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Technologies de coffrage dans la construction de tunnels

Importance croissante de la construction routière

La construction de tunnels explose dans le monde. Si l'on examine les statistiques de construction de tunnels depuis les années 1960, on voit que la courbe suit de près l'intensification du trafic routier. Cette évolution s'explique par deux raisons : La croissance ininterrompue du trafic individuel et le développement exponentiel du commerce de marchandises, qui cherche à s'étendre à tous les recoins de la planète, le plus vite et le plus facilement possible. La volonté de toujours « plus, plus vite, plus loin » apparaît clairement dans l'extension du réseau de transport et la création de nouvelles voies, qui font gagner du temps et de l'argent, sont sûres, et dont les obstacles ont été éliminés au maximum.


Accélération, décentralisation et délocalisation

Aujourd'hui, dans la gestion du trafic, le mot d'ordre est d'aller du point A au point B dans le délai le plus court possible, de manière fiable et sûre, sans aucune interruption. C'est vrai dans les régions rurales comme dans les villes et les zones urbaines surchargées de trafic. Les flux de trafic se concentrent sur les liaisons internationales de longue distance, dans le but de rapprocher les grandes régions économiques.

Dans ce contexte, les tunnels et les ponts occupent une place essentielle au sein des réseaux de transport. Ils traversent les montagnes et les fleuves, réduisent les distances, évitent les détours, nivellent les différences d'altitude, éliminent les carrefours. Simultanément, les tunnels routiers protègent les êtres humains et la nature du bruit et des émissions polluantes. 


PERI: La vue globale du spécialiste

Parallèlement au développement de la construction de tunnels, des spécialistes interviennent à tous les niveaux de la planification et de la réalisation pour promouvoir le bon achèvement de ces projets d'envergure grâce à des procédés éprouvés, ainsi qu'à des structures d'information et d'organisation cohérentes.  

Les équipes de planification des tunnels réunissent généralement des géologues, des géomètres, des spécialistes des terrassements, des fondations et de la construction routière, des experts en organisation et en technologie du béton, ainsi que des planificateurs pour le transport et la sécurité des opérations. La seule énumération de ces professions donne déjà une idée de la complexité de ces projets de construction. Parmi ces spécialistes, la société PERI a acquis une réputation internationale de partenaire fiable grâce à ses systèmes de coffrage et d'échafaudage. À toutes les phases du projet, des premiers plans jusqu'à l'achèvement. 


Construction de tunnels : principes de base et objectifs

La technologie du béton, un rôle d'appui

Le matériau de construction « béton » a permis de formuler une définition de base des modes de construction génériques en matière de tunnels. Par la suite, on a développé une approche de plus en plus affinée des chantiers de ce type, à base de systèmes standardisés, avec une attention constante à la planification, à la conception structurelle et à la prise en compte des principes économiques.  

Durant cette évolution, les rôles ont été bouleversés. Par le passé, coffrages et échafaudages étaient des accessoires nécessaires au processus de fabrication, achetés au gré des circonstances. Aujourd'hui, de plus en plus, leur transformation en systèmes en fait des outils de production et d'organisation. C'est désormais la coordination étroite de ces systèmes polyvalents qui garantit le succès de chaque chantier de construction d'un tunnel.


Types de construction et de structures portantes

Le choix du type de construction et de structure portante dépend de deux critères principaux, la section transversale du tunnel et sa longueur. Le long du tunnel, il faut aussi tenir compte des courbes et des pentes liées aux objets rencontrés, ainsi que des changements de géométrie en termes de largeur libre et de hauteur libre. Ces changements de la section standard sont nécessaires pour intégrer les espaces de stationnement et d'arrêt d'urgence, les galeries d'accès et d'évacuation, et les constructions qui relient les tunnels adjacents l'un à l'autre ou avec la surface.

