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Alésage arrière au travers de la roche, avec le système de forage guidé AXIS

sept.-2011

Relever un défi, ça n’a rien d’extraordinaire pour les experts en installation sans tranchée expérimentés de Midwest Mole. Depuis sa fondation en 1982, l’entrepreneur, basé à Indianapolis, s’est fait une réputation dans les innovations en matière d’installation, en surmontant les obstacles et en défiant les pronostics. Ainsi, ces pros du « sans tranchée » n’ont pas hésité à relever un autre défi tout en sachant pertinemment qu’ils rencontreraient quelques embûches inconnues et inattendues tout au long du chemin.

Midwest Mole a été engagée par l’entrepreneur général Dudley Construction au nom du maître d’ouvrage Sanitation District N° 1 (SD1) du nord du Kentucky. SD1 est responsable de la collecte et du traitement des eaux usées du nord du Kentucky, ainsi que de la gestion des eaux pluviales régionales. Il est également le deuxième plus grand service public d’assainissement de l’État. La zone de service du district couvre environ 570 kilomètres carrés, répartis sur trois comtés du nord du Kentucky, et dessert plus de 30 municipalités ainsi que plusieurs secteurs non constitués en municipalités. SD1 entretient plus de 2 575 km de conduites d’égout sanitaire, plus de 140 stations de pompage des eaux usées, plusieurs usines de traitement et environ 17 800 structures d’égouts pluviaux.

Ce projet, situé juste à l’extérieur de Florence, au Kentucky, consistait en l’installation d’un tronçon de 154 m de conduites en matériau PEHD DR 11 de 45 cm de diamètre, qui permettrait d’éliminer une station de pompage et de convertir le système de conduites de refoulement des égouts existants en système de conduites à écoulement par gravité. Il devait être mis en place en respectant une pente de 1,3 % et en utilisant la méthode d’installation par forage à vis sans fin. Cependant, la plus grande difficulté n’était pas la pente, ni le matériau, ni même l’accès restreint au site — qui nécessitait la traversée d’un terrain vallonné et très boisé — c’était plutôt, comme bien souvent, les conditions de sol qui posaient le plus de soucis. Après avoir revu le plan, toutefois, David Howell, un responsable de projet de Midwest Mole, a eu l’idée d’une autre approche.

« Il s’agissait d’un quartier résidentiel avec beaucoup d’arbres, situé sur une colline et d’un accès très limité », explique M. Howell. « Et il y avait aussi de la roche solide. SD1 avait prévu, à la base, de forer au travers de la colline avec la méthode du forage à vis sans fin. Nous avions utilisé le système de forage guidé AXIS de Vermeer sur un précédent projet et pensé qu’il pourrait très bien convenir ici. Notre seule véritable préoccupation, c’était l’alésage arrière au travers de la roche. »

Fonctionnement
Le système AXIS comprend un bloc d’alimentation de la pompe d’aspiration, un réservoir d’aspiration et un bloc d’alimentation de l’unité de forage, ainsi qu’un tube de forage et la tête de forage. Situé à l’extérieur du puits de départ, un bloc haute performance d’alimentation de la pompe d’aspiration élimine les matériaux excavés du forage. Dès qu’ils atteignent le puits de départ, les matériaux excavés sont transférés du tube de forage vers un flexible de 15 cm de diamètre qui remonte du puits jusqu’au réservoir d’aspiration.

À l’extérieur du puits se trouve un bloc d’alimentation autonome doté d’un moteur diesel de 142 ch (104,4 kW) et des pompes hydrauliques qui se connectent à une crémaillère (située dans le puits de départ), qui alimente les fonctions de rotation, de poussée et de tirage de la tête et du tube de forage.

La console de l’opérateur est conçue pour centraliser les commandes de plusieurs composants dans une interface facile à utiliser. Elle comprend l’écran d’affichage de la cible, l’affichage des paramètres, la commande de guidage de la tête de forage, les commandes de poussée/tirage, de rotation et d’aspiration. Les segments de tubes de forage, d’une longueur de 2 m, sont placés dans le chariot par crémaillère. Ils disposent d’un canal à visée laser ainsi que d’un canal d’aspiration permettant d’extraire les matériaux excavés.

Le système de guidage comprend un laser qui détermine la ligne et la pente du forage, permettant ainsi de respecter une pente précise tout au long du processus de forage. La tête de forage intègre un dispositif de coupe à face plate qui, lorsqu’il est combiné au système de guidage laser, est capable de réaliser des forages avec des tolérances précises de la pente. Dans un sol stable, elle peut être rétractée au cours de l’installation, ce qui permet à l’entrepreneur de changer le trépan et de l’adapter à l’évolution des conditions de sol.

L’élimination d’une étape contribue à améliorer l’efficacité
La roche était composée de couches de schiste avec des veines de formations calcaires d’une épaisseur comprise entre 2,5 et 12,7 cm et sa pression supérieure à 827,4 bars. Les lignes électriques aériennes et une station de pompage existante, situées à proximité immédiate de la zone où le puits de départ devait être placé, étaient également des facteurs. Toutefois, après avoir vérifié l’emplacement des conduites d’égout entrant et sortant de la station de pompage et évalué les dimensions finales afin de positionner les divers composants du système AXIS, M. Howell était convaincu que cette méthode de forage à guidage laser était bien la meilleure approche… et les responsables de SD1 y ont souscrit.

