Brevet FR2006180A1 — publié le 19691219

les tunnels connus passant sous un cours d'eau sont construits au voisinage du lit du cours d'eau, soit sur ce lit, soit au-dessous. Ils sont conçus et construits comme les autres types de tunnels, c'est-à-dire comme dans les mines par avance proté-5 gëe par un tablier, en commençant à partir de l'une des deux extrémités ou des deux extrémités en progressant au voisinage du fond ou du lit du cours d'eau, ou bien ils sont constitués par l'assemblage d'éléments préfabriqués que l'on immerge et que l'on descend les uns après les autres jusqu'au fond. 10 Etant donné que les constructions sub-aquatiques subissent toute la pression de l'eau, qui augmente avec la profondeur selon une progression linéaire, il existe des limites, aussi bien pour la forme constructive que pour l'établissement et l'exploitation de tunnels sub-aquatiques de type connu. La surpression 15 nécessaire de l'air à l'intérieur du tunnel en cours de construction ou de percement dépasse bientôt, aux grandes profondeurs, le niveau pouvant être supporté par l'homme, et le risque d'accidents augmente en même temps que la pression de l'eau s'exerçant sur le tunnel. En outre, les dépressions profondes, les iné-20 galités et la variété des sols et des terrains au fond sont une cause de grandes difficultés lors de la construction d'un tunnel sub-aquatiques. Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients et ces difficultés et de permettre la construction d'un tunnel sub-25 aquatique perfectionné, pouvant être utilisé pour le trafic même dans des eaux profondes et très profondes permettant de traverser non seulement de grands cours d'eaus mais aussi des lacs profonds et des bras de mer larges et très profonds. Suivant l'invention, ce problème est, résolu du fait que le 30 tube constituant le tunnel fait partie d'un pont construit sous l'eau. L'avantage d'une telle construction,, c'est que le tunnel peut être disposé, indépendamment de la profondeur du cours d'eau ou de la pièce d'eau à traverser3 à une distance désirée de la 35 surface de l'eau. La section du tunnel peut être par conséquent mieux adaptée aux nécessités techniques de la circulation, la pression de l'eau étant moindre. Les fondations et l'appui du pont sub-aquatique n'offrent pas de difficultés particulières, même lorsque le fond est irrégulier, et ces opérations peuvent 40 être effectuées essentiellement à partir de la surface, sans que bâd ordinal 69 10854 2 2006180 des hommes doivent être descendus jusqu'au fond et soient obligés d'y travailler. Suivant l'invention, le tunnel peut lui-même constituer la superstructure d'un pont sub-aquatique et peut être monté sur 5 des piliers prenant appui sur le fond. le tunnel constitue en même temps un pont s'étendant d'un pilier à lfeutre et un réceptacle ou une enveloppe entourant de tous côtés les chaussées ou voies destinées la circulation et relié au fond par des piliers rigides, de sorte que les courants ne peuvent pas modifier 10 sa position et que les tempêtes pouvant se produire en surface ne peuvent avoir aucune influence sur lui. Rationnellement5 le tunnel est disposé au-dessous de la surface de l'eau, à une profondeur telle que les navires circulant en surface puissent passer au-dessus sans aucun danger. 15 Suivant l'invention, le rapport entre les sections de la cavité et des parois du tunnel est étudié de telle sorte que le tunnel constituant la superstructure subisse, lorsqu'il est prêt à être exploité, mais vide, au moins une poussée vers le haut telle qu'il se trouve à l'état flottant. Les charges permanentes 20 ne produisent donc dans la superstructure aucune contrainte de flexion dans les conditions normales,, de sorte que cette superstructure ne doit être calculée qu'en fonction des contraintes de flexion qui se produiraient en cas de catastrophe. Il est particulièrement rationnel de constituer le tunnel 25 de telle sorte que la charge minimum en.exploitation normale et la charge maximum en cas de catastrophe produisent dans la superstructure du pont six