Brevet FR2388129A1 — publié le 19781117

La présente invention concerne un procédé de construction de tunnels selon lequel un tunnel est creusé au moyen d'un bouclier mobile, étayé, et revêtu par une succession d'anneaux en voussoirs préfabriqués au fur et à mesure de la progression dudit bouclier, ainsi qutun dispositif de mise en oeuvre du procédé. Les techniques actuelles de revêtement de tunnels en voussoirs préfabriqués procédent en général de deux types selon que l'on s'intéresse plus particulièrement à l'étanchéité entre voussoirs ou à l'expansion des anneaux dégagés du bouclier, en fonction des conditions spécifiques propres à la construction. En effet, il a déjà été prévu d'assurer une bonne étanchéité entre les voussoirs, notamment par mise en place de mastics bitumineux le long des faces desdits voussoirs et dans des rainures spécialement ménagées à cet effet, mais sans expansion des anneaux.Il a été aussi prévu d'assurer l'expansion des anneaux pour compenser au moins partiellement le vide laissé par le bouclier lorsque les voussoirs sont posés et assemblés à l'intérieur dudit bouclier, notamment au moyen de vérins plats prenant directement appui sur deux voussoirs adjacents de l'anneau concerné, mais sans étanchéité entre voussoirs et/ou anneaux successifs. ainsi ces techniques, lorsqu'elles prévoient l'expansion des anneaux, ne permettent pas d'assurer en même temps une étanchéité satisfaisante du revêtement, notamment le long du joint entre deux anneaux successifs. En effet, dans ces procédés, les faces des voussoirs sont généralement planes pour permettre le mouvement relatif des anneaux au moment de l'opération d'expansion et, lorsque l'étanchéité est assurée par un mastic disposé sur les faces et/ou dans une engravure, ce cordon d'étanchéité est soumis à des distorsions d'une amplitude considérable (pouvant aller jusqu a plusieurs dizaines de centimètres) au cours du mouvement, de sorte que la continuité dudit cordon le long de l'anneau est presque certainement détruite. Or il est très fréquemment nécessaire, par exemple lorsque le tunnel est situé en site urbain dans des terrains relativement meubles et à proximité de la nappe phréatique, d'assurer à la fois l'expansion des anneaux pour réduire les tassements en surface, et l'étanchéité du tunnel pour permettre son exploitation dans des conditions satisfaisantes (tunnel routier ou ferroviaire). L'invention a pour objet une technique pour le clavage, l'expansion et l'étanchéité d'anneaux de revêtement de tunnels en voussoirs préfabriqués, permettant une obtention simultanée de l'expansion des anneaux et de l'étanchéité entre eux, l'amplitude de l'expansion pouvant être aisément contrôlée, tout en offrant la possibilité d'utiliser des systèmes existants relatifs à l'exécution de voussoirs de revêtement, cette technique s'accomodant en outre à des types variés de terrains, avec des avantages indéniables en cas de terrains de meubles ou lorsqu'une étanchéité particulièrement soignée est requise. Il s'agit plus particulièrement d'un procédé de construction de tunnels selon lequel un tunnel est creusé au moyen d'un bouclier mobile, étayé, et revêtu par une succession d'anneaux en voussoirs préfabriqués au fur et à mesure de la progression dudit bouclier, caractérisé par le fait que dans une première phase on assemble à l'intérieur du bouclier au moins un anneau presque complet de voussoirs préfabriqués qui est ensuite provisoirement clavé et muni de moyens d'étanchéité disposés selon la périphérie dudit anneau, dans une deuxième phase, connue en soi, on procéde à l'avancement du bouclier selon un pas sensiblement égal à la largeur d'un anneau de façon que le dernier anneau amont du bouclier soit dégagé, dans une troisième phase on procède à une expansion dudit dernier anneau en réalisant simultanément le clavage provisoire dudit anneau et son étanchéité avec l'anneau amont directement adjacent, et dans une quatrième phase on procède au clavage définitif dudit dernier anneau alors complet, le cycle desdites phases étant réitéré jusqu'a' obtention de la longueur désirée du tunnel. L'invention concerne aussi un dispositif de mise en oeuvre du procédé, à partir de voussoirs préfabriqués pouvant former un anneau presque complet, et d'un bouclier mobile permettant le creusement et l'étaiement du tunnel ainsi que l'assemblage des anneaux en voussoirs, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de clavage provisoire reliant deux voussoirs adjacents de chaque anneau et assurant d'une part la stabilité dudit anneau assemblé dans le bouclier et d'autre part l'expansion contrôlée dudit anneau dégagé dudit bouclier, et des éléments d'étanchéité disposés selon la périphérie de chaque anneau de façon à être comprimés simultanément à l'expansion de l'anneau correspondant. Le