Brevet FR2221585A1 — publié le 19741011

L'invention concerne la construction des ouvrages souterrains du genre des tunnels à revêtements d'éléments préfabriqués et en sols aquifères, et particulièrement les procédés d'étanchement de ces ouvrages. Actuellement, le procédé le plus répandu d'étanchement des tunnels et ouvrages similaires consiste à former d l'intrados du revêtement, en cours de sa réalisation, une couche imperméable qui ainsi est dite intérieure. En accord avec cette appellation, ce genre d'étanchement est dit intérieur. La couche imperméable intérieure peut être constituée par une gaine métallique réalisée par soudage de tôles ou de feuillards, ou bien par feuille métallique, ou de matière plastique de rouleaux continus fixée ou collée à l'intrados du revêtement. Cette couche imperméable intérieure peut être réalisée aussi en ciment projeté, qui est armé par un treillis métallique, en béton comprimé, en mastics divers, en résines époxydes, furaniques, etc. L'inconvénient général de cet étanchement intérieur est que la couche imperméable se décolle de lrintrados du revêtement sous la pression hydrostatique des eaux souterraines. Dans le cas d'emploi d'un étanchement collé en divers matériaux en rouleaux, ainsi que dans le cas de projection ou de compression de béton, on n'arrive pas à obtenir un accrochage suffisant de la couche imperméable sur l'intrados du revêtement du tunnel dans toute sa longueur, par suite de lthumidité et de la pollution de la surface du revêtement. I1 en résulte aussi des décollements de la couche imperméable, suivis de sa destruction ; c'est pourquoi il faut prendre tout un ensemble de mesures pour accroitre la fiabilité de l'étanchement : refoulement (injection) de diverses compositions à l'extrados du revêtement, réalisation sur la couche imperméable d'une chape supplémentaire de béton armé ou non opposée à la pression hydrostatique des eaux souterraines et maintenant la couche imperméable. Dans les tunnels hydrauliques et collecteurs, la couche imperméable intérieure est soumise de plus à l'abrasion et à l'agressivité du liquide e écoulement. Dans les tunnels routiers et de transport, la couche imperméable intérieure est rapidement dégradée de plus par l'action des fluctuations brutales de la température, ainsi que par la corrosion résultant de sa réaction avec l'air pollué par les gaz d'échappement. Il apparaît de ce qui vient d'être indiqué que l'étanchement intérieur des tunnels a une longévité et une fiabil-ité extrêmement réduites. Assez fréquemment, afin d'accroître la fiabilité et la durée de service de la couche imperméable intérieure , on utilise pour ce revêtement, en sols faiblement aquifères, des éléments métalliques qui sont imperméables. Le prix d'un ouvrage souterrain revêtu d'éléments métalliques est très élevé, relativement à ceux revêtus d'éléments en béton armé, qui sont plus courants. Un inconvénient supplémentaire important de l'étanchement intérieur est que la couche imperméable, réalisée à l'intrados du revêtement du tunnel, diminue la section du tunnel. De ce fait, il est nécessaire pour obtenir un tunnel de section donnée de forer le terrain selon une section droite augmentée, ce qui entraîne des frais supplémentaires. Une assez grande extension a également été donnée à un autre genre d'étanchement de tunnels, dans lequel la couche imperméable est réalisée entre le massif et l'extrados du revêtement. Un tel étanchement est dit d'extrados, et la couche imperméable est dite couche imperméable d'extrados. Ce genre d'étanchement peut être réalisé pratiquement en appliquant une couche imperméable sur les éléments du revêtement au cours de leur fabrication. La couche imperméable est dans ce cas appliquée sur les surfaces frontales des éléments, ainsi que sur la surface d'extrados (voir, par exemple, le certificat d'auteur d'Union des Républiques Socialistes Soviétiques n" 288 620). Dans ce cas les éléments sont en béton armé. L'inconvénient de ce procédé réside dans la nécessité de colmater les joints entre éléments par divers moyens, en utilisant de plus un matériau particulier d'étanchéité. Ainsi, par exemple, on réalise le colmatage des joints en matant unebarre de plomb, en appliquant des mortiers de ciment spéciaux, etc. Le colmatage des joints entre les éléments de revêtement du tunnel est une opération