Gestion des déblais de tunnel : leçons opérationnelles tirées de l'extension du tramway léger Eglinton Crosstown West

Comment les solutions de solidification personnalisées de MetaFLO aident les entrepreneurs de tunnels à réduire les besoins de transport, à améliorer la durabilité et à optimiser la gestion des déchets d'excavation sur les grands projets d'infrastructure.

---

L'expansion des tunnels en Amérique du Nord et le défi des déchets d'excavation

L'investissement dans les infrastructures souterraines en Amérique du Nord s'accélère. Les extensions de transports en commun, les systèmes de transport des eaux usées, les corridors de services publics et les tunnels de transport redessinent les villes et soutiennent la croissance économique à long terme.

Bien que l'attention de l'industrie ait tendance à se concentrer sur la sélection du tunnelier, les vitesses d'excavation et les calendriers de construction, un défi parallèle prend une importance opérationnelle croissante : la gestion des déblais de tunnel générés pendant l'excavation.

Chaque projet de tunnel produit des volumes importants de boue et de déblais. Selon la géologie, les conditions hydrogéologiques et la méthode d'excavation, ces matériaux peuvent varier de déblais granulaires relativement secs à des boues très fluides contenant de l'eau, de la bentonite, des mousses de conditionnement et des sédiments fins. Dans les environnements urbains denses, la gestion efficace de ces matériaux a une incidence directe sur le coût du projet, la certitude du calendrier, la conformité environnementale et l'impact sur la communauté.

La question fondamentale à laquelle le secteur est confronté n'est plus simplement la manière d'éliminer les déblais de tunnel. Il s'agit de savoir comment transformer les déchets de excavation en un matériau gérable le plus tôt et le plus efficacement possible dans le processus de construction.

Pourquoi la gestion du fumier est devenue une priorité stratégique

Les opérations modernes de TBM reposent fortement sur des agents de conditionnement, des lubrifiants et des systèmes de boue pour maintenir la stabilité du front de taille, gérer l'infiltration des eaux souterraines et optimiser les performances des outils de coupe. Des lubrifiants de forage à base de bentonite, des mousses lubrifiantes et d'autres additifs sont utilisés pour maintenir la pression sur la couverture et réduire la friction sur les têtes de coupe. Bien qu'essentiels sous terre, ces additifs compliquent considérablement la manipulation en surface.

Les entrepreneurs opérant dans des environnements urbains doivent régulièrement faire face à :

• Flux de fermentation à haute teneur en humidité avec des caractéristiques de drainage libre limitées
• Zones de stockage temporaire et de pose contraintes
• Coûts de transport et logistique d'acheminement croissants
• Restrictions sur le site de décharge concernant la teneur en humidité et la classification des matériaux
• Exigences strictes de conformité environnementale
• Sensibilité communautaire et réglementaire aux volumes de trafic des camions

Dans de nombreux projets, la complexité logistique de la gestion des matériaux excavés rivalise avec celle du processus d'excavation lui-même. Les flux de travail d'élimination traditionnels impliquent fréquemment plusieurs étapes de manutention, des stations de transfert, des cellules de stockage temporaire, des flottes de camions-citernes à vide et des traitements hors site, chaque étape introduisant des coûts supplémentaires, des risques de calendrier et une exposition environnementale.

Limites des méthodes de traitement conventionnelles

L'industrie s'est historiquement appuyée sur une série de méthodes pour améliorer les caractéristiques de manipulation des déblais de tunnel :

• Déshydratation mécanique par filtres-presses ou centrifugeuses
• Cellules ou bassins de séchage en plein air
• Stabilisation à la chaux
• Traitement à base de ciment
• Amendements de lest tels que la sciure ou les agrégats recyclés

Chaque approche présente des contraintes opérationnelles. Les systèmes de déshydratation mécaniques nécessitent un investissement de capital important, des opérateurs qualifiés et une empreinte sur le site considérable. Les traitements à base de chaux et de ciment augmentent le volume total de matériaux à éliminer, ce qui accroît les besoins en transport. Le séchage à l'air libre dépend fortement des conditions météorologiques et est inapplicable sur des sites urbains contraints.

