Brevet FR2362268A1 — publié le 19780317

l'invention est relative à un garnissage en acier pour tunnels routiers, tunnels de chemins de fer souterrains et ouvrages similaires. les tunnels formés d'éléments en acier, qui sont édifiés notamment dans l'industrie minière et doivent donc s'adapter à tout moment aux charges imprévisibles exercées par le terrain environnant, sont exécutés en général à partir de profilés ou de tronçons de profilés juxtaposés et réunis entre eux, qui constituent une enveloppe fermée conforme à la section du tunnel. Lorsque des tunnels sont percés dans des régions appartenant au secteur minier dans le sens le plus large, incluant toutes les zones dans lesquelles des riehesses du sous-sol ont été ou seront exploitées, ou dont l'exploitation est envisagée à long terme, l'agencement du garnissage doit être étudié en tenant compte en particulier des influences, de nature et de grandeur imprévisIbles, que peut exercer le terrain. Une construction de ce type doit donc posséder des propriétés de plasticité et d'élasticité telles qu'elle puisse, d'une part, suivre par changement de forme les-mouvements du terrain dans la limite autorisée pour la conservation du gabarit intérieur et de la position prescrite des tubes du tunnel, ainsi que pour le maintien permanent de l'étanchéité à l'eau et à la poussière. I1 faut, d'autre part, que l'ensemble de la construction résiste à ces influences suffisamment pour garantir la stabilité globale et les limites extrêmes des changements de forme. Toutes ces circonstances exigent un garnissage susceptible de s'adapter, dès le début et par la suite, aux charges variables, gracie à un dimensiomiement judicieux et, surtout, à des éléments de renforcement appropriés. Les garnissages de tunnel connus en béton armé ou de construction mixte ne conviennent pas, en raison même de leur comportement pratiquement rigide. Dans l'industrie minière, on utilise couramment, pour le soutènement de galeries d'abattage ou débouchant au jour1 des cintres et des madriers juxtaposés en bois, béton ou profilés d'acier, s'étendant d'un cintre à l'autre. De telles constructions ouvertes s'adaptent bien à la pression exercée par le terrain, malgré qu'il faille s'attendre, par suite de départs et de glissements, à des changements de section de la galerie, parfois importants, mais acceptables dans l'industrie minière. Par contre, des constructions de ce type sont inutilisables pour des tunnels devant répondre aux conditions précitées, étant donné qu'elles ne possèdent pas la souplesse voulue en direction de l'axe du tunnel et n'assurent pas l'étanchéité indispensable à l'eau et à la poussière. Pour des ouvrages dits de coupure sur des ponts, en vlue du tubage de ruisseaux ou de rivières, pour des passages souterrains pour piétons, etc.., il est connu d'utiliser des cuvelages en acier, qui sont formés de plaques d'acier ondulées et bombées, assemblées sur le chantier, au moyen de couvre-joints boulonnés, en des sections creuses circulaires, elliptiques ou similaires. Ces cuvelages possèdent bien une certaine élasticité, mais leur mise en oeuvre se limite à des ouvrages de coupure de faible portée et à une érection de type ouvert avec des charges pratiquement connues. L'installation d'éléments de renforcement dans de telles constructions n'est pas nécessaire et n'est d'ailleurs pas possible. Par contre, pour un tunnel qui nè peut pas être édifié en construction ouverte, mais seulement par percement souterrain, il n'est pas possible d'utiliser d'autres garnissages en acier, par exemple basés sur la mise en place de palplanches, recouvertes d'un ouvrage élastique pliant, qui forme le plafond du tunnel. I1 est d'ailleurs impossible ou pour le moins très compliqué d'équiper d'éléments de renforcement localement limites ce garnissage basé sur le principe d'un accordéon. le problème que l'invention se propose de résoudre est, en évitant les inconvénients précifés, de fournir un garnissage en acier pour tunnels, qui se compose d'un petit nombre d'éléments de base et de renforcement, autant que possible identiques, qui peuvent être fabriqués et montés de manière simple et économique, bien que satisfaisant à toutes