longue et nécessitant beaucoup de main-d'oeuvre. De plus, les déformations inévitables de l'ouvrage:au cours de son existence et de son utilisation, provoquent inéluctablement l'ouverture des joints d'étanchéité entre éléments et l'apparition de solutions de continuité dans ces éléments. Un autre inconvénient du procédé, dans lequel l'extrados et les surfaces frontales des éléments sont recouverts directement d'une couche de matériau imperméable à leur fabrication,est qu'au transport des éléments, au gerbage et emmagasinage, en règle générale des dégradations et discontinuités de l'enduit imperméable sont produites. La localisation et l'élimination de tels défauts, pendant la construction de l'ouvrage et son utilisation, sont extrêmement compliquées. En définitive, un tel étanchement n'assure pas non plus la fiabilité nécessaire. On connaît encore un procédé d'étanchement d'extrados des tunnels revêtus d'éléments préfabriqués, dans lequel la couche imperméable est formée à la pose du revêtement à l'aide de bandes ou rubans élastiques recouvrant l'extrados du revêtement du tunnel, leurs bords étant superposés et étant ensuite collés ou soudés entre eux directement, sous la protection de l'enveloppe du bouclier de percement (voir par exemple, procédé d'étanchement des tunnels faisant l'objet des brevets de la République Fédérale d'Allemagne nO 1 238 945, et de France n" 1 505 212). Ce procédé d'étanchement présente l'inconvénient que les joints entre les spires des bandes ou rubans constituant la gaine imperméable de matité re plastique sont formés à l'extrados du revêtement du tunnel. Après réalisation du revêtement et avancement du bouclier, les joints deviennentinaccessibles pour le contrôle et l'élimination des défauts en cas de mauvaise exécution des jonctions des bords sur les bandes ou rubans. En outre, afin de pouvoir joindre les bords des spires de la couche imperméable, il faut avoir dans la partie postérieure du bouclier de percement une garniture spéciale qui ménage, entre l'enveloppe du bouclier et l'extrados du revêtement, un espace suffisant pour permettre la pose de la bande ou ruban sur l'extrados du revêtement et leur jonction.Cette garniture annulaire a pour but de prévenir la pénétration d'eau et de terres fluentes dans l'espace sous l'en- veloppe du bouclier et de créer les conditions nécessaires au collage ou soudage des bords des bandes ou rubans constituant la couche imperméable. L'emploi d'une garniture a pour conséquence la formation d'un grand espace annu iaire, entre l'extrados du tunnel et la roche enclavante, c'est-à-dire le massif, espace qui doit être ensuite rempli de mortier ciment-sable. Dans les terres fluentes, malgré là presence de la garniture sur le bouclier, l'espace est comblé par la terre d'enclavement directement en arrière de l'enveloppe du bouclier, ce qui produit des affaissements au jour, ie long du tracé du tunnel construit. Un inconvénient non moins important réside dans les discontinuités, pouvant apparaître dans l'étanchement ou les défauts d'étanchement, entraînant des infiltrations d'eaux souterraines entre la couche imperméable et la surface du revêtement et se propageant suivant la longueur du tunnel. La pénétration d'eau dans le tunnel peut se produire pratiquement en n importe quel endroit et non forcément au droit du défaut de la couche imperméable. La localisation et l'élimination de la fuite dans la couche imperméablesontdonc pratiquement très difficiles. Dans un autre procédé connu d'étanchement des tunnels à l'extrados, la couche imperméable constituée à partir d'un matériau élastique en rouleaux ou autre est fixée aux parois de l'ouvrage à l'aide de dispositifs spéciaux d'ancrage ou de serrement, le revêtement du tunnel n'étant mis en place qu'ensuite (voir par exemple, les procédés faisant l'objet des brevets de la République Fédérale d'Allemagne n" 1 658 733 et 126 747). Ce procédé présente tous les inconvénients de celui décrit plus haut. De plus, un inconvénient propre a ce dernier procédé consiste en ce que l'étanchement du tunnel ne peut être ainsi réalisé que dans les roches stables ou renforcées artificiellement, lorsque l'accès direct à la surface du massif est possible. Ce renforcement artificiel des terrains exige beaucoup de travail et augmente sensiblement le prix de revientde l'ouvrage. L'invention