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Étude géologique pour la construction de tunnels

Avant de suivre l'avancement de l'étude géologique du tunnel Japon-Corée, j'expliquerai le tableau général de ce qu'implique l'étude géologique pour l'excavation du tunnel. Généralement, ce qui est fait est la collecte de matériaux existants. Les données des enquêtes menées par le gouvernement sont stockées à l'Institut d'enquête géographique du Japon et dans d'autres institutions. Il existe également du matériel détenu par l'université. À l'aide des matériaux collectés, une carte géologique approximative (plan et coupe transversale) de la zone où le tunnel sera creusé sera créée. Sur la base de la carte géologique, nous effectuons une étude de terrain (voir photo), ce qui signifie visiter la zone concernée et étudier la surface du sol et les sédiments.

 


*Scène d'enquête au sol

Si vous créez un plan géologique, vous pouvez créer automatiquement une vue en coupe, mais ce n'est qu'un diagramme temporaire. Afin de rendre cela plus précis, nous effectuerons des « relevés de forage » et une « exploration des ondes élastiques ». Les données obtenues seront tabulées pour chaque strate. Si nous appliquons cela aux modèles de données des milliers de tunnels qui ont été construits au Japon, nous serons en mesure de déterminer quel type de structure stratigraphique ont les strates et comment creuser un tunnel approprié pour cette strate. Des entreprises telles que JR, la Steel Construction Corporation, la Japan Highway Corporation, le ministère de la Construction et les compagnies d'électricité ont ces modèles, et chacune a ses propres modèles basés sur ses propres données. Le creusement de tunnels est entièrement une question d'« ingénierie empirique », et une fois qu'une certaine valeur est déterminée grâce à une enquête, la méthode de construction qui s'applique à cette valeur est déterminée sur la base de règles empiriques.

 

L'étude géologique préalable au choix du tracé du tunnel est appelée « étude de recherche ». Initialement, on l'appelle exploration physique car elle utilise des méthodes physiques pour couvrir une vaste zone, et des méthodes telles que l'exploration par ondes élastiques et l'exploration électrique sont souvent utilisées. L'exploration géophysique est une étude d'une surface et le forage est une étude d'un point. L'exploration des ondes élastiques consiste à créer des ondes vibratoires en un point des strates géologiques que vous souhaitez étudier, par exemple en faisant exploser de la poudre à canon, et à capturer les vibrations qui rebondissent sur les limites géologiques du sol à l'aide d'un récepteur situé à un autre point. état des strates en examinant la vitesse et les modèles. La dynamite est souvent utilisée comme épicentre des ondes élastiques. Les ondes élastiques sont proportionnelles à la dureté de la strate : plus la strate est dure, plus les ondes se propagent rapidement et plus leur amplitude est petite. A l’inverse, si la strate est molle, l’amplitude sera grande et les ondes se propageront lentement.

 
Les ondes vibratoires sont réfléchies par les surfaces de strates de duretés différentes. Même au sein d’une même strate, la dureté des strates diffère selon le processus de formation. Si différentes strates ont la même dureté, il n’y aura aucune réflexion à l’interface entre elles. S’il y a un défaut, cela se reflétera naturellement également à partir de là. Les « études hydrologiques » étudient le mouvement de l'eau au sein des formations géologiques. Pour l’exploration physique, nous utiliserons une méthode appelée exploration électrique. Si vous faites d'un point de la surface de la Terre un pôle positif et l'autre un pôle négatif, puis que vous faites passer l'électricité sous terre, la forme d'onde du courant change en fonction de l'eau présente dans le sol. Cela nous permet de voir où l’eau est stockée et où se trouvent les veines d’eau souterraines. Lors du creusement de tunnels en montagne, il y a souvent de l'eau stagnante sous terre, ce qui peut entraîner des inondations. Pour cette raison, des relevés électriques seront effectués sur toute la montagne afin de vérifier la présence d'eau. Des électrodes seront disposées comme des souris-aiguilles partout dans la montagne. Une fois que nous savons où il y a probablement de l’eau stagnante, nous pouvons le confirmer en effectuant un sondage.

 


*Enquête de forage sur terrain

Les emplacements des sondages (voir photo) sont sélectionnés parmi ceux jugés nécessaires pour créer une vue en coupe transversale des strates.