Au-delà des limites opérationnelles, les amendements traditionnels tels que la chaux, le ciment et la sciure peuvent affecter l'acidité, l'alcalinité et l'activité microbienne naturelle du sol, soulevant des préoccupations quant à la protection des eaux souterraines sur les sites de réception. Les équipes de projet évaluent donc de plus en plus des technologies alternatives qui réduisent la complexité de la manipulation tout en répondant aux exigences de conformité environnementale lors de l'élimination.

Étude de cas : Extension du tramway léger Eglinton Crosstown West, Toronto

L'extension Ouest d'Eglinton Crosstown est un projet d'infrastructure de transport en commun majeur qui fait partie de l'expansion du réseau de transport en commun rapide de Toronto. Le projet englobe environ 9,2 kilomètres d'infrastructure de tramway léger. Le segment souterrain comprend environ 6,3 kilomètres de tunnels jumelés creusés avec un diamètre d'excavation de 6,58 mètres. Les 500 derniers mètres de la section souterraine ont été réalisés selon la méthode d'excavation séquentielle (MES), avec un tronçon supplémentaire de 1,5 kilomètre construit sur une structure surélevée. La construction a débuté en 2021, et les travaux de tunnel ont commencé en avril 2022.

Lors de la production de pointe, les opérations de creusement ont généré en moyenne 2 000 mètres cubes de déblais de tunnel par jour, avec une densité de 2,1 à 2,2 (environ 17,3 lb/gallon). Ce volume quotidien substantiel nécessitait une stratégie de gestion des déchets fiable et à haut débit, capable de suivre le rythme des taux d'excavation.

Les conditions de sous-sol le long de l'alignement consistaient principalement en dépôts glaciaires de sable, de limon et d'argile, caractérisés par une faible à moyenne résistance et un pourcentage élevé de fines. Vers l'extrémité orientale de l'alignement, les tunneliers ont rencontré des zones de schiste tendre et de siltstone. Ces conditions ont produit des flux de déblais aux propriétés de manutention intrinsèquement difficiles, créant une pression opérationnelle soutenue sur les activités de gestion de surface tout au long de la campagne de tunnelage.

 

 

Stratégie de traitement : Réactif de solidification MF de MetaFLO

Pour relever ces défis, l'équipe du projet a mis en œuvre un programme de solidification utilisant le réactif de solidification MF de MetaFLO, s'éloignant de la gestion conventionnelle des déchets liquides au profit d'une approche de solidification assistée par chimie.

Un aspect déterminant de cette stratégie fut le dosage du réactif spécifique au projet. Les solutions de solidification personnalisées de MetaFLO sont développées pour chaque projet en fonction d'une combinaison de facteurs propres au site, notamment la géologie du sous-sol, la teneur en humidité des déblais et les volumes de production quotidiens. Sur le projet Eglinton, la formulation a été calibrée en fonction des dépôts glaciaires à haute teneur en fines et des exigences de débit des opérations de tunnelage. Le dosage moyen de réactif pour cette géologie était d'environ 0,20 à 0,25 % à une teneur en humidité de 22 %, ce qui reflète la précision réalisable lorsque la formulation est basée sur des données réelles du site plutôt que sur des taux d'application génériques.

Les solutions de solidification personnalisées de MetaFLO sont neutres sur le plan environnemental et n'affectent pas l'acidité, l'alcalinité ou l'activité microbienne naturelle du sol, un avantage significatif par rapport aux amendements traditionnels et une considération importante pour les projets où le matériau traité est destiné à être réutilisé comme remblai propre.

L'objectif opérationnel était simple : transformer une boue fluide et difficile à manipuler en un matériau stable et empilable répondant aux critères de remblai propre, adapté au chargement et au transport dans des camions bennes conventionnels, sans nécessiter d'étapes de traitement intermédiaires ni de flottes de camions-cit.

