Brevet FR2523641A1 — publié le 19830923

Procédé et dispositif de lancement d'un tunnel immergé L'invention est du domaine des tunnels ou profils fermés réalisant la jonction de deux rives d'un bras de mer, fleuve ou lac. On connais diverses techniques pour réaliser de tels tunnels. Elles sont en général basées soit sur le principe des tunnels gravitaires reposant sur le fond, soit sur le principe des ponts flottants. La réalisation d'un tunnel reposant sur le fond est délicate -et engage des investissements considérables : il faut en effet procéder à une préparation très coûteuse du fond avant de déposer des éléments unitaires pesant souvant plusieurs milliers de tonnes, puis, avec de grandes difficultés de réglage, procéder aux jonctions entre éléments adjacents sous 11 eau, le raboutage étant opéré par des plongeurs. Quant au principe des ponts flottants il est certes plus aisé à mettre en oeuvre, mais présente l'inconvénient important de barrer la circulation. Une porte peut pallier partiellement mais non totalement cet inconvénient ; de plus, cette solution s'avère difficile, voire dangereuse, sur des sites où les marées sont fortes. C'est pourquoi le brevet français nO 2 424 364, au nom de S.F.P. Structures correspondant à la demande de brevet anglais nO 6780/79 a proposé une solution à ce problème basée sur le principe d'un tunnel constitué par un profil à section fermée s'tendant linéairement entre les deux rives, placé entre deux eaux, et ancré par le fond. L'ouvrage définitif était alors opérationnel à une profondeur permettant le libre passage de bâtiments flottants au-dessus de lui.Le procédé selon cette solution était en outre beaucoup moins onéreux à mettre en oeuvre qu'une réalisation basée sur le principe d'un tunnel reposant sur le fond. Il comportait les étapes suivantes - réalisation d'une souille de lancement sur une rive du bras d'eau, au-dessous du niveau de l'eau, derrière un batardeau provisoire.Cette souille était limitée du côté de ce bras par un mur de front de souille percé d'un orifice de lancement pour permettre de lancer ultérieurement un caisson tubulaire en béton, des moyens d'étanchéité commandables étant prévus pour- permettre de réaliser une étanchéité temporaire entre le bord de cet orifice et la paroi de ce caisson pendant plusieurs périodes d'immobilisation de ce dernier, - construction d'un premier caisson tubulaire dans la souille vide d'eau, - mise en place sur ce caisson de deux tympans d'obturation avant et arrière, - remplissage de la souille, - déplacement de ce premier caisson vers l'avant à travers l'orifice de lancement sans atteindre le batardeau, - réalisation de 11 étanchéité sur les bords de l'orifice de lancement, - enlèvement du batardeau, - vidage de la souille, avec maintien du caisson, - enlèvement du tympan arrière du premier caisson, - construction d'un deuxième caisson dans la souille à l'arrière du premier, - raboutage par liaison étanche et résistante de l'extrémité avant du deuxième caisson à l'extrémité arrière du premier, - mise en place d'un tympan d'obturation arrière sur ce deuxième caisson, - remplissage de la souille, - déplacement de l'ensemble du premier et du deuxième caisson vers l'avant, après suppression de l'étanchéité au bord de l'orifice de lancement, - vidage de la souille avec maintien du caisson et après rétablissement de l'étanchéité, - enlèvement du tympan arrière, - et une succession de cycles de lancement comportant les étapes de construction de caissons successifs, de raboutage de chaque caisson au caisson précédent, de mise en place d'un tympan arrière à l'arrière du dernier caisson, de remplissage de la souille, de déplacement de l'en- semble des caissons vers l'avant dans le bras d'eau, de vidage de la souille et d'enlèvement du tympan arrière, de manière à faire avancer progressivement à travers le bras d'eau le tunnel constitué par l'ensemble des caissons. Ce tunnel était maintenu durant ces cycles par des moyens de guidage latéral et de guidage vertical solidaires du terrain, répartis sur son trajet, et permettant son avancement par roulement ou glis sement. Le tympan avant était éliminé après réalisation de la jonction entre les deux rives. Ce procédé n'apparaissait cependant pas pratiquement