Gérer les systèmes de pompage d’eau dans les projets de construction les plus difficiles

01.03.2021
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La construction d'un tunnel est l'une des parties les plus difficiles d'un projet d'infrastructure et, à ce titre, il est important que leur progression se poursuive dans les délais. Avec autant de variables, y compris la géologie locale et les conditions météorologiques, il est important de maximiser les performances et la fiabilité des systèmes de soutien, tels que les systèmes de pompage d'assèchement.
Gérer les systèmes de pompage d’eau dans les projets de construction les plus difficiles

Projet d'assèchement dans le tunnel allemand. (Source de l'image: Sulzer)

Pablo Garcia, Global Business Development Manager chez Sulzer, examine comment les opérations de creusement de tunnels peuvent être affectées par le choix de l'équipement de pompage utilisé pour la déshydratation.

Les progrès de la technologie des tunnels ces dernières années ont permis de réduire les temps de trajet ainsi que des trajets plus sûrs à travers les zones montagneuses et même sous la mer. Les tunnels peuvent améliorer les liaisons de transport, réduire les coûts de fret et rendre le transport routier plus rentable. Ils contribuent également à la stratégie globale de réduction des émissions de CO2 en réduisant les temps de trajet et en ouvrant de nouveaux corridors ferroviaires, qui offrent une solution plus durable par rapport au fret aérien.

Prendre la décision de construire un tunnel, au lieu de franchir ou de contourner un obstacle, est basé sur de nombreux facteurs, notamment la différence de coûts de construction entre les options. Cependant, les avantages à long terme et l'amélioration de la sécurité en cas d'intempéries signifient souvent que l'option tunnel sera privilégiée.

Gestion de l'eau
Dès le départ, il est important de comprendre que l'eau joue un rôle important dans tout projet de tunnel. L'eau de montagne, l'eau souterraine et l'eau de forage doivent toutes être traitées correctement pour maximiser la sécurité et l'efficacité d'un projet. La gestion de l'eau est une considération clé pour tous les chantiers de construction.

Les équipes d'ingénieurs et les géologues peuvent avoir à extraire des volumes d'eau importants du chantier de construction pour stabiliser le sol ou empêcher l'inondation de la zone de travail. Au fur et à mesure que la construction progresse, la distance à laquelle l'eau doit être pompée augmentera, ce qui peut affecter la conception du système de pompage.

Cependant, le plus grand défi est la contamination de l'eau. Les solides en suspension dans l'eau doivent être éliminés et les pompes qui transfèrent l'eau vers les usines de traitement doivent être conçues pour gérer l'abrasion accrue. De même, à mesure que la profondeur du tunnel augmente, les performances, ou la hauteur, délivrées par les pompes doivent augmenter.

Méthodes de construction
Bien que les tunneliers (TBM) soient couramment utilisés pour les grands projets, la technique de forage et de dynamitage est également utilisée pour enlever les matériaux et créer les nouvelles structures de tunnel. Dans les deux cas, de l'eau est utilisée pour refroidir les machines, se mélanger aux déchets dans le processus et doit être continuellement pompée vers la surface.

La proportion de solides dans l'eau peut varier considérablement et des réservoirs de collecte peuvent être utilisés le long du tunnel pour permettre à une partie des solides de se déposer. Cela réduit la charge de solides sur les pompes et peut améliorer leur fiabilité.

Cela peut être particulièrement avantageux lorsque la géologie locale comprend des particules hautement abrasives, telles que le granit. En outre, la méthode de construction peut également affecter les niveaux de contamination de l'eau. Les résidus de béton projeté peuvent ajouter à la charge particulaire de l'eau, tandis que l'installation de sections de béton préfabriqué aura un effet minime.

Conception du tunnel
Les tunnels peu profonds, généralement installés en milieu urbain, utilisent normalement une variété de pompes de drainage submersibles et de pompes à boues pour transporter l'eau loin du chantier. Celles-ci peuvent être regroupées dans des stations de pompage qui sont installées à intervalles réguliers à mesure que la longueur du tunnel augmente.

