Brevet FR2533619A1 — publié le 19840330

L'invention se rapportera un dispositif pour le percement de tunnels, comprenant une machine de creusement dotée d'un bouclier et un coffrage tubulaire composé d'un coffrage interne et d'un coffrage frontal accouplé à la machine de creusement, le coffrage interne formant avec le terrain environnant un espace annulaire dans lequel est injecté le béton de soutènement définitif, tandis que le coffrage frontal se compose d'un anneau pourvu d'un moyen d'étanchéité en contact avec le bouclier et le coffrage interne, et peut être déplacé, guidé dans le bouclier suivant la direction longitudinale de la machine, par rapport au bouclier ainsi qu'au coffrage interne, et tandis que l'anneau du coffrage frontal est articulé au bouclier par l'intermédiaire de plusieurs vérins hydrauliques à double effet, identiques les uns aux autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction longitudinale de la machine, le cylindre de chacun d'eux, articulé au bouclier, étant divisé par le piston correspondant, articulé par une tige à l'anneau du coffrage frontal, en une chambre antérieure située à l'opposé de l'anneau du coffrage frontal et une chambre postérieure située du côté de cet anneau. Dans un dispositif connu de ce genre (demande de brevet allemand nO 2 654 566), le coffrage frontal est guidé longitudinalement par le moyen d-'étanchéité sur le bouclier ainsi que sur le coffrage interne. L'anneau du coffrage frontal prend appui, suivant lraxe longitudinal de la machine, par des vérins hydrauliques sur le bouclier couplé à la machine de creusement sans possibilité de déplacement axial. Les vérins hydrauliques sont nécessaires pour pouvoir désaccoupler de la machine le coffrage frontal lors d'une interruption de l'alimentation en béton coulé sous pression au cours de l'avancement de la machine, ainsi que rattraper le coffrage frontal à la reprise~de l'alimentation en béton et l'écarter du revetement de béton déjà achevé lors d'interruptions de travail assez longues.Un premier inconvénient consiste en ceci que le moyen d'étanchéité, par lequel le coffrage frontal est exclusivement guidé longitudinalement sur le bouclier ainsi que sur le coffrage interne, est soumis à dtimportantes contraintes et à une forte usure. D'autre part, des variations de pression dans le temps et sur le pourtour du tunnel ne peuvent être évitées, car la machine de creusement n'avance pas avec une vitesse constante par suite de la diversité des terrains traversés, l'abattage peut être irrégulier et de plus le béton peut ne pas arriver dans l'espace annulaire avec une vitesse invariable. Les fluctuations de pression mentionnées peuvent conduire à un soutènement de béton non conforme, à des dommages pour le coffrage interne et à des coincements pour le coffrage frontal avec éventuellement destruction du moyen d'étanchéité. L'invention a pour but de permettre la réalisation de manière fiable, avec un dispositif du genre indiqué au début, d'un soutènement de béton définitif parfait. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que l'anneau du coffrage frontal est guidé longitudinalement par l'intermédiaire d'appuis de glissement dans le bouclier, accouplé à la machine de creusement par des mécanismes d'avancement, et prend appui sur un agencement élastique réglable, agissant suivant l'axe longitudinal central de la machine, et que les vérins hydrauliques sont utilisés en rrontal tant qu'agencement de stabilisation de l'anneau du coffrage, tandis qu'à cet effet d'une part les chambres antérieures des cylindres de ces vérins offrent respectivement, par suite de la présence d'une tige prolongeant vers l'avant la tige du piston, la même section que le.s chambres postérieures et d'autre part l'ensemble des chambres antérieures et postérieures desdits cylindres sont disposées dans un unique circuit série fermé sur lui-même, chaque chambre postérieure étant mise en communication avec la chambre antérieure d'un autre vérin hydraulique. Grâce au guidage longitudinal de l'anneau du coffrage frontal par les appuis de glissement sur le bouclier, le moyen d'étanchéité est préservé dans une large mesure et les déplacements longitudinaux du coffrage frontal s'effectuent à faible frottement ; ce dernier avantage est particulièrement net lorsqu'on n'utilise que trois ou tout au plus quatre appuis de glissement régulièrement répartis sur le pourtour. Grâce à l'effet de ressort de l'agencement élastique, qui est ajusté en vue de la compensation de la pression moyenne du béton coulé dans l'espace annulaire, les fluctuations de pression dans cet espace sont plus ou moins compensées par déplacement longitudinal automatique du coffrage frontal.Aucun basculement et aucun coincement de l'anneau du coffrage frontal ne peut ainsi survenir par suite de l'apparition de forces inégales le long dru pourtour, car l'agencement de stabilisation agit de telle manière que l'anneau du coffrage frontal conserve toujours sa position perpendiculaire à la direction longitudinale de la machine.. Pour le reste de la constitution du dispositif, il existe plusieurs possibilités dans le cadre de l'invention. Afin de réduire au plus court la tuyauterie relative au circuit série des vérins, il convient que la chambre postérieure du