Sortons les rubans à mesurer — de très gros rubans à mesurer.

Quelle doit être la taille d’un tunnel de métro ? Faut-il creuser deux tunnels pour accueillir un train chacun ou un tunnel pour les deux ? Et, le tunnel doit-il être assez grand pour contenir les gares, ou doit-il être creusé plus tard ?

La taille du tunnel est l’une des décisions les plus importantes qui doivent être prises avant la construction des métros.

Les planificateurs de Metrolinx ont étudié une liste de possibilités pour réaliser une expansion massive du métro dans la région du Grand Toronto. Le programme de 28,5 milliards de dollars pour le métro comprend la ligne Ontario, l’extension du métro de Scarboroughl l’extension Crosstown West et le l’extension du métro Yonge.

Au fur et à mesure que la technologie évolue en matière de forage et l’exploitation minière, les planificateurs du métro ont davantage de choix à faire quant à la taille des tunnels. Les types de tunnels peuvent varier d’une ligne à l’autre. L’approche par tunnels jumelés, avec deux cavernes séparées pour les trains allant dans des directions opposées, est la plus répandue, mais ce n’est pas la seule option.

La majeure partie du système actuel de métro de la TTC est constituée de tunnels jumelés parallèles, où chaque voie dispose d’un tunnel dédié de six mètres de diamètre.

Richard Tucker, directeur de projet pour la ligne Ontario et l’extension du métro de Scarborough chez Metrolinx, explique que la présence d’eau souterraine dans le sol entourant le tunnel est un facteur important pour déterminer sa taille.  

« Imaginez que sous la surface, en passant par les eaux souterraines et le sol, le tunnel du métro est en fait une grosse paille creuse », a déclaré M. Tucker. « Il va flotter, donc le poids du sol au-dessus de lui doit être assez lourd pour le maintenir en bas. »

Pour que le tunnel reste stable, la règle générale est que la profondeur de sol au-dessus doit être au moins égale au diamètre du tunnel. Ainsi, chaque tunnel de six mètres nécessite six mètres de terre au sommet pour le maintenir en place.

C’est important pour les planificateurs qui essaient de réduire la profondeur, car plus les voies sont longues, plus les passagers mettront de temps à sortir de la gare.

Les plus grands tunnels doivent être creusés plus profondément. Un tunnel construit pour faire passer deux voies dans un seul trou a généralement un diamètre de 10 mètres et nécessite au moins 10 mètres de couverture au sol.

« Cela peut être un problème ou non, parce que parfois, quand vous allez sous les lignes de services publics et les fondations des bâtiments, vous devez de toute façon aller plus profond », a déclaré M. Tucker.

Un autre aspect à prendre en compte lorsque l’on envisage un tunnel à double paroi est qu’il retire moins de terre du sol qu’un tunnel plus grand, c’est-à-dire assez grand pour deux trains.

D’autre part, une fois que les trous jumelés sont forés, ils nécessitent un creusage supplémentaire pour des structures spéciales.

« Avec une route à deux tunnels, il faut de temps en temps ajouter des passages transversaux pour les dispositifs de sécurité, tels que les sorties de secours », a déclaré M. Tucker. « Ensuite, nous devons ajouter des structures spéciales — minées ou par coupe à ciel ouvert — pour les passages qui font passer les trains d’une voie à l’autre.

« Ce travail supplémentaire est très spécialisé. »

Les tunnels doivent également être équipés de voies de garage qui permettent aux trains de stationner en dehors des heures de pointe avant de reprendre la circulation aux heures de pointe. Elles peuvent également être utilisées pour stocker les voitures de service pour l’entretien des tunnels et des voies.

« Lorsque vous avez deux tunnels, avec une voie chacun, et qu’il vous en faut un troisième à certains endroits, vous devez creuser des cavernes ou des trous à la surface pour créer ces structures », a déclaré M. Tucker.

En ce qui concerne le coût, le forage des petits tunnels jumelés est au départ moins cher que celui d’un seul trou plus grand, mais il n’existe pas de règle facile pour déterminer si le coût de l’ajout de ces structures l’emporte sur cet avantage, ou même s’il est possible de les construire, tant que l’on ne tient pas compte de la géographie du tracé et de la position des gares.