o-aquatique des tensions à peu près é-gales, nais de signes opposés. En exploitation normales la ré sultante de toutes les forces agissant sur le tunnel,, dont font yC partie en prenier lieu les charges permanentes telles que le poids du tunnel, lui-même -et la force ascensionnelle, est orientée vers le haut, tandis qu'en cas de catastrophe, si toutes les cavités'du tunnel sont remplies d'eau, la résultante de toutes les forces extérieures est dirigée, vers le- "bas9 3 5 Lorsque le tunnel est prêt à être livré au trafic, mais est vide, ' le tube qui le constitue a tendance à remontez*5 à la surface et doit être solidement ancré sur ses piliers. En cas de catastrophe.,, le tunnel- constituant la superstructure exerce cependant'sur les piliers des pressions positives0 Un tunnel pré- BAD ORIGINAL 69 10854 5 2006130 sections de façon à établir un équilibre entre les sections de la cavité et les sections des parois. Etant donné que, dans le cas d'un tunnel de type et de la conception exposés dans ce qui précède, les différents états 5 de charge ne produisent dans l'ossature de support que des moments de flexion positifs et négatifs relativement faibles, les contraintes de traction qui en résultent et qui se produisent des deux côtés de la fibre nétibre des contraintes de tension peuvent être facilement compensées par une précontrainte de pres-10 sion à peu près centrée par rapport au tube, de sorte que dans les tubes en béton formant le tunnel, il ne peut pas se produire, sous l'action des contraintes de traction5 de fissures pouvant nuire à son étancîiéité0 Il est naturellement possible de déplacer la position raé-15 diane des deux résultantes, par exemple en faveur d'une surcharge permanente, lorsqu'il en résulte d'un cas à l'autre des avantages pour l'ensemble de la construction. En général, on n'utilisera plus de précontrainte centrée, mais on adaptera la précontrainte à la courbe des moments. 20 Rationnellement, le tunnel est constitué par des éléments préfabriqués reliés les uns aux autres dans le sens longitudinal par des piliers et ancrés sur ceux-ci« La longueur des différents éléments du tunnel peut être établie de telle sorte qu'elle couvre au moins une teatvée comprise entre deux piliers. 25 Le tube du tunnel peut être assemblé au préalable aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens transversal au moyen de petits éléments préfabriqués» Il est constitué avantageusement par du béton etest précontraint dans le sens longitudinal. Les éléments du tunnel placés les uns à côtés des autres 30 peuvent être naturellement reliés les uns aux autres sous une précontrainte également dans le sens transversal. Dans le tube constituant le tunnel peuvent être ménagées des cloisons étanches se fermant automatiquement en cas d'irruption de l'eau* Ces cloisons doivent être rationnellement dispo-35 sées au-dessus des piliers, au voisinage de parties élargies en forme de chambres, à l'endroit-des joints entre deux sections de tunnel. Afin d'éviter autant que possible que, lors d'une catastrophe, une ou plusieurs sections du tunnel soient complètement 40 noyées, il est prévu une installation d'air comprimé qui, en 69 10854 „ 2006180 cas de voie deeau, refoule automatiquement de l9air comprimé dans la section menacée du tunnel. Dès qu'il en résulte un équilibre de pression, il ne peut plus pénétrer d'eau dans le tunnel. Dans le cas où des usagers se trouveraient emprisonnés, ils 5 pourraient être évacués parc l'intermédiaire de sas à air comprimé qu'il y aurait lieu d'appliquer contre les cloisons etanches fermées. Les piliers du ponc sont constitués par des tubes pouvant flotter, ancrés dans le fond et reliés à leur extrémité supé-10 rieure par des poutrelles ou des chapeaux de palëe préfabriqués. Ces tubes sont constitués de préférence par des éléments préfabriqués en béton armé ou en 'béton précontraint. Four obtenir un bon ancrage des piliers5 soumis également à des contraintes de traction par suite de la poussée vers le haut de ia auperstruc™ 15 turs, ces piliers peuvent être