Brevet FR2554867A1 — publié le 19850517

Procédé d'excavation de tunnels avec utilisation d'un bouclier. La présente invention concerne des procédés pour excaver des tunnels à l'aide d'un bouclier et elle a trait, plus spécifiquement, à un procédé pour excaver des tunnels tout en allant la possibilité d'effectuer un garnissage efficace à l'arrière d'une machine d'excavation du type à bouclier arâce à l'utilisation d'un moyen de garnissage arrière original. En général, dans le procédé d'excavation de tunnels à l'aide d'un bouclier, l'excavatrice comprenant un bouclier se présentant sous la forme d'un corps cylindrique en acier, est avancée dans le sol tandis que des éléments de cou-montés dans la partie avant de l'excavatrice, sont entraînés en rotation pour excaver le sol à l'endroit de la paroi d'attaque du tunnel. Pendant cette excavation, on installe contre la paroi du tunnel apparaissant immédiatement derrière l'excavatrice en cours d'avancement des segments de renfor cementque l'onassemble annulairement à l'extrémité arrière de l'excavatrice et qui recouvrent légèrement cette extrémité arrière, et on remplit d'une matière de revêtement, tel que du mortier, l'espace qui subsiste entre la paroi du tunnel et les segments installés.Au fur et à mesure qu'avance l'excavatrice à bouclier,on effectue de façon continue ces travaux pour réaliser un tunnel dans le sol. Dans le présent cas, on fait en sorte cu'un petit intervalle existe entre l'extrémité arrière de l'excavatrice a bouclier et l'extrémité avant des segments de renforcement installés et il est nécessaire de fermer hermétiquement ce petit intervalle lors du remplissage avec la matière de revêtement. Dans le cas ou ce petit intervalle n'est pas suffisamment fermé, la matière de revêtement déversée dans ledit espace s'échappe à l'intérieur de l'excavatrice et il existe un risque que la paroi du tunnel ne puisse pas être formée d'une façon régulière et sans incident.En outre, si la couche de sol du lieu o doit être percé le tunnel est molle et peu résistante, il peut se produire que des constituants du terrain s' écoulent à travers l'intervalle à partir de la couchede sol et qu'un effondrement du sol ait lieu C'est pourquoi, on a déjà suggéré un procédé d'excavation dans leauel une pluralité d'éléments de garnissage relativement flexibles et en forme de plaques, en caoutchouc naturel, en caoutchouc d'uréthane, en caoutchouc synthétique et analoaues, sont fixés circonférentiellement à l'extremite arrière du houclier,à l'une de leurs extr8mités,de telle sorte que l'autre extrémité libre des éléments respectifs soit poussée de manière à venir porter contre les surfaces extérieures des segments installés et à fermer de cette façon l'intervalle précité. Toutefois, cette façon de procéder a pour inconvénient qu'il faut remplacer fréquemment les éléments de garnissage en raison de leur usure et de leur endommagement sévères et il faut donc arrêter le travail d'excavation pendant ce remplacement, ce qui diminue le rendement de l'opération. En outre, bien que l'utilisation d'éléments de garnissage en forme de plaques permette à ces derniers de remplir de façon suffisante leur fonction. d'obturation tant qu'ils portent étroitement contre les surfaces extérieures des segments, l'intrusion de graviers et similairesentre les segments et les éIéirents de garnissage, ou bien l'existence, à l'endroit des bords assemblés de segments adjacents, d'un intervalle qui est dû à un défaut d'alignement et qui est suffisant pour former un espace libre lorsqu'vil est heurté par une des extrétnités libres des éléments de garnissage, peut facilement se traduire par l'inconvénient d'une impossibilité d'obtention suffisante de la fonction d'obturation et l'opération de revêtement est alors encore insuffisante. La présente invention a donc pour objet principal un procédé d' excavation de tunnels avec bouclier qui permet de réaliser une excavation efficace de tunnels en utilisant un moyen de garnissage arrière original ayant un forte résistance à l'usure et n'exigeant pas, de ce fait, un remplacement fréquent de ses éléments constitutifs pour lesquels on utilise des fils métalliques élastiques à forte résistance à l'usure tels aue, de préférence, des fils en acier maintenus pliés sous forme d'une brosse.La présente invention a encore pour objet un procédé d'excavation de tunnels avec bouclier qui permet de réaliser un garnissage arrière efficace dans toutes les conditions grâce à l'utilisation d'un moyen de garnissage du type en forme de.brosse de telle sorte que, même si des graviers et similaires s'introduisent entre les segments de renforcement et le moyen de garnissage, ou s'il existe un intervalle par défaut d'alignement à l'endroit des