élimine ces inconvénients des procédés, dé crits plus haut, d'étanchement des ouvrages souterrains du genre tunnel à revêtement d'éléments préfabriqués, et a pour objet un procédé d'étanchement des ouvrages souterrains du genre tunnel qui assure une protection suffisamment fiable contre les pénétrations d'eau dans le tunnel et qui permet, au cours de la construction et de l'exploitation, de déterminer facilement les points d'apparition d'infiltrations et de les supprimer. Cet étanchement présente une longue durée de service et le prix de revient des ouvrages souterrains est réduit par l'utilisation d'un revêtement d'éléments préfabriqués en béton armé usuel relativement bon marché, c'est-à-dire sans utiliser des éléments préfabriqués imperméables coûteux et sans avoir à colmater de nombreux joints entre les éléments de revêtement. Selon le nouveau procédé,l'espace entre le revêtement et les parois de l'ouvrage est réduit et les affaissements au jour le long du tracé du tunnel sont évités lorsque l'on produit l'étanchement extérieur de tunnels réalisés avec des combinaisons de boucliers de percement. Dans ce nouveau procédé d'étanchement d'ouvrages souterrains du genre tunnel, revêtus d'éléments préfabriqués dans lequel une couche imperméable est placée entre le massif et l'extrados du revêtement, selon l'invention la couche imperméable est constituée avec des éléments en auge dont les rebords sont orientés vers l'intérieur, de façon qu'après pose dans l'ouvrage ces rebords se trouvent à l'intrados ; ces rebords des éléments en auge successifs sont hermétiquement assemblés entre eux, et les éléments du revêtement sont posés entre les rebords. Il est plus avantageux que chaque élément en auge de la couche imperméable forme un anneau complet. La couche imperméable ainsi formée, présente du côté du massif une surface à ondulations circulaires transversales par rapport à la direction du tunnel, avec des nervures entre les rangées transversales des anneaux de revêtement. Par cet agencement, en cas d'apparition de discontinuités dans la couche imperméable, l'eau ne pourra pas s'infiltrer suivant la longueur du tunnel entre l'extrados du revêtement et la couche imperméable. L'eau ne pourra donc pénétrer dans le tunnel qu'au tronçon où se trouve un défaut (discontinuité) de la couche imperméable, ou bien au défaut de jonction des bords contigus de deux éléments en auge successifs. Dans les terrains instables ou fluents, il est avantageux de mettre en place les éléments en auge de la couche imperméable, dans l'ouvrage, au cours du percement au bouclier, sous la protection de l'enveloppe de celui-ci. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un tunnel revetu d'éléments préfabriqués, avec une couche imperméable d'extrados réalisée selon le procédé de l'invention, le tunnel étant représenté en cours de construction par percement au bouclier la figure 2 représente à échelle agrandie la partie A de la figure I les figures3 et 4 représentent un élément en auge d'étanchement, respectivement en élévation de face et de profil la figure 5 est une coupe à échelle agrandie selon la ligne V-V de la figure 3. Selon le nouveau procédé d'étanchement de tunnel, la couche imperméable 1 dans le tunnel(fig. l et 2) est formée entre la surface 2 (fig. L) du massif et l'extrados du revêtement 3 (fig. 1 et 2). Le revêtement du tunnel est constitué par des éléments préfabriqués 4. La couche imperméable est constituée par des éléments en auge, en l'occurrenoe des anneaux complets en auge 5 (fig. 1, 2, 3, 4 et 5). Les rebords 6 (fig. 1, 2 et 5) de chaque élément 5 en place dans l'ouvrage sont orientés vers l'intérieur. Ces éléments 5 peuvent être constitués en toute matière imperméable. Cette matière est avantageusement élastique ou souple, afin de permettre le transport facile des éléments 5 dans le tunnel à l'état déformé, puis leur remise en forme initiale à la pose. Pratiquement les- éléments 5 peuvent être en matière plastique, par exemple le polyéthylène, ainsi qu'en feuillesds métal très minces, etc. Dans le cas où ces éléments 5 de la couche imperméable 1 sont en matière rigide, ils peuvent être composites, en plusieurs parties qui sont assemblées à la pose par n'importe quel moyen approprié. Les éléments 5. peuvent être des anneaux circulaires complets ou de toute autre forme