retenus par des tirants s"étendant, à travers le pilier, depuis la superstructure ou son support jusqu'aux couches du sous-sol capables de les porter.. Pour construire un tunnel sub-aquat ique suivant 18 invention on immerge tout d'abord les tubes destinés à constituer 20 les piliers et on les dépose sur le fond puis, sous la protection des tubes constituant le corps des piliers, on construit le pied du pilier en béton sub-aquatîque ou "prise de mer". Ensuite, on pose les chapeaux de palee ^refabriqués sur les supports individuels des piliers et on les relie à ceux-ci par du 25 béton coulé sous l'eau ou sous la protection de cloches de plongée par exempleo Ensuite, on inrmerge les éléments du tunnel destinés à constituer la superstimeture, on les dépose sur les piliers et on les relie rigidement les uns aux autres de façon étanche à l'eau, ainsi qu'aux têtes des piliers, de telle sorte 30 qu'ils puissent résister &vx tractions, aux pressions st aux efforts de cisaillement. Les tubes constituant les piliers sont rationnellement enfoncés dans le fond, puis obturés à leur base par- une fondation. Les piliers tubulaires sont rationnellement prolongés, pour le 35 montage, jusqu'à la surface, par des tubes de guidage récupérables, Ces tubes de prolongement peuvent être également utilisés comme sas de transport, de façon à permettre de travailler su? les chapeaux de palée sous la protection d'une cloche de plongéa Le dessin schématique annexé montre, à titre d'exemple rat 40 limitatif, un mode de réalisation possible de lsobjet de 69 10854 5 2006130 l'invention. La fig. 1 est une vue latérale partielle d'un tunnel subaquatique suivant l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale verticale, par 5 la ligne A-JL en fig. 1, du tunnel représenté sur cette 1. La fig. 3 est un schéma des tensions s'exerçant dans la section droite B-B sous l'effet de la charge, en exploitation normale. La fig. 4 est un schéma correspondant à la fig. 3. montrant 10 les tensions se produisant dans la section droite B-B sous l'effet d'une charge risquant de provoquer une catastrophe. Le tunnel 10, formé de plusieurs tubes individuels préfabriqués en béton précontraint, disposés les uns à côté des autres, constitue la superstructure d'un pont construit sous l'eau. 15 0e pont repose sur des piliers 11 ayant leurs fondations sur le fond 12* Le tunnel 10, qui traverse par exemple un bras de mer, est disposé au-dessous de la surface de l'eau 13» a une profondeur telle que les navires circulant en surface puissent passer au-dessus sans aucun danger. 20 Chaque pilier 11 est constitué par trois supports ou piles élémentaires 11a, 11b, 11c placés les uns à côté des autres, constitués par des tubes préfabriqués en béton armé précontraint. Ces supports élémentaires 11a, 11b, 11c sont ancrés sur le fond au moyen de tirants 14 qui s'étendent de préféren-25 ce depuis la superstructure jusque dans le fond, à travers les parois des tubes. Au pied du pilier, les tubes des supports élémentaires 11a, 11b, 11c sont remplis de béton sub-aquatique 36 ou "prise de mer". A leur extrémité supérieure, les supports élémentaires 30 lia, 11b, 11c de chaque pilier 11 sont reliés par des chapeaux de palée 1? constitués par des éléments préfabriqués et qui ont été reliés rigidement sous l'eau à la tête de pilier par du béton coulé sur place. Le tunnel 10 présente trois grandes cavités 18 desti-35 nées au trafic. Entre ces cavités 18 destinées au trafic sont prévues des cavités 19 plus petites, destinées à la ventilation à l'aide d'air frais* Pour l'évacuation de l'air des cavités 18 réservées au trafic, on peut utiliser les cavités 25 en forme de croissant ou de demi-lune ménagées au-dessus et au-40 dessous des voies. BAD ORIGINAL 10854 6 2006180 Le tunnel 10 est constitué par plusieurs sections de longueur "a" égale à une travée de la superstructure, comprise entre deux piliers 11, cette longueur pouvant être par exemple de cent mètres environ. Au-dessus des piliers 11, les sections du tunnel 10 sont aboutées au droit des parois des chambres