CA1170065A

CA1170065A - Procede de mise en communication entre une etendue d'eau et un tunnel creuse sous le fond de cette etendue d'eau

Info

Publication number: CA1170065A
Application number: CA000377676A
Authority: CA
Inventors: Louis Le Therisien
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1984-07-03
Also published as: BR8103038A; JPS5751395A; GB2076448A; GB2076448B; OA06810A; NO811666L; US4440524A; AR231325A1; FR2482656B1; FR2482656A1; AU7063281A; AU533477B2

Abstract

Procédé de mise en communication entre l'extrémité d'une portion de conduite souterraine et une étendue d'eau située au-dessus. Le procédé comprend le creusement d'un tunnel sous le fond de cette étendue d'eau et l'installation de ladite portion de conduite souterraine dans ce tunnel, et est caractérisé en ce que: l'on creuse sous une portion extrême de ce tunnel adjacente à l'étendue d'eau une fosse d'une profondeur telle qu'elle présente un volume au moins égal au volume de terrain qui est compris entre l'étendue d'eau et le tunnel, au-dessus de cette fosse et qui forme ainsi le toit de celle-ci; on installe ladite portion de conduite souterraine dans le tunnel de manière qu'une extrémité de celle-ci soit adjacente à ladite portion extrême du tunnel; on dispose au moins un bouclier d'étanchéité entre la paroi du tunnel et la portion de conduite souterraine; et on fait effondrer ledit volume de terrain formant ledit toit dans la fosse, de sorte que ladite extrémité de la portion de conduite souterraine devienne immergée dans l'étendue d'eau.

Description

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La présente inven-tion concerne un procédé de mise en communication entre l'ex-trémite d'une portion de conduite souterraine et une étendue d'eau située au-dessus.
. La presente invention concerne en particulier un procédé permettant d'effectuer une liaison entre une étendue d'eau telle que la mer ou un lac e-t un tunnel creusé sous le Eond de cette é-tendue d'eau.
Ce procéde s'applique à -toute cons-truction effectuée au fond de ].a mer ou d'un lac à partir d'au moins un tunnel, notamment à des fins minières ou pétrolières.
On sai-t qu'il est extrêmement long et coûteux de creuser le fond de la mer ou d'un lac profond à partir d'une structure flottante.
L'invention évite tout travail d'excavation effectué
à partir d'une structure flot-tante, en prévoyant un procéde de mise en communlcation entre une etendue d'eau et un tunnel creuse sous le fond de cette etendue d'eau, dans lequel on creuse, sous la portion extrême du tunnel devant déboucher dans l'étendue d'eau, une fosse souterraine d'une profondeur telle qu'elle présente un volume au moins égal au volume de terrain qui est compris entre l'etendue d'eau et le tunnel au-dessus de cette fosse et qui forme ainsi le toit de celle-ci, et on provoque ensuite l'effondrement de ce toit.
L'effondrement du toit est, de preference, provoque par une pluralite de tirs de mine effectués avec des charges d'explosif faibles placées dans des trous répartis dans ledit toit et forés à partir de l'intérieur du tunnel et/ou de la surface de l'étendue d'eau.
Le tunnel peut être unique ou etre l`un d'une plura-lite de tunnels formant un reseau de tunnels. On peut notam-ment prevoir ce tunnel aLnsi que la fosse pour proteger des materiels, contre l'action d'icebergs ou de glaces par exemple, ~..

~ ~7(~ 5 et/ou pour accéder plus commodément a un emplacemen-t immergé
déterminé.
Avant de provoquer l'effondrement du toit, on la -3 ~70~

installe dans la fosse des constructlons utiles pour des travaux à effec-tuer e~entuellement après effondre~ent du toit. On étudie avantageusement le projet d'installation pour augmenter le nombre d'opérations pouvant e~tre effectuées avant e~fondrement du toit et réduire le nombre de celles devant nécessairement être effectuées après cet effondrement.
Souvent, au moins une portion de conduite, telle qu'une conduite de transport d'hydrocarbures, est placée dans le tunnel, et l'invention prévoit alors de disposer des boucliers d'étanchéité entre les parois du tunnel et la portion de conduite souterraine placée dans ce tunnel, avant de faire effondrer ledit toit.
On dispose de preférence au moins deux boucliers d'étanchéité et on introduit dans l'espace intermédiaire situé
entre les deux boucliers, des conduits de contrôle de l'étan-chéité.
Les boucliers d'étanchéité sont avantageusement ancrés dans les parois du tunnel. De même, la portion de conduite souterraine est avantageusement ancree dans le tunnel.
La fosse sert a recevoir les debris du toit apres effondrement de celui-ci. Mais elle est avantageusement utilisée aussi a l'installation, avant effondrement du toit, comme on l'a dit, de certaines constructions.
Ces constructions peuvent notamment consister en un cuvelage formant chambre de protection d'organes mis en place préalablement à l'effondrement du toit ou en des supports, tels que des poutres, destinés a soutenir des organes places posterieurement tels qu'une portion de conduite immergee qui sera raccordée a une portion de conduite souterraine placee dans le tunnel.

