massif. Ce renforcement permet de supprimer ou limiter l'endommagement dans la zone 602 prévue pour le bouchon.
Troisième mode de réalisation
Un troisième mode de réalisation, qui ne nécessite pas de représentation particulière ici, comprend l'utilisation d'une méthode de congélation du massif au-delà du front de taille ce qui permet une augmentation de la résistance du milieu lorsque l'eau interstitielle est transformée en glace sur une dizaine de mètres de longueur. Le matériau est alors excavé sous sa forme congelée, ce qui empêche la formation d'une zone endommagée autour de la galerie excavée. Cette congélation peut s'effectuer avec des moyens et selon des méthodes utilisés dans certains cas extrêmes pour le franchissement d'une zone instable par un tunnel . Elle peut s'effectuer sur tout ou partie du volume du tunnel dans l'emplacement du futur bouchon. Dans le cas de l 'emploi de la congélation , le procédé selon l'invention comprend de préférence une étude préalable thermo-hydro-mécanique d u matériau à creuser.
Combinaison de plusieurs modes de réalisation Plusieurs modes de réalisation de l'invention, et en particulier ceux décrits ici, peuvent être combinés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la FIGURE 7 il lustre un mode de réalisation combinant des implantations préalables d'éléments de soutènement et de moyens d'ancrage du front de taille, par exemple tels que décrits ci-dessus. Ainsi qu'illustré dans ce mode de réalisation, les moyens d'ancrage
621 à 623 peuvent être disposés de façon à dépasser d'une épaisseur EA à l 'extérieur de la g alerie 600, par exem ple pour d imin uer encore les dommages occasionnés par les forages de réalisation des coques tronconiques 321 à 323
Paramètres complémentaires
La modélisation envisagée en relation avec la FIGURE 2 suppose que les contraintes dans un massif sont égales au poids de terre γ.z, selon l'hypothèse de Heim. L'épaisseur de la zone endommagée (EDZ) est alors constante tout autour d'une galerie à section droite circulaire.
Cette hypothèse n'est pas vérifiée dans tous les terrains. Par exemple au Canada, dans la région granitique du « Bouclier Canadien », la contrainte horizontale près de la surface du granité, et même en profondeur, est plus grande que le poids de terre γ.z. Parfois les contraintes principales horizontales sont égales à la moitié du poids des terres, mais le plus souvent elles sont toutes deux différentes. Dans de tels cas, les désordres autour d'une galerie peuvent être localisés, par exemple sur les parements, comme au tunnel du Mont-Blanc, ou ailleurs près de congés trop aigus, comme dans les coins des caniveaux de la surface de roulement d'un tunnel.
Dans l'argilite du Callovo-Oxfordien du site de la Meuse-Haute Marne, les contraintes principales sont voisines du poids des terres, mais l'une des contraintes principales horizontales est un peu plus grande que l'autre. De tels cas d'anisotropie des contraintes peuvent justifier une étude spécifique pour évaluer et situer l'étendue de la zone endommagée causée autour d'une galerie par un creusement selon l'état de la technique, et/ou évaluer l'influence sur les performances du procédé selon l'invention. Dans le même registre, il peut être utile de tenir compte aussi de l'anisotropie des propriétés mécaniques (résistance et élasticité) des massifs creusés, dans des directions dépendant de la stratification.
Des études peuvent être menées préalablement, par des expériences in situ ou par le calcul. A partir de telles études, il est possible de déterminer de façon plus précise la validité de l'utilisation du procédé selon l'invention dans des cas spécifiques. De telles études peuvent aussi permettre de prévoir des corrections ou des ajustements dans les zones à traiter par rapport aux principes de base décrits ici. Ainsi, l'invention pourra alors comprendre l'utilisation spécifique d'une méthode de renforcement préalable dans certaines zones de la galerie ou du front de taille lorsqu'existe un risque plus important de création d'une EDZ.
Vérification d'étanchéité
L'étanchéité longitudinale des parois d'une galerie, et en particulier le résultat et les performances des procédés de creusement ici décrits sont difficiles à vérifier de façon fiable autrement que par des essais, de préférence en vraie grandeur.
L'invention propose aussi un procédé de vérification de l'étanchéité d'un bouchon, par exemple installé dans une galerie creusée selon l'invention.