et sont rendues é tanche s par un .'joint en caoutchouc résistant à la pression,, entourant le point d® aboutenent de deux sections® Au droit des chambres 22s il est prévu dans le tunnel des'cloisons etanches 23 oui se ferment automatiquement en cas de voie à*eau et qui isolexxt chaque section du tunnel 10 envahie par l'eau. La section du tunnel peut être étudiée de telle sorte crce les moments se produisant en service soient à peu près égaux aux moments qui se produiraient en cas de catastrophe, mais de signe opposée Ceci est le cas lorsque la résultante Rj de toutes lesforces extérieures se produisant en service, mais à vide, i " ' est égale mais opposée à la résultante Rjj de toutes les charges extérieures se produisant en cas de catastrophe, c'est-à-dire lorsque Rj = -Rj-p Grâce à cette construction,, il ne se produit dans le tunnel, de chaque côté de la fibre de tension neutre, que des tensions relativement faibles5 et les contraintes de traction peuvent être compensées par l'application d'une précontrainte V dans le sens longitudinal, On peut voir sur les fig® 3 et 4 que, dans le cas de la superposition des tensions inférieures à RT se produisant en service (mais à vide) et inférieures à Sj-j- en cas de catastrophe5 tous les efforts de traction pouvant se présenter peuvent être éliminés par une précontrainte de pression V centrée et de même valeur pour les deux cas do charge extrêmes® G8 est pourquoi le tunnel *10 est soueIs à une précontrainte ©entrée dans le sens longitudinale II est naturellement possible d'adapter sans difficulté la force de précontrainte à une autre répartition des résultantes par un guidage différent des câbles de tension,, par exemple lorsque le poids propre des éléments de tunnel dépasse la poussée ascensionnelle de l8eau. Lors de la construction du pont-tunnel9 on immerge tout d'abord les tubes constituant les piliers, on les dépose sur le fond 12 et on les enfonce issiédiatenent jusqu'à la profondeur nécessaire« Tous ces travaux, et également les suivants, peuvent être exécutés à partir de la surfaces au moyen de bateaux, de —, - ^ BAD ORIGINAL 69 10854 7 2006130 plate-formes flottantes ou d'autres dispositifs auxiliaires. Quand les supports élémentaires 11as 11b3 11c ont été reliés les uns aux autres par des chapeaux de palée 17, qui peuvent être montés sur les supports en bloc ou par éléments 5 préfabriqués reliés les uns aux autres sous l'eau sous la protection d'une cloche de plongée, au moyen de béton coulé sur place, et quand l'ancrage a été effectué dans le sous-sol à partir de cette cloche5 on immerge 19 élément tubulaire 10 du tunnel, de préférence dans toute sa largeur et sur une longueur 10 correspondant à une travée complète 21, et on le dépose sur les supports 11 » Les cavités 18 sont alors obturées à leurs deux extrémité s 9 d'une part par* les fermetures de secours définitives, 3t d'autre part par des cloisons etanch.es auxiliaires„ «.fia que le tube du turniel 10, prêt à entrer en service 15 mais vide et soumis à l'effet d'une poussée ascensionnelle, ne se soulève pas à l'écart des piliers 11 il doit être raccordé au niveau de la tête des piliers ou des chapeaux de palée 17? aux tirants 14, par exemple au moyen de manchons. Les détails de réalisation et de mise en oeuvre peuvent 20 être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. En particulier l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrits qui n'est cité qu'à titre d'exemple. Selon les nécessités, il est possible de prévoir d'autres modes de fondations et d'autres sections de tunnel. De 25 même, le processus de fabrication peut également différer de celui qui "'rient d'être décrit, sans s'écarter du cadre de ^invention. Bm ORfGlNAL 69 10854 8 2006180 3 E ï I 3 D I C i I I 0 I s 1. Tunnel sub-aquatique? caractérisé en ce que sa partie tubulaire constituant le tunnel proprement dit forme une partie d'un pont sub-aquatique. 5 20 Tunnel suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa partie tubulaire (10) formant tunnel constitue la superstructure du pont sub-aquatique et est montée sur des piliers (11) dont la base est enfoncée dans le fond (12). 