bords assemblés de segments adjacents, le moyen de garnissage peut porter de façon suffisamment étroite contre les segments de renforcement et on peut effectuer sans incident l'opération de revêtement. La présente invention a encore pour objet un procédé de percement de tunnels avec bouclier permettant de réaliser un garnissage imperméable à l'eau à l'extrémité arrière du bouclier,grâce à l'utilisation d'un moyen de garnissage arrière du type en forme de brosse imprégné d'un agent d'imprégnation liquide ayant durci à l'intérieur de ce moyen de garnissage. D'autres objets et avantages de la pressente invention apparaltront au cours de la description donnée ci-apres en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue générale schématique en coupe verticale d'un système hydraulique d'excavation de tunnels comprénant un bouclier de machine de percement, ce système étant représenté en tant que mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation partielle agrandie du système de la figure 1, la partie d'extrémité arrière du bouclier et les segments de renforcement de paroi de tunnel étant représentés en coupe la figure 3 est une coupe partielle agrandie d'un moyen de garnissage arrière en forme de brosse utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1;; les figures 4 et 5 sont des coupes partielles agrandies de différents exemples du moyen de garnissage arrière utilisé dans d'autres modes de réalisation de la présente invention; et la figure 6 est une astre coupe partielle d'un autre exemple du moyen de garnissage arrière utilisé dans un autre mode de réalisation de réalisation de la présente invention. En se référant aux figures 1 et 2, on voit que l'on y a représenté un système hydraulique d'excavation de tunnels utilisé dans la mise en oeuvre de la présente invention. Ce système hydraulique d'excavation de tunnels comprend un bouclier 10 de machine de percement de tunnels comportant un corps 11 sensiblement cylindrique dans la partie d'extrémité avant duquel une chambre de pression 13 est délimitée par une cloison étanche 12. Dans la chambre de pression 13 est disposée une tête de coupe rotative 15 comportant un grand nombre d'éléments de coupe ou fraise capables d'excaver la couche de sol à l'endroit de la paroi d'attaque 14, la tête 15 étant entraînée en rotation de façon appropriée par un mécanisme d'entraînement (non représenté) disposé derrière la cloison étanche 12.En outre, la chambre de pression 13 est pourvue d'un conduit d'alimentation 16 et d'un conduit d'évacuation 17 de manière que de l'eau ou une boue sous pression puisse être envoyée de façon continue à travers le conduit 16 dans la chambre 13 et que la terre ou les composants du sol excavé à l'endroit de la paroi d'attaque 14 par la tête de coupe 15 soient déchargés sous la forme d'un mélange avec l'eau sous pression hors de la chambre 13 à travers le conduit d'évacuation 17. Les conduits respectifs 16 et 17 font communiquer la chambre 13 avec un bac de décantation 18 installé, par exemple, sur le sol, de manière que l'eau sous pression contenant la terre ou les composants de sol excavés soit déchargée dans le bac 18. D'une façon générale, dans le bac de décantation 18, les composants de sol solides présents dans le mélange se déposent et se séparent du composant fluide de l'eau boueuse ne contenant que de petites particules de terre, et cette eau boueuse est à. nouveau envoyée, en tant crue boue, du bac 18 à la chambre de pression 13 à travers le conduit d'alimentation 16 à des fins de circulation.Les conduits d'alimentation et d'évacuation 16 et 17 sont pourvus de pompes respectives 19 et 20 qui fonctionnent de manière a faire circuler continuellement et sans à-couIsl'eau boueuse sous pression entre la chambre de pression 13 et le bac 18 tout en maintenant en permanence la chambre 13 dans un état entièrement chargé par l'eau sous pression en vue de maintenir une pression effective qui résiste à la pression du sol à l'endroit de la paroi d'attaque 14. Au fur et à mesure que le bouclier 10 de la machine avance, pendant l'excavation du sol à la paroi d'attaque 14, la surface de la paroi du tunnel percée apparaît derrière le corps 11 et on installe séquentiellemènt une pluralité de segments de renforcement 21 assemblés annulairement et espacés d'unedistancevouluede la surface de la paroi.Dans le cas ot le sol est mou et peu résistant, il est spécifiquement necessaire de ne pas laisser découverte la surface du tunnel afin d'éviter son effondrement et il faut donc assembler à l'intérieur de la partie d'extrémité arrière 22 ducorps 11 les segments 21 formant une paroi tubulaire de renforcement d'un diamètre légèrement plus petit que celui du corps 11 du bouclier, la périphérie extérieure