Brevet FR2669355A1 — publié le 19920522

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour améliorer, in situ, les caractéristiques mécaniques d'un sol compressible et/ou lâche et/ou comprimé volontairement ou involontairement, dans le cadre du creusement d'un ouvrage souterrain, notamment un tunnel ou une galerie. On sait qu'il est possible d'améliorer les qualités mécaniques d'un sol par injection dans le sol depuis la surface d'un produit adéquat de façon à le compacter localement, par exemple un mortier avec ou sans ciment, une mousse expansible, etc. La présente invention a pour but d'adapter cette technique au cas d'un sol en cours de creusement pour la réalisation d'un ouvrage souterrain. Selon l'invention, on réalise les injections depuis l'intérieur de l'ouvrage, en tant que de besoin, au fur et à mesure du creusement de l'ouvrage. Cette technique présente notamment l'avantage de pouvoir faire une reconnaissance appropriée des qualités du sol à proximité immédiate de l'ouvrage et au fur et à mesure de son avancement pour décider de l'utilité d'une injection, ce qui ne serait pas économiquement possible et parfois techniquement impossible depuis la surface. En outre, cette technique est particulièrement avantageuse dans le cas d'un creusement impliquant l'usage d'un bouclier pour protéger la machine de creusement et/ou le personnel vis-à-vis de modifications du sol environnant et/ou des venues d'eau car elle permet de consolider le sol à l'avancement du bouclier, ce qui évite notamment les inconvénients suivants: - Difficultés de guidage dans l'espace du bouclier et donc de réalisation de l'ouvrage à son emplacement théorique - Enfoncement non maîtrisé du bouclier dans le sol avec la même conséquence que ci-avant et le risque de mettre en péril la méthode de creusement et le bouclier lui-même (plusieurs cas connus d'abandon de bouclier dans le sous-sol) - Effondrement des terres situées devant le bouclier (front d'attaque), lequel engendre un effondrement des terres (appelé généralement "fontis") au-dessus de celles-ci. - Instabilité dans le temps de l'ouvrage construit, notamment sous l'effet des tassements, naturels ou non, induits par des actions dues à l'exploitation dudit ouvrage ou à des actions extérieures (par exemple construction d'un ouvrage en surface apportant des surcharges sur le terrain). Le bouclier peut être ouvert, ou fermé de façon à créer au front une pression dite de confinement, de façon en soi connue. Le "bouclier" peut être associé ou non à une machine de forage, de façon en soi connue. Un tel bouclier associé à une machine de forage est communément appelé "bouclier mécanisé" et, dans certains cas "tunnelier", étant rappelé qu il existe, d'autre part, des tunneliers dépourvus de bouclier. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon une caractéristique facultative mais très avantageuse de ce dispositif, on utilise pour réaliser l'injection une sonde pénétrométrique creuse en sorte que lors de l'enfoncement, la sonde permet de mesurer, si on le désire, les caractéristiques de pénétration et donc de juger de la qualité du terrain environnant et, au retour, elle permet d'injecter le produit dans le sol, au fur et à mesure du retrait. Le procédé de l'invention implique de préférence les caractéristiques supplémentaires suivantes, isolément ou en combinaison - on injecte ledit produit dans le sol à partir de la zone du tunnelier protégée par un bouclier, - on injecte ledit produit de façon à former des colonnes dans le sol, - on injecte ledit produit vers le bas de façon à réaliser des colonnes aptes à soutenir des parois de soutènement, - on réalise des colonnes faisant avec l'horizontale un angle compris dans l'intervalle 10-90 , - on réalise lesdites injections pendant un arrêt du bouclier. L'invention permet de réaliser, depuis le bouclier lui-même et dans un cycle intégré au cycle d'avancement de celui-ci, la consolidation du terrain en place, vers l'avant ou/et en avant du bouclier ; soit tout autour de celui-ci, soit seulement sur un secteur (par exemple en dessous), sans perturber gravement le cycle d'avancement du bouclier. On décrira ci-après un exemple de réalisation d'un dispositif de mise en oeuvre de l'invention en référence aux figures du dessin joint sur lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un tunnel en cours de creusement au moyen d'un bouclier mécanisé, des colonnes étant réalisés autour du tunnel au fur et à mesure de l'avancement du bouclier conformément à l'invention - la figure 2 est une coupe schématique du tunnel par un plan vertical transversal - la figure 3 est une coupe schématique longitudinale partielle du bouclier équipé d'un dispositif d'injection conformément à l'invention, et - la figure 4 est une coupe schématique transversale dans la partie du bouclier représentée sur la figure 3. Les figures 1 et 2 représentent un tunnel T en cours de réalisation au moyen d'un bouclier mécanisé représenté schématiquement par sa tête rotative 1 munie d'outils de creusement et son bouclier 2 situé derrière cette tête. La partie du tunnel déjà réalisée qui se trouve donc en arrière du bouclier est soutenue par une suite d'anneaux de voussoirs 3. Conformément à l'invention, le sol autour du tunnel a été renforcé, au fur et à mesure de l'avancement du bouclier, par des pieux 4 réalisés par injection dans le sol d'un produit adéquat à partir du bouclier de façon à former des colonnes, réparties au-dessous et/ou au-dessus du tunnel, suivant des angles d'injection compris entre 10 et 900 par rapport à l'horizontale dans un plan longitudinal. La figure 2 montre un exemple où les colonnes inférieures constituent des pieds 4,4' aptes à soutenir le bouclier puis les anneaux de voussoir 3, les colonnes supérieures 4" assurