Brevet FR2516444A1 — publié le 19830520

La présente invention se rapporte à un dispositif expansible et en particulier, bien que non exclusivement, à un dispositif expansible destiné à l'avancée d'anneaux de revêtement de tunnel dans le sol qui entoure un tunnel. Un procédé de construction de tunnel comprend l'utilisation d'anneaux de revêtement préformés, qui sont destinés à être disposés en série "in situ". Selon un procédé bien connu d'installation des anneaux, une unité de poussée hydraulique est disposée à la base d'un puits de travail,à partir duquel le tunnel doit être creusé, généralement dans une direction sensiblement horizontale, et l'unité de poussée est actionnée graduellement afin d'avancer un anneau de revêtement et une tête porte-fraise dans le sol.Lorsque la tête porte-fraise s'est avancée sur une distance qui correspond à la longueur d'un anneau de revêtement, une partie d'une tête de manoeuvre de l'unité de poussée est entièrement rétractée afin de permettre l'introduction d'un autre anneau de revêtement en position adjacente à celui qui vient d'être manoeuvré par la tête de manoeuvre, l'unité de poussée fonctionnant ensuite de manière à avancer petit-à-petit les deux anneaux de revêtement et la tête porte-fraise dans le sol. Cette séquence est répétée jusqu'à ce que le nombre nécessaire d'anneaux de revêtement se trouve installé. Un inconvénient de cette technique d'installation est que l'unité de poussée doit être très lourde, robuste et puissante afin d'être capable d'avancer simultanément un grand nombre d'anneaux et de contraindre la tête portefraise à se déplacer dans le sol. En pratique, le nombre d'anneaux qui peut être simultanément avancé est limité par la taille maximale de l'unité de poussée qui peut être utilisée. Afin d'éviter d'avoir à utiliser une unité de poussée hydraulique importante dans le puits de travail, ainsi que les inconvénients qui en découlent, il a déjà été proposé de monter entre chaque paire d'anneaux de revêtement successifs, et également entre l'anneau de la tête porte fraise et le premier anneau de revêtement, une vessie de forme torique et gonflable à l'air. L'unité de poussée hydraulique utilisée jusqu'à présent est remplacée par une tête de réaction qui peut être d'une construction relativement légère dans la mesure où elle doit être suffisamment solide pour s'opposer à la poussée nécessaire au déplacement d'un seul des anneaux de revêtement dans le sol. Lors de l'utilisation, une tête porte-fraise et une vessie sont disposées à la position de la tête du tunnel que l'on se propose de creuser, en face d'une tête de réaction qui présente un anneau de réaction mobile destiné à s'appliquer contre la vessie et la tête porte-fraise. Cette vessie est ensuite gonflée afin d'avancer la tête porte-fraise dans le sol, puis dégonflée à la suite de quoi l'anneau de réaction est déplacé vers l'avant avant d'aplatir la vessie contre l'anneau de la tête porte-fraise. Cette séquence de gonflage, dégonflage et déplacement de l'anneau de réaction est répétée jusqu ce que l'anneau de réaction puisse être suffisamment retiré afin de permettre l'introduction d'un premier anneau de revêtement et de la vessie associée, en série avec la tête porte-fraise. L'anneau de réaction étant appuyé contre la vessie du premier anneau de revêtement, la vessie de la tête portefraise puis celle de l'anneau de revêtement sont gonflées et dégonflées en séquence afin de provoquer le déplacement vers l'avant des deux anneaux, en alternance, sur une distance qui correspond au mouvement qui résulte du gonflage et du dégonflage de chacune des vessies. Puis l'anneau de réaction est à nouveau remis en position contre la vessie dégonflée du premier anneau de revêtement, et la séquence des opérations précitées est répétée jusqu'au moment où l'anneau de réaction peut être retiré sur une distance suffisante pour permettre l'introduction d'un second anneau de revêtement et de la vessie associée. La séquence d'opération décrite ci-dessus est répétée jusqu'au moment où le nombre nécessaire d'anneaux de revêtement a été installé, la force exercée sur l'anneau de réaction ne dépassant en général jamais celle qui est requise pour déplacer un anneau de revêtement dans le sol, indépendamment du nombre d'anneaux de revêtement introduit. Cet avantage vient de ce que, pendant le gonflage et le