Dosage adaptatif : réponse à l'évolution des conditions du sol

Un aspect critique du programme Eglinton a été la collaboration continue entre MetaFLO Technologies et l'équipe de construction pour affiner le dosage et la méthodologie d'application du réactif à mesure que les conditions du sol évoluaient le long de l'alignement. Au fur et à mesure que les tunneliers progressaient à travers une géologie variable, la formulation et le dosage du réactif de solidification MF étaient ajustés continuellement pour correspondre aux caractéristiques des déblais produits.

Cette approche adaptative reflète un principe fondamental derrière les solutions de solidification personnalisées de MetaFLO : tout déblai n'est pas créé égal. Une formulation optimisée pour l'argile glaciaire riche en fines se comporte différemment dans un flux de déblais dominé par le schiste ou le siltstone. En maintenant une surveillance active des paramètres de dosage tout au long du projet, le programme de traitement est resté efficace sur toute la gamme des conditions géologiques rencontrées sur l'axe de l'Eglinton.

Innovation de procédé : Traitement des boues dans le système de convoyage

Une innovation opérationnelle remarquable dans le projet Eglinton a été le moment d'introduction du réactif de solidification MF. Traditionnellement, la boue est traitée en surface après être sortie des convoyeurs et déchargée dans des fosses de déblais ou des cellules de confinement, où des excavateurs mélangent les réactifs de traitement aux déblais. Cette approche nécessite un équipement supplémentaire, une superficie supplémentaire et un temps de manipulation supplémentaire.

Sur le projet Eglinton, MetaFLO a collaboré avec l'équipe de construction pour introduire le réactif de solidification MF *in-situ* via le système de transport des déblais pendant que le matériau voyageait du front de taille à la surface. En dosant la boue pendant son transport vers les cellules de confinement des déblais, le processus de solidification a commencé immédiatement et en transit, ne nécessitant qu'une quantité minimale de réactif de finition en surface.

Le système de convoyeurs transversaux existant a alors été utilisé comme une série de points d'agitation naturels : chaque changement de direction du convoyeur a servi d'étape de mélange, accélérant davantage la solidification sans équipement de mélange de surface dédié. Cela a éliminé ou considérablement réduit le besoin d'excavatrices dans les cellules de surface, améliorant l'efficacité et réduisant à la fois le temps et les coûts.

Cette intégration du réactif MF Solidification dans le processus de transport des matériaux représente une avancée significative en matière d'efficacité du flux de travail. Pour les projets ayant une zone de pose de surface limitée, elle réduit l'empreinte de manutention et diminue le nombre d'étapes opérationnelles distinctes entre l'excavation et le transport.

 

 

Résultats opérationnels mesurés

La performance de toute stratégie de gestion des déchets doit finalement être évaluée en fonction de son impact opérationnel et financier. L'extension Eglinton Crosstown West a démontré des améliorations mesurables sur plusieurs indicateurs de performance clés.

Efficacité du transport

La conversion du lisier en matériaux empilables répondant aux critères de remblai propre a permis le transport dans des semi-remorques conventionnelles plutôt que dans des camions-citernes ou des véhicules de déchets liquides de moindre capacité. Cela a réduit le nombre de camions d'environ 54 % par rapport aux méthodes traditionnelles de transport de déchets liquides, réduisant ainsi directement les coûts de transport, la circulation sur le site et l'exposition de la communauté aux véhicules de construction.

Émissions de gaz à effet de serre :

La réduction du trafic de camions a entraîné une diminution correspondante des émissions liées au transport. Selon la méthodologie du Laboratoire national d'Argonne, le projet a permis de réduire d'environ 63 % les émissions de gaz à effet de serre associées au transport de matériaux. Ce chiffre reflète la réduction des trajets des véhicules et ne tient pas compte des avantages environnementaux supplémentaires dus à la suppression des opérations des stations de transfert.

Économie du projet :

La réduction combinée des exigences en matière de transport, d'équipement et de manutention a généré des économies moyennes d'environ 33 % par rapport aux approches traditionnelles de gestion des déblais.

Réduction de l'empreinte au sol :

Traiter et consolider le matériau sur site, et initier la solidification dans le système de convoyage, ce qui minimise le besoin d'une infrastructure de stockage temporaire à grande échelle. Ceci représentait un avantage opérationnel essentiel compte tenu de l'environnement urbain restreint du projet Eglinton.