Ce dernier cas se presente notamment lorsqu'on désire disposer une conduite entre des installations terrestres 7~:~V~

et des installations en mer alors que le relief du fond marin à proximité de la côte est tres mouvementé et qu'il paralt ainsi préférable de relier par un tunnel la terre a un fond marin plus éloigné ou lorsqu'on veut soustraire une conduite aux dangers créés par les icebergs et les glaces dans certaines régions du globe. Placer une conduite dans un tunnel ne pré-sente évidemment aucune difficulté; on connalt d'autre part diverses techniques de pose de conduites immergées. Mais le probleme qui n'a pas encore été résolu est celui de la manière dont on peut faire déboucher le tunnel dans l'étendue d'eau et assurer dans la zone où il y débouche le raccordement d'une portion de conduite immergée et d'une portion de conduite sou-terraine disposée dans le tunnel.
L'invention résout ces problemes en combinant des techniques déja isolément éprouvées par ailleurs, ce qui supprime les aléas techniques, et elle assure a la fois la sécurité du personnel et la protection de l'environnement.
Selon la présente invention, il est prévu un procede de mise en communication entre l'extremité d'une portion de conduite souterraine et une étendue d'eau située au-dessus, comprenant le creusement d'un tunnel sous le fond de cette étendue d'eau et l'installation de ladite portion de conduite souterraine dans ce tunnel, caractérisé en ce que: l'on creuse sous une portion extrême de ce tunnel adjacente a l'étendue d'eau une fosse d'une profondeur telle qu'elle présente un volume au moins égal au volume de terrain qui est compris entre l'étendue d'eau et le tunnel, au-dessus de cette ~osse et qui ~orme ainsi le toit de celle-ci; on installe ladite portion de conduite souterraine dans le tunnel de maniere qu'une extrémité de celle~ci soit adjacente a ladite portion extrême du tunnel; on dispose au moins un boucli~r d'étan-chéité entre la paroi du tunnel et la portion de conduite ~7~t~5 souterra.ine; et on fait effondrer ledit volurne de terrain Eormant ledit toit dans la fosse, de sorte que ladite extré-mité de la portion de conduite souterraine devienne immergée dans l'étendue d'eau.
D'autres objets e-t avan-tages de l'invention ressor-tiront de la description d'exemples de réalisation de celle-ci donnés à titre non limitatif en se referant au dessin joint dans lequel:
. - la Figure 1 est une coupe schematique montrant /

/

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le profil d'un tunnel sous-~arin., dans un premier exemple de realisation;
- la Figure 2 est une coupe ~erticale schematique de l'extremité marine du tunnel de la Figure 1 et de la fosse souterraine, avan-t effondrement du toit de celle-ci;
- la Figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la Figure 2, et la Figure 4 une coupe selon la ligne 4-~ de la Figure 2, - la Figure 5 est une vue en perspective à echelle agrandie d'un dispositif de protection d'extrémité de portion de conduite souterraine' - la Figure 6 est une coupe longitudinale, à.échelle agrandie! d'une portion de tunnel et de conduite montrant notamment les boucliers d'etancheite;
- la Figure 7 est une coupe verticale schematique de la region de la fosse au moment où ~a debuter l'operation d'effondrement du toit de cette fosse;
~ la Figure 8 est une coupe analogue à celle de la Figure 7, representée en cours d'operation d'effondrement du toit de la fosse;
- la Figure 9 est une vue en plan de l'emplacement des charges d'explosif utilisees pcur faire effondrer le toit;
la Figure 10 est une coupe analogue a celle des Figures 7 et 8 représentée a la fin de cette opération;
- la Figure 11 est une coupe verticale schématique de la région de la fosse montrant le raccordement de portions de conduite souterraine et immergée;
- la ~igure 12 est une ~ue en plan de cette meme région;
- et la Figure 13 est une coupe longitudinale d'une portion de tunnel et de puits de forage dans un autre exemple de realisation.