dégonflage en séquence de chaque vessie, qui commence avec celle qui est la plus proche de la tête porte-fraise, la force exercée afin de déplacer un anneau vers 1 avant est contre-balancée par la force de frottement exercée par le sol sur les deux anneaux de revêtement qui lui succèdent. (Cette théorie suppose que les déblais sont retirés d'une position légèrement en avant de l'anneau de la tête porte-fraise, qui en conséquence ne rencontre qu'une faible résistance des matériaux mous du sol, ce dernier anneau assurant la découpe du sol sur un diametre qui correspond au diamètre externe des anneaux de revêtement). En dépit des avantages substantiels qui découlent du fait que l'on peut se passer d'une tête de poussée hydraulique, la facilité de mise en oeuvre et le succède la technique d'installation décrite ci-dessus dépendent dans une large mesure de la fiabilité des vessies, qui travaillent dans des conditions généralement désavantageuses et qui sont amenées à être soumises à des forces de compression potentiellement dommageables. Les vessies en caoutchouc sont réalisées à partir de tuyaux de caoutchouc armé, de type standard bien connu. Les tuyaux subissent une nouvelle opération de moulage pour prendre une forme aplatie à partir d'une forme de section circulaire usuelle, et cette forme aplatie est cintrée sur sa longueur de sorte que le produit qui en résulte a une forme semblable à celle d'une rondelle plate dont la conformation et la taille correspondent aux parties d'extrémités des anneaux de revêtement entre lesquelles la vessie doit être disposée. Des difficultés ont été rencontrées du fait que ces vessies tendent à présenter des plis, en particulier si elles ne sont pas soigneusement mises en place la première fois, et bien que certains plis tendent à disparaître à la suite du premier gonflage, tout pli qui subsiste est soumis à de fortes contraintes lorsque la vessie subit des charges de compression. Dans ce cas, et indépendamment du niveau de soins pris à prémouler la vessie dans une forme qui correspond à celle qu'elle prend "in situ" contre un anneau de revêtement, on peut s'attendre à ce qu'il en résulte une défaillance de la vessie après un temps de service relativement court. La présente invention a pour objet un dispositif destiné à effectuer un mouvement relatif entre une paire d'organes, telle qu'une paire d'anneaux de revêtement de tunnel, et qui remédie aux inconvénients précités, ou diminue leur importance. Selon un aspect de la présente invention, un dispositif expansible destiné à effectuer des mouvements relatifs entre une paire d'organes comprend un organe tubulaire repliable en matière polymère armée et un organe d'admission de fluide sous pression dans l'organe tubulaire afin de réaliser le gonflage de ce dernier, se caractérise en ce que l'une au moins des surfaces interne et externe de l'organe tubulaire a une forme essentiellement ondulée, l'ondulation ou les ondulations de la forme ondulée s'étendant sur cette surface dans une direction sensiblement transversale par rapport à la longueur de l'organe tubulaire et étant réalisée sur une partie substantielle de la longueur de l'organe tubulaire. La forme essentiellement ondulée peut être réalisée par des formations telles que des nervures et des gorges, qui peuvent s'étendre en hélice ou circonférentiellement, sous la forme d'anneaux, par rapport à la longueur de l'organe tubulaire. De préférence, la surface radiale interne et la surface radiale externe de l'organe tubulaire ont toutes deux une forme essentiellement ondulée. De préférence, la forme et la réalisation des ondulations, et la disposition relative des formations ondulées, lorsqu'elles sont réalisées à la fois sur la surface interne et. sur la surface externe, sont telles que l'organe tubulaire peut facilement être déformé de manière à prendre une épaisseur qui est inférieure à l'épaisseur hors tout de l'organe tubulaire en configuration non comprimée. Le mouvement utile du dispositif expansible, par expansion, est alors supérieur à celui d'un dispositif expansible dont l'organe tubulaire ne peut pas être déformé jusqu'à prendre une épaisseur de paroi similaire, et on obtient ainsi un meilleur rendement en ce qui concerne le mouvement correspondant à un cycle de gonflage et dégonflage.L'emploi d'organes tubulaires qui se déforment facilement en