Thames Tunnel: geology, site investigation and geotechnical problems

Abstract

A geological section of the Woolwich and Reading Beds through which the world's first subaqueous tunnel was driven (1825–43) is developed from observations made during construction by the engineer Sir Marc Isambard Brunei and his assistants. Preliminary site investigation boreholes, using a worm drill, were unsatisfactory, but a second set in 1826–27, with auger and casing tubes, gave excellent results. The project was made possible by Brunei's tunnelling shield (the first of its kind) but it could not prevent runs from a bed of sand near the top of the tunnel. With a moderately thick clay layer over the sand these caused little trouble, but where the clay cover was thin (< 6 ft) large settlements and fracture of the clay occurred, leading on five occasions to irruptions of the river into the tunnel workings. After the second irruption in 1828, there was a seven-year cessation of work while new funding arrangements were sought. Soil nailing was used in 1835 to provide additional support to the tunnel face during replacement of the old shield by a new one. Une coupe géologique des formations du Woolwich et du Reading traversées par le plus ancien tunnel sousfluvial du monde (1825–43) a été établie à partir des observations faites, lors de la construction du tunnel, par l'ingénieur Sir Marc Isambard Brunei et ses assistants. Les sondages préliminaires de reconnaissance du site, forés à la vis sans fin, n'ont pas donné grande satisfaction. Mais la seconde série de sondages (1826–27), réalisés avec une tarière et un cuvelage, a fourni de très bons résultats. Le projet est devenu réalité grâce au tun-nelier de Brunei (le premier du genre) qui n'a cependant pas pu empcher des éboulements du lit de sable situé à proximité du toit du tunnel. Là où la couche d'argile située au dessus du sable était suffisamment épaisse, les troubles induits étaient faibles. Par contre, là où la couche d'argile était mince (<6 ft), des tassements importants et des fractures sont apparus dans l'argile et ont conduit en cinq occasions à l'invasion du tunnel par la rivière. Suite à l'inondation de 1828, les travaux ont été arrêtés durant sept ans pendant lesquels de nouvelles méthodes de soutènement ont été étudiées. En 1835, un cloutage du sol a permis de renforcer le front du tunnel lors du remplacement de l'ancien tunnelier par un nouveau.