Brevet FR2586452A1 — publié le 19870227

i L'invention concerne un procédé pour apposer en conti- nu un revêtement dans un tunnel en utilisant du béton extrude, qui est envoyé, suivant la direction longitudinale du tunnel, à des sections en forme de segments de même longueur,prévus de fa- çon multiple pour cbaque longueur circonférentielle, et un dis- positif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, constitué par un coffrage comportant un coffrage intérieur ainsi qu'un coffra- ge frontal pouvant être avancé et un dispositif de pompage rac- cordé au coffrage avant et servant à réaliser l'amenée du béton extrudé, le coffrage frontal étant muni d'une multiplicité d'ori- fices d'amenée du béton répartis uniformément suivant la direc- tion circonférentielle et reliés au dispositif de pompage. Dans le cadre de l'invention, le terme de "béton extru- dé" désigne un béton fabriqué sur le lieu de construction et pou- vant être entrainé par pompage. Dans le cas de la fabrication d'un revêtement de tun- nel selon un procédé d'extrusion, conformément aux dispositions connues d'une manière générale (brevet allemand n 3 406 980),on réa- lise en arrière d'une machine d'avancement ou de poussée l'entraî- 2C nement du béton par pompage à travers un seul orifice situé en position haute, dans un coffrage frontal glissant vers l'avant. Afin de soutenir la roche en arrière de la machine d'avancement, même dans le cas d'une terre meuble sans cohésion, il faut être certain que le béton liquide possède toujours, en arrière du cof- frage frontal, une pression qui est supérieure à la pression de la terre ou de la roche agissant sur le revêtement du tunnel et à la pression éventuellement active et produite par la charge exercée par l'eau souterraine. Afin de garantir cette pression d'entraînement, il faut prendre diverses dispositions pour le sou- tènement du coffrage frontal et lors de l'amenée du béton. Bien que, grâce à un soutien élastique du coffrage frontal et à un avancement commandé de ce dernier, on crée certaines conditions préalables pour le procédé d'extrusion, jusqu'alors on n'est pas parvenu à obtenir un béton extrudé de qualité réellement parfai- te. Le béton entrainé par pompage dans le coffrage frontal ne se dépose en effet pas par couches parallèlement au coffrage fron- tal glissant vers l'avant, mais s'écoule selon des canaux d'écou- lement qui ne peuvent pas être déterminés d'avance, a l'intérieur du béton introduit par pompage, ce qui entraîne en permanence à nouveau la formation de blocs durs ou durcis dans le revêtement du tunnel, fabriqué en continu. Dans les zones marginales de ces blocs, le béton n'est pas dense et il apparaît par conséquent des zones subdivisées, a savoir ce qu'on appelle des cavités et même des trous. Indépendamment du fait que la solidité du béton ne cor- respond pas aux normes, la qualité réduite du béton dans le sol lâche véhiculant l'eau est une source de dangers. L'eau, mélan- gée au sol, pénètre par les trous du revêtement à l'intérieur du tunnel et mine le lit de remplissage et la sécurité de tenue du coffrage du tunnel. Selon des études effectuées dans le cadre de l'inven- tion, l'écoulement du béton dans l'espace annulaire, qui est li- mité extérieurement par la roche disposée alentour, intérieu- rement par le coffrage intérieur en acier et vers l'avant par le coffrage frontal glissant vers l'avant, est un processus qui est soumis à de nombreuses influences: - Le comportement au fluage du béton dépend notamment de ses caractéristiques spécifiques et de la durée étant donné qu'il s'agit d'un matériau qui entre dans un processus réaction- nel chimique. - De même la roche environnante influe sur l'écoule- ment et ce aussi bien en raison de la présence d'une surface ru- gueuse que par le fait que le béton puisse perdre, en cet empla- cement, l'eau de filtration. La perte de cette eau réduit forte- ment le comportement à l'écoulement. - Une autre influence importante sur l'écoulement est exercée par les conditions de pression hydrostatiques présentes dans un espace annulaire et, par conséquent en liaison avec cela, parlaposition d'orifices de pompage dans le coffrage frontal. - Le béton s'écoule conformément aux lois de l'écoule- ment pour des fluides visqueux. Le béton pompé à travers des ori- fices de pompage disposés dans l'espace annulaire supérieur, cir- cule, sous l'action de la pression réduite, en pénétrant dans le premier plafond ou à l'intérieur du béton encore mou, qui possè- de encore une faible résistance au cisaillement. Ce n'est qu'au bout de quelques mètres dans des zones dans lesquelles le pro- cessus de prise en masse est déjà plus avancé et que par consé- quent la résistance au cisaillement augmente, que l'écoulement de béton est dévié vers le bas dans des zones dans lesquelles la pression hydrostatique est supérieure. Le béton entraîné par pom- page dans des orifices inférieurs de pompage s'écoule par conséquent vers le haut en arrière du coffrage frontal, en suivant le gradient de pression. Les blocs, c'est-à-dire les zones du béton extrudé qui, en formant des surfaces d'un seul tenant, apparaissent en avant