cylindre de chacun des vérins de l'agencement de stabilisation soit en communication avec la chambre antérieure du cylindre du vérin hydraulique suivant dans l'ordre circonférentiel. Dans une forme d'exécution avantageuse des mécanismes d'avancement par lesquels le bouclier est couplé à la machine de creusement, ces mécanismes sont réalisés sous la forme de vérins hydrauliques à double effet. Une structure simple et par suite particulièrement avantageuse pour l'a- . gencement élastique est obtenue lorsque celui-ci se compose de plusieurs vérins hydrauliques identiques les uns aux autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction~longitudinale dela machine, leurs chambres aatérieures étant connectées en parallèle et reliées à un accumulateur à gaz comprimé, et leurs chambres postérieures étant déchargeables. Dans ce cas, les chambres postérieures des vérins de l'agencement élastique peuvent être connectés en parallèle et être alimentées en liquide hydraulique sous pression par une pompe, de sorte que le coffrage frontal peut être déplacé indépendamment de toutes les autres parties du dispositif, par exemple être écarté du soutènement de béton déjà réalisé durant des interruptions de travail assez longues.De plus, une stucture particulièrement simple et peu volumineuse peut être réalisée en réunissant les vérins hydrauliques de l'agencement élastique, dont le nombre correspond au nombre des vérins hydrauliques de l'agencement de stabilisation, à ces derniers par paires respectivement en des doubles vérins comportant un cylindre rigide double à tige commune, dans lesquels le piston appartenant à l'agencement élastique est relié à l'extrémité libre de la tige en prolongement vers l'avant qui émerge du cylindre de l'agencement de stabilisation. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure unique représente schématiquement, en élévation latérale, un dispositif pour-percement de tunnels selon ltinvention.. Ce dispositif comprend une machine de creusement dotée d'un bouclier 1 (seul ce dernier est représenté) et un coffrage tubulaire 2, 3 composé d'un coffrage interne 2 et d'un coffrage-frontal 3 accouplé à la machine de creusement. Le coffrage interne 2, avancé par déplacements successifs, ss le le terrain environnant un espace annulaire 4 dans lequel est injecté le béton de soutènement définitif. Le coffrage frontal 3 se compose d'un anneau 5, pPofilé en caisson, et d'un moyen d'étanchéité 6 en contact avec le bouclier et le coffrage interne, constitué par un anneau de matière élastique (caoutchouc)offrant une section en U, qui peut être déplacé, guidé dans le bouclier 1 suivant la direction longitudinale de la machine, par rapport au bouclier 1 ainsi qu'au coffrage interne 2. En outre, l'anneau 5 du coffrage frontal est articulé au bouclier 1 par l'intermédiaire de plusieurs vérins hydrauliques 7 à double effet, identiques les uns aux, autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction longitudinale de la machine, le cylindre 8 de chacun d'eux, articulé au bouclier 1, étant divisé par le piston 10 correspondant, articulé par une tige 9 à l'anneau 5 du coffrage frontal, en une chambre antérieure 11 située à ltopposé de l'anneau 5 du coffrage frontal et une chambre postérieure 12 située du côté de cet anneau. L'anneau 5 du coffrage frontal est guidé longitudinalement, par l'intermédiaire de quatre appuis de glissement 13 régulièrement répartis sur le pourtour et relativement courts en direction circonférentielle, dans le bouclier 1, accouplé à la machine de creusement par des mécanismes d'avancement 14 constitués par des vérins hydrauliques. Par ailleurs, l'anneau 5/ sur un agencement élastique réglable, agissant suivant l'axe longitudinal central 15 de la machine, qui sera explicité plus loin.Les vérins hydrauliques 7 articulés à l'anneau 5 sont utilisés en tant qu'agencement de stabilisation de l'anneau 5 du coffrage frontal, tandis qu'à cet effet d'une part les chambres antérieures 11 des cylindres de ces vérins offrent respectivement, par suite de la présence d'une tige 16 prolongeant vers l'avant la tige 9 du piston, la même section que les chambres postérieures 12 et d'autre part l'ensemble des chambres antérieures et postérieures 11, 12 desdits cylindres sont disposées dans un unique circuit série 17 fermé sur lui-même, chaque chambre postérieure 12 étant mise en communication avec la chambre antérieure 11 d'un autre vérin hydraulique 7. Plus précisément, la chambre postérieure 12 du cylindre de chacun des vérins/de l'agencement de stabilisation est en communication avec la chambre antérieure 11 du cylindre du vérin hydraulique 7 suivant dans l'ordre circonférentiel.Comme on le voit aisément, ce circuit série 17, fermé sur lui-même, fait que, lors du déplacement d'un piston 10, tous les autres pistons 10, par suite de l'incompressibilité du liquide hydraulique, se déplacent en même temps et de la même façon, de sorte que l'anneau 5 du coffrage frontal 3 et ce coffrage lui-même conservent leur position orthogonale à l'axe longitudinal de lamachine. L'agencement élastique 18, 20 se compose également de plusieurs vérins hydrauliques 18 identiques les uns aux autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction longitudinale de la machine. Les chambres