les conditions que doivent remplirkde tels tunnels routiers, tunnels pour chemins de fer et similaires qui, dans le domaine de l'exploitation minière, doivent être édifiés le cas échéant par une opération de percement souterrain, au cours de laquelle peuvent prendre naissance des composantes de charge imprévisibles, dues à des allongements, des raccourcissements, des déports, des glissements de terrain, des affaissements, etc...L'invention, utilisant une coque extérieure de garnissage de section générale trapézoidale, est caractérisée en ce que, dans les ailes profilées de la coque extérieure de garnissage trapézoidale, sont prévus des gradins orientés parallèlement à l'axe longitudinal du garnissage, c'est-à-dire à l'axe du tunnel, cette coque pouvant être formée en principe d'un assemblage de tronçons profilés plus ou moins grands. Un garnissage revêtement en acier agencé seVaa 1'invtion oyaient quel que soit le mode d'édification du tunnel, qu'il s'agisse d'une construction ouverte ou d'un percement souterrain. I1 est étanche à la poussière et à l'eau et, avec ou sans éléments de renforcement, il possède en toutes directions des propriétés de plasticité et d'élasticité telles qu'il peut suivre par des changements de forme les influences exercées par le terrain, dans la limite autorisée pour la conservation du gabarit intérieur et de la position prescrite des tubes du tunnel, mais qu'il peut néanmoins résister à ces influences suffisamment pour garantir la stabilité globale et les limites extrimes de la déformation du matériau.De plus, la construction selon l'invention remplit les conditions préalables pour la formation d'articulations coulissantes, sans mettre en danger l'ensemble du système élastique. La coque, analogue en section à un profilé trapézoldal, est exécutée, de préférence, entre d'acier façonnée à froid. Eu égard à la relativement grande profondeur des profilés et pour faciliter la fabrication et le montage des profilés, le plus souvent à paroi épaisse et par conséquent lourds, il est prévu, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, que la coque extérieure de revêtement est formée d'un assemblage de profilés de section en "chapeau" ( ~f-)- ) dont la hauteur individuelle représente la moitié de la profondeur totale du profilé. Ces profilés sont d'abord cintrés à la forme du tunnel, puis assemblés en opposition au moyen de soudures ou de vis, de façon que leurs rebords libres constituent les gradins précités à l'intérieur de la coque extérieure de revêtement. De ce fait, les jonctions se trouvent dans la zone neutre, où se produisent les contraintes les plus faibles. les gradins à l'intérieur de la section globale ont pour autre avantage de pouvoir servir à l'installation des éléments de renforcement nécessaires, une autre caractéristique de l'invention résidant alors dans l'utilisation à cet effet des mêmes profilés de section en "chapeau" et des mêmes moyens de fixation, par exemple des mêmes vis, que pour la coque de base. On obtient ainsi un ensemble homogène et d'aspect agréable. Afin que le moment résistant., perpendiculairement à l'axe longitudinal du tunnel, atteigne une valeur élevée par rapport au poids de matériau mis en oeuvre, il est prévu en outre par l'invention de limiter les gradins, à l'intérieur de la section globale, à la largeur nécessaire en tout cas à la jonction des profilés entre eux ou à l'installation d'éléments de renforcement. les profilés en chapeau trapézoidaux peuvent être munis éventuellement de plus d'un gradin. En fonction de la section prescrite du tunnel, les tronçons de profilés qui le garnissent en totalité peuvent présenter la forme d'un anneau fermé, d'un cadre ou d'un cintre circulaire, elliptique ou analogue, ou encore se composer de segments individuels partiels, qui sont assemblés directement sur le chantier. Le système de soutènement selon l'invention permet d'adapter les profilés, à l'intérieur dtun tunnel, à la charge différente préalablement déterminée sur la base d'une charge minimale, grâce à un dimensionnement différent ou au moyen d'éléments de renforcement, sans porter préjudice à la fonction globale. Un avantage supplémentaire propre au système réside