( )(3~

Sur la ~i~ure 1, où ~es proportioQs o~t été modifiées pour faciliter la lecture du dessin., des instal~ations terrestres doivent être reliees a une portion de conduite

2 lmmergee au fond de la mer a une profondeur 3 d'une centaine de mètres par exemple et si.tuee à une distance d'une vin~taine de kilometres par exemple. La côte 4 etant séparée de la portion de conduite 2 par une dépression 5 de trois cent metres de profondeur par exemple et par une ile 6, il parait souhai-table de relier les installations 1 a la portion de conduite 2 par une portion de conduite 7 souterraine disposée dans un tunnel 8. Ce tunnel est muni de puits d'aeration tels que 9 et 10. Dans cet exemple, on a supposé que l'on effectuait les travaux et installations en terrain dur, et on n'a pas mentionné les dif~érentes techniques de percement et consoli-dation de tunnels bien connues qui peuvent être adoptées suivant la nature du terrain.
Selon l'invention, comme le montre la Figure 2, on prévoit, a l'extrémité du tunnel 8, du côté mer et sous ce tunnel, une fosse 11 que l'on creuse a une profondeur suffisante pour qu'elle présente un volume de reception au moins égal a celui du terrain compris entre la mer et le tunnel et constituant le toit 12 de la fosse qui doit s'effondrer ensuite dans la fosse. Une rampe d'acces 13 permet de des-cendre avec des véhicules dans la fosse 11 à partir du tunnel 8. On a prévu deux évidements 14 et 15 dans la paroi du tunnel 8 pour l'encastrement de deux boucliers d'étanchéite 16 et 17 visibles sur la Figure 6. A l'entree de la fosse 11 et au-dessus de celle-ci et du tunnel, on a creuse une chambre superieure 18 dans laquelle on a monte une poutraison 19 de retenue, qui retiendra le terrain lors de l'effondrement du toit 12. Le procédé selon l'invention supprime la néces-sité d'évacuer, de dégager et de déplacer des déblais au fond ,,jv~s de la mer a l'endroit du perceme~.t, On a installé un~ensemble de piliers 20 supportant des poutres 21 qui servi.ront ensuite de support a la portion de conduite immergée 2 et donneront une assise stable et de confi~uration prédéterminee et précise.
Dans la chambre 18 r on installe aussi un dispositif de protection de l'extrémité de la portion de conduite 7 disposee dans le tunnel 8.
Ce dispositif, representé, agrandi, sur la Figure 5, se compose d'une ossature métallique 22 qui entoure la portion de conduite 7 et d'une toiture inclinée 23 qui assure la protection de cette portion de conduite contre les blocs de terrain s'eboulant du toit 12 lors de l'effondrement de celui-ci. On a figuré l'emplacement de ce dispositif 22,23 sur la Figure 10 et on en a montre la toiture 23 sur les Figures 7 et 8. Ce dispositif de protection peut être enlevé
par simple traction depuis la surface après accrochage par des plongeurs à l'aide d'oeilletons idoines.
La Figure 6 montre une réalisation des boucliers d'étancheité, tout autre dispositif de colmatage pouvant être adopté suivant la nature du terrain et du tunnel. On munit la portion de conduite 7, au droit des evidements 14 et 15 de la paroi du tunnel 8, de surepaisseurs de soudure 24 en métal inoxydable que l'on peut recouvrir d'une résine d'isolement électrique. Entre la surface rugueuse ainsi obtenue et les parois des évidements tels que 14 et 15, on coule, dans un coffrage non représenté, une masse de beton.
25. Ensuite, pour mieux assurer l'etancheite, on peut effectuer quelques per~orations, non representees, dans le beton et injecter une resine synthetique, par exemple une resine epoxy, comme il est d'usage dans ce type d'ouvrage.