de ces segments étant espacée de la périphérie intérieure du corps 11 du bouclier radialement vers l'intérieur. I1 existe donc un petit intervalle 23 entre la partie d'extrémité arrière 22 et les segments installés 21, comme on peut le voir sur la figure 2 et sur la figure 3, mais cet intervalle 23 est fermé par un moyen de garnissage 24 fixé à la périphérie intérieure de la partie terminale arrière 22 circonférentiellement le long de cette dernière. Le moyen de garnissage 24 comprend une brosse de forme annulaire en fils métalliques élastiques et résistant à l'usure, de préférence fils d'acier 25 qui sont assemblés et pliés à cheval sur un noyau, leur extrémité libre s'étendant radialement vers l'intérieur mais étant inclinée vers l'arrière, de sorte que le moyen de garnissage 24 du type en forme de brosse est poussé élastiquement contre la périphérie extérieure des segménts 21 par suite de l'élas ticite des fils 25 et l'intervalle 23 peut de cette façon être fermé. Les fils d'acier assemblés 25 sont fixés à la partie terminale arrière 22 par des vis 27 traversant un élément métallique de fixation 26. La figure 3 montre un autre moyen de garnissage 24a utilisé pour mettre en oeuvre la présente invention et dans lequel un élément métallique de fixation 26a comporte une partie évidée 27a' dans laquelle une partie pliée 29a des fils d'acier 25a pliés autour d'un noyau 28a est encastrée, la capacité de fixation du moyen de garnissage à la partie terminale arrière 22a du corps 1 du bouclier pouvant être ainsi augmentée et, comme dans le cas ci-dessus, l'extrémité libre de l'ensemble 25a de fils d'acier peut être poussée de manière à porter élastiquement contre les surfaces péri phériques extérieures des segments 21a. Tous les autres agencements sont identiques à ceux des figures 1 et 2 et les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que sur les figures 1 et 2 mais avec le suffixe "a". Les figures 4 et 5 montrent encore un autre moyen de garnissage pouvant être utilisé dans la présente invention. Dans le moyen de garnissage 24b de la figure 4, les fils d'acier 25b sont soumis à une opération d'ondulation pour augmenter ladensité de la brosse formée par les fils 25b en provoquant un enchevêtrement mutuel des fils respectifs 25h. Par contre, dans le moyen de garnissage 24c de la figure 5, les fils d'acier 25c ne sont pas pliés mais l'extrémité latérale de fixation de la partie de corps de l'ensemble de fils est serrée et maintenue assemblée par un élément métal lieue de liaison 28c, grâce à quoi on peut former le moyen de garnissage d'une manière extrêmement simple. Dans les autres conceptions du moyen de garnissage des figures 4 et 5, sur les mêmes que celles des figures 1 et 2, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes chiffres que sur les figures 1 et 2 mais avec des suffixes différents "b" et "c" respectivement. De plus, en ce qui concerne les moyens de garnissage respectifs des figures 2 à 5, il est préférable au'un agent liquide d'imprégnation qui peut durcir mais qui présente une flexibilité extrêmement élevée apres le durcissement, soit injecté de manière à fermer les interstices entre les fils d'acier respectifs 25,25a,25b ou 25c après que le moyen de garnissage a été monté sur le corps du bouclier de façon à augmenter les performances de blocage de liquide et à faire en sorte que les brosses en fils métalliques soient ainsi imperméables à l'eau grâce à l'agent ayant durci. D'autre part, l'homme de l'art comprendra facilement qu' au fur et à mesure que la face d'attaque 14 du tunnel est excavée par la tête de coupe 15, des vérins 30 de bouclier disposés fonctionnellement entre une partie saillante intérieure du corps 11 du bouclier adjacente à l'extrémité arrière de ce dernier et l'extrémité avant de l'ensemble des segments 21 installés en dernier sont actionnes de manière que leur plongeur sorte et que, de ce fait, l'excavateur 10 soit avancé (voir spécialement la figure 1). En outre, on va décrire séquentiellement de façon détaillée en se référant au système hydraulique d'excavation avec bouclier représenté sur les figures 1 et 2, le procédé d'excavation hydraulique de tunnel selon la présente invention. En premier lieu, après avoir fixé à l'intérieur de la partie terminale postérieure ou partie arrière 22 du corps 11 du bouclier 10 de la machine le moyen de garnissage en forme de brosse de la conception originale décrite cidessus, on injecte un agent d'imprégnation liquide parmi les fils d'acier 25 et on le laisse durcir parmi ces fils (les opérations de montage et d'injection peuvent être exécutées au moment de la fabrication du bouclier de la machine, si on le désire). Ensuite, on envoie de l'eau ou boue sous pression à travers le conduit d'alimentation 16 dans la chambre de pression 13 de manière que la pression régnant à l'intérieur de cette chambre 13 soit accrue de façon suffisante pour résister à la pression d'effondrement du sol à l'endroit de la paroi d'attaque 14 puis on fait tourner la tête de coupe 15 pour excaver le sol à l'endroit de cette paroi d'attaque 14 du bunnel. Bien que les composants de sol excavés par la tête de coupe 15 conjointement avec le fluide sous pression soient déchargés de la chambre 13 sous la forme du mélange avec l'eau ou houe à travers le conduit d'évacuation 17 vers l'extérieur, on fait sortir la tige des vérins 30 du bouclier et on avance l'excavatrice 10 à bouclier.Le mélange déchargé est emmagasiné dans le bac de décantation 18 ot les composants solides du mélange sont séparés et le composant fluide restant de l'eau boueuse est envoyé à nouveau sous pression dans la chambre de pression 13. En d'autres termes, les pompes 19 et 20 des conduits respectifs 16 et 17 sont actionnées de façon appropriée pour que, tout en maintenant constante la pression à l'intérieur de la chambre de pression 13, le sol excavé puisse être transporté de l'excavatrice 10 à bouclier vers l'extérieur du tunnel avec l'eau boueuse sous pression qui circule. Ensuite, on installe une pluralité des segments courbés 21 sous la forme d'un anneau espacé d'une distance prédéterminée de la surface de la paroi du tunnel en cours de percement qui apparaît derrière l'excavatrice 10 à bouclier après l'avancement de l'excavatrice, de manière que les extrémités libres des fils d'acier 25 et du moyen de garnissage 24 en forme de brosse soient poussées contre la surface périphérique extérieure des segments installés 21. Ensuite, on injecte un mortier de ciment ou analogue dans l'espace compris entre la surface de la paroi du tunnel en cours de percement et les segments annulaires 21 à travers des trous d'injection 31 formés dans certains des segments et ce ciment durcit de manière à former une couche de renforcement 32. S'il est nécessaire, dans ce cas, dernier une plus grande résistance mécanique à la couche de renforcement 32, alors on peut installer contre la paroi. du tunnel des barres de renforcement en acier ou autres éléments analogues avant que les segments 21 soient mis en place ou bien sur la périphérie extérieure des segments 21 en cours d'installation, en vue de leur combinaison avec le ciment de mortier ou autre substance analogue injecté . Quand la couche de renforcement 32 a durci suffisamment, on démonte alors les segments 21 et on forme une couche finale 33 sur la périphérie intérieure découverte de la couche de renforcement 32.La couche finale 33 est aénéralement en héton et, lorsque le sol dans lequel on perce le tunnel est peu résistant, on peut réaliser la couche finale 33 tout en utilisant un blindage en acier. On peut percer une longueur voulue de tunnel pendant que l'on répète continuellement les travaux de construction mentionnés cidessus. Dans l'autre exemple représenté sur la figure 6, une paire de moyens de garnissage 24d et 24d' comprenant des fils d'acier 25d et 25d' en forme de brosse portant respectivement l'agent d'imprégnation durci, sont disposés à la partie terminale arrière du corps lld du bouclier en étant espacés l'un de l'autre dans la direction axiale du corps îîd et on remplit avec un agent fluide 34d extrêmement visqueux, comme par exemple de la graisse, l'espace annulaire compris entre les moyens de garnissage espacés 24d et 24d' à travers un conduit d'injection 35d de manière que le petit intervalle compris entre le corps lld du bouclier et les segments 21d puisse être obturé de façon parfaitement étanche vis-à-vis des liquides.Les autres éléments apparaissant sur la figure 6 sont identiques à ceux des figures 1 et 2 et sont désignés par les mêmes références que sur ces dernières figures mais avec le suffixe "d". Bien que dans la description qui précède, le corps du bouclier soit uniquement cylindrique et que le moyen de garnissage et les segments de renforcement aient été également mentionnés comme avant une forme circulaire ou annulaire, l'homme de l'art comprendra facilement que la section du corps du bouclier peut avoir n'importe quelle forme polygonale et que la forme du moyen de garnissage et des segments peut être modifiée de façon correspondante pour etre adaptée à la forme du corps du bouclier. Grâce au procédé d'excavation du tunnel avec bouclier selon la présente invention, on peut effectuer l'excavation tout en maintenant fermé efficacement le petit intervalle compris entre la partie d'extrémité arrière du corps de bouclier de l'excavatrice et la partie d'extrémité avant des segments de renforcement de paroi de tunnel grâce à l'utilisation du