Brevet FR2354444A1 — publié le 19780106

La présente invention a essentiellement pour objet une structure de pénétration communément appelée "bouclier" dans la technique, destinée à être poussée dans le sous-sol, pour la construction d'un tunnel. L'invention s'applique avantageusement pour la construction de tunnels à travers le talus d1une autre voie de communication supérieure.Elle est plus particulièrement conçue pour élimier la déconsolidation du terrain dans la zone de pénétration, laquelle, si elle se produisait, pourrait avoir des conséquences graves pour le trafic sur ladite voie de commu- nication supérieure. A titre d'exemple, l'invention permet la construction de tunnels routiers sous le talus d'une voie de che- min de fer, d'une route ou d'une autoroute surélevée. Il est connu de construire un tunnel en poussant une structure de pénétration ou "bouclier" dans le sous-sol, cette struc- ture de pdnétration ayant transversalement les dimensions du futur tunnel le prof transversal du bouclier, qui peut entre quel- conque, détermine donc aussi celui du futur tunnel.Au fur et à mesure de la progression du "bouclier" dans le sous-sol, on in- troduit derrière celui-ci (également par poussage) des segments préfabriqués du tunnel, par exemple en béton armé. lorsque les di- mensions du front de taille sont importantes, on rencontre leproblème d'une décompression des terres à l'avant de la structure de pénétration. Cette décompression est due à l'éboulement naturel des terres à l'intérieur de la portion tubulaire d'attaque dudit "bouclier".Pour resoudre complètement le problème, on a été amené à imaginer des structures de pénétration conformées pour éliminer les décompressions des terres ainsi que leur éboulement naturel et spontané à l'intérieur de la portion d1attaque du "bouclier". Pour cela, on a pensé à morceller le front de taille en un certain nombre de petites sections disposées côté à côté et d'effectuer l'abattage des terres et la progression séquentiel- lement sur toutes les petites sections les unes après les autres. La pénétration des terres à l'intérieur de la portion d'attaque est ainsi considérablement réduite par rapport à ce qu'elle aurait été si cette portion d'attaque n'avait été constituée que par un seul caisson tubulaire aux dimensions du tunnel. Pendant que l'abat- tage des terres et la progression se font au niveau de l'une des petites sections précitées, les sections voisines restent fixes et sont obturées. Le dispositif selon la présente invention constitue la réalisation technologique la plus élaborée à ce jour, d'une structure de pénétration permettant de mettre en oeuvre le processus défini ci-dessus. Dans ce but, l'invention se rapporte à un dispositif formant structure de pénétration pour la construction d'un tunnel, comprenant notamment une portion d'attaque, dont les dimensions transversales correspondent à la section dudit tunnel, et destinée à être poussée dans le sous-sol , caractérisé en ce que ladite portion d'at- taque est au moins en partie constituée par une juxtaposition de caissons tubulaires, de préférence à section carrée ou rectangulaire, déplaçables les uns par rapport aux autres dans le sens de pénétration Chaque caisson tubulaire peut donc ôtre avancé par poussage dans le sous-sol indépendamment de tous les sutres, par des vérins hydrauliques intégrés à la structure de pénétration et ce n'est que lorsque tous les caissons tubulaires ont progressé d'une distance correspondant à l'élongation maximum de leurs vérins de poussage, que la pertie arrière de la structure de pénétration peut elle même être avancée de cette même longueur, également par poussage, les caissons étant, po3r ce faire, toiTS obturés. D'autre part, les caissons tubulaires comportent avantageusement à l'avant des volets d'obturation respectifs. Ces volets d'obturation permettent de fermer la surface trans versale évidée des caissons tubulaires correspondants lorsque ceux-ci ne sont pas en pliase de progression et/ou d'abattage dans le sous-sol. En outre le dispositif selon l'invention permet de latter efficacement contre la formation des voûtes à l'avant de la structure de pénétration, en restant constamment en contact avec le front de taille. Ceci est notamment facilité Si le dispositif selon l'invention est pourvu de moyens de réglage automatique de la posai tion des caissons tubulaires en progression, moyens constitués par exemple par un automatisme approprié, à temps de réponse suffisam- ment rapide pour maintenir le contact avec le front de taille. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un dispositif selon l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective et avec arrachements partiels d'une structure de pénétration selon l'invention; et - la figure 2 représente le meme dispositif vue suivant la coupe II-II de la figure 1 et montré au cours de sa progression dans le sous-sol. La structure de pénétration 91 représentée sur les dessins se compose d'une portion d'attaque 12 constituée par une juxtaposition de caissons tubulaires 13 à section carrée,- et d'un tronçon arrière monobloc 14 dont la section transversale correspond à la section rectangulaire du futur tunnel. L'ensem- ble des caissons tubulaires 13 définit également en section transversale un rectangle correspondant à la section du futur tunnel. lies caissons 13 sont déplaçables les uns par rapport aux autres dans le sens de la pénétration, grâce à des vérins 15 prenant appui entreles champs arrière 16 desdits caissons 13 et les champs antérieurs 17 dudit tronçon arrière monobloc 14. Dans ce but, la partie antérieure du tronçon 14 est constituée d'autant de tronçons tubulaires 18 qu'il y a de caissons 13 et le périmètre externe, carré, de la section transversale de ces tronçons 18 est légèrement inférieur au périmètre externe de la section transversale des caissons 13, ceci pour permettre le coulissement des éléments métalliques de protection 20 des vérins 15. Ces éléments de protection 20 ou jupes de recouvrement prolongent vers l'arrière les parois les plus épaisses desdits caissons tubulaires 13, sur une longueur légèrement supérieure à celle des vérins 15 lorsque ceux-ci sont en extension maximum.Comme le montre clairement la figure 2, les vérins 15 ( au nombre de quatre par caisson tubulairei3) sont logés dans l'espace de décrochement 21 défini par ces éléments métalliques de protection 20 et les champs 16 plus épais des parties arrière des caissons ltu?nulaires 13 eorrespondants. Chaque caisson 13 comporte en outre un volet d'obturation 25 de sa surface transversale évidée. Chaque volet 25 représenté sur les dessins est conçu pour obturer la totalité de ladite surface transversale évidée du caisson tubulaire correspondant, mais on pourrait aussi prévoir des volets d'obturation partielle ou même prévoir plusieurs petits volets pour l'obturation d'un même caisson. Dans exemple représenté sur les dessins, chaque volet d'obturation est articulé le long d'un bord antérieur du caisson 13 correspondant, au moyen d'une charnière 26, et est actionné par deux vérins -27, agissant en parallèle, articulés à leurs extrémités entre une chape 28 solidaire dudit volet et une chape 29 fixée à la paroi intérieure du caisson tubulaire 13.La chape 29 pourrait aussi être fixée au tronçon arrière monobloc 14, ce qui permettrait concrètement de réduire la longueur des caissons tubulaires 13. Cette variante est représentée en traits fantômes sur la figure 2. lie fonctionnement du dispositif qui vient d'entre décrit est des plus simples et découle avec évidence de ce qui précède. Lorsque la structure de pénétration 11 est engagée dans le sous-sol, il est possiblesi cela s'avère nécessaire (c'est-à-dire notamment si le terrain est peut stable) de procéder à l'abattage des terres sur une surface trèsinférieure à la section transversale du futur-tunnel, en n'ouvrant qu'un petit nombre de volets 25, ou éventuellement un seul. Dans ces conditions, si on repère par (a) I'agle du talus naturel d'avancée des terres à l'intérieur de la structure de pénétration lors du poussage d'un caisson (figure 2), on voit que la quantité éboulée c'est-à-dire le talus T1 représenté en traits forts sur la figure 2, est faible en regard de ce qu'elle serait si la structure de pénétration n'était constituée que par un simple tube à section rectangulaire aux dimensions du futur tunnel.En effet, dans ce dernier cas le talus pénétrerait jusqu'en A sur la figure 2 (talus TS représenté en traits fantômes sur la figure 2) et s'étendrait sur toute la largeur de l'ouvrage alors que le talus T1 ne s'étend que sur la largeur-du caisson 13 dans lequel il-pénètre. Au total, le volume du talus réel T1 est considérablement plus faible que celui du talus T2. On élimine ainsi la déconsolidation des terres à l'avant de la structure de pénétration, pendant la progression dans le sous-sol.En conséquence, les risques d'effondrement en surface (formation de cratères sur la voie de circulation supérieure etc..) sont éliminés. En outre il convient de signaler que, étant donné la progression treks lente du poussage, il se forme une sorte de bouchon de terre à l'avant, de sorte que l'avancée des terres a une pente encore plus abrupte (donc un volume moindre) que celle du talus naturel d'éboulement. Lorsqutun caisson 13 a été avancé d'une distance correspondant à l'élongation maximum de ses vérins de poussage 15 on referme son volet 25 et on passe au poussage d'un autre caisson tubulaire voisin. lorsque tous les caissons tubulaires ont été avancés dans le sous-sol, on pousse le tronçon arrière monobloc 14, ce qui a pour effet de rétracter l'ensemble des vérins 15, et un nouveau cycle de progression peut commencer. Un autre avantage de la structure de pénétration décrite ci-dessus mérite d'entre signalé. l'invention permet en effet de lutter contre la formation des voûtes d'effondrement à l'avant de la structure de pénétration, notamment si on prend soin d'adjoindre au dispositif précédemment décrit des moyens de réglage automatique de la position des caissons tubulaires, non représentés sur les dessins, agissant pour maintenir en permanence les extrémités antérieures de ces caissons sensiblement en contact avec le front de taille .En effet, lorsque de telles voûtes, pouvaient se farmer à l'avant de la structure de pénétration, au cours de l'abattage au front de taille, elles pouvaient s t effondrer brusquement en provoquant une avance brutale des terres à l'intérieur de la portion d'attaque, se traduisant par un affaissement de terrain qui pouvait se répercuter jusqu'au niveau du sol et endommager les constructions de surface, Si on prévoit les moyens de réglage définis ci-dessus, qui peuvent par exemple être constitués par un système d'asservissement de l'élongation des tiges des vérins 15, agissant pour maintenir en permanence les extrémités avant des caissons tubulaires 13 en contact avec le front de taille; on peut, par ce moyen, éviter la formation de voûtes. Enfin le dispositif décrit permet une recompression localisée ou totale du front de taille, si cela s'avère nécessaire, par extension contrôlée des vérins 15, les volets 25 étant fermés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif formant structure de pénétration pourla construction d'un tunnel, comprenant notamment une portion d'attaque dont les dimensions transversales correspondent à la section dudit tunnel, et destinée à etre poussée dans le sous-sol, caractérisé en ce que ladite portion d'attaque est au moins en partie constituée par une juxtaposition de caissons tubulaires, de préférence à section carrée ou rectangulaire, déplaçables les uns par rapport aux autres dans le sens de pénétration. 2. Dispositif selon la revendications 1, caractérisé en ce que lesdits caissons tubulaires sont actionnés par des vérins prenant appui entre les champs arrière desdits caissons tubulaires et les champs antérieurs d'un tronçon arrière monobloc de ladite structure de pénétration. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits caissons tubulaires comportent des éléments métalliques de protection desdits vérins, prolongeant vers l'arrière au moins certaines des parois latérales desdits caissons tubulaires, sur une longueur au moins légèrement supérieure à celle desdits vérins en extension maximum; lesdits vérins étant logés dan ltespace de décrochement défini par ces éléments métalliques de protection et les champs plus épais des caissons tubulaires correspondants. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un caisson tubulaire comporte au moins un volet d'obturation d'au-moins une partie de sa surface transversale évidée. 5. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé en ce que ledit volet d'obturation est articulé le long d'un bord antérieur dudit caisson tubulaire, par exemple au moyen d'une charnière ou analogue, et qu'il est actionné par au moins un vérin articulé à chacune de ses extrémités entre ledit volet et un point de ladite structure de pénétration, par exemple la paroi interne dudit caisson tubulaire ou celle du tronçon arrière monobloc. 6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte des moyens de réglage automatique de la position d'au moins l'un des caissons tubulaires précités, lesdits moyens agissant pour maintenir en permanence l'extrémité antérieure de ce caisson tubulaire sensiblement en contact avec le front de taille.