Le bouclier 16 est installe à une dista~ce de -- 6 ~

7~ 3~i5 sécurite de la ~osse 11 r suffisante, par exemple 10 ~tres, pour qu'il soit compl~tement à l'abri des efEets des opera-tions d'ef~ondre~ent du -toit 12 de la fosse 11.
On a prevu de faire traverser le bouclier 17 par un conduit 26 relie à un manom~tre 27 par l'lntermediaire d'une vanne 28 à trois voies qui fait communiquer l'espace 29 entre les boucliers avec l'intérieur du tunnel 8 (pour enlever eventuellement l'air de cet espace), ou avec ce manomètre, et par un conduit 30 relie à une pompe 31 qui permet de mettre l'espace 29 sous pression. On peut, ainsi, faire un essai d'etancheite en remplissant l'espace 29 d'un fluide sous pression et en verifiant le maintien de la pres-sion dans cet espace 29. Si l'etancheite apparalt insuffi-sante, on ne peut plus alors agir sur le bouclier 16, mais on peut proceder à des injections de resine synthétique dans le bouclier 17. Si l'on n'arrivait pas ainsi a l'étanchéité
voulue, on pourrait toujours installer un troisième bouclier d'etancheite.
Les conduits 26 et 30 peuvent ensuite ou être bouches conserves pendant la marche normale des ins~allations à des fins de verification permanente de l'etancheite du bouclier 16.
L'ancrage des boucliers 16 et 17 dans les evidements 14 et 15 permet aux boucliers 16 et 17 de resister à la poussee de la mer après effondrement du'toit 12 de la fosse 11. Comme la portion de conduite 7 est provisoirement bouchee à son extremite situee du cote mer, cette portion de conduite est egalement soumise à la poussee de la mer après effondrement du toit 12. Il est donc judicieux de prevoir un ancrage 32 de la portion de conduite 7. Cet ancrage 32, qui peut e~tre mis en avant ou en arrière des boucliers, est ici forme par deux brides 33, 34 solidaires de la portion de conduite 7, s avec un joint d'étanchéité 35 inséré entre elles, et serrées entre deux flasques 36, 3?1 avec interposition de pièces d'isolement électrique 38, 39, les deux flasques 36, 37 étant portés par un socle 40 ancré dans le sol du tunnel au moyen de goujons scellés tels que 41, 42.
Sur la Figure 7, a~ant de procéder à l'eEfondrement du toit 12, on a effectué un perçage de positionnement 43 dans le toit 12, à partir d'un appareil de forage flottant non représenté. Lesperçages destinés aux charges d'explosif peuvent être effectués à partir de la surface et~ou depuis l'intérieur avant mise en place des boucliers et avec instal-lation d'une télécommande d'explosion. Le toit etant ici constitué par du rocher, on effectue, dans la zone 44, au moins un perçage et un tir, avec une faible charge d'explosif, dirigé vers le bas. On continue ensuite, comme le montrent les traits pointillés 45 de la Figure 8, avec de petites charges d'explosifs de maniere à dégager de petits blocs qui s'amoncèlent en des éboulis 46 au fond de la fosse 11.
On peut effectuer des tirs d'explosif sui~ant diverses méthodes connues en elles-mêmes. On a représenté
sur la Figure 9, par des croix 47, divers emplacements que l'on peut utiliser dans une de ces méthodes pour effectuer des perçages et des tirs. Sur cette figure, um premier perçage, de positionnement, a été effectué en 48, suivi d'un deuxième perçage, de tir, effec'tué en 4~, d'un troisième perçage, de tir, effectué en 50, tandis qu'un perçage 51 est en cours de préparation et permettra dleffectuer le prochain tir, les perçages et tirs suivants devant être effectués aux emplacements marqués.
Lorsque tout le toit s'est effondré, les éboulis 46 recouvrent tout le fond de la fosse 11 comme le montre la Figure 10. On peut alors remonter à la surface le dispositif ;5 de protection 22, 23.
On descend ensuite un ensemble prepare en,surface et se composant, comme le montre la Figure 11, d'une ossature d'alignement dite " alignment frame" 52 et d'un txonçon de conduite 5~, dispose dans cette ossature et maintenu dans celle-ci par des dispositifs mobiles et verrouillables, manoeuvres par plongeurs,qui doit etre raccorde à ses extremi-tes 5~ et 55 avec respectivement la portion de conduite souterraine 7 et le reste de la portion de conduite immergee 2. Un appareil de soudage hyperbare 56 est d'abord mis en position pour reunir par soudire, en 54, le troncon 53 avec la portion de conduite souterraine 7, puis il est deplacé
pour reunir en 55 le tronçon 53 avec un premier tronçon du reste de la portion de conduite immergee 2.
L'ossature 52 et le tronçon de conduite 53 ont des configurations correspondant aux particularites du site tel qu'il resulte des travaux effectués precedemment et de l'ef-fondrement du toit 12. Cette ossature est notamment prévue pour s'adapter sur les poutre 210 Elle est simplifiee autant que possible car elle reste ensuite de preference en place de maniere definitive au moins en grande partie et constitue donc un organe perdu. Elle comporte tout un entourage de bar-res de protection 57 formant une cage à l'interieur de laquelle le personnel peut travailler a l'abri des eboulements risquant de se produire.
Dans l'exemple de la Figure 13, on retrouve un tun-nel 8 avec une conduite 7 qui, en fait, représente à la fois une collecte et des cables de telecommande et de telésystème pour des connecteurs hydrauliques, des boucliers 16 et 17 ainsi qu'une fosse 11 et un toit 12. L'étendue d'eau est une mer 58 fréquentee par des glaces. On doit par exemple effectuer un forage petrolier tel que celui indique en 59.