moyen de garnissage qui résiste très longtemps à l'usure et aux endommagements grâce à quoi l'excavation est effectuée sans aucune interruption. De plus, la présente invention permet d'obtenir un effet remarquable en ce sens que, du fait que le petit intervalle précité peut être fermé de façon efficace, on peut éviter positivement toute pénétration de la matière de revêtement de composant du sol à l'intérieur de l'excavatrice à travers cet intervalle et, par conséquent, on peut prévenir tout incident sérieux tel qu'un affaissement du sol. REVENDICATIONS 1. Procédé d'excavation de tunnels avec bouclier caractérisé par le fait qu'il comprend les phases consistant à préparer un bouclier (10) d'excavatrice comportant à sa partie d'extrémité arrière (22;22a;22b;22c;22d) un moyen de garnissage (24;24a;24b;24c;24d) comprenant un ensemble de fils métalliques (25;25a;25b;25c;25d) extrêmement résistant à l'usure et assemblés sous la forme d'un brosse; à excaver le sol à l'endroit de la paroi d'attaque (14) du tunnel en face de laquelle se trouve l'extrémité avant du bouclier; à avancer le bouclier au fur et à mesure que le sol de la paroi d'attaque du tunnel est excavé; à installer annulairement une pluralité de segments (21;21a;21b;21c;;21d) de renforcement de paroi dont la forme est adaptée au contour du bouclier, et qui sont espacés de la paroi du tunnel apparaissant derrière le bouclier avancé, lesdits fils de brosse dudit moyen de garnissage étant poussés contre la périphérie extérieure desdits segments installés; et à injecter une matiere de renforcement dans l'espace compris entre ladite paroi du tunnel et la périphérie des segments et à faire durcir ladite matière pour former une couche de renforcement (32) tout en fermant le petit intervalle se trouvant sur le côté bouclier dudit espace au moyen des fils de brosse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une phase consistant à démonter lesdits segments installés après ladite formation de ladite couche de renforcement et à former une couche finale (33) sur la périphérie intérieure de la couche de renforcement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend une phase supplémentaire consistant à former dans la partie avant dudit bouclier une chambre de pression (13)en vue de loger de façon tournante dans cette dernière une tête de coupe (15) comportant des éléments de coupe, et que ladite phase d'excavation comprend les phases supplémentaires consistant à envoyer de l'eau ou une boue sous- pression dans ladite chambre de pression, à faire tourner ladite tête de coupe pour excaver le sol de la paroi d'attaque du tunnel, à décharger de la chambre de pression un mélange de ladite eau ou boue avec les composants du sol excavés, à séparer les composants solides dudit mélange déchargé et à renvoyer sous pression à la chambre de pression le composant liquide restant du mélange. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend les phases consistant à choisir des fils (25;25a;25b;25c;25d) principalement en acier en tant que fils desbrosses précitées dudit moyen de garnissage, à appliquer auxdits fils d'acier un agent liquide d'imprégnation présentant de le flexibilité après durcissement et à faire durcir ledit agent d'imprégnation. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend les phases consistant à plier lesdits fils sous forme d'une brosse avec comme centre un élément (24;24a;24b;24c;24d) constituant un noyau, et à fixer lesdits fils en forme-de brosse, à leur partie pliée autour dudit élément constituant un noyau, à la partie d'extrémité arrière du bouclier de l'excavatrice au moyen de vis (27;27a;27b;27c;27d) 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend, en outre, avant ladite phase de fixation, une phase de positionnement de ladite partie pliée (29a) des fils en forme de brosse à l'intérieur d'un évidement (27ci formé-dans l'élément de fixation métallique (26a). 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterise par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend une phase consistant à choisir des fils métalliques que l'on soumet à une opération d'ondulation pour obtenir lesdits fils de brosse (25b). 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ladite phase de préparation de bouclier comprend une phase supplémentaire consistant à fixer à ladite extrémité arrière du bouclier un autre ensemble de fils métalliques formant brosse à quelque distance dudit ensemble de fils en forme de brosse, le procédé comprenant une phase supplémentaire consistant à remplir de fluide extrêmement visqueux l'espace compris entre les deux ensembles de fils métalliques en forme de brosse constituant ledit moyen de garnissage après ladite phase d'installation desdits segments.