Forage de roches par HDD, Décaissement Ouvert, et Construction de Tuyaux en PVC Segmenté

Deux communautés situées près de Fort Worth, au Texas, étaient confrontées à une demande en eau potable qui dépassait les ressources en eau disponibles avec leurs systèmes actuels. Une alimentation en eau secondaire supplémentaire était nécessaire, et l'installation d'une nouvelle canalisation était vitale pour soutenir la nouvelle livraison d'eau aux villes. L'ingénieur concepteur du projet a été chargé de construire une nouvelle conduite d'eau qui se raccorderait aux futurs points de livraison et de choisir les méthodes de construction adaptées aux restrictions géologiques et spatiales imposées : sols durs, emprise du TxDOT et défis environnementaux liés au franchissement de routes, de rivières et de cours d'eau.

Rock Bore Using HDD

Localisation

Willow Park , TX

Maître d'ouvrage

City of Willow Park and City of Hudson Oaks

Entrepreneur

WildStone Construction

Ingénieur

Halff Associates

Secteurs de Marché

  • Municipales

Défi

La ville de Willow Park et la ville de Hudson Oaks sont des zones urbaines situées à l'ouest de Fort Worth, au Texas. La population totale de ces deux villes est d'environ 8 900 habitants et elles connaissent toutes deux une croissance fulgurante. Afin d'assurer un approvisionnement en eau suffisant aux communautés, les villes ont conclu un accord inter-local pour recevoir de l'eau en gros de la ville de Fort Worth. L'acheminement de l'eau a nécessité l'installation d'une nouvelle canalisation et les défis du projet ont exigé des solutions d'ingénierie innovantes. Parmi les défis à relever, citons

  • Coordination de l'utilisation de l'espace : Le projet impliquait plusieurs entrepreneurs et sociétés de forage, ce qui nécessitait une gestion efficace de l'espace pour les parties à ciel ouvert et sans tranchée.
  • Forage dans le sable, les galets et le calcaire : La présence de ces trois sols dans un seul forage a constitué un défi important pour la méthode HDD, nécessitant des techniques et des équipements de forage spécialisés.
  • Un projet difficile à mettre en œuvre : Les zones de travail restreintes et la grande visibilité du projet ont entraîné un manque d'espace de stockage pour les solutions de Tuyaux fusionnés, ce qui a nécessité des approches novatrices pour l'assemblage des pipelines.
  • Propriétés variées des sols et des roches : Chaque forage sans tranchée a rencontré des propriétés de sol et de roche différentes, ce qui a entraîné des difficultés dans le choix du fluide de forage directionnel approprié et des méthodes de confinement, en particulier dans les zones de franchissement des cours d'eau sensibles sur le plan environnemental.

Le coût du projet étant estimé à 3,95 millions de dollars, les villes de Willow Park & Hudson Oaks ont également prévu de conserver un système de tuyaux en PVC correspondant aux tuyaux de leur réseau d'eau existant afin de réduire les coûts d'entretien et d'éliminer le besoin de stocks supplémentaires et d'adaptateurs spécialisés.

Application

Le projet a nécessité la construction d'une canalisation de 3,4 miles située le long de la route de desserte ouest de l'Interstate Highway 20, reliant El Chico Trail à Willow Park à Ranch Oak Drive à Hudson Oaks. L'ingénieur chargé du projet, Halff Associates, a choisi le Forage Directionnel Horizontal (HDD) comme meilleure méthode sans tranchée pour installer le nouveau Tuyaux en PVC sous la Clear Fork Trinity River, un bras de rivière important, et à travers plusieurs forages de ruisseaux. Le FDH atténue les impacts de la construction lorsqu'il s'agit de forages profonds dans les ruisseaux, offrant plusieurs avantages en termes de sécurité et de protection de l'environnement : il évite de perturber le lit et les berges du ruisseau, réduisant ainsi le risque d'érosion, empêche le déversement de sédiments et de polluants du sol et préserve l'habitat naturel. La FDH est également un bon choix pour installer une nouvelle canalisation dans un droit de passage ou une servitude existants sans avoir à procéder à une excavation importante comme l'exige la construction en tranchée ouverte, ce qui réduit en fin de compte la perturbation de la surface. Dans l'ensemble, la technique de forage par déviation permet d'accélérer les délais de production, de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'atténuer l'impact sur la communauté locale. La conception d'un tunnelier peut également permettre de surmonter diverses conditions de terrain difficiles ayant des incidences potentielles sur l'environnement :