antérieures 19 des cylindres de ces vérins 18 sont connectées en parallèle et sont en communication avec un accumulateur à gaz comprimé 20. Le volume gazeux de cet accumulateur 2Q constitue en quelque sorte un ressort commun pour tous les vérins 18, qui est réglé en fonction de la pression moyenne du béton coulé et compense les fluctuations de pression dans l'espace annulaire 4 avec déplacement longitudinal correspondant du coffrage frontal 3. Les chambres postérieures 21 de ces vérins 18, connectées en parallèle, sont déchargées via une vanne 22. Pour dégager du soutènement de béton coulé le coffrage frontal 3, on peut appliquer la pression hydraulique aux chambres postérieures 21 grâce à une pompe 23. Le nombre des vérins 18 de l'agencement élastique correspond au nombre des vérins 7 de l'agencement de stabilisation. Chaque vérin 18 de l'agencement élastique est combiné à un vérin hydraulique 7 de l'agencement de stabilisation en un vérin double, le premier vérin 18 étant disposé colinéairement en avant du second vérin 7. Les cylindres 8, 24 forment ensemble un double cylindre continu rigide et le piston 25 appartenant à l'agencement élastique est relié à l'extrémité libre de la tige 16 en prolongement vers l'avant qui émerge du cylindre 8 en traversant de manière étanche une cloison séparatrice 26 prévue dans le cylindre. REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour le percement de tunnels, comprenant une machine de creusement dotée d'un bouclier et un coffrage tubulaire composé d'un coffrage interne et d'un coffrage frontal accouplé à la machine de creusement, le coffrage interne formant avec le terrain environnant un espace annulaire dans lequel est injecté le béton de soutènement définitif, tandis que le coffrage frontal se compose d'un anneau pourvu d'un moyen d'étanchéité en contact avec le bouclier et le coffrage interne et peut être déplacé, guidé dans le bouclier suivant la direction longitudinale de la machin?, par rapport au bouclier ainsi qu'au coffrage interne, et tandis que l'anneau du coffrage frontal est articulé au bouclier par l'intermédiaire de plusieurs vérins hydrauliques à double effet, identiques les uns aUx autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction longitudinale de la machine, le cylindre de chacun d'eux, articulé au bouclier, étant divisé par le piston correspondant, articulé par une tige à l'anneau du coffrage frontal, en une chambre antérieure située à l'opposé de l'anneau du coffrage frontal et une chambre postérieure située du côté de cet anneau, dispositif caractérisé par le fait que l'anneau (5) du coffrage frontal est guidé longitudinalement par l'intermédiaire d'appuis de glissement (13) dans le bouclier (1), acc-ouplé à la machine de creusement par d-es mécanismes d'avancement (14), et prend appui sur un agencement élastique (18, 20) réglable, agissant suivant l'axe longitudinal central (15) de la machine, et que les vérins hydrauliques (7) sont utilisés en tant qutagencement de stabilisation de l'anneau (5) du coffrage frontal, tandis qu a cet effet d'une part les chambres antérieures (11) des cylindres de ces vérins offrent respectivement, par suite de la présence d'une tige (16) prolongeant vers l'avant la tige (9) du piston, la même section que les chambres postérieures (12) et d'autre part l'ensemble des chambres antérieures et postérieures (11, 12) desdits cylindres sont disposées dans un unique circuit série (17) fermé sur lui-même, chaque chambre postérieure (12) étant mise en communication avec la chambre antérieure (11) d'un autre vérin hydraulique (7). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre postérieure (12) du cylindre de chacun des vérins7 de l'agencement de stabilisation est en communication avec la chambre antérieure (11) du cylindre du vérin hydraulique (7) suivant dans l'ordre circonférentiel. 3. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les mécanismes d'avancement (14) sont réalisés sous la forme de vérins hydrauliques à double effet. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'agencement élastique (18, 20) se compose de plusieurs vérins hydrauliques (18) identiques les uns aux autres, qui sont régulièrement répartis sur le pourtour du tunnel et sont disposés parallèlement à la direction longitudinale de la machine5 leurs chambres antérieures (19) étant connectées en parallèle et reliées à un accumulateur à gaz comprimé (20), et leurs chambres postérieures (21) étant déchargeables. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les chambres postérieures (21) des vérins de l'agencement élastique (18, 20) sont connectées en parallèle et peuvent être alimentées en liquide hydraulique sous pression par une pompe (23). 6. - Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que les vérins hydrauliques (8) de l'agencement élastique (18, 20),dont lé nombre correspond au nombre des vérins hydrauliques (7) de l'agencement de stabilisation, sont réunis à ces derniers par paires respectivement en des doubles vérins comportant un cylindre rigide double à tige commune, dans lesquels le piston (25) appartenant à l'agencement élastique (18, 20) est relié à l'extré- mité libre de la tige (16) en prolongement vers l'avant qui émerge du cylindre (8) de l'agencement de stabilisation.