Note : Les chiffres de résultats publiés sont spécifiques au projet et reflètent les conditions souterraines, le dosage des réactifs et la configuration logistique du projet Eglinton. Les résultats sur d'autres projets varieront en fonction de la géologie, des taux de production et des contraintes du site.

Durabilité et considérations ESG

Les propriétaires d'infrastructures et les organismes publics en Amérique du Nord accordent une importance croissante à la performance en matière de développement durable, aux objectifs de réduction des émissions de carbone et à la gestion de l'environnement dans la réalisation des projets.

Alors que les critères ESG s'intègrent plus formellement dans les cadres d'évaluation des achats et de reporting de projets, les pratiques de gestion des déchets, historiquement considérées comme une préoccupation opérationnelle périphérique, gagnent en importance dans la planification de projet. La réduction démontrée des volumes de trafic routier, des émissions dues au transport, des perturbations du site et des risques pour les eaux souterraines est de plus en plus pertinente pour l'approbation des projets, l'engagement communautaire et les obligations de reporting des propriétaires.

La neutralité environnementale des solutions de solidification sur mesure de MetaFLO, qui n'altèrent ni la chimie du sol ni l'activité microbienne sur les sites de réception, renforce l'argument selon lequel les matériaux traités peuvent être réutilisés comme remblai propre, soutenant ainsi les objectifs de gestion circulaire des matériaux dans les projets d'infrastructure.

Pour les entrepreneurs en travaux souterrains, la capacité à quantifier et à communiquer les améliorations des performances environnementales en matière de gestion des déchets représente un avantage concurrentiel émergent, en particulier sur les projets d'infrastructure financés par des fonds publics.

 

 

Implications pour les futurs projets de tunnel

L'industrie du tunnel se trouve à un tournant dans son approche des déchets d'excavation. Ce qui était historiquement considéré comme un problème d'élimination résiduelle est de plus en plus reconnu comme un processus opérationnel qui peut être conçu, optimisé et intégré dans les flux de travail de construction.

L'expérience d'Eglinton Crosstown West démontre que la voie la plus efficace n'est pas d'évacuer les déchets plus efficacement, mais de modifier leurs propriétés matérielles avant qu'ils ne quittent les limites du projet. Cette approche réduit la complexité logistique, limite l'exposition à la volatilité des coûts de transport, réduit l'empreinte environnementale du projet et améliore la prévisibilité des opérations en surface.

La nature spécifique à chaque projet des solutions de solidification personnalisées de MetaFLO est au cœur de ce résultat. Comme les formulations sont développées pour correspondre à la géologie réelle, aux caractéristiques d'humidité et au profil de production de chaque projet, et sont activement ajustées au fur et à mesure que les conditions du sol changent, la performance est conçue dès le départ plutôt que corrigée de manière réactive.

Alors que le pipeline d'infrastructures en Amérique du Nord continue de croître, avec des programmes majeurs de transport, d'eau et de tunnels de services publics planifiés ou en cours dans des villes du Canada et des États-Unis, la capacité à gérer efficacement les déchets de terrassement deviendra un déterminant de plus en plus important de la compétitivité et de la performance de livraison des projets.

Conclusion

La gestion des déblais de tunnel est passée d'une activité de construction secondaire à une composante essentielle de la planification de projet, du contrôle des coûts et de la performance environnementale. L'extension du train léger sur rail Eglinton Crosstown West démontre que le réactif de solidification MF, formulé et continuellement adapté aux conditions souterraines du projet et aux exigences de production, peut entraîner des réductions mesurables des besoins en transport, des émissions de gaz à effet de serre et des coûts globaux du projet, tout en soutenant des objectifs de durabilité plus larges.

Pour les entrepreneurs et les propriétaires confrontés aux réalités opérationnelles des tunneliers urbains modernes, la capacité d'ingénier les déchets d'excavation en un matériau gérable et réutilisable en surface, à l'aide des solutions de solidification personnalisées de MetaFLO adaptées aux conditions spécifiques de chaque projet, représente l'une des avancées les plus marquantes qui se produisent au niveau de la surface des opérations de tunneliers.