  • Ligne de forage et pente pour permettre des angles d'entrée et de sortie constructibles pour les Tuyaux.
  • Zones d'assemblage des Tuyaux.
  • Profondeur de la couverture pour réduire les retours accidentels (fracturations)

Le projet a été financé par le Texas Water Development Board, Drinking Water State Revolving Fund.

Solution

Halff Associates a réussi à répondre aux restrictions d'aménagement du projet sans tranchée en spécifiant le Certa-Lok® RJ DR14 de 16 pouces à retenue intégrale, de Westlake Tuyaux et Raccords. Les Tuyaux segmentés en PVC Certa-Lok éliminent le besoin de zones d'attente requises par les tuyaux fusionnés, et Certa-Lok peut être assemblé en cartouche avec le tuyau en cours d'assemblage pendant le tirage. Certa-Lok peut être assemblé en segments de tuyaux de seulement 10 pieds ou l'entrepreneur peut pré-assembler toute la longueur du forage. Le DR14 a été spécifié pour résister à des installations à des profondeurs importantes afin de répondre aux exigences de pression de conception du projet et pour correspondre au système de Fort Worth fonctionnant au DR14. Les longueurs de forage étaient de 1 069 LF, 620 LF et 379 LF, avec des conditions de sol constituées d'un mélange de roches dures et de calcaire, et le forage du ruisseau avec un mélange de sable, de galets et de calcaire.

La première étape de la conception du HDD est l'examen technique des plans existants tels que construits, l'ingénierie des services souterrains (SUE) et la collecte des conditions souterraines facilement disponibles. Sur la base des résultats de l'examen, Halff Associates a élaboré une proposition de trajectoire de forage en évitant les services publics existants adjacents et traversants, en permettant un étalement suffisant de la construction et en atténuant les zones sensibles sur le plan environnemental. Le tracé proposé a été remis à l'entrepreneur pour qu'il planifie les étapes suivantes, y compris la disposition des zones de travail pour rester dans les limites de la construction du projet et des servitudes d'utilité publique. L'entrepreneur a ensuite mis au point une ligne de forage constructible et une pente conforme aux conditions réglementaires du projet et aux critères de conception de l'exploitation et de la maintenance à long terme. CJB Construction, sélectionné par l'entrepreneur général Wildstone Construction, a mobilisé des équipements sur le site pour exécuter le forage directionnel horizontal et le tirage des Tuyaux. Les matériaux présents sur le site comprenaient 13 782 LF de Certa-Lok IB DR14 de 16 pouces C900 pour la tranchée ouverte ; 2 068 LF de Certa-Lok RJ DR14 de 16 pouces C900 pour le HDD ; 1 997 LF de Certa-Lok IB DR14 de 16 pouces C900 pour les Tuyaux porteurs avec tubage en acier.