configuration repliée améliore le rendement de l'opération sur le plan de la consommation d'énergie, la résistance au repliage ne nécessitant alors qu'une faible proportion de la force nécessaire à l'avance d'un anneau de revêtement de tunnel adjacent ou d'un autre organe. Le dispositif expansible peut se présenter soit sous forme discontinue, soit sous forme continue par exemple torique. Il peut être réalisé sensiblement rectiligne puis déformé afin de prendre la forme circulaire voulue, ou tout autre forme, ou il peut être prémoulé dans une forme qui correspond totalement ou partiellement à celle de l'espace que le dispositif doit occuper lorsqu'il est utilisé. Les matières polymères préférées pour la constitution de l'organe tubulaire repliable comprennent, par exemple, les polychloroprene, les copolymères propylène éthylène, le caoutchouc naturel, les copolymères butadiène styrène, les copolymères isobutylène isoprène, les chlorures de polyvinyle plastifiés, et d'autres matières thermoplastiques ou élastomères flexibles, et les matières d'armature préférées sont celles qui présentent des caractéristiques d'allongement relativement élevées, telles que le nylon ou les fils à haute résistance en filaments de polyester. De préférence, l'armature se présente sous la forme de fils, et ces fils sont de préférence disposés de manière à réaliser une paire de couches d'armature spiraléestelles que les fils d'une couche sont dirigés dans un sens opposé à celui des fils de l'autre couche. D'autres réalisations d'armature, telles que des structures tressées peuvent cependant être utilisées. Le tube repliable en matière polymère armée est de préférence moulé de manière à présenter une tendance inhé rente, lorsqu'il est dégonflé, à adopter une forme de section sensiblement aplatie et non circulaire, contrairement à la section circulaire qu'il prend lorsqu'il est gonflé. Un exemple de réalisation de l'invention sera à présent décrit, à titre non limitatif, en reférence aux figures schématiques annexées dans lesquelles - la figure 1 est une vue de face d'un dispositif expansible selon la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective, en partie en coupe et dont un détail est représenté à plus grande échelle, du tube repliabledu dispositif expansible représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2 en l'absence d'une différence de pression de part et d'autre de la paroi du tube, et - la figure 4 représente plusieurs dispositifs expansibles montés "in situ" entre des segments de revêtement de tunnel. Un dispositif expansible 10 comprend un organe tubulaire repliable 11 et un organe de connexion 12 destiné à l'alimentation de l'organe tubulaire en air sous pression ainsi qu'à l'échappement de cet air sous pression. L'organe tubulaire repliable est réalisé à partir d'une longueur rectiligne d'un tube de caoutchouc armé et ondulé qui est décrit plus en détail ci-dessous, et dont les extrémités sont raccordées l'une à l'autre afin de présenter une forme sensiblement torique d'une longueur qui correspond à la dimension périphérique moyenne des anneaux de revêtement du tunnel ou d'autres organes avec lesquels le dispositif expansible doit être utilisé. Le tube de caoutchouc ondulé 11, représenté en partie en coupe sur la figure 2 comprend une paire de couches d'armature 13 et 14 enroulées en spirale, et constituées chacune en fil de nylon les fils de l'une des couches étant dirigés à 45" par rapport à la direction longitudinale du tube, et les fils de l'autre couche étant dirigés selon un angle égal mais opposé. Les couches d'armature sont noyées et prises en sandwich entre une couche de revêtement radial interne 15 en caoutchouc de styrène et butadiène et une couche de couverture externe 16 également en caoutchouc de styrène et butadiène ou en une matiere analogue qui procure une bonne résistance à l'abrasion. La couche de revêtement présente dans sa surface radiale interne une gorge 17 hélicoldale dont la section est de forme sensiblement circulaire. La formation que cons titue cette gorge a une profondeur qui est au moins de 75 % de l'épaisseur hors tout de la couche de revêtement 15,et le pas de la gorge hélicoidal est de l'ordre de 10 fois sa largeur de section maximale. A sa surface radiale externe, la couche de cou verture 16 est relativement molle et ondulée, et comprend des parties en forme de gorge et des parties en forme d'arête qui s'étendent en hélice avec un pas qui correspond à celui de la gorge 17, les formations que constituent les arêtes étant sensiblement en alignement axial avec les formations que constituent les gorges. Bien que dans cette forme de réalisation, l'organe tubulaire ci-dessus décrit peut, par commodité, être construit et au moins partiellement vulcanisé autour d'un mandrin de section circulaire, 1 'organe tubulaire est retiré de ce dernier pour une reconformation ultérieure et une vulcani sation des matières polymères. Cette reconformation est effectuée en déformant l'organe tubulaire de manière à lui donner une section de forme sensiblement aplatie, et l'organe tubulaire présentera, à la suite de cette reconformation, une tendance inhérente à reprendre cette forme en l'absence de différence de pression. Cette forme est représentée sur la figure 3, l'organe tubulaire étant disposé, en position d'utilisation, de sorte que la forme aplatie se trouve dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de mouve ment désirée. L'organe de connexion 12 est d'une construction sensiblement similaire à celle qui est prévue pour une chambre à air de bicyclette, dans la mesure où il comprend une partie en caoutchouc 18 liée à la paroi de l'organe-tubulaire 11 autour d'une ouverture pratiquée dans cette dernière, et une première partie de tête métallique 19 munie d'une valve unidirectionnelle (non représentée) et une partie filetée afin de faciliter la fixation d'une conduite d'alimentation en air sous pression. De plus, l'organe de connexion a une seconde partie de tête 20 en saillie sur le côté du tube de la valve unidirectionnelle afin de faciliter la mise à l'atmosphère de l'organe tubulaire. Dans une variante de réalisation de l'invention, le dispositif expansible ayant une forme ondulée peut avoir une section circulaire. Au cours de sa fabrication, le dispositif peut d'une manière pratique être réalisé de façon à présenter cette forme circulaire et il est inutile de procéder ultérieurement à une nouvelle opération de moulage. La manière dont on utilise les dispositifs expansibles selon la présente invention est représentée sur la figure 4. Sur cette figure, des dispositifs expansibles 21 à 25 sont utilisés afin de faire avancer des anneaux 27 en béton de revêtement de tunnel ainsi qu'un anneau 26 d'une tête porte-fraise. Chaque dispositif expansible est relié individuellement à des soupapes à commande électrique disposées dans le puits de travail 28 afin d'exécuter l'opération en séquence usuelle de gonflage et de dégonflage de groupes de dispositifs expansibles. Ainsi, en se référant à la figure 4, les dispositifs expansibles 21 et 24 sont en expansion afin de déplacer vers l'avant l'anneau 26 de la tête portefraise et celui des anneaux de béton qui se trouve entre les dispositifs expansibles 23 et 24. Ensuite les dispositifs expansibles 21 et 24 sont dégonflés et les dispositifs 22 et 25 sont à leur tour gonflés. Le gonflage du dispositif expansible 22 provoque un déplacement vers l'avant de celui des anneaux de revêtement de tunnel qui se trouve entre ce dispositif expansible et l'anneau de la tête de fraisage, la force de frottement exercée sur les deux anneaux de revêtement de tunnel qui le suivent par le sol qui entoure le tunnel s'oppoant à la résistance à l'avancement de cet anneau de revêtement. Le gonflage du dispositif expansible 25 provoque un mouvement vers l'avant de cet anneau de revêtement de tunnel qui lui est adjacent, la résistance au déplacement vers l'avant de cet anneau étant contre-balancée par une tête de réaction 29 disposée à la base du puits de travail. Bien qu'on ait décrit de manière détaillée un dispositif expansible dans lequel les formations ondulées s'étendent de façon continue autour de l'organe tubulaire, on comprend aisément que ceci n'est pas essentiel. Afin de faciliter la fabrication de l'organe tubulaire, il est pratique de réaliser des formations ondulées d'un type continu sur la périphérie, mais pour certaines conditions de service, il peut être préférable de réaliser des formations qui ne s'étendent que sur une partie du pourtour de l'organe tubulaire et/ou ont une forme qui varie sur la périphérie de la section de 1 organe tubulaire. Les formations ondulées permettent l'utilisation de longueurs