La FIGURE 8 illustre ainsi comment tester une galerie réalisée selon l'invention sur une partie 802 et comportant un bouchon 805 et le dispositif pour le contrôle de l'étanchéité autour de la galerie. La galerie testée comporte la partie traitée 802, qui a été réalisée selon l'invention. Elle est située entre une partie 803 dite amont d'un côté, par exemple du côté du stockage, et une partie 801 dite aval de l'autre côté.
Un bouchon central 805 est réalisé selon des méthodes connues à l'intérieur de la partie traitée 802.
Dans la partie traitée 802, du côté amont du bouchon central 805, une chambre annulaire 831 dite amont est créée en installant un bouchon 832 d it amont. Dans cette même partie traitée 802, d u côté aval d u bouchon central 805, une chambre annulaire 811 dite aval est créée en installant un bouchon 812 dit aval. Les bouchons amont 832 et aval 812 peuvent aussi faire partie intégrante du bouchon central 805, qui présente alors une forme dégageant un espace annulaire formant les chambres amont 831 et aval 811.
On impose une pression pi dans la chambre amont 831 et on enregistre l'évolution de la pression p2 régnant dans la chambre aval 811 pour évaluer le débit de fuite et l'étanchéité de la galerie autour du bouchon central 805.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une galerie ou d'un puits menant à une installation souterraine destinée au stockage à moyen ou long terme de déchets dangereux, caractérisé en ce qu'il comprend une excavation d'au moins une longueur déterminée de ladite galerie réalisée en employant une méthode de préparation préalable par protection ou renforcement des matériaux préalablement au creusement, dans une partie de ladite galerie destinée à recevoir ultérieurement un bouchon d'étanchéité aux liquides ou aux gaz.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la méthode de préparation préalable comprend une protection préalable par implantation dans le matériau à creuser, en avant du front de taille de la galerie, d'éléments positionnés de façon à réaliser un soutènement de ladite galerie lors de la progression ultérieure dudit front de taille.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de soutènement comprennent des éléments en forme de tronc de cône, positionnés de façon à réaliser une coque entourant en tout ou partie la périphérie de la galerie en cours de creusement.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la méthode de préparation comprend un renforcement préalable par implantation dans le matériau à creuser, en avant du front de taille de la galerie en cours de creusement, de moyens consommables d'ancrage dudit front de taille sur une profondeur déterminée, au delà de la surface dudit front de taille.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent des boulons d'ancrage consommables lors du creusement, mis en place de façon sensiblement perpendiculaire au front de taille ou légèrement divergent dans la direction du creusement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la méthode de préparation préalable comprend un renforcement préalable par congélation des matériaux situés en avant du front de taille de progression de la galerie en cours de creusement.
7. Procédé de réalisation d'une galerie menant à une installation souterraine destinée au stockage à moyen ou long terme de déchets dangereux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une combinaison de protection préalable et de renforcement préalable pour le creusement d'une même portion de galerie destinée à recevoir ultérieurement un bouchon d'étanchéité aux liquides ou aux gaz.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la méthode de préparation préalable comprend une implantation dans le matériau à creuser, en avant du front de taille de progression de la galerie en cours de creusement :
- d'une part d'éléments positionnés de façon à réaliser un soutènement de ladite galerie lors de la progression ultérieure dudit front de taille, et - d'autre part de moyens d'ancrage dudit matériau sur une profondeur déterminée au delà de la surface dudit front de taille.
9. Installation souterraine destinée au stockage à moyen ou long terme de déchets dangereux, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une pa rtie de l a g a lerie receva nt, ou desti née à recevoi r, u n bou cho n d'étanchéité et réalisée par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10 Procédé de contrôle des performances d'étanchéité d'au moins une pa rtie (802) d 'u ne g alerie, d ite traitée, obten ue pa r un procédé de creusement selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé de contrôle comprenant les étapes suivantes :
- installation dans ladite partie (802) traitée, d'au moins un bouchon (805) étanche entouré sur chacun de ses deux côtés par au moins une chambre de test amont (831) et aval (811) délimitée par au moins un bouchon étanche amont (832) et un bouchon étanche aval (812) ;
- création d'une différence de pression entre lesdites chambres de test ;
- mesure de la différence de pression ou de l'évolution de la différence de pression entre lesdites chambres de test.
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