Les Tuyaux en PVC Certa-Lok C900 IB de 16 pouces ont été installés à une profondeur standard de 4 pieds. La trajectoire de forage HDD devait relier la conduite sans tranchée à la conduite en tranchée ouverte à la profondeur de 4 pieds. La traversée de Willow Park comprenait une topographie variée et une rivière profonde. La trajectoire de forage conçue a permis d'éviter de perturber la communauté locale et d'atténuer les conditions réglementaires environnementales concernant la perturbation de l'environnement riverain. La machine HDD utilisée était une Vermeer D100X140 équipée d'un système de mélange de boue et d'un système de recyclage. La taille du trépan pilote était de 5,5 pouces et était immédiatement suivie d'un ouvreur de trou de 30 pouces de diamètre. Les tiges de forage étaient des tiges Vermeer Fire Stick 1 de 20 pieds de long et de 3,5 pouces de diamètre. L'ensemble de guidage était fixé à l'arrière du trépan. Le guidage était assuré par un système d'émetteur DigiTrak Flacon F5+ de DCI, capable de localiser le transducteur de suivi jusqu'à une profondeur de 180 pieds.

Le forage le plus long a été le plus difficile, le sable se transformant en galets et enfin en calcaire sous la rivière. Les deux autres forages ont atteint le calcaire à une très faible profondeur. La traversée de la rivière principale a rencontré du calcaire sur ce site, une roche sédimentaire marine composée généralement de carbonate de calcium. Les deuxième et troisième forages étaient principalement constitués de calcaire.

Les principaux avantages des Tuyaux segmentés sont : la réduction de la configuration du projet, l'élimination de la fusion et la réduction de l'effet de Poisson par rapport à d'autres solutions sans tranchée. Les forages étaient situés à trois endroits différents tout au long du projet ; les forages de 1 069 LF et de 600 LF comportaient plusieurs puits de décharge où les retours accidentels ou les fracturations pouvaient être contenus et collectés. La fracturation se produit lorsque la pression d'injection de la boue dépasse la capacité du sol à supporter la pression de la boue et libère la boue. Le chemin de moindre résistance pour la fracturation est la remontée à partir du forage. Ces puits de fracturation dédiés réduisent le risque de fracturation en contrôlant l'emplacement de chaque puits par rapport au forage. Par exemple, la traversée de la rivière de 1 069 LF était précédée de deux puits de fracturation dédiés, ce qui a permis d'évacuer le fluide de forage directionnel et de réduire le risque d'infiltration du matériau dans les rivières ou dans d'autres zones de l'installation.

Une fois le trou foré et nettoyé pour vérifier que les déblais ont été enlevés, la tête de traction a été fixée au Certa-Lok de 16 pouces. La tête de traction a été fixée au Joint Certa-Lok par l'intermédiaire d'une cannelure en nylon, ce qui a permis un verrouillage à 360 degrés. Une fois le Certa-Lok fixé à la tête de traction, une fosse d'entrée à rampe a été construite pour insérer les Tuyaux avec un rayon de courbure vertical contrôlé de manière appropriée. Le Certa-Lok a ensuite été assemblé en chapelets de 80 à 200 LF à la fois, en fonction de l'espace de pose disponible ; les 1 069 LF étaient suffisamment spacieux pour permettre un assemblage plus long des Tuyaux segmentés par rapport aux alésages plus courts.

L'installation des Tuyaux Municipaux segmentés Certa-Lok a été considérée comme un succès par l'ingénieur concepteur, l'entrepreneur général, le sous-traitant HDD et les Municipales. Les commentaires ont notamment porté sur la facilité avec laquelle l'empreinte du chantier n'a pas eu d'impact sur les entreprises locales et sur la simplicité, la rapidité et l'absence de formation et d'équipement spécialisés en matière de fusion. L'une des clés du bon déroulement du projet a été le travail d'équipe. Les entrepreneurs ont collaboré avec le fabricant de tuyaux, Westlake Tuyaux et Raccords, et avec l'ingénieur concepteur pour vérifier les possibilités de cintrage. Un exemple important s'est produit lorsque CJB Construction a trouvé un câble de fibre optique dans l'alignement et qu'une nouvelle conception a été nécessaire pour respecter le calendrier du projet. Dans l'ensemble, les personnes qui ont développé le projet ont été satisfaites des résultats.