Brevet FR2532359A1 — publié le 19840302

Le domaine de l'invention est le percement ou construction des tunnels. L'invention concerne un coffrage frontal annulaire d'un coffrage tubulaire qui forme avec le terrain environnant un espace annulaire, ce coffrage frontal étant accouplé à une machine de creusement-percement de tunnel et comportant au moins un moyen par lequel le béton de soutènement à couler in situ peut être amené audit espace annulaire, et un anneau d'étanchéité en une matière élastique, notamment en caoutchouc, qui est disposé en regard de l'es- pace annulaire et qui, d'une part, est au contact du terrain et, d'autre part, au contact d'un coffrage intérieur dudit coffrage tubulaire, cet anneau d'étanchéité étant réalisé sous la forme d'un profilé creux qui est appuyé contre le coffrage frontail, est rempli d'un fluide et peut être déformé de façon réglable. Dans un coffrage frontal connu appartenant à ce genre (demande de brevet allemand nO 2 216 423), le profilé creux sert uniquement à soutenir radialement la paroi d'espace annulaire constituée par le tunnel, jeusqutà ce que le béton de soutènement soit mis en place. A cet effet, le milieu liquide dans le profilé creux est évacué en fonction de l'apport du béton. Un inconvénient de ce système est que, par suite de la rigidité du couplage entre coffrage tubulaire et machine de creusement-percement, l'avance et Ja pose du soutènement en béton ne peuvent être effectuées que tour à tour, sur une longueur prédéterminée qui doit justement être celle du profilé creux. Du point de vue de la construction, cela est très compliqué et onéreux et n'a donc pas été adopté en pratique. Dans la pratique, on opère avec d'autres coffrages frontaux, à savoir des coffrages que l'on déplace pendant la mise en place du béton in situ. L'anneau d'étanchéité présente alors,par exemple, une section en U, c > est-à-dire une âme reliant deux lèvres suiveuses. Par contre, lors du bétonnage continu du revêtement du tunnel, il est impossible de garantir la qualité du béton. En effet, le béton refoulé au travers du coffrage frontal présente un comportement rhéologique irrégulier. Des zones se forment, dans lesquelles la prise du béton a lieu plus tôt que dans d'autres régions. Il se forme alors, dans la masse de béton encore fluide, des "mottes" qui peuvent être liées au coffrage frontal alors qu'elles ne le devraient pas. Ces mottes compromettent les possibilités d'écoulement du béton pompé au travers du cof frage frontal. Pour des raisons d'ordre technique, il est souhaitable de n'utiliser autant que possible qu'une seule ouverture pour l'amenée du béton. Il faut alors qu'aussi près que possible de la face arrière du coffrage frontail, le béton coule sur tout le pourtour de la section du revêtement. La plupart du temps, l'amenée du béton est située au point le plus haut de la section, afin de tirer parti de la pesanteur pour l'écoulement du béton. Si des mottes se développent sur le coffrage frontail, l'écoulement se trouve alors gêné, de sorte que le béton ne peut s'écouler sur toute l'étendue de la section droite du revêtement. Il subsiste alors, dans le sillage des mottes, des cavités qui, après enlèvement du coffrage intérieur (constitué par exemple par des éléments de tubes), sont visibles et qui compromettent la stabilité et/ou l'étanchéité à l'eau du béton. Après un certain temps, ces mottes se détachent lorsque le frottement contre le terrain ou le coffrage intérieur est trop important, et elles subsistent. Alors elles se coincent et engendrent d'autres défauts dans le béton du revêtement.Ce phénomène de la formation de mottes est probablement dû au fait que le déplacement du coffrage frontal entre la surface unie du terrain et le coffrage intérieur provoque un effet de succion sur le béton amené. Ce gradient de pression a pour effet que le béton, au moins dans certaines zones du coffrage frontail, "suit" jusqu'à ce qu'il soit durci sous forme de mottes. Outre la formation de mottes, il existe aussi un problème, à ce jour encore non résolu, relatif à la qualité du