en ce que de telles mesures de renforcement, par exemple én conformité avec la progression de l'abattage des richesses 'du sous-sol, peuvent être prises également après coup, à n'importe quel moment et en différents stades, sans grande dépense de main d'oeuvre. le choix des éléments de renforcement dépend des conditions requises et des possibilités de montage. En dehors des sections en chapeau précitées, on dispose d'autres sections qui, en raison de leur forme spéciale, n'influencent pas la déformabilité de l'ensemble du système, notamment dans la direction longitudinale. les éléments de renforcement sont avantageusement insérés dans les parties de la section, ouvertes vers l'intérieur du tunnel, de la coque extérieure de revêtement et réunis à ces parties, de préférence par des soudures, des vis, ou organes équivalents. les cavités ainsi formées peuvent être remplies accessoirement, de manière connue, d'un matériau de stabilisation, par exemple d'une masse coulée, d'une mousse plastique dure, de matériaux de remplissage analogues, ou de liquides. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après, en référence au dessin annexé, dans lequel les Fig. 1 et 1' représentent en perspective des sections de tunnels différentes; la Fig. 2 montre en coupe longitudinale le principe d'un garnissage de tunnel non renforcé; la Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale dlun garnissage de tunnel non renforcé, qui est formé de profilés individuels à section en forme de chapeau assemblés par des vis; les Fig. 4 et 4' sont des coupes longitudinales correspondant à la Fig. 2, mais avec une conformation différente; les Fig. 5, 5' et 5" sont des coupes longitudinales correspondant aux Fig. 4 et 4', mais pour une exécution en profilés individuels assemblés; la Fig. 6 représente en coupe longitudinale un garnissage de tunnel renforcé;; les Fig. 7 et 7' sont des coupes longitudinales d'un garnissage renforcé avec des profilés individuels différents, conformément au schéma de principe suivant les Fig. 4 et 4'; les Fig. 8 et 8' sont des coupes longitudinales correspondant à la Fig. 6, mais avec des profilés de renforcement modifiés; les Fig. 9 et 9' représentent en coupe longitudinale d'autres profilés de renforcement; les Fig. 10 et 10' montrent en coupe longitudinale des profilés de renforcement réunis par filetage aux profilés de base, par exemple par des goujons soudés. Dans sa structure de principe suivant la Fig. 2, le garnissage de tunnel en acier présente la forme générale d'un profilé trapézoldal 1 avec des gradins 2, disposés approximativement dans l'axe neutre, parallèlement à l'axe du tunnel. Ce garnissage en acier peut être formé en principe de tronçons de profilés individuels de largeur quelconque, qui sont cintrés en fonction de la section du tunnel et assemblés sur le chantier, par exemple en anneaux ou viroles suivant la Fig. 1, ou, suivant la Fig. 1', en cadres ou cintres de garnissage ouverts. Dans une forme de réalisation préférée représentée à la Fig. 3, le garnissage se compose de sections 3 en chapeau ( ) se faisant vis-à-vis et s'appliquant l'une sur l'autre avec un décalage pour constituer le profilé sensiblement trapézoïdal 1, dont les rebords libres 4 sont réunis entre eux, par exemple au moyen de vis 5, de façon que les jonctions se trouvant au-voisinage de la zone neutre correspondent en même temps aux gradins 2. Pour améliorer la faculté de déformation, on peut également modifier la section de forme générale trapézoldale suivant la Fig. 2, en prévoyant dans les fonds 6 des déformations ou des redans tournés vers l'intérieur (Fig.4) ou vers l'extérieur (Fig. 4'), de telles sections pouvant se composer aussi de profilés individuels 7 et 8, assemblés conformément aux Fig. 5,5' et 5". La Fig. 5" montre un autre exemple de profilé en chapeau 7a muni de rebords verticaux 7b. les profilés 7a, juxtaposés et décalés entre eux, sont réunis les uns aux autres par soudage de leurs rebords 7b. L'avantage de cette forme de réalisation réside en ce que les tolérances risquant~de résulter du cintrage des éléments profilés peuvent être compensées facilement par les rebords verticaux 7b. Pour le renforcement de la coque