applicable lorsque la profondeur du bras d'eau ne permettait pas de prendre la hauteur du tunnel sur cette profondeur sans gêne pour la navigation ou pour l'écoulement de l'eau. Le lancement d'un tunnel par le procédé ci-dessus dans une tranchée creusée au fond du bras d'eau pose en effet le problème du maintien des parois de cette tranchée sous la poussée du terrain et celle du courant d'eau, et celui de la conservation d'un passage continu dans la tranchée malgré l'apport-de matières solides par l'eau et la présence nécessaire de dispositifs d'étayage des parois. Il semblait donc alors économiquement préférable soit de creuser un tunnel sous le fond du bras d'eau, soit de le réaliser par tronçons successifs raboutés sur leurs sites définitifs. La présente invention a pour but de permettre le lancement d'un tunnel de manière économique et sûre à travers un bras d'eau même lorsque la profondeur de l'eau est insuffisante pour permettre de poser ce tunnel sur le fond. Elle a pour objet un procédé de lancement d'un tunnel à travers un bras d'eau, ce procédé comportant les étapes suivantes - réalisation d'une souille de lancement sur une rive du bras d'eau audessous du niveau de l'eau derrière un batardeau provisoire, cette souille étant limitée du côté de ce bras par un mur de front de souille percé d'un orifice de lancement pour permettre de lancer ultérieurement un caisson tubulaire en béton à travers cet orifice, des moyens d'étanchéité commandables, étant prévus pour permettre de réaliser une étanchéité temporaire entre le bord de cet orifice et la paroi de ce caisson pendant plusieurs périodes d'immobilisation de ce dernier, - construction d'un premier caisson tubulaire dans la souille vide d'eau, - mise en place sur ce caisson de deux tympans d'obturation avant et arrière, - remplissage de la souille, - déplacement de ce premier caisson vers l'avant à travers l'orifice de lancement sans atteindre le batardeau, - réalisation de l'étanchéité sur les bords de l'orifice de lancement, - enlèvement du batardeau, - vidage de la souille, avec maintien du caisson pour l'empêcher de reculer sous la poussée de l'eau, - enlèvement du tympan arrière du premier caisson, - construction d'un deuxième caisson dans la souille à l'arrière du premier, - raboutage par liaison étanche et résistante de l'extrémité avant du deuxième caisson à l'extrémité arrière du premier, - mise en place d'un tympan d'obturation arrière sur ce deuxième caisson, - remplissage de la souille, - déplacement de l'ensemble du premier et du deuxième caisson vers l'avant après suppression de l'étanchéité au bord de l'orifice de lancement, - vidage de la souille avec maintien du caisson et après rétablissement de l'étanchéité, - enlèvement du tympan arrière - et une succession de cycles de lancement comportant les étapes de construction de caissons successifs, de raboutage de chaque caisson au caisson précédent, de mise en place d'un tympan arrière à l'arrière du dernier caisson, de remplissage de la souille, de déplacement de lten- semble des caissons vers l'avant dans le bras d'eau, de vidage de la souille et d'enlèvement du tympan arrière, de manière à faire avancer progressivement à travers le bras d'eau le tunnel constitué par l'ensemble des caissons, - ce tunnel étant maintenu durant ces cycles par des moyens de guidage latéral et de guidage vertical solidaires du terrain, répartis sur son trajet, et permettant son avancement par roulement ou glissement, - le tympan avant étant éliminé après réalisation de la jonction entre les deux rives, - ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre les étapes suivantes - réalisation de rideaux de soutènement par battage de palplanches rigides à partir de la surface de l'eau dans le sol du bras d'eau sur les deux bords d'au moins une partie du trajet que doit parcourir le tunnel, le sommet de ces rideaux étant placé à un niveau supérieur à celui que doit occuper la paroi supérieure du tunnel mais suffisamment bas pour permettre l'écoulement de l'eau et/ou le passage des bateaux, et leur base étant enfoncée dans le sol au dessous du niveau que doit occuper la paroi inférieure du tunnel, - creusement d'une tranchée entre ces deux rideaux pour permettre l'avancement du