« Selon l’endroit où vous vous trouvez dans la ville, il se peut que vous ne puissiez même pas creuser un trou pour ces structures spéciales », a déclaré M. Tucker. « Plus ils sont nombreux et plus il faut de passages transversaux, plus les tunnels jumelés deviennent chers. »

« Mais, si vous avez des gares qui sont proches les unes des autres, vous n’avez pas besoin d’autant de passages croisés. »

Les grands tunnels à un seul trou simplifient ces ajouts en supprimant la nécessité de les creuser par le haut.

« Mettre les deux voies dans un même tunnel nous permet de mettre des passages à niveau n’importe où sans perturber la vie au niveau de la rue car nous n’avons pas besoin de creuser pour construire des passages à niveau. »

Les conditions du sous-sol peuvent également influencer le choix des tunnels. Metrolinx examine de très près la stratigraphie du tracé — qui est la stratification des sols — avant de décider d’une approche de tunnelage.

« Vous pouvez regarder la stratigraphie et constater que vous pouvez aménager un tunnel de six mètres dans une zone favorable au forage, en avançant avec une bonne efficacité, une bonne productivité, et sans trop de risques », a déclaré M. Tucker. « Mais vous pourriez alors découvrir qu’en allant vers un diamètre plus important, vous commenceriez à rencontrer des choses que vous préféreriez éviter.

« En général, une zone avec une interface entre la roche et le sol au-dessus, bien que praticable, est une zone que vous préféreriez éviter. Les aquifères et les sols sablonneux peuvent faire entrer un excès d’eau dans le front de taille du tunnelier.

« Et, dans certaines conditions de nappe phréatique, des sols comme le limon et l’argile peuvent avoir tendance à boucher la machine.

« C’est donc une autre considération qui entre dans la réflexion sur ce que vous voulez faire. »

La courbure de l’itinéraire peut également jouer un rôle dans la décision, si les voies comportent des virages serrés.

« Un tunnel de petit diamètre peut contourner des courbes plus serrées », a déclaré M. Tucker. « Quand on compare un petit tunnelier à un grand, c’est comme si on conduisait une voiture de tourisme par rapport à un 18 roues.

« Plus petit, c’est plus maniable — à la fois dans les lignes verticales et horizontales — bien que cette dernière soit limitée par la pente que le train peut gérer pour l’accélération et le freinage »

Les tunnels jumelés de six mètres ont également l’avantage de disposer de machines de forage et d’un savoir-faire largement disponibles.

« Plus la machine est grosse, plus il faut un fabricant spécialisé et des opérateurs spécialisés », a déclaré M. Tucker. « Le nombre de personnes ayant l’expérience des machines de six mètres est plus important que pour les machines plus grandes, simplement parce qu’il y a plus de tunnels de cette taille. »

Ce sont là de nombreuses considérations, mais après des études détaillées, les avantages et les inconvénients de chaque approche sont mis en évidence.

« Lorsque vous commencez à réfléchir à la disponibilité des machines, au type de terrain que vous traversez, à l’ampleur de la perturbation en surface que peut accueillir la ligne, à la profondeur que doivent avoir les gares, à la profondeur des lits de ruisseau que traverse le tracé du tunnel, au nombre de croisements et de voies spéciales dont vous avez besoin et au nombre de gares sur votre ligne, vous pouvez vous faire une idée du tunnel idéal et de la disposition de vos tunnels », a déclaré M. Tucker.

Alors que le choix s’est généralement porté sur des tunnels jumelés de six mètres et des forages simples de dix mètres, la tendance est aux mégaborages de plus grande taille.

« Avec un plus grand forage, vous pouvez en fait commencer à mettre la gare directement dans le tunnel », a déclaré M. Tucker. « Il y a assez de place pour les rails et la gare. »

« Cela nous donne beaucoup plus de flexibilité quant à l’emplacement de la gare et cela minimise les impacts de la construction en surface.