extérieure de garnissage, il est judicieux d'utiliser, comme le montrent les Fig. 6, 7 et 8, les mêmes sections individuelles 7, 7 ei 8, fixées aux gradins 2, le cas échéant au moyen des mêmes vis d'assemblage 5. Belon les conditions de renforcement requises, on peut utiliser des éléments de renforcement présentant en section des profils différents, dont les Fig, 8,8', 9,9',-10 et 10' montrent des exemples, dans les différentes combinaisons possibles avec les profilés de base, la jonction avec ces derniers pouvant être effectuée, soit par une soudure directe 9, soit par goujons soudés 10. les éléments de renforcement 11, 12, 13 peuvent être pliés vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur, ondulés, ou de conformation analogue. La construction permet une adaptation facile à des courbes sur le tracé du tunnel, car il suffit de décaler la jonction des sections en chapeau dans les gradins 2. En cas de courbures accentuées, on peut élargir les gradins à l'aide de coins soudés. Au cas où le garnissage structuré du tunnel exercerait sur le plan aérodynamique une action défavorable pour la circulation des trains ou des véhicules automobiles, on peut habiller l'ensemble de la construction, sur sa face intérieure, de tales ou de panneaux amovibles non représentés, qui, en plus d'une amélioration du comportement aérodynamique et de l'esthétique, peuvent assurer une certaine absorption du bruit en combinaison avec des mesures supplémentaires appropriées. Revendications 1 - Garnissage formé d'éléments en acier, pour tunnels routiers, tunnels de chemins de fer souterrains et ouvrages similaires, qui se compose de profilés ou de tronçons de profilés juxtaposés et réunis entre eux, de section générale trapézoïdale ouverte alternativement vers ltintérieur et vers l'extérieur, caractérisé en ce que, dans les ailes correspondant aux côtés de la section trapézoïdale du garnissage, sont prévus des gradins (2) orientés parallèlement à l'axe longitudinal du garnissage. 2 - Garnissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gradins (2) sont disposés au voisinage de la zone neutre du garnissage. 3 - Garnissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le garnissage (1) de profil général trapézoïdal est formé d'un ensemble de profilés en chapeau (3,7,8), qui sont disposés et réunis alternativement à l'opposé l'un de l'autre et dont les rebords libres (4) forment les gradins (2). 4 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les profilés en chapeau (3,7,8) sont réunis rigidement entre eux au niveau-de leurs rebords libres (4) par recouvrement, par exemple au moyen de soudures, de vis(5) ou d'organes de fixation équivalents. 5 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterisé en ce que les profilés trapézoïdaux (7a) sont munis de rebords verticaux (7b) par lesquels ils sont réunis entre eux. 6 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fond (6) des profilés en chapeau (7,8) présente une inclinaison vers l'intérieur ou vers l'extérieur à partir des arêtes. 7 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la coque (1) de profil général trapé zoidal est renforcée en totalité ou localement par des éléments profilés, à action élastique suivant chaque axe. 8 - Garnissage selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, comme éléments de renforcement, il est prévu les mêmes profilés en chapeau (3,7,8), fixés aux gradins (2), le cas échéant par les mêmes moyens. 9 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement (11,12,13) sont formés de tôles profilées présentant en section des faces inclinées vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur. 10 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement sont fixés par des soudures (9) ou au moyen de goujons soudés (10) aux âmes ouvertes, tournées vefs l'intérieur de la coque, c'est-à-dire vers l'intérieur du tunnel, ou aux ailes de la coque (1) de profil général trapézoldal. 11 - Garnissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur sa face interne tournée vers l'intérieur du tunnel, la coque de garnissage (1) est recouverte de tôles ou de panneaux amovibles pouvant être agencés en éléments d'absorption du bruit.