En fonction de la teneur en solides, les stations de pompage peuvent être conçues avec des réservoirs de décantation qui éliminent les sédiments ou des mélangeurs, qui maintiennent les solides en suspension, garantissant le fonctionnement fiable des pompes à boues. Dans la plupart des cas, les pompes seront disposées avec une certaine redondance afin que tout problème de maintenance n'entrave pas la progression. Les pompes de secours peuvent être utilisées comme secours ou pour faire tourner le cycle de service et prolonger la durée de vie de la station de pompage.

Sélection de la pompe
Les pompes de drainage submersibles sont conçues pour l'eau à faible teneur en solides. Les pompes à boue fonctionnent de manière fiable avec de l'eau contenant de faibles volumes de solides, tandis que les pompes à boue peuvent tolérer des mélanges de boue contenant jusqu'à 70% de solides. Faire le bon choix de pompe pour chaque application est essentiel pour une fiabilité continue.

Les exigences de performance des pompes dans les applications de creusement de tunnels sont variées. Alors que les pompes à lisier peuvent fonctionner à des charges faibles à moyennes, les conceptions de pompe haute pression requises pour les applications plus profondes sont sujettes à une usure rapide si elles sont utilisées avec de l'eau fortement contaminée.

La conception de la pompe et la sélection rigoureuse des matériaux sont essentielles à la fiabilité à long terme, en particulier dans les applications de déshydratation. Les roulements hautes performances peuvent rester en service pendant plus de 50 000 heures et le temps moyen entre les réparations d’une pompe (MTBR) peut aller jusqu’à un an. La sélection d'une pompe moins adaptée peut entraîner des réparations après quelques semaines seulement.

Efficacité
La plupart des projets de construction de tunnels sont des projets à long terme, de sorte que le coût de possession des actifs utilisés dans la construction est un aspect important à prendre en compte. Au niveau des pompes, la combinaison du rendement hydraulique et électrique peut avoir un effet significatif sur les coûts de fonctionnement des stations de pompage.

L'utilisation de techniques avancées de modélisation d'écoulement de liquide et d'analyse par éléments finis a permis d'optimiser l'hydraulique et des revêtements spécialisés qui améliorent l'efficacité et réduisent au minimum l'érosion et la corrosion. Associée à des moteurs électriques à haut rendement, la combinaison de coûts de fonctionnement inférieurs et d'une fiabilité étendue offre des économies de coûts à long terme pour le projet.

Ces économies contribuent toutes à minimiser les coûts du cycle de vie des actifs. Celles-ci comprennent le prix d'achat initial, l'installation et la mise en service, les coûts énergétiques, les frais d'entretien et de réparation ainsi que le coût des temps d'arrêt en termes de perte de production. En tant que tel, il est clair de voir comment une fiabilité et une efficacité optimisées peuvent réduire considérablement les coûts de durée de vie.

Assistance d'experts
Comme pour tout équipement rotatif, l'assistance du fabricant est essentielle, pour la conception de l'installation de pompage, la sélection des modèles de pompe les plus appropriés et l'assistance à la maintenance. Une assistance sur site avec des pièces de rechange ainsi que des ressources supplémentaires pour suivre le rythme de la construction sont tout aussi importantes.

Ce processus est grandement simplifié si le fournisseur de pompes possède une vaste expérience dans les projets de creusement de tunnels et est organisé de telle manière qu'un soutien peut être fourni à des projets dans le monde entier en utilisant des installations locales.

Sulzer dispose d'une large gamme de produits de pompage et de mélangeurs spécialement conçus pour les projets d'assèchement de tunnel. Avec un personnel expérimenté et une flexibilité pour prendre en charge cet environnement de construction exigeant, Sulzer possède l'expertise en conception et les capacités de fabrication nécessaires pour offrir l'efficacité et la fiabilité qui peuvent faire toute la différence dans la construction d'un tunnel.

Source: Sulzer Ltd.

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