Brevet FR2512103A1 — publié le 19830304

Dispositif pour réaliser un revêtement de béton cylindrique coulé sur place, lors du creusement d'ouvrages souterrains, en particulier en utilisant le procédé de creusement à bouclier ou à bouclier à couteaux. L'invention concerne un dispositif pour réaliser un revêtement de béton cylindrique coulé sur place pendant le creusement d'ouvrages souterrains tels surtout que des tunnels, des galeries, des canalisations tubulaires et analogues, et en particulier en utilisant le procédé de creusement à bouclier ou à bouclier à couteaux, comprenant un coffrage interne formant l'enceinte de coffrage et un coffrage frontal de forme annulaire fermant l'enceinte de coffrage sur son côté frontal et pouvant progresser dans le sens du creusement. Lors du creusement de tunnels, de galeries ou autres ouvrages de forme tubulaire en utilisant le procédé de creusement par bouclier ou bouclier à couteaux, il est connu de mettre en place à l'arrière du bouclier un revetement de béton coulé localement, le béton étant pompé dans l'enceinte de coffrage constituée par un coffrage interne et un coffrage frontal qui est entraîné par le bouclier. Quand on utlise ce procédé, le revêtement de beton est réalise par sections, c'est-à-dire selon un procédé de travail discontinu. En général, l'avancement du bouclier est réalisé par des vérins hydrauliques qui prennent appui contre le revêtement de béton coulé localement, par l'intermédiaire du coffrage frontal.Du fait que le béton qui est coulé localement par sections doit d'abord être pris avant qu'il puisse supporter les forces de réaction des vérins qui apparaissent quand on fait avancer le bouclier, il y a nécessairement des temps d'arrêt importants pendant le bétonnage. En outre, il faut le plus souvent disposer entre les sections individuelles de béton des joints d'étanchéité et analogues. Quand il s'agit du procédé de creusement avec bouclier, il est déjà connu de mettre en place un revêtement de tunnel de forme hélicodale, constitué par des segments préfabriqués individuels, qui sont mis en place par exemple au moyen d'un dispositif de pose entraîné à l'arrière du bouclier et tournant autour de l'axe du bouclier pour les assembler et obtenir une structure vissée (documents DE-PS 23 09 858, DE-OS 17 59 847). I1 est également connu de mettre en place à l'arrière d'un bouclier à couteaux un soutènement en béton projeté à paroi mince, les couteaux de creusement étant constitués de manière que leurs arêtes arrière forment une surface hélicoîdale dont l'inclinaison correspond au maximum à la longueur d'avancement des couteaux de creusement, lors d'une avarice (document DE-AS 26 18 582). L'objet de l'invention est un dispositif du type mentionné dans le préambule et selon lequel un soutènement de béton capable de supporter des charges, ou un tube de béton, est réalisé en ayant recours au procédé de coulage du béton sur place et en utilisant un coffrage interne et un coffrage frontal, constitué de manière à éviter les temps d'arrêt importants dont il fallait tenir compte jusqu'ici pour le bétonnage par sections, et à pouvoir ainsi réaliser le soutènement en béton coulé sur place ou les tubes de béton coulés sur place par un procédé continu. Selon l'invention, ce problème est résolu du fait que le coffrage frontal est monté de façon rotative autour de l'axe de l'ouvrage et que sa surface frontale qui est tournée vers le revêtement de béton coulé sur place est constituée sous forme d'une surface hélicoïdale. Grâce à cette constitution du dispositif selon l'invention, il est possible au cours du travail de creusement de réaliser de façon continue un tube en béton coulé localement et cylindrique, le coffrage frontal étant continuellement entraîné en rotation autour de son axe et le béton étant pompé simultanément dans les espaces interstitiels qui s'ouvrent de ce fait entre sa surface hélicoïdale et le tube de béton coulé localement et déjà réalisé. Comme pendant le mouvement de rotation du coffrage frontal, il ne s'ouvre entre sa surface hélicoïdale et le tube de béton que des interstices relativement petits dans des zones se déplaçant en direction axiale, on est assuré que le coffrage frontal s'appuie toujours par sa zone périphérique la plus importante sur le béton déjà compacté et durci.De ce fait, il est possible d'effectuer de façon largement continue le travail de bétonnage ainsi que le creusement, en évitant des temps d'arrêt prolongés. Le coffrage frontal trouve toujours un appui résistant sur les parties du béton coulé localement qui sont déjà durcies, ce qui permet également de faire avancer continuellement par pression le bouclier ou la partie du bouclier qui supporte le coffrage frontal. A l'aide du coffrage frontal rotatif, cette partie du bouclier peut être simultanément avancée dans la direction du creusement. On a alors également la possibilité d'appuyer sur le coffrage frontal rotatif des vérins hydrauliques d'avancement en vue de l'avancement du bouclier. Avantageusement, la surface frontale du coffrage frontal qui est de forme hélicoïdale par rapport