« Il peut être plus rentable, mais le tunnel plus grand et plus profond est plus cher. Vous économisez sur la gare et vous payez plus cher pour le tunnel, vous devez donc examiner tous les avantages et les inconvénients »

Dans certains cas — notamment le long de la ligne 9 du métro de Barcelone — les voies de méga-bornes se côtoient et, à l’approche de la gare, une ligne se superpose à l’autre. Cela permet de mieux utiliser l’espace du tunnel, car les quais ne sont pas côte à côte.

« Les passagers ne remarquent pas vraiment le changement vertical parce que les lignes sont conçues de manière à ce que tous les critères de confort soient respectés », a déclaré M. Tucker.

Barcelone a fixé la norme pour un mégabore à 12 mètres lors de l’ouverture de la ligne en 2009, et la taille ne cesse de croître.

« C’est comme une course à l’espace ou la façon dont les téléphones portables sont passés de la 3 G à la 4 G puis à la LTG et maintenant à la 5 G », a déclaré M. Tucker. « Ils continuent à pousser les limites de ce qu’est un mégabore. »

En 2015, le plus grand diamètre enregistré était de 17,6 mètres et il est question qu’ils atteignent 19 mètres, a déclaré M. Tucker.

Si l’approche des mégabornes présente de réels avantages, elle comporte également davantage de risques. Après tout, les grands tunneliers sont une technologie relativement nouvelle, de sorte que les risques de rencontrer des problèmes inattendus sont un peu plus élevés.

Tous les avantages et les inconvénients doivent être pesés.

Afin de garantir que les meilleures décisions soient prises pour chaque projet, Metrolinx utilise un processus d’appel d’offres distinct pour chaque ligne, les soumissionnaires potentiels présentant leurs plans.

« Chaque ligne a des considérations différentes, il ne s’agit donc pas d’une question de taille unique — nous attendons des soumissionnaires qu’ils personnalisent les dessins qui correspondent aux caractéristiques de chaque ligne », a déclaré M. Tucker.

« Il y a tout un tas de facteurs d’équilibre qui entrent en jeu dans le choix du meilleur tunnel et chaque situation est différente, c’est pourquoi, dans le réseau de métro actuel, on ne voit pas le même tunnel pour chaque ligne

Sortons les rubans à mesurer — de très gros rubans à mesurer.

Quelle doit être la taille d’un tunnel de métro ? Faut-il creuser deux tunnels pour accueillir un train chacun ou un tunnel pour les deux ? Et, le tunnel doit-il être assez grand pour contenir les gares, ou doit-il être creusé plus tard ?

La taille du tunnel est l’une des décisions les plus importantes qui doivent être prises avant la construction des métros.

Les planificateurs de Metrolinx ont étudié une liste de possibilités pour réaliser une expansion massive du métro dans la région du Grand Toronto. Le programme de 28,5 milliards de dollars pour le métro comprend la ligne Ontario, l’extension du métro de Scarboroughl l’extension Crosstown West et le l’extension du métro Yonge.

Au fur et à mesure que la technologie évolue en matière de forage et l’exploitation minière, les planificateurs du métro ont davantage de choix à faire quant à la taille des tunnels. Les types de tunnels peuvent varier d’une ligne à l’autre. L’approche par tunnels jumelés, avec deux cavernes séparées pour les trains allant dans des directions opposées, est la plus répandue, mais ce n’est pas la seule option.

La majeure partie du système actuel de métro de la TTC est constituée de tunnels jumelés parallèles, où chaque voie dispose d’un tunnel dédié de six mètres de diamètre.

Richard Tucker, directeur de projet pour la ligne Ontario et l’extension du métro de Scarborough chez Metrolinx, explique que la présence d’eau souterraine dans le sol entourant le tunnel est un facteur important pour déterminer sa taille.  

« Imaginez que sous la surface, en passant par les eaux souterraines et le sol, le tunnel du métro est en fait une grosse paille creuse », a déclaré M. Tucker. « Il va flotter, donc le poids du sol au-dessus de lui doit être assez lourd pour le maintenir en bas. »

Pour que le tunnel reste stable, la règle générale est que la profondeur de sol au-dessus doit être au moins égale au diamètre du tunnel. Ainsi, chaque tunnel de six mètres nécessite six mètres de terre au sommet pour le maintenir en place.

C’est important pour les planificateurs qui essaient de réduire la profondeur, car plus les voies sont longues, plus les passagers mettront de temps à sortir de la gare.