revêtement en béton. Lors du pompage du béton fluide au travers du coffrage frontail, pour l'amener dans l'espace annulaire fermé, il faut que le volume du béton amené corresponde au volume croissant lors du tirage du coffrage frontal. Comme le béton additionné d'agents fluidifiants se comporte comme un liquide, il en résulte que de petites différences de volume conduisent aussitôt à de fortes différences de pression qui sont dommageables pour le système. Une insuffisance de pression, voire même une dépression, provoquée par la rapide progression du coffrage, peut conduire à des fissures de déchirement ou de cisaillement du béton durci. En outre, il peut y avoir arrachement de portions de la paroi du terrain qui se mélangent alors au béton.Par ailleurs, une pression excessive peut déformer le coffrage intérieur etou soulever le terrain. Le recours, apparemment évident, à une commande de la vitesse d'avance du coffrage frontal en fonction de l'amenée de béton s'est avéré problématique. Dans un autre coffrage frontal connu, l'anneau d'étanchéité réalisé sous forme d'un profilé-creux (demande de brevet allemand nO 2 819 647) est subdivisé en segments creux qui sont agencés dans des tiroirs séparés déplaçables dans la direction de l'avance et aptes à être exposés à des pressions différentes au moyen d'un dispositif de commande y afferment. Lors du bétonnage, les segments creux sont exposés à une pression régulée constante et les tiroirs sont déplacés successivement en fonction de l'arrivée du béton. L'application de pression aux segments creux sert, là encore, uniquement à soutenir radialement la paroi du tunnel. Des pressions différentes ne sont établies dans les segments creux que lors de l'avance de la machine de creusement-percement, après le durcissement du béton, afin de pouvoir diriger cette machine. Ces dispositions n'ont aucun rapport avec le problème de la formation des mottes. L'invention a-pour but de réaliser un coffrage frontal du genre mentionné au debut,conçu en outre pour obtenir un soutènement qualitativement impeccable, en béton amené in situ au cours de la progression d'un coffrage frontal, ayant un profil creux relativement court. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le profilé creux est agencé entre une lèvre suiveuse périmétrique extérieure et une lèvre suiveuse périmétrique intérieure, et par le fait que des âmes radiales partagent ce profilé creux en segments formant des chambres indépendantes l'une de l'autre, chaque segment étant relié à un accumulateur de gaz sous pression réglable individuellement, et par le fait que les accumulateurs de gaz sous pression sont raccordés à un dispositif de commande à l'aide duquel des segments creux voisins peuvent recevoir, de façon variable, des pressions différentes lors de l'amenée du béton effectuée alors que le coffrage frontal - accouplé à la machine de creusement par des dispositifs à pistons et cylindres - progresse. La subdivision du profilé creux en segments creux constituant des chambres, et les accumulateurs de gaz sous pression, réglables séparément, qui leur sont conjugués, permettent en premier lieu d'obtenir, dans l'espace annulaire, des conditions relatives de pression constantes. Gela est impossible si l'on utilise un ou plusieurs anneaux creux comme dans la demande de brevet allemand nO 2 216 423, car il est alors impossible de tenir compte de la pression hydrostatique (différente selon la hauteur) et des autres différences de pression intervenant sur le périmètre de l'anneau d'étanchéité.Comme les divers ac.cumulateurs de gaz sous pression peuvent en outre être réglés différemment, de façon variable, notamment en alternant, par le dispositif de commande, il en résulte que l'on peut exercer, sur le béton amené, l'équivalent d'une action de malaxage ou trituration circulant périmétriquement, ce qui empêche à coup sûr toute formation de mottes. Les effets indiqués sont utilisés au mieux Si le coffrage frontal comporte un seul moyen d'amenée du béton, ce moyen étant situé en position supérieure et étant aménagé dans la