à l'axe de rotation du coffrage comprend un gradin de préférence parallèle à l'axe de l'avancement et correspondant au pas ou à l'inclinaison de la surface hélicoïdale, gradin au niveau duquel débouche au moins une conduite d'amenée de béton par laquelle le béton pompé est amené de façon continue. De préférence, le coffrage frontal est monté de façon rotative sur une queue de bouclier ou un bouclier de prolongement d'un bouclier de creusement ou à couteaux.Comme mentionné, on peut disposer des verins hydrauliques d'avancement entre le coffrage frontal et le bouclier de creusement, ou éventuellement également le cadre de support du bouclier à couteaux, ces vérins prenant appui contre le coffrage frontal par des éléments de pression, le coffrage frontal étant cependant rotatif par rapport aux éléments de pression. Pour transmettre au coffrage frontal le mouvement de rotation, ce coffrage peut comprendre une couronne dentée. On prévoit alors au moins un dispositif d'entraînement en rotation, dont le pignon entraîné est en prise avec la couronne dentée. La couronne dentée peut être montée sur une joue annulaire ou analogue du coffrage frontal. Avantageuse- ment, la disposition est telle que le ou les pignons est ou sont disposés entre des anneaux d'appui parallèles du coussinet de pivotement, les arbres des pignons sortant du coussinet de pivotement du côté du bouclier. L'invention sera maintenant expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale verticale de la partie arrière d'un bouclier ou de son bouclier de prolongement, comprenant le coffrage frontal rotatif monté en cet endroit, la figure 2 est une vue en coupe axiale et partielle du coffrage frontal rotatif et de lentralnement en rotation, la figure 3 est une vue en perspective schématique et simplifiée du coffrage frontal rotatif, du coffrage interne et de l'amenée de béton, la figure 4 est également une vue en perspective simplifiée de la disposition de la figure 4, la partie du revêtement de béton coulé localement et de forme tubulaire étant déjà terminée. Un bouclier de creusement ou un bouclier à couteaux (non représenté) comprend une queue ou un bouclier de prolongement cylindrique 10, sur la paroi cylindrique interne duquel est disposé un coussinet de pivotement 11 destiné à un coffrage frontal 12 pouvant tourner autour de l'axe du bouclier ou de l'axe du mouvement d'avancement. Le coffrage frontal de forme annulaire 12 est constitué par un profilé résistant en forme de caisson, comprenant une joue annulaire 13 tournée vers le côté du bouclier. Le coffrage frontal 12 définit sur son côté avant une chambre ou enceinte de coffrage 14 dans laquelle est amené le béton à couler sur place pour réaliser le revêtement de béton de forme tubulaire 15. En 16 est indiqué un coffrage interne qui suit le bouclier au cours de l'avancement du travail dans la direction 17, ou qui est déplacé par sections. Le coffrage frontal 12 peut se déplacer sur la surface externe cylindrique du coffrage interne 16. I1 est rendu étanche par rapport au coffrage interne 16 au moyen d'un joint 18 qui l'entoure. Un coussinet de pivotement 11 disposé à l'extrémité arrière de la queue ou du bouclier de prolongement 10 est constitué, selon la figure 2, par deux anneaux de support 19 et 20 fixés à la paroi interne cylindrique de la queue ou du bouclier de prolongement, qui entourent de façon étanche la joue annulaire 13. Des garnitures d'étanchéité circulaires 21 et 22 sont montes sur la joue annulaire 13 pour rendre cette dernière étanche par rapport aux deux anneaux de support 19 et 20. Sur le côté opposé, le coffrage frontal 12 est relié à l'anneau de support 20 au moyen d'une liaison élastique à rainure annulaire 24 de forme correspondante, mais de maniere à pouvoir tourner. La joue annulaire 13 porte sur sa périphérie externe une couronne dentée 25 avec laquelle est en prise un pignon entraîné 26 qui est fixé entre les déux anneaux de support 19 et 20 sur un arbre 27. L'arbre 27 sort du coussinet de pivotement du côté du bouclier et est relié à un mécanisme d'entraînement en rotation 29 par l'intermédiaire d'un arbre articulé 28. Grâce au mécanisme d'entraînement en rotation 29, à l'arbre articulé et entraîné 28 et au pignon 26 qui est en prise avec la couronne dentée 25, on peut faire tourner continuellement le coffrage frontal 12 autour de son axe. On peut d'ailleurs prévoir à la place d'un unique mécanisme d'entraînement en rotation 29 plusieurs mécanismes de ce type, pour entraîner le coffrage frontal 12 en rotation. La surface frontale 30 du coffrage frontal 12 qui est tournée vers le revêtement de béton 15 terminé est constituée sous forme d'une surface hélicoïdale dont l'axe colncide avec l'axe du coffrage frontal et de ce fait avec l'axe du tube de béton 15. La surface hélicoïdale 30 comprend un gradin 31 correspondant à son pas ou à son inclinaison, ce gradin étant approximativement parallèle à l'axe de l'ouvrage, une amenée de béton 32 au moins, qui traverse le coffrage frontal 12, débouchant en 33 dans ce gradin. La forme hélicoïdale de la surface frontale 30 est bien