Dans certains cas, on ne sait pas clairement sous quel angle les strates exposées à la surface de la Terre entrent dans la terre, et il peut y avoir des failles qui ne sont pas exposées à la surface de la Terre. Une faille est une rupture des strates due à un mouvement de la croûte tel qu'un tremblement de terre. Il n’est pas possible de déterminer où se situe la faille simplement en observant la surface du sol. Les plus gros problèmes dans la construction de tunnels sont l’eau et les failles. Faites un peu d'ennui pour savoir où il se trouve. La recherche dans l’océan ne peut pas se faire à pied comme sur terre.
 
Par conséquent, nous procéderons d’abord à une exploration sonore. L'épicentre est placé derrière le navire de recherche et un récepteur d'ondes vibratoires flotte derrière lui. Les ondes vibratoires des explosions sous-marines sont réfléchies vers le fond océanique et les strates situées sous le fond océanique. Cela nous permet d'étudier les structures souterraines de la même manière que sur terre. Les sources sonores typiques comprennent les signaux électriques et les méthodes d'éjection de gaz sous pression (pistolets à eau). Les signaux rebondissant sur chaque limite sont enregistrés et, lorsqu'ils sont appliqués à des modèles passés, la structure approximative peut être déterminée. Le dragage est effectué en parallèle.
 
Cela implique d'abaisser un cylindre d'acier d'environ 50 cm de diamètre et d'environ 3 m de longueur jusqu'au fond de l'océan, et de le traîner avec un navire pour collecter des échantillons de roches à la surface. Faites ceci pour la même zone que l'enquête sonore. Les tests ont été menés sur environ 500 sites dans le détroit de Tsushima. De plus, nous effectuons des sondages océaniques dans les zones présentant des anomalies ou des failles. L'enquête de forage (forage complet) consiste à creuser sous terre avec un tuyau creux et à extraire un échantillon des strates à cet endroit. Cet échantillon est appelé le « noyau ». Lors du forage de puits de pétrole ou de sources chaudes, tout ce que vous avez à faire est d'atteindre la couche de pétrole ou la source chaude cible, mais dans le cas des études géologiques, l'objectif est de collecter la carotte pendant le processus, vous devez donc être prudent lorsque creusement. Au bout du tuyau rotatif se trouve une lame recouverte de diamants industriels. Donc si vous creusez 500 m, vous pouvez obtenir un maximum de 500 m de carottes. Normalement, la carotte est excavée en creusant 3 m. Le diamètre moyen du noyau est de 7,5 cm. Un tuyau épais est utilisé au début, et le tuyau devient plus fin au fur et à mesure qu'il avance, de sorte que le noyau devient progressivement plus mince.


*Forage de mer
 


*Carottes de forage chargées à bord

Dans le cas de l'océan, un navire de recherche dédié au sondage (voir photo) sera utilisé. À cette époque, le Japon possédait un navire, le Tokai Salvage, mais il a été démoli après avoir étudié le tunnel Japon-Corée dans le détroit de Tsushima. En mer, quatre fils sont tendus depuis le navire de recherche et un énorme poids appelé anneau d'ancrage est enfoui dans le fond de l'océan pour empêcher le navire d'avancer, de reculer, de gauche ou de droite. Lorsque je suis allé forer dans les eaux sud-coréennes au large de Tsushima, le courant était si rapide qu'un de mes fils s'est cassé. Le plus difficile est de gérer les fluctuations verticales.
 

Pour cette raison, les foreuses installées à bord des navires sont conçues pour résister aux mouvements verticaux.
 
Il possède un ressort puissant qui absorbe les mouvements verticaux. Au large de Tsushima, il a fallu 40 jours pour creuser 500 m sous le fond marin à 150 m de profondeur. Ce nombre de jours est à peu près le même que sur terre. Une fois les données collectées et une carte géologique créée, le tracé du tunnel sera sélectionné en fonction de celles-ci. Techniquement parlant, la topographie, la géologie et les méthodes de construction posent problème. S'il y a des failles ou des inondations, la construction devient difficile et les coûts augmentent en conséquence, c'est pourquoi le tracé est choisi pour creuser une strate aussi stable que possible. Mais en réalité, les conditions administratives sont également à prendre en considération.


  • Etude géologique et de construction du tunnel Japon-Corée

  • Vue d'ensemble du tunnel Japon-Corée

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