région d'une âme radiale. La description qui va suivre, en regard des dessirs annexe à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente une vue en coupe d'une partie d'un dispositif de creusement-percement d'un tunnel. La figure 2 montre l'anneau d'étanchéité vu dans la direction de l'avance. Le dispositif de creusement-percement d'un tunnel comporte, pour ce qui est de sa structure fondamentale, une machine de creusement-percement non représentée et un coffrage tubulaire 1, 2 qui, avec la roche ou le terrain environnant 3, forme un esDace annulaire 4 dans lequel du coffrage tubulaire 1,2 tubulaire 1,2 est constitue d'un béton de soutènement peut etre injecté. coffrage intérieur 1 sous forme d'éléments de tubage de coffrage deplaçables, et d'un coffrage frontal annulaire 2 qui est couplé à la machine de creusement-percement par l'intermédiaire de dispositifs à cylindres et pistons, ce qui n'est pas représenté. Le coffrage frontal 2 est muni d'un anneau d'étanchéité 5 en caoutchouc, qui est disposé en regard de l'espace annulaire 4 et qui, par une lèvre périmétrique extérieure suiveuse, 6, est au contact du terrain ou de la roche et, par une lèvre périmétrique intérieure suiveuses, 7, est au contact du coffrage intérieur 1. Entre les lèvres suiveuses 6, 7, l'anneau d'étanchéité 5 est réalisé sous la forme d'un profilé creux fermé déformable 8 prenant appui contre le coffrage frontal annulaire 2. Ce profilé creux 8, est subdivisé en segments creux 10, indépendants l'un de l'.autre, par des âmes, c'est-à-dirç des parties pleines, radiales 9 (figure 2). Chacun de ces segments 10 est rempli d'un milieu fluide, notamment liquide, et est relié à un accumulateur 11 de gaz sous pression. Cet accumulateur, conjugué à ce segment étant réglable individuellement et appartenant à un ensemble de tels accumulateurs 11 de gaz sous pression. Les accumulateurs Il sont raccordés à un dispositif de commande 12 en vue d'une application de pression différente à des segments creux voisins 10. En outre, on peut voir, sur la figure 2, que l'arrivée 13 de béton de soutènement à couler in situ, par laquelle ce béton est amené à l'espace annulaire 4, est prévue dans la région de l'âme la plus haute, 9, et seulement en cet endroit. REVENDICATIONS 1. - Coffrage frontal annulaire d'un coffrage tubulaire qui forme avec le terrain environnant un espace annulaire, ce coffrage frontal annulaire étant accouplé à une machine de creusement-percement de tunnel et comportant au moins un moyen par lequel le béton de soutènement à couler in situ peut être amené audit espace annulaire, et un anneau d'étanchéité en une matière élastique, notamment en caoutchouc, qui est disposé en regard de l'espace annulaire et qui, d'une part, est au contact du terrain et, d'autre part, est au contact d'un coffrage intérieur dudit coffrage tubulaire, cet anneau d'étanchéité étant réalisé sous la forme d'un profilé creux qui est appuyé contre le coffrage frontal, est rempli d'un fluide et peut être déformé de façon réglable, ce coffrage frontal étant caractérisé par le fait que le profilé creux (8) est agencé entre une lèvre suiveuse périmétrique extérieure (6) et une lèvre suiveuse périmétrique intérieure (7), par le fait que des âmes radiales (9) partagent ce profilé creux en segments (10) formant des chambres indépendantes l'une de l'autre, chaque segment (10) étant relié à un accumulateur de gaz sous pression (11), réglable individuellement, et par le fait que les accumulateurs de gaz sous pression (11) sont raccordés à un dispositif de commande à l'aide duquel des segments creux (10) voisins peuvent recevoir de façon variable des pressions différentes lors de l'amenée de béton effectuée au cours de la progression du coffrage frontal (2) accouplé à la machine de creusement par des dispositifs à pistons et cylindres. 2. - Coffrage frontal selon la revendication 1, comportant un seul moyen d'amenée du béton, situé en position supérieure, ce coffrage étant caractérisé par le fait que ce moyen d'amenée du béton est agencé dans la région d'une âme radiale (9).