dispositif selon l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes: - il comporte en outre des moyens de clavage définitif pour chaque anneau expansé permettant de démonter les moyens de clavage provisoire et de rattraper définitivement l'augmentation de développement dudit anneau du fait de son expansion, les moyens de clavage définitif pouvant consister pour chaque anneau en un profilé ayant sensiblement pour longueur la longueur dudit anneau et présentant des contours latéraux concaves adaptés au contour convexe des extrémités des deux voussoirs adjacents dudit anneau concernés par le clavage provisoire, - les moyens de clavage provisoire consistent pour chaque anneau essentiellement en deux chappes d'appui dont chacune est fixée sur la face interne de l'un des deux voussoirs adjacents concernés, et un vérin articulé à ses extrémités sur chacune desdites chappes et commandant l'expansion relative desdits voussoirs, - les éléments d'étanchéité concernent la seule face avant de chaque anneau et sont disposés sur la face interne d'une languette périphérique extérieure saillante dudit anneau assemblé, l'étanchéité étant obtenue par compression desdits éléments par l'anneau aval adjacent expansé, au moyen d'une feuillure périphérique saillante prévue sur la face arrière dudit anneau aval, l'élément d'étanchéité pour chaque anneau pouvant être constitué par un profilé continu en mousse imprégnée de bitume, ou un profil continu creux en caoutchouc, collé sur la face interne de la languette concernée. L'invention concerne enfin un voussoir préfabriqué en béton spécialement adapté au dispositif de l'invention, caractérisé par le fait qu'il présente en sa face avant une languette périphérique extérieure, et en sa face arrière une feuillure périphérique de hauteur supérieure à celle de ladite languette ; ledit voussoir peut en outre présenter en ses faces avant et arrière une gorge périphérique interne d'extrémité, de façon que les gorges de deux anneaux adjacents définitivement clavés définissent une rainure destinée à recevoir un joint d'étanchéité périphérique complétant l'élément d'étanchéité correspondant auxdits anneaux. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé ou: - la figure 1 est une demicoupe axiale illustrant un tunnel en cours de construction selon une technique conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe par un plan transversal II de la figure 1, illustrant un anneau presque complet assemblé à l'intérieur du bouclier, - la figure 3 est une coupe par un plan transversal III de la figure 1, illustrant un anneau dégagé du bouclier, après expansion et clavage définitif, - les figures 4 et 5 illustrent en coupe axiale partielle le raccord entre deux anneaux successifs respectivement avant et après expansion de l'anneau aval. Figure 1, le tunnel est creuséau moyen d'un bouclier mobile 1, étayé, et revêtu par une succession d'anneaux en voussoirs préfabriqués au fur et à mesure de la progression dudit bouclier selon la flèche 2, progression obtenue au moyen de vérins tels que 3 dont la tige prend appui sur l'anneau directement voisin, selon une technique bien connue. Conformément à l'invention, le procédé se déroule comme suit : dans une première phase on assemble à l'intérieur du bouclier 1 au moins un anneau tel que 4 presque complet de voussoirs préfabriqués qui est ensuite provisoirement clavé et muni de moyens d'étanchéité disposés selon la périphérie dudit anneau, dans une deuxième phase, connue en soi, on procède à l'avancement du bouclier 1 selon un pas sensiblement égal à la longueur d'un anneau de façon que le dernier anneau amont 5 du bouclier soit dégagé, dans une troisième phase on procède à une expansion dudit dernier anneau en réalisant simultanément son clavage provisoire et son étanchéité avec l'anneau amont directement adjacent 6, et dans une quatrième phase on procède au clavage définitif dudit dernier anneau alors complet, le cycle des phases étant réitéré jusqu a obtention de la longueur désirée du tunnel. Les figures 2 et 3 illustrent un anneau respectivement avant expansion à l'intérieur du bouclier (anneau 4) et après expansion hors dudit bouclier (anneau 7), et les figures 4 et 5 illustrent le raccord entre deux anneaux successifs 5, 6, respectivement avant et après expansion de l'anneau 5. Pour la mise en oeuvre du procédé, il est proposé un dispositif illustré sur les figures, comportant des moyens de clavage provisoire 8 reliant deux voussoirs adjacents de chaque anneau et assurant d'une part la stabilité dudit anneau assemblé dans le bouclier 1, et d'autre part l'expansion contrôlée dudit anneau dégagé dudit bouclier, et des éléments d'étanchéité disposés selon la périphérie de chaque anneau de façon à être comprimés simultanément à l'expansion de l'anneau-correspondant. Figure 2, les moyens de clavage provisoire 8 consistent essentiellement en deux chappes d'appui 9, 10 dont chacune est fixée sur la face interne de l'un des deux voussoirs adjacents concernés respectivement 11, 12, et un vérin 13 articulé à ses extrémités sur chacune desdites chappes et commandant l'expansion relative desdits voussoirs. Ainsi, la stabilité immédiate de l'anneau 4, alors presque complet (espace résiduel faible 14 entre les voussoirs 11, 12), est assurée dès sa pose dans le bouclier 1, indépendamment de tout autre système d'étaiement. Figure3, l'expansion contrôlée de l'anneau 7 a été réalisée grâce aux moyens de clavage provisoire 8, permettant de réduire les tassements. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de clavage définitif pour chaque anneau expansé permettant de démonter les moyens de clavage provisoire et- de rattraper définitivement l'augmentation de développement dudit anneau du fait de son expansion. Ici, les moyens de clavage consistent en un profilé 15 ayant sensiblement pour longueur la longueur de l'anneau 7 et présentant des contours latéraux concaves adaptés au contour convexe des extrémités des deux voussoirs adjacents 16, 17 dudit anneau. Pour éviter une ligne de faiblesse d'étanchéité et améliorer la rigidité, il est préférable de prévoir une disposition en quinconce de tels profilés, tel qu'illustré par le profilé 15a de l'anneau amont directement adjacent.Les moyens 8 permettent d'obtenir une expansion dépassant légèrement l'expansion définitive prévue pour faciliter l'encastrement du profilé 15. Le profilé 15, de faible dimension, peut être réalisé en béton armé ou en fonte ; dans ce dernier cas, les faces des voussoirs adjacents 16, 17 seront avantageusement revêtues de fonte. Homme de l'art dispose de tout moyen assurant le maintien en contact de deux voussoirs adjacents, du type par exemple à armatures boulonnées, tel que schématisé sous la référence 18. Ainsi que cela a été dit plus haut, une caractéristique essentielle de l'invention est l'obtention simultanée de l'expansion d'un anneau et de l'étanchéité dudit anneau en son raccord avec l'anneau amont directement adjacent. Les éléments d'étanchéité conformes à l'invention n'ont pas été illustrés à la figure 1 en raison de l'échelle trop réduite, mais sont représentés aux figures 4, 5. Ces éléments d'étanchéité concernent avantageusement la seule face avant de chaque anneau, (face avant voulant dire face tournée vers l'aval), et sont disposés sur la face interne 19 d'une languette périphérique extérieure saillante 20 de l'anneau 6, l'étanchéité étant obtenue par compression desdits éléments par l'anneau aval adjacent 5 expansé, au moyen de la face externe 21 d'une feuillure périphérique saillante 22.L'élément d'étanchéité de chaque anneau est constitué par un profilé continu 23 (par exemple en mousse imprégnée de bitume) et collé sur la face interne 19 de la languette 20, éventuellement par l'intermédiaire d'une bande en élastomère Z4 ; on pourra aussi adopter un profil continu creux en caoutchouc, également collé sur ladite face interne. L'invention concerne ainsi également un type particulier de voussoir spécialement- adapté à la technique de l'invention : il présente en sa face avant (25 pour l'anneau 6) une languette périphérique extérieure (20 pour l'anneau 6), et en sa face arrière (26 pour l'anneau 5) une feuillure périphérique (22 pour l'anneau 5) de hauteur supérieure à celle de ladite languette de façon que la surface de joint en contact avant expansion (faces 25, 26, figure 4) soit suffisante pour transmettre les efforts longitudinaux d'appui du bouclier, Les dimensions sont également telles que les anneaux soient essentiellement au même niveau après expansion et compression des éléments d'étanchéité. Les voussoirs peuvent en outre présenter en leurs faces avant et arrière une gorge périphérique interne d'extrémité 27, 28, pour les voussoirs respectivement 6, 5, de façon que les gorges de deux anneaux adjacents définitivement clavés définissent une rainure 29 destinée à recevoir un joint d'étanchéité périphérique 30 complétant l'élément d'étanchéité 23 correspondant auxdits anneaux. Ainsi, la technique de l'invention qui vient d'être décrite, outre l'obtention simultanée essentielle de l'expansion et de l'étanchéité, permet un contrôle de l'amplitude de l'expansion soit en fonction de la force appliquée aux vérins, soit en fonction de l'amplitude du déplacement elle offre aussi la possibilité de combiner le dispositif décrit avec différents systèmes existants relatifs à l'exécution de voussoirs de revêtement, et notamment aux joints entre voussoirs d'un même anneau (articulation, étanchéité, fixation par boulonnage ou par barre de précontrainte scellée, etc...) si les conditions géotechniques du terrain le nécessitent. La technique de l'invention est applicable pour tous les types de terrains, mais plus spécialement pour des terrains meubles (alluvions, argiles, marnes, etc...), et lorsqu'il est nécessaire que l'étanchéité soit assurée de façon particulièrement soignée. Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés à titre illustratif, mais comprend toute variante reprenant avec des moyens équivalents la définition générale de l'invention telle que revendiquée. REVENDICATIONS 1/ Procédé de construction de tunnels selon lequel un tunnel est creusé au moyen d'un bouclier mobile, étayé, et revêtu par une succession d'anneaux en voussoirs préfabriqués au fur et à mesure de la progression dudit bouclier, caractérisé par le fait que dans une première phase on assemble à l'intérieur du bouclier au moins un anneau presque complet de voussoirs préfabriqués qui est ensuite provisoirement clavé et muni de moyens d'étanchéité disposés selon la périphérie dudit anneau, dans une deuxième phase, connue en soi, on procède à l'avancement du bouclier selon un pas sensiblement égal à la largeur d'un anneau de façon que le dernier anneau amont du bouclier soit dégagé, dans une troisième phase on procède à une expansion dudit dernier anneau en réalisant simultanément le clavage provisoire dudit anneau et son étanchéité avec l'anneau amont directement adjacent, et dans une quatrième phase on procède au clavage définitif dudit dernier anneau alors complet, le cycle desdites phases étant réitéré jusqu'à obtention de la longueur désirée du tunnel. 2/ Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, à partir de voussoirs préfabriqués pouvant former un anneau presque complet et d'un bouclier mobile permettant le creusement et l'étaiement du tunnel ainsi que l'assemblage des anneaux en voussoirs, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de clavage provisoire (8) reliant deux voussoirs adjacents de chaque anneau et assurant d'une part la stabilité dudit anneau assemblé dans le bouclier et d'autre part l'expansion contrôlée dudit anneau dégagé dudit bouclier, et des éléments d'étanchéité (23) disposés selon la périphérie de chaque anneau de façon à être comprimés simultanément à l'expansion de l'anneau correspondant. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de clavage définitif pour chaque anneau expansé permettant de démonter les moyens de clavage provisoire et de rattraper définitivement l'augmentation de développement dudit anneau du fait de son expansion. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de clavage définitif consistent pour chaque anneau en un profilé (15) ayant sensiblement pour longueur la longueur dudit anneau et présentant des contours latéraux concaves adaptés au contour convexe des extrémités des deux voussoirs adjacents dudit anneau concernés par le clavage provisoire. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de clavage provisoire consistent pour chaque anneau essentiellement en deux chappes d'appui (9, 10) dont chacune est fixée sur la face interne de l'un des deux voussoirs adjacents concernés, et un vérin (13) articulé à ses extrémités sur chacune desdites chappes et commandant l'expansion relative desdits voussoirs. 6/ Dispositif selon l'une des revendication 2 à 5, caractérisé par le fait que les éléments d'étanchéité concernent la seule face avant de chaque anneau et sont disposés sur la face interne d'une languette périphérique extérieure saillante (20) dudit anneau assemble, l'étanchéité étant obtenue par compression desdits éléments par l'anneau aval adjacent expansé, au moyen d'une feuillure périphérique saillante (22) prévue sur la face arrière dudit anneau aval. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément d'étanchéité de chaque anneau est constitué par un profil continu (23) en mousse imprégnée de bitume et collé sur la face interne de la languette concernée. 8/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément d'étanchéité de chaque anneau est constitué par un profil continu creux en caoutchouc et collé sur la face interne de la languette concernée. 9/ Voussoir préfabriqué en béton spécialement adapté pour un dispositif selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait qu'il présente en sa face avant une languette périphérique extérieure, et en sa face arrière une feuillure périphérique de hauteur supérieure à celle de ladite languette. 10/ Voussoir selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il présente en outre en ses faces avant et arrière une gorge périphérique interne d'extrémité, de façon que les gorges de deux anneaux adjacents définitivement clavés définissent une rainure (29) destinée à recevoir un joint d'étanchéité périphérique (30) complétant l'élément d'étanchéité correspondant auxdits anneaux.