Tant que le toit 12 est main-tenu, donc a~ant le forage petrolier, on installe,-non seuleme~t la co~duite 7, mais aussi un cuvelage de beto~ 60 formant une chambre de protection des blocs d'obturation et des connecteurs auto-matiques de tête de puits sous-marine, surmonté d'un chapeau amovible en acier 61, de forme conique, qui protege l'ensemble des organes contenus dans cette chambre de protection pendant l'effondrement du toit 12 et qui est ensuite remonté a la surface avant le forage petrolier Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits et representes dans ces exemples, mais elle s'étend a toutes les modifications que l'on peut y apporter en restant dans l'esprit de l'invention.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de mise en communication entre l'extré-mité d'une portion de conduite souterraine et une étendue d'eau située au-dessus, comprenant le creusement d'un tunnel sous le fond de cette étendue d'eau et l'installation de ladite portion de conduite souterraine dans ce tunnel, caractérisé en ce que: l'on creuse sous une portion extrême de ce tunnel adjacente à l'étendue d'eau une fosse d'une profondeur telle qu'elle présente un volume au moins égal au volume de terrain qui est compris entre l'étendue d'eau et le tunnel, au-dessus de cette fosse et qui forme ainsi le toit de celle-ci; on installe ladite portion de conduite souterraine dans le tunnel de manière qu'une extrémité de celle-ci soit adjacente à
ladite portion extrême du tunnel; on dispose au moins un bou-clier d'étanchéité entre la paroi du tunnel et la portion de conduite souterraine; et on fait effondrer ledit volume de terrain formant ledit toit dans la fosse, de sorte que ladite extrémité de la portion de conduite souterraine devienne immer-gée dans l'étendue d'eau.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de disposer ledit bouclier d'étanchéité, on ins-talle dans la fosse des constructions utiles pour des travaux de connexion à effectuer sur ladite extrémité de la portion de conduite souterraine après l'effondrement du toit.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-risé en ce qu'avant de disposer ledit bouclier d'étanchéité, on installe dans la fosse un cuvelage formant chambre de pro-tection pour une tête de puits souterraine et un toit amovible sur ce cuvelage.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que lesdites constructions comportent des poutres pour supporter des organes qui seront mis en place après l'effon-drement du toit.

5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce qu'avant de disposer ledit bouclier d'étanchéité, on installe dans la fosse au moins un dispositif amovible de protection d'organes placés sous ce toit et en ce qu'on enlève ce dispositif après l'effondrement du toit.

6. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce qu'avant de disposer ledit bouclier d'étanchéité, on installe, à l'entrée du tunnel dans la fosse, une poutraison de retenue destinée à retenir le terrain lors de l'effondrement du toit.

7. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce que l'on dispose au moins deux boucliers d'étan-chéité séparés l'un de l'autre et en ce que l'on installe des conduits pour surveiller l'étanchéité entre ces boucliers d'étanchéité.

8. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce qu'avant de provoquer l'effondrement du toit, on ancre chaque bouclier d'étanchéité dans la paroi du tunnel.

9. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce qu'avant de provoquer l'effondrement du toit, on ancre la portion de conduite souterraine dans le tunnel.

10. Procédé selon la revendication 4, caractérisé
en ce qu'après avoir provoqué l'effondrement du toit, on fait descendre sur lesdites poutres une ossature d'alignement de conduites qui contient une portion de conduite immergée devant être raccordée à ladite extrémité de portion de conduite souterraine.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé
en ce que l'on installe sur lesdites poutres de manière défini-tive au moins une grande partie de ladite ossature d'alignement.