rectilignes d'un tube repliable qui peut être coupé aux longueurs requises et cintré facilement afin de constituer un dispositif expansible ayant la taille nécessaire sans courir de risques importants qu'il se forme des plis. Ainsi, et contrairement aux vessies utilisées de manière conventionnelle, qui sont formées à partir de longueurs rectilignes de tube ayant une section purement cylinrique et uniforme, et sur lesquelles le problème posé par les plis ne devrait être résolu que par un moulage spécial des organes tubulaires dans une forme torique de taille requise, la présente invention permet de résoudre le problème par le simple moyen de formations ondulées. Le profil des formations ondulées est de préférence choisi afin de donner à une longueur rectiligne du tube le degré nécessaire de flexibilité pour lui permettre facilement d'adopter la forme torique sans risque de formation de plis. Les formations ondulées procurent non seulement une flexibilité longitudinale mais renforcent l'aptitude de l'organe tubulaire du dispositif expansible à se déformer localement et à résister à tout effort qui tend à lui faire quitter la position qu'il occupe entre deux organes successifs lors de son utilisation. Cet avantage, renforcé de plus par un moulage préalable de l'organe tubulaire qui tend à lui donner une section de forme sensiblement plate, est obtenu sans qu'il soit nécessaire d'augmenter autant l'épaisseur effective du dispositif extensible, lorsqu'il est en configuration dégonflée et comprimée, que cela serait le cas si on utilisait un tube dont l'épaisseur de paroi serait suffisante pour qu'il soit autoporteur avec une section de forme circulaire. La faculté d'éviter une augmentation excessive de l'épaisseur du dispositif expansible lorsqu'il est comprimé, assure que le nombre de cycles de gonflage et de dégonflage qui est nécessaire pour exécuter une avance donnée n' est pas exagérément augmenté. REVENDICATIONS 1. Dispositif expansible (10), destiné à effectuer un mouvement relatif entre une paire d'organes, et comprenant - un organe tubulaire repliable (11) en une matière polymère armée, et - un organe (12) d'admission de fluide sous pression dans l'organe tubulaire afin de réaliser le gonflage de ce dernier, caractérisé en ce que 1 'une au moins des surfaces (17) interne et externe de l'organe tubulaire (11) a une forme essentiellement ondule, l'ondulation ou les ondulations de la forme ondulée s'étendant sur ladite surface dans une direction sensiblement transversale par rapport à la longueur de l'organe tubulaire (11) et étant realisée sur une partie substantielle de la longueur de l'organe tubulaire. 2. Dispositif expansible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface radiale interne et la surface radiale externe de l'organe tubulaire (11) ont toutes deux une forme essentiellement ondulée. 3. Dispositif expansible selon la revendication 2, caractérisé en ce que la disposition relative des formations ondulées réalisées sur les surfaces radiales interne et externe facilite grandement la déformation de l'organe tubulaire (11) de telle sorte que l'épaisseur de la paroi, lorsqu'elle est soumise à une déformation, est inférieure à l'épaisseur hors tout de la paroi lorsqu'elle est dans une configuration non comprimée. 4. Dispositif expansible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une surface de forme essentiellement ondulée est réalisée par des formations de gorges et de nervures. 5. Dispositif expansible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un organe tubulaire (11) qui présente une tendance inhérente à adopter une forme non linéaire, considérée selon la longueur de l'organe tubulaire (11), en l'absence de pression interne. Dispositif expansible selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe tubulaire (11) est de forme essentiellement torique. 7. Dispositif expansible selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe tubulaire (11) présente une tendance inhérente à adopter une section de forme essentiellement aplatie en l'absence d'une différence de pression entre les surfaces interne et externe de 1' organe tubulaire. 8. Dispositif expansible selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe tubulaire (11) comprend une armature (13,14) réalisée dans une matière du type qui présente une caratéristique d'allongement élevée.