correspondant au profil transversal du tunnel. En sols aquifères instables, il est plus avantageux de réaliser l'étanchement du tunnel au cours de son percement, à la suite du bouclier 8 (fig. 1), au fur et a mesure de sa progression. Les éléments en auge 5 sont placés dans la partie postérieure du bouclier 8, sous la protection de son enveloppe 9. Après pose de chaque élément 5 venant dans l'ordre, les éléments 4 du revêtement 3 sont posés en anneau dans l'espace 10 (fig. 5), entre les rebords rabattus 6 de chaque élément imperméable 5. La fixation des éléments du revêtement est effectuée par n'importe quel procédé connu, lequel ne faisant pas partie de l'invention ne sera pas décrit ici. Les éléments en auge 5 sont posés dans la galerie du tunnel en anneaux successifs, de façon que les rebords rabattus 6 des éléments 5 successifs soient appliqués l'un contre l'autre Les rebords rabattus 6 (fig. 1 et fig. 2) des éléments en auge 5 juxtaposés sont joints hermétiquement entre eux par n'importe quel procédé : soudage, collage ou agrafage, de façon à réaliser un cordon de joint 11 (fig. 1, 2). Ce cordon peut être réalisé soit après pose de chaque élément en auge 5, directement dans la partie postérieure du bouclier de percement 8, sous la protection de son enveloppe et avant montage de l'anneau suivant d'éléments 4 de revêtement du tunnel, soit après le montage complet du revêtement. Cette possibilité de mode opératoire apparaît clairement sur la figure 2, où les rives des rebords 6 d'éléments en auge 5 successifs sont accessibles pour la réalisation du cordon de joint directement dans le tunnel, après pose des éléments 4 de revêtement 3. La couche imperméable 1 obtenue selon le nouveau procédé forme une gaine tubulaire à gaufrures transversales. Du fait de cet agencement, en cas d'endommagement du cordon ll joignant les rebords 6 de deux éléments 5 successifs, ou d'endommagement d'un élément 5 quelconque et en un endroit quelconque, l'infiltration d'eau n'aura lieu qu'à l'endroit où se trouve le défaut de la couche imperméable. Etant donné que le cordon de jonction lu sort à l'intrados du revêtement, entre les éléments 4, il est toujours facile d'éliminer les défauts qui peuvent y apparaître. Dans le cas où l'endommagement ne serait pas au cordon, il est aussi facile de le localiserd'aprês l'infiltration d'eau. Pour supprimer un tel défaut il est nécessaire d'enlever un anneau d'éléments 4 du revêtement, puis de remédier au défaut dans la -gaine imperméable. La possibilité de réaliser la jonction étanche des rebords 6 des éléments en auge 5 successifs, constituant la couche imperméable, à partir de l'intérieur du tunnel, permet l'exécution simultanée du percement du tunnel et des travaux d'étanchement, en supprimant les arrêts du bouclier de percement 8, car les travaux d'étanchement sont effectués dans le tunnel derrière le bouclier 8. En outre, il devient possible de contrôler visuellement la qualité d'exécution des cordons ll et d'éliminer les défauts qui y seraient remarqués. Dans les roches stables, par exemple dans le rocher , quand le percement du tunnel est- exécuté sans emploi de bouclier 8, les éléments en auge 5 ne sont pas mis en place obligatoirement sous la protection de l'enveloppe du bouclier 8. Il va de soi que les spécialistes peuvent apporter au procédé, décrit à titre d'exemple nullement- limitatif, diverses modifications, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'étanchement d'ouvrages souterrains du genre tunnel revêtus d'éléments préfabriqués, dans lequel une couche imperméable est placée entre le massif et l'extrados du revêtement, ce procédé étant caractérisé en ce que la couche imperméable estconstituée par des éléments en auge dont les rebords sont dirigés vers l'intérieur, de façon qu'étant en place dans l'ouvrage, ces rebords se trouvent à l'intrados, les rebords d'éléments successifs étant hermétiquement joints entre eux, et les éléments du revêtement étant posés dans I'intervalle des rebords. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments en auge, constituant la couche imperméable, forment des anneaux complets. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments en auge de la couche imperméable sont mis en place dans l'ouvrage au cours de son forage à l'aide d'un bouclier et sous la protection de l'enveloppe de celui-ci.