Les plus grands tunnels doivent être creusés plus profondément. Un tunnel construit pour faire passer deux voies dans un seul trou a généralement un diamètre de 10 mètres et nécessite au moins 10 mètres de couverture au sol.

« Cela peut être un problème ou non, parce que parfois, quand vous allez sous les lignes de services publics et les fondations des bâtiments, vous devez de toute façon aller plus profond », a déclaré M. Tucker.

Un autre aspect à prendre en compte lorsque l’on envisage un tunnel à double paroi est qu’il retire moins de terre du sol qu’un tunnel plus grand, c’est-à-dire assez grand pour deux trains.

D’autre part, une fois que les trous jumelés sont forés, ils nécessitent un creusage supplémentaire pour des structures spéciales.

« Avec une route à deux tunnels, il faut de temps en temps ajouter des passages transversaux pour les dispositifs de sécurité, tels que les sorties de secours », a déclaré M. Tucker. « Ensuite, nous devons ajouter des structures spéciales — minées ou par coupe à ciel ouvert — pour les passages qui font passer les trains d’une voie à l’autre.

« Ce travail supplémentaire est très spécialisé. »

Les tunnels doivent également être équipés de voies de garage qui permettent aux trains de stationner en dehors des heures de pointe avant de reprendre la circulation aux heures de pointe. Elles peuvent également être utilisées pour stocker les voitures de service pour l’entretien des tunnels et des voies.

« Lorsque vous avez deux tunnels, avec une voie chacun, et qu’il vous en faut un troisième à certains endroits, vous devez creuser des cavernes ou des trous à la surface pour créer ces structures », a déclaré M. Tucker.

En ce qui concerne le coût, le forage des petits tunnels jumelés est au départ moins cher que celui d’un seul trou plus grand, mais il n’existe pas de règle facile pour déterminer si le coût de l’ajout de ces structures l’emporte sur cet avantage, ou même s’il est possible de les construire, tant que l’on ne tient pas compte de la géographie du tracé et de la position des gares.

« Selon l’endroit où vous vous trouvez dans la ville, il se peut que vous ne puissiez même pas creuser un trou pour ces structures spéciales », a déclaré M. Tucker. « Plus ils sont nombreux et plus il faut de passages transversaux, plus les tunnels jumelés deviennent chers. »

« Mais, si vous avez des gares qui sont proches les unes des autres, vous n’avez pas besoin d’autant de passages croisés. »

Les grands tunnels à un seul trou simplifient ces ajouts en supprimant la nécessité de les creuser par le haut.

« Mettre les deux voies dans un même tunnel nous permet de mettre des passages à niveau n’importe où sans perturber la vie au niveau de la rue car nous n’avons pas besoin de creuser pour construire des passages à niveau. »

Les conditions du sous-sol peuvent également influencer le choix des tunnels. Metrolinx examine de très près la stratigraphie du tracé — qui est la stratification des sols — avant de décider d’une approche de tunnelage.

« Vous pouvez regarder la stratigraphie et constater que vous pouvez aménager un tunnel de six mètres dans une zone favorable au forage, en avançant avec une bonne efficacité, une bonne productivité, et sans trop de risques », a déclaré M. Tucker. « Mais vous pourriez alors découvrir qu’en allant vers un diamètre plus important, vous commenceriez à rencontrer des choses que vous préféreriez éviter.

« En général, une zone avec une interface entre la roche et le sol au-dessus, bien que praticable, est une zone que vous préféreriez éviter. Les aquifères et les sols sablonneux peuvent faire entrer un excès d’eau dans le front de taille du tunnelier.

« Et, dans certaines conditions de nappe phréatique, des sols comme le limon et l’argile peuvent avoir tendance à boucher la machine.

« C’est donc une autre considération qui entre dans la réflexion sur ce que vous voulez faire. »

La courbure de l’itinéraire peut également jouer un rôle dans la décision, si les voies comportent des virages serrés.

« Un tunnel de petit diamètre peut contourner des courbes plus serrées », a déclaré M. Tucker. « Quand on compare un petit tunnelier à un grand, c’est comme si on conduisait une voiture de tourisme par rapport à un 18 roues.