« Tout en convenant qu’il aurait certainement été possible de terminer le travail à l’aide du forage à vis sans fin, nous avons pu identifier plusieurs avantages qui ont favorisé le système AXIS. Et nous les avons présentés aux responsables chez notre client de longue date, SD1. Ils ne connaissaient pas vraiment cette méthode, mais nous avions déjà travaillé avec eux sur plusieurs projets et ils en ont été ravis. Ils ont donc eu confiance en notre recommandation et nous ont donné le feu vert. »

M. Howell a cité trois facteurs importants qui ont fait pencher la balance en faveur du système AXIS, à commencer par la roche. L’irrégularité de la formation et la variation des couches de roche calcaire et de schistes amplifie la difficulté de maintenir une ligne et une pente précises en utilisant le forage à vis sans fin. Selon M. Howell, le maintien d’une pente précise — souvent inférieure à 1 % — est un atout majeur pour l’AXIS étant donné que le système de guidage laser permet à l’opérateur de surveiller constamment le processus de forage et de faire des ajustements lorsque des changements dans la dureté et la densité de la roche altèrent la trajectoire de la tête de la foreuse, même si ce n’est que très légèrement.

Un autre avantage important en faveur du système AXIS, étant donné le terrain rocheux du nord du Kentucky couplé au matériau de petit diamètre qui devait être installé pour le projet de Florence, c’est sa capacité de le réaliser en un seul passage.

« Le forage à vis sans fin aurait nécessité une approche à deux passages », explique M. Howell. « Le tube de forage devait être installé en premier, suivi de la nouvelle conduite d’égout, enfilée en son intérieur. Et il est probable que cette approche aurait également nécessité que nous jointoyions le matériau sur place. Mais ce n’était pas le cas en utilisant le système AXIS, cependant, car la conduite d’égout pouvait être installée directement dans le forage, sans le tube en acier. En résumé, nous avons donc éliminé une étape, ce qui équivaut à moins de temps et à des dépenses réduites. »

Midwest Mole a utilisé un tricône de 34 cm pour le trou pilote et a atteint un taux de production moyen de 4 m par heure à travers ce mélange complexe de formations rocheuses. Avec les conduites en PEHD fusionnées et prêtes du côté récepteur, il était temps d’affronter l’inconnu et de commencer la phase d’alésage arrière du projet.

La variable inconnue, toutefois, était de savoir si le système AXIS serait réellement capable d’aléser en arrière, au travers de cette formation difficile de roche calcaire, de schiste et de roche haute densité, car, au cours des installations précédentes, il avait été seulement tiré par le biais de la voie creusée. L’équipe de M. Howell a sélectionné une tête de forage de 49 cm à trois cônes rotatifs pour parcourir les 154 m de forage — une configuration d’outils considérée comme efficace pour enlever la roche et positionner au mieux l’aléseur pendant le tirage.

« C’était la première fois que le système AXIS était utilisé pour aléser de la roche, il y avait donc évidemment quelques tâtonnements et erreurs au début », concède M. Howell. « Nous avons fait quelques ajustements en cours de route afin de régler l’espacement des molettes selon la surcoupe correcte et ainsi, permettre à l’aléseur de travailler plus efficacement. Une tête de tirage a été fixée à l’arrière de l’aléseur, sur un joint tournant, ce qui aide à dégager l’alésage. Nous tirions donc la conduite à l’intérieur tout en alésant le trou. Nous avons utilisé l’aléseur Vermeer dont la conception personnalisée standard intègre des têtes de forage à cônes rotatifs. »

Le calme revenu, c’est devenu un moment historique
M. Howell a admis qu’il y avait eu des moments tendus avant le tirage. « Nous savions que nous avions étudié le projet de manière aussi complète que possible, mais il y avait encore des moments tendus comme nous approchions de l’alésage arrière », dévoile M. Howell. « Vermeer était là pour nous assister, et oui, il y avait de la nervosité à faire quelque chose pour la première fois, mais l’un dans l’autre, tout s’est très bien passé. Nous avons dû faire quelques ajustements, mais en fin de compte, il a en fait très bien alésé la roche et nous en étions très contents. Nous faisions une moyenne d’environ 2,4 m à l’heure pendant l’alésage arrière. »

Howell et son équipe attendent avec impatience la prochaine occasion d’innover et d’entrer dans l’histoire sur un autre projet d’installation sans tranchée. En attendant, cependant, les pros compétents de Midwest Mole sont satisfaits d’avoir réalisé avec succès un autre forage historique, et plus encore, d’avoir continué à consolider une relation client.

« Nous sommes fiers des nombreuses installations que nous avons réalisées avec succès », déclare M. Howell. « Mais nous sommes encore plus fiers de la confiance et de la crédibilité que nous avons été en mesure d’établir avec des clients comme SD1. Nous avons pris un peu de risques sur ce projet et, heureusement, tout s’est bien passé car ils [SD1] sont très heureux des résultats. En fait, le propriétaire a rédigé un résumé sur le projet et l’utilisation du système AXIS. L’un des temps forts, pour nous, a été lorsqu’ils ont reconnu que le projet pouvait être réalisé à l’aide du forage à vis sans fin, mais pas avec la même efficacité et rapidité. C’est là où le système AXIS se démarque vraiment. »