3. Tunnel suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en 10 ce que sa partie tubulaire (10) est disposée sous la surface de l'eau (13) à une profondeur telle que les navires circulant en surface puissent passer au-dessus sans danger. 4. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport entre les sections de la ca- 15 vité et des parois de sa partie tubulaire est étudié de telle sorte que cette partie constituant la superstructure subisse, lorsque le tunnel est prêt à entrer en service mais est vide, au moins une poussée telle qu'elle se trouve à l'état flottant. 5» Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20 4, caractérisé en ce que sa partie tubulaire (10) est constituée de telle sorte que la charge minimum en service (Rj) et la charge maximum atteinte en cas de catastrophe £Rjj) produisent dans la superstructure (10) du pont sub-aquatiquë des tensions^ sensiblement égales mais de signes opposés. 25 6. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sa partie tubulaire (10) est constituée par des éléments préfabriqués reliés par les piliers (11) dans le sens longitudinal et les uns aux autres dans le sens transversal, et ancrés sur les piliers (11). 30 7« Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les différents éléments de sa partie tubulaire (10) ont une longueur telle qu'ils couvrent au moins une travée (21) comprise entre deux piliers (11). 8. Tunnel suivant l'une des revendications 1 à 7» caracté— 35 risé en ce que sa partie tubulaire est constituée par, du béton soumis à une précontrainte dans le sens longitudinal et en principe centrée. 9. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que'sa partie tubulaire (10) comporte des 40 cloisons d'étanchéité l£3) se fermant automatiquement en cas de BAD ORlGlNAL 69 10854 ? 2006180 voie d'eau. 10. Tuimel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9» caractérisé en ce qu'il est prévu une installation d'air comprimé qui, en cas de voie d'eau, refoule automatiquement de 5 lTair comprimé dans la section menacée du tunnel^lO). 11. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les piliers (11) sont constitués par des tubes immergeables (11a, 11b, 11c) ancrés dans le fond (12) et reliés les uns aux autres par leur tête au moyen de chapeaux 10 de palée préfabriqués (17)» 12. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les piliers (1*1) sont ancrés jusque dans des couches profondes du fond au moyen de tirants (14-). 13. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 15 à 12, caractérisé en ce que les piliers (11) sont constitués par des tubes en béton armé ou en béton précontraint préfabriqués. 14. Procédé pour la construction d'un tunnel sub-aquatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, consistant à titre caractéristique à immerger tout d'abord les tubes desti-20 nés à former les piliers (11) et à les déposer sur le fond (12), ensuite à réaliser le pied des piliers (16) eç. béton sub-aquatique ou "prise de mer" sous la protection des tubes constituant le corps des piliers (11a, 11b, 11c) puis à poser les chapeaux de palée (17) sur les supports élémentaires (11a, 11b, 11c) des 25 piliers, auxquels ils sont réunis sous l'eau par du béton coulé sur place, et enfin en immergeant les éléments du tunnel (10) constituant la superstructure, ces éléments' étant déposés sur les piliers (11) et reliés les uns aux autres de façon étanche à l'eau et aux têtes des piliers de façon à résister aux efforts 30 de traction, de pression et de cisaillement. 15» Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'on fait pénétrer les tubes des piliers (11) dans le fond (12) par forage hydraulique ou mécanique. 16. Procédé suivant l'une quelconque dès revendications 35 14 à 15» caractérisé en ce qu'on pose sur les corps des piliers ■ des tubes formant sas atteignant là surface de l'eau (13) et servant à guider les éléments du tunnel (10) au moment de leur misé en plàce. BAD ORK^NAL"