du coffrage frontal glissant vers l'avant1 pendant un certain in- tervalle de temps et y durcissent, apparaissent par le fait que, dans cette zone, le comportement du fluage ou d'écoulement du béton était un peu plus faible ou bien que les lignes potentiel- les de pression sont restées constantes pendant un assez long in- tervalle de temps. On les observe dans le coffrage frontal no- tamment à peu près à mi-chemin entre deux orifices de pompage lorsque la distance entre les orifices de pompage est très impor- tante. Les blocs posent par conséquent un problème étant donné que du béton à une pression supérieure circule tout d'abord au- tour d'eux en les entourant sur la face située à l'opposé du cof- frage frontal et que ces blocs suivent par conséquent le coffra- ge frontal. En quelque moment que ce soit le canal de fluage ou d'écoulement en arrière du bloc s'effondre ou bien le frottement contre la roche devient trop important. Les blocs restent alors en suspension; à cet instant il apparaît sur la face tournée vers le coffrage frontal une pression réduite ou même une zone de défaut lorsque le béton ne peut pas remplir immédiatement l'es- pace apparaissant entre le coffrage frontal, qui continue à avan- cer, et le bloc qui reste suspendu. L'invention a pour but d'empêcher la formation de blocs. Ce problème est résolu conformément à l'invention, en ce qui concerne le procédé du type indiqué plus haut, grâce au fait que le béton extrudé est envoyé, respectivement de façon cen- trée et successivement, suivant la direction circonférentielle, aux sections en forme de segments, en des quantités identiques, pendant un intervalle de temps faible par rapport à sa durée de solidification. En outre le problème est résolu conformément à l'inven- tion à l'aide d'un dispositif du type déjà mentionné plus haut, -dee caractérisé en ce que le dispositif de pompage est conçu pour une alimentation, successive suivant la direction circonférentielle, des orifices d'amenée du béton. En d'autres termes le bétonnage du béton extrudé est exécuté selon une séquence relativement rapide successivement avec des quantités identiques, au moyen de plusieurs orifices de pompage disposés sur la périphérie du coffrage frontal, a des dis- tances identiques, pas trop importantes. L'introduction par pom- page du béton en des quantités identiques par l'intermédiaire des orifices de pompage équidistants a pour effet que le béton suit le trajet de fluage ou d'écoulement le plus court. Il ne se pro- duit plus aucune formation de blocs durs. Selon une autre caractéristique du procédé conforme a l'invention, le béton extrudé est envoyé à au moins six sections en forme de segments pour chaque longueur périphérique. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'in- vention, les quantités sont dimensionnées de manière que les sec- tions en forme de segments possèdent respectivement, suivant la direction longitudinale du tunnel, une étendue inférieure à leur longueur suivant la direction circonférentielle. En ce qui concerne le dispositif, selon une autre ca- ractéristique de l'invention, le coffrage frontal est muni d'au moins six orifices d'amenée du béton. Le déplacement d'avance sous l'action de la pression de bétonnage d'un coffrage frontal rigide, qui assurément est sou- tenu globalement de façon élastique, produit des conditions de contrainte différentes sur la périphérie du coffrage frontal. Le béton est refoulé simultanément uniquement par un orifice de pom- page en arrière du coffrage frontal, qui fléchit élastiquement dans la zone d'insertion. Mais étant donné qu'il est constitué par une structure en acier rigide, il apparaît des zones de fai- ble pression en raison du déplacement, à peu près à mi-hauteur de la section transversale. Dans le cas o elle dépasse une va- leur déterminée, cette réduction de pression peut aboutir à-ce que la pression totale du béton est en cet endroit plus faible que la pression qui s'exerce depuis l'extérieur sur le béton et qui est produite par la charge du sol et de l'eau. Il s'ensui- vrait un refoulement du béton en cet emplacement a travers le sol meuble saturé d'eau. On peut s'opposer efficacement à ce danger grâce à une autre caractéristique de l'invention selon laquelle le- coffrage frontal est soutenu élastiquement, suivant la direc- tion longitudinale du tunnel, sur sa face avant située à l'oppo- sé du revêtement; la valeur du déplacement d!avance du coffrage frontal rigide devra être maintenue aussi faible que possible lors de chaque processus de remplissage et ce de telle manière que seules des quantités relativement faibles soient introduites par pompage. La commutation rapide, nécessaire à cet effet, d'un orifice de pompage à un autre orifice de pompage s'effectue à l'avantage du processus de bétonnage, dans le cas de la solution des problèmes techniques du point de vue de la commande: le bé- ton est déplacéduantdebrefs intervalles de temps en étant intro- duit dans les différents éléments d'amenée du béton, et le dan- ger d'un durcissement est réduit. Comme seconde disposition, pri- se à elle seule ou en combinaison avec la disposition devant être utilisée