Dans le domaine des tunnels, PERI propose quatre modes de construction :

  • tranchée à ciel ouvert 
  • galerie
  • tranchée couverte
  • modes de construction spéciaux et complémentaires

Indépendamment de la méthode construction, la structure portante est disponible en différentes sections, selon les conditions géologiques et l'utilisation envisagée. La forme d'un rectangle simple représente la solution la plus économique. En fonction des conditions, cependant, on pourra préférer une section circulaire, elliptique ou spéciale. 


Les structures portantes dans la construction des tunnels


  1. Solutions PERI pour la construction de tunnels et exemples de projets

Toutes les solutions PERI pour la construction de tunnels s'appuient sur un système unique, le kit d'ingénierie VARIOKIT. Les solutions sont indépendantes du degré d'automatisation requis dans les processus de coffrage, de décoffrage et de déplacement. Les systèmes PERI couvrent toutes les phases du cycle de vie du tunnel, depuis la construction jusqu'à la maintenance en passant par la réparation.


Les solutions PERI pour la construction de tunnels

Open cut tunneling: interrupted cross-section.

As with regular high-rises, the floor, walls and slab of the tunnel cross-section are produced independently.

Framework conditions

  • Cycle lengths of up to 30 m
  • Clear height ca. 3 m to 10 m
  • Clear width according to structural restrictions
  • Number of cycles: max. 10

PERI project examples


Open cut tunneling semi-monolithic.

Walls and slab are concreted in one pour. Their production takes place with two separately moving, structurally autonomous formwork carriages.

Framework conditions

  • Cycle lengths up to ca. 25 m
  • Clear height ca. 4 m to 10 m
  • Clear width ca. 4 m to max. ca. 20 m per carriage
  • Number of cycles min. ca. 10 up to max. ca. 60 cycles

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Open cut tunneling semi-monolithic.

Floor and walls are concreted in one pour. Because of its absolute water-tightness, this construction method is mainly used in groundwater areas.

Framework conditions

  • Cycle lengths up to max. 15 m
  • Clear height ca. 4 m to 8 m
  • Clear width ca. 25 m
  • Number of cycles min. ca. 10 up to max. ca. 60 cycles

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Open cut tunneling monolithic.

Floor, walls and slab are concreted in one pour. Due to the minimum amount of joints, high water-tightness of the whole tunnel cross-section is achieved.

Framework conditions

Variant with launching beam:

  • Cycle lengths min. ca. 10 m to max. 24 m
  • Clear height ca. 3 m to ca. 10 m
  • Clear width max. ca. 20 m
  • Number of cycles min. 50 cycles

Variant with portal and rear carriage:

  • Cycle lengths min. ca. 10 m to max. 20 m
  • Clear height ca. 4 m to ca. 9 m
  • Clear width max. 18 m
  • Number of cycles min. 25 cycles

 

PERI project examples

PERI project examples


Mining method.

Tunnel is built underground. The excavation for the circular or oval cross-sections is done either by blasting or with tunnel drilling machines.

Framework conditions

  • Short distances: Arched formwork is combined with shoring
  • Medium distances: Use of horizontally movable system formwork carriages
  • More than 60 concreting cycles: automated use of arched formwork carriages

PERI project examples


Cut-and-cover method.

Construction with minimum traffic disruptions. With this construction method, excavation only reaches up to the bottom edge of the future tunnel slab.

Framework conditions

  • Cycle lengths up to ca. 30 m
  • Clear height up to max. 12 m
  • Clear width without restriction
  • Number of cycles from 1 cycle

Deviations from the standard cross-section.

Necessary changes of the standard cross-section due to parking and emergency stop bays, escape and access galleries, etc.

Framework conditions

  • Formwork carriage adjustable to cross-section changes with minimum additional work 
  • Unimpeded formwork change between standard and deviating cross-sections possible 

PERI project examples


Transition tunnel / above-ground area

Transitional structures link above-ground traffic routes with the underground routing.