tunnel, - et butonnage mutuel sous l'eau de ces rideaux de manière à empêcher leur rapprochement sous la poussée des terres, ce butonnage consistant en la mise en place de butons constitués par des poutres disposées en travers de la tranchée au haut des rideaux au-dessus du niveau que doit occuper la paroi supérieure du tunnel, - l'avancement du tunnel se faisant ensuite dans cette tranchée audessous de ces butons, - lesdits moyens de guidage latéral du tunnel étant fixés à ces rideaux. La forme de la section du tunnel est de préférence rectangulaire, et les moyens de guidage vertical sont placés au-dessus ou audessous selon que la flottabilité du tunnel est positive ou négative pendant le lancement. Quand la face supérieure du tunnel doit être située à peu près au niveau ou un peu au-dessous du fond du bras d'eau, au moins sur une partie de la longueur du tunnel. Il apparait que, selon l'invention le poussage des caissons est réalisé à l'intérieur d'une tranchée provisoire blindée. Celle-ci est ultérieurement remblayée au moins sous les caissons, pour que, l'ouvrage en service repose sur une assise continue. Tous les dispositifs relatifs à la souille de poussage et au principe de construction par éléments poussés après raboutage restent inchangés par rapport au brevet précité au nom de S.F.P. Structures. Le lancement d'un tunnel selon l'invention comporte donc, avant le poussage des caissons, la réalisation d'une tranchée blindée buton née en tête. Une telle réalisation est économique et sure, ceci par opposition à d'autres procédés qui nécessiteraient soit des souilles de grandes dimensions, soit des blindages autostables permettant la mise en place de tronçons de tunnel par le dessus de la tranchée. Le blindage est réalisé en palplanches battues directement depuis la surface et recepées (c'est-à-dire coupées en niveau voulu) ou battues à l'aide d'une prolonge. Le caisson en cours de lancement a de préférence une flottabilité positive, et les dispositifs de guidage vertical sont placés sur les caissons. Leur montage ou leur réglage est alors aisé. Les dispositifs de guidage latéral sont fixés sur le blindage. La tranchée peut souvent être protégée dee obstructions par transport de matière solide grâce à une excavation piège située en amont et entretenue par draguage. Les boues et produits fins qui se déposeraient dans la tranchée sont enlevés par aspiration ou mis en émulsion. Cependant, dans le cas où le transport solide est important on réalise une couverture de la tranchée par des éléments de palplanches récupérables ou tout autre matériau. Après poussage complet du tunnel, l'espace situé entre la base de eelui-ci et le fond de la tranchée est de préférence non pas simplement remblayé, mais bloqué par injection de mortier à travers la paroi inférieure du tunnel, ce qui procure un appui dur et continu au tunnel en service. Le remblaiement latéral et éventuellement supérieur est alors effectué, avec ou sans arrachage ou découpage des palplanches de blindage. Le caisson est partiellement ballasté dans le cas où le poids des terres de couverture est insuffisant pour assurer la stabilité verticale en service. De préférence, durant l'étape de réalisation de la souille de lancement, on creuse une amorce de tranchée, puis on réalise le batardeau par battage de palplanches dans le fond de cette amorce, puis on effectue la construction du mur de front de souille et le creusement de la souille. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ciaprès, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un tunnel terminé lancé par le procédé selon l'invention. La figure 2 représente une vue en plan du chantier de lancement. La figure 3 représente une vue de ce chantier en coupe verticale longitudinale. La figure 4 représente une vue de ce chantier en coupe par un plan vertical transversal courant dans le cas où le débit solide du bras d'eau est important. La figure 5 représente une vue d'un autre chantier en coupe par un plan vertical transversal courant dans le cas où le débit solide dans le bras d'eau n'est pas important. La figure 6 représente une vue de ce chantier en coupe par un plan vertical longitudinal pour montrer une structure de guidage vertical du tunnel. La figure 7 