comme indiqué précédemmentetvisant à réduire la pression approximativement a mi-hauteur de la section transversale, il est recommandé, selon une caractéristique de l'invention, d'équiper le coffrage frontal, sur sa face arrière tournée vers le revête- ment, d'une surface fléchissant élastiquement; la surface du cof- frage frontal devrait être en effet réalisée de manière à être élastique, auquel cas un profiléen caoutchouc rempli d'eau peut par exemple s'adapter aux pointes locales de contrainte. D'autres 'caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif servant à apposer en continu un revêtement dans un tun- nel en utilisant du béton extrudé; - la figure 2 représente une vue de face d'un coffrage frontal conforme & la figure 1; et - la figure 3 représente le détail A de la figure 1. Le dispositif représenté sur les figures est constitué, dans sa structure fondamentale, par un coffrage 1, 2 incluant un coffrage intérieur 1 ainsi qu'un coffrage frontal 2 entraîné vers l'avant, et un dispositif de pompage 3 raccordé au coffrage fron- tal 2, pour l'amenée du béton extrudé. Le coffrage frontal 2 est disposé entre une extrémité en forme de queue 4 d'un bouclier d'avancement 5 et le coffrage intérieur (voir figures 1 et 3). Comme cela est visible sur la figure 2, le coffrage frontal 2 est muni d'un ensemble de six orifices 6 d'amenée du béton qui sont disposés suivant la direction périphérique selon une répartition uniforme. Les orifices 6 d'amenée du béton sont reliés par l'in- termédiaire de canalisations respectives 7 d'amenée du béton au dispositif de pompage 3, qui est agencé de manière à réaliser une alimentation, s'effectuant successivement suivant la direction périphérique, des orifices 6 d'amenée du béton. Le coffrage fron- tal 2, qui est constitué par un anneau formé d'un profilé en U rigide 8, repose par l'intermédiaire de garnitures d'étanchéité élastiques 9, 10 d'une part sur l'extrémité en forme de queue 4 du bouclier et d'autre part sur le coffrage intérieur 1 et est soutenu élastiquement, suivant la direction longitudinale du tun- nel, sur sa face avant 11 tournée & l'opposé du revêtement; ceci est indiqué seulement de façon schématique sur la figure 1. Sur la figure 3 on peut voir que le coffrage frontal 2 est muni, sur sa face arrière 12 tournée vers le revêtement, d'une surface flé- chissant élastiquement. Cette surface élastique est formée par un profilé creux en caoutchouc 13 rempli d'eau, qui est disposé dans l'anneau formé d'un profilé en U 8. Le béton extrudé est en- voyé en des quantités relativement faibles, mais identiques, se- lon une succession rapide, aux orifices 6 d'amenée du béton, der- rière lesquels se trouvent situées les sections de segments dé- crites plus haut. REVENDICATIONS 1. Procédé pour apposer en continu un revêtement dans un tunnel en utilisant du béton extrudé, qui est envoyé, suivant la direction longitudinale du tunnel, à des sections en forme de segments de même longueur,prévues de façon multiple pour chaque longueur circonférentielle, caractérisé en ce que le béton extrudé est envoyé, respectivement de façon centréeet successivement, suivant la direction circonférentielle, aux sec- tions en forme de segments,en des quantités identiques, et ce en un intervalle de temps faible par rapport 8 sa durée de solidi- fication. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le béton extrudé est envoyé à au moins six sections en forme de segments pour chaque longueur circonférentielle. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les quantités sont dimensionnées de manière que les sections en forme de segments possèdent respectivement, sui- vant la direction longitudinale du tunnel, une étendue inférieu- re à leur longueur suivant la direction circonférentielle. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 3, constitué par un coffrage comportant un coffrage intérieur ainsi qu'un coffrage frontal pouvant être avancé et un dispositif de pompage raccor- dé au coffrage avant et servant à réaliser l'amenée du béton ex- trudé, le coffrage frontal étant muni d'une multiplicité d'ori- fices d'amenée du béton répartis uniformément suivant la direc- tion circonférentielle et reliés au dispositif de pompage, ca- ractérisé en ce que le dispositif de pompage (3) est conçu pour une alimentation, successive suivant la direction circonféren- tielle, des orifices (6) d'amenée du béton. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que le coffrage frontal (2) est muni d'au moins six ori- fices (6) d'amenée du béton. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le coffrage frontal (2) est soutenu élastiquement, suivant la direction longitudinale du tunnel, au niveau de sa face avant (11) tournée à l'opposé du revêtement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 4 a 6, caractérisé en ce que le coffrage frontal (2) est muni d'une surface fléchissant élastiquement, sur sa face arriè- re (12) tournée vers le revêtement. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface fléchissant élastiquement est formée par un pro- filé creux en caoutchouc ou en matière plastique (13) rempli par de l'eau.