« Plus petit, c’est plus maniable — à la fois dans les lignes verticales et horizontales — bien que cette dernière soit limitée par la pente que le train peut gérer pour l’accélération et le freinage »

Les tunnels jumelés de six mètres ont également l’avantage de disposer de machines de forage et d’un savoir-faire largement disponibles.

« Plus la machine est grosse, plus il faut un fabricant spécialisé et des opérateurs spécialisés », a déclaré M. Tucker. « Le nombre de personnes ayant l’expérience des machines de six mètres est plus important que pour les machines plus grandes, simplement parce qu’il y a plus de tunnels de cette taille. »

Ce sont là de nombreuses considérations, mais après des études détaillées, les avantages et les inconvénients de chaque approche sont mis en évidence.

« Lorsque vous commencez à réfléchir à la disponibilité des machines, au type de terrain que vous traversez, à l’ampleur de la perturbation en surface que peut accueillir la ligne, à la profondeur que doivent avoir les gares, à la profondeur des lits de ruisseau que traverse le tracé du tunnel, au nombre de croisements et de voies spéciales dont vous avez besoin et au nombre de gares sur votre ligne, vous pouvez vous faire une idée du tunnel idéal et de la disposition de vos tunnels », a déclaré M. Tucker.

Alors que le choix s’est généralement porté sur des tunnels jumelés de six mètres et des forages simples de dix mètres, la tendance est aux mégaborages de plus grande taille.

« Avec un plus grand forage, vous pouvez en fait commencer à mettre la gare directement dans le tunnel », a déclaré M. Tucker. « Il y a assez de place pour les rails et la gare. »

« Cela nous donne beaucoup plus de flexibilité quant à l’emplacement de la gare et cela minimise les impacts de la construction en surface.

« Il peut être plus rentable, mais le tunnel plus grand et plus profond est plus cher. Vous économisez sur la gare et vous payez plus cher pour le tunnel, vous devez donc examiner tous les avantages et les inconvénients »

Dans certains cas — notamment le long de la ligne 9 du métro de Barcelone — les voies de méga-bornes se côtoient et, à l’approche de la gare, une ligne se superpose à l’autre. Cela permet de mieux utiliser l’espace du tunnel, car les quais ne sont pas côte à côte.

« Les passagers ne remarquent pas vraiment le changement vertical parce que les lignes sont conçues de manière à ce que tous les critères de confort soient respectés », a déclaré M. Tucker.

Barcelone a fixé la norme pour un mégabore à 12 mètres lors de l’ouverture de la ligne en 2009, et la taille ne cesse de croître.

« C’est comme une course à l’espace ou la façon dont les téléphones portables sont passés de la 3 G à la 4 G puis à la LTG et maintenant à la 5 G », a déclaré M. Tucker. « Ils continuent à pousser les limites de ce qu’est un mégabore. »

En 2015, le plus grand diamètre enregistré était de 17,6 mètres et il est question qu’ils atteignent 19 mètres, a déclaré M. Tucker.

Si l’approche des mégabornes présente de réels avantages, elle comporte également davantage de risques. Après tout, les grands tunneliers sont une technologie relativement nouvelle, de sorte que les risques de rencontrer des problèmes inattendus sont un peu plus élevés.

Tous les avantages et les inconvénients doivent être pesés.

Afin de garantir que les meilleures décisions soient prises pour chaque projet, Metrolinx utilise un processus d’appel d’offres distinct pour chaque ligne, les soumissionnaires potentiels présentant leurs plans.

« Chaque ligne a des considérations différentes, il ne s’agit donc pas d’une question de taille unique — nous attendons des soumissionnaires qu’ils personnalisent les dessins qui correspondent aux caractéristiques de chaque ligne », a déclaré M. Tucker.

« Il y a tout un tas de facteurs d’équilibre qui entrent en jeu dans le choix du meilleur tunnel et chaque situation est différente, c’est pourquoi, dans le réseau de métro actuel, on ne voit pas le même tunnel pour chaque ligne

Alors que Metrolinx poursuit quatre projets de métro prioritaires, différents facteurs locaux affecteront les décisions respectives de creuser des tunnels.