représente une vue de cette même structure en coupe par un plan vertical transversal. La figure 8 représente une vue du tunnel terminé en coupe par un plan vertical longitudinal. La figure 1 est une coupe de l'ouvrage terminé. Le premier caisson C1 repose sur un béton de blocage 2 après que la tranchée bordée par les rideaux de soutènement 3 ait été remblayée en 4 jusqu'au niveau du fond du lit 5. Les figures 2 et 3 montrent la souille 1 de construction et lancement des caissons. Dans la première phase le caisson C1 construit au préalable a été poussé horizontalement sur des rouleaux 20, à l'aide de vérins de poussée non représentés, contre le batardeau provisoire 6 au travers de l'orifice 7 muni d'un joint d'étanchéité gonflable 7a et ménagé dans le mur de front de la souille 8. Le batardeau provisoire 6 qui permettait d'assurer l'étanchéité de la souille avant que le premier caisson ait été engagé dans l'orifice étanche 7 du mur de front 8 sera alors démonté. Le caisson sera alors poussé dans la tranchée 9 et un second caisson C2 sera coulé contre puis rabouté au précédent. La figure 4 est une coupe type de la tranchée dans laquelle on voit le caisson 1 en cours de poussage. La tranchée est bordée par deux rideaux de soutènement 3 qui sont encastrés à leur partie inférieure dans le sol et maintenus à leur partie supérieure par des butons 10 régulièrement espacés. Éventuellement si le transport solide est important la tranchée est surmontée d'une couverture 11 constituée par exemple de panneaux de palplanches récupérables. Ces panneaux sont munis de butées 12 destinées à éviter le glissement de la couverture sous l'action du courant. Dans le cas où le transport solide est peu important on ne prévoit pas de couverture pour la tranchée, mais seulement, confor- mément à la figure 5, un piège îîa constituée par une encavation creusée en amont de la tranchée et régulièrement entretenue pendant toute la durée du chantier. Les figures 6 et 7 sont respectivement des vues longitudinales et transversales de la tranchée au droit d'une structure de guidage vertical. Le guidage vertical est assuré par des galets rotatifs 13 alors que le guidage latéral est assuré de patins de bois 14 fixés sur les rideaux de soutènement 3. Les rouleaux 13 sont solidaires d'un cadre 15 glissant verticalement et permettant ainsi un réglage depuis la surface. Ce cadre est disposé dans une structure dont les parois amont et aval 15a et 15b sont constituées de palplanches battues dans le sol de part et d'autre des rideaux 3. De telles structures sont réparties régulièrement avec un espacement compris entre 50 et 100m. REVENDICATIONS 1/ Procédé de lancement d'un tunnel à travers un bras d'eau, ce procédé comportant les étapes suivantes - réalisation d'une souille de lancement (1) sur une rive du bras d'eau au-dessous du niveau de l'eau derrière un batardeau provisoire (6), cette souille étant limitée du côté de ce bras par un mur de front de souille (8) percé d'un orifice de lancement (7) pour permettre de lancer ultérieurement un caisson tubulaire (C1, C2, C12) en béton à travers cet orifice, des moyens d'étanchéité commandables (7a) étant prévus pour permettre de réaliser une étanchéité temporaire entre le bord de cet orifice et la paroi de ce caisson pendant plusieurs périodes d'immobilisation de ce dernier, - construction d'un premier caisson tubulaire (C1) dans la souille (1) vide d'eau, - mise en place sur ce caisson de deux tympans d'obturation avant (TO) et arrière (T1), - remplissage de la souille, - déplacement de ce premier caisson vers l'avant à travers l'orifice de lancement sans atteindre le batardeau, - réalisation de l'étanchéité sur les bords de l'orifice de lancement, - enlèvement du batardeau (6), - vidage de la souille avec maintien du caisson pour l'empêcher de reculer sous la poussée de l'eau, - enlèvement du tympan arrière (T1) du premier caisson (C1), - construction d'un deuxième caisson (C2) dans la souille à l'arrière du premier, - raboutage par liaison étanche et résistante de l'extrémité avant du deuxième caisson à l'extrémité arrière du premier, - mise en place d'un tympan d'obturation arrière sur ce deuxième caisson, - remplissage de la souille, - déplacement de l'ensemble du premier et du