Framework conditions

  • The shape and dimensions of formwork geometries can be flexibly adjusted to the topography and landscape. 
  • Surface finish of the portal walls can also be flexibly formed.

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Gallery-type structures / half-open structures.

Half-open tunnels with single-sided or overhead light. Galleries can be independent structures or longer transitional structures.

Framework conditions

  • Technical design and production analogous to construction methods which are tried and tested in tunnel construction
  • Suitable for all PERI formwork and scaffolding systems which can be used for tunnel construction.

PERI project examples


Maintenance of tunnel structures.

Construction-related measures for the maintenance, partial renewal or modification of existing tunnel structures.

Framework conditions

  • System components can be used for all types of tunnel construction mentioned above
  • Thorough damage analysis while considering the technical and organizational necessities 
  • Maintenance and process planning conform to the generally applicable rules and regulations.

PERI system technology in tunnel construction

Modular concept and customer benefit

PERI has followed a special modular-type concept right from the start which sees two allegedly contracting targets as one entity and which combines them technically in the development of products and construction components. On the one hand, PERI formwork and scaffolding systems are characterized by the highest possible simplification of their structure and handling. On the other hand, as highly standardized components, they allow for a maximum of variability in their object-specific combination. 

The functional and logistically optimized concept ranges from few core components with captive, self-locking and self-adjusting connectors over a self-explanatory erection logic of the formwork and scaffolding systems to digital planning and execution instruments which ensure a smooth project process both regarding construction and logistics.

Work phases in tunnel construction

Project phases for the construction, maintenance and repair of tunnel structures

Project cause

  • New construction
  • Maintenance / repair
  • Maintenance / refurbishment

Planning phase

  • 2D- / 3D-planning
  • Defining the formwork system
  • Defining the formlining
  • Defining the construction sequence
  • Creating the logistics concept

Forming phase

  • Erecting the formwork
  • Adjusting the formwork
  • Moving the formwork
  • Dismantling the formwork

Concreting phase

  • Providing / distributing of concrete
  • Inserting of concrete
  • Compressing of concrete
  • Curing of concrete

Application variations second to none: The VARIOKIT engineering construction kit

The VARIOKIT engineering construction kit is truly an all-rounder. It is one of very few systems world-wide which can be used without any limitations in tunnel and bridge construction and civil engineering. This essential customer benefit is the result of high-degree standardization and the possibility to combine the system components which are based consistently on only three core elements, which are:

  • the SRU steel waler universal
  • the RCS climbing rail
  • and the SLS heavy-duty spindle.

This means that the VARIOKIT engineering construction kit consists of about 80% standard components and only the remaining 20% are object-specific, adjusted special parts. On top of this, the possibility to rent the PERI standard components reduces the rate of tied-up investment capital. At the same time, PERI customers thus have reliable world-wide access to a pool of technically and functionally tested and maintained system and product components. A further considerable economic benefit of the VARIOKIT engineering construction kit is that it can be extended into an independently moving, hydraulically supported ”tunnel forming machine“, which executes many linked work steps precisely and automatically.


More detailed information

Tunnel Formwork Technology | Technology Manual

All topics mentioned above are described in more detail and presented with pictures in the PERI specialized book ”Formwork technology tunnel“. Numerous system sketches do not only support the more profound explanation of specific construction methods and jobsite situations but they also provide a practical reference to tunnel projects which have already been carried out.  

More than 100 pages of the 160-pages technology manual are dedicated to the detailed documentation of tunnel construction projects. Here as well, the individually arranged systematic schemes and large-format pictures supplement the presentation of specific jobsite situations and the solutions worked out and executed in cooperation with PERI. To also show the perspective of the executing specialist companies, the “practical people from the jobsite” working for these companies share their opinion about the formwork-related requirements and explain the decisions made in the respective situations.

Tunnel Formwork Technology
Technology Manual

160 pages of valuable expert knowledge - compact, easily understandable and in step with actual practice.

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