visible sur les figures S et 3. La surface hélicoïdale 30 forme un unique pas de vis 5 1 tendant de l'emplacement 30' au fond du gradin 31 et montant de façon continue en direction périphérique jusqu'à l'emplacement 30", sur l'arête externe du gradin 31. Lorsque le coffrage frontal 12 se déplace en tournant dans le sens de la flèche 34, des espaces interstitiels 14 s'ouvrent dans la zone du gradin 31 dans la surface hélicoïdale 30, entre ce gradin et la surface frontale du tube de béton 15 déjà terminée, ces espaces tournant en même temps que le coffrage frontal 12 et étant de ce fait remplis de béton qui est amené par la conduite 32 et qui sort par l'ouverture 33, dans la mesure où ces espaces s'ouvrent. Dans la zone péripherique la plus importante, le béton ainsi coulé sur place est déjà suffisamment compacté et durci pour que sa surface frontale forme une surface d'appui résistante pour la surface hélicoïdale 30 du coffrage frontal 12. Le coffrage frontal 12 effectue également un mouvement axial dans le sens de l'avancement 17 lors du mouvement tournant dans le sens de la flèche 34, du fait de sa surface hélicoï- dale 30, ce mouvement pouvant être exploité pour faire avancer la partie 10 du bouclier qui porte le coffrage frontal.On peut voir qu'en faisant tourner continuellement le coffrage frontal 12 et en envoyant continuellement du béton par la conduite 32, on peut réaliser un tube de béton cylindrique continu qui, comme indiqué par la ligne hélico- dale en traits mixtes de la figure 4, est également constitué sous forme hélicoïdale. On peut appuyer sur le coussinet de pivotement 11 des vérins d'avancement hydrauliques 35 servant à faire avancer le bouclier de creusement (non représenté) ou le cadre de support d'un bouclier à couteaux qui est monté à l'amont du bouclier de prolongement 10 supportant le coffrage frontal 12. Les tiges des pistons des vérins 35 prennent appui par l'intermédiaire d'éléments de pression 36 contre le coussinet de pivotement 12. Les éléments de pression 36 sont reliés au coffrage frontal de façon à ne pas être entraînés en rotation avec lui, ce qui fait que le coffrage frontal 12 peut tourner par rapport à ces éléments de pression 36. Un anneau de retenue 23 monté sur le coffrage frontal et coopérant par l'arrière avec l'anneau de support 19 évite l'accrochage du coffrage frontal rotatif sur le béton quand les vérins d'avancement 35 sont déplacés. En régulant la vitesse de rotation du coffrage frontal 12 et l'amenée du béton, on peut déterminer l'avance du bétonnage. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réaliser un revêtement de béton cylindrique coulé sur place pendant le creusement d'ouvrages souterrains tels surtout que des tunnels, des galeries, des canalisations tubulaires et analogues, et en particulier en utilisant le procédé de creusement à bouclier ou à bouclier à couteaux, comprenant un coffrage interne formant l'enceinte de coffrage et un coffrage frontal de forme annulaire fermant l'enceinte de coffrage sur son côté frontal et pouvant progresser dans le sens du creusement, caractérisé en ce que le coffrage frontal (12) est monté de façon rotative autour de l'axe de l'ouvrage et en ce que sa surface frontale (30) qui est tournée vers le revêtement de béton coulé sur place (15) est constituée sous forme d'une surface hélicoïdale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface frontale (30) du coffrage frontal (12) qui est de forme hélicoïdale par rapport à l'axe de rotation du coffrage frontal (12) comprend un gradin (31) correspondant au pas de la surface hélicoïdale, au moins une amenée de béton (32) débouchant à proximite du gradin (31). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le coffrage frontal (12) est monté de façon rotative sur une queue de bouclier ou un bouclier de prolongement (10) d'un bouclier de creusement ou à couteaux. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre le coffrage frontal (12) et le bouclier de creusement, ou le cadre de support du bouclier à couteaux, sont montés des vérins hydrauliques d'avancement (35) qui prennent appui au moyen d'éléments de pression (36) contre le coffrage frontal, ce coffrage frontal pouvant tourner par rapport aux éléments de pression (36). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coffrage frontal (12) comprend une couronne dentée (25) et en ce qu'il est prévu au moins un entraînement en rotation (29) dont le pignon entraîné (26) est en prise avec la couronne dentée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couronne dentée (25) est montée sur une joue annulaire (13) du coffrage frontal (12). 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'un coussinet de pivotement 11 destiné au coffrage frontal (12) est monté sur la paroi interne cylindrique de la queue de bouclier ou du bouclier de prolongement (10). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou les pignons (26) est ou sont montés entre des anneaux de support parallèles (19, 20) du coussinet de pivotement (11), l'arbre (27) du ou des pignons sortant du coussinet de pivotement du côté du bouclier.