deuxième caisson vers l'avant après suppression de l'étanchéité au bord de l'orifice de lancement (7) - vidage de la souille avec maintien du caisson et après rétablissement de l'étanchéité, - enlèvement du tympan arrière, - et une succession de cycles de lancement comportant les étapes de construction de caissons successifs (C3 .... C12), de raboutage de chaque caisson au caisson précédent, de mise en place d'un tympan arrière à l'arrière du dernier caisson, de remplissage de la souille, de déplacement de l'ensemble des caissons vers l'avant dans le bras d'eau, de vidage de la souille et d'enlèvement du tympan arrière, de manière à faire avancer progressivement à travers le bras d'eau le tunnel constitué par l'ensemble des caissons, - ce tunnel étant maintenu durant ces cycles par des moyens de guidage latéral (14) et de guidage vertical (13) solidaires du terrain, répartis sur son trajet, et permettant son avancement par roulement ou glissement, - le tympan avant (TO) étant éliminé après réalisation de la jonction entre les deux rives, - ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre les étapes suivantes - réalisation de rideaux de soutènement (3) par battage de palplanches rigides à partir de la surface de 11 eau dans le sol du bras d'eau sur les deux bords d'au moins une partie du trajet que doit parcourir le tunnel, le sommet de ces rideaux étant placé à un niveau supérieur à celui que doit occuper la paroi supérieure du tunnel mais suffisamment bas pour permettre l'écoulement de l'eau et/ou le passage des bateaux, et leur base étant enfoncée dans le sol au dessous du niveau que doit occuper la paroi inférieure du tunnel, - creusement d'une tranchée (9) entre ces deux rideaux pour permettre l'avancement du tunnel, - et butonnage mutuel sous l'eau de ces rideaux de manière à empêcher leur rapprochement sous la poussée des terres, ce butonnage consistant en la mise en place de butons (10) constitués par des poutres disposées en travers de la tranchée au haut des rideaux (3) au-dessus du niveau que doit occuper la paroi supérieure du tunnel, - l'avancement du tunnel se faisant ensuite dans cette tranchée au dessous de ces butons, - lesdits moyens de guidage latéral (14) du tunnel étant fixés à ces rideaux. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après la réalisation de la jonction entre les deux rives, on injecte du mortier ou du béton sous le tunnel à travers sa paroi inférieure de manière à lui donner une assise continue sur le fond. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que durant l'étape de réalisation de la souille de lancement (1), on creuse une amorce de tranchée (9a), puis on réalise le batardeau (6) par battage de palplanches dans le fond de cette amorce, puis on effectue la construction du mur de front de souille (8) et le creusement de la souille (1). 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cas où le niveau supérieur des rideaux (3) est placé au niveau du fond du bras d'eau, et où celui-ci est le siège d'un courant pouvant transporter un débit solide peu important, une excavation de retenue (lia) est creusée dans le fond du bras d'eau du côté amont du rideau amont pour retenir les matières solides et les empêcher de tomber dans la tranchée (9). 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cas où le bras d'eau est le siège d'un courant transportant un débit solide important, la tranchée est couverte par une couverture amovible (11) prenant appui sur les deux rideaux de soutènement (3). 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tunnel présente une flottabilité positive pendant son lancement, et lesdits moyens de guidage vertical sont constitués par des galets rotatifs (13) fixés sur des cadres (15) répartis sur la longueur du tunnel au-dessus de la paroi supérieure du tunnel et glissant verticalement dans des structures dont des éléments amont (15a) et aval (15b) sont enfoncés dans le sol de part et d'autre des rideaux (3), le niveau de ces cadres étant réglable depuis la surface de l'eau. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'après la réalisation de la jonction entre les deux rives, un matériau de lestage (4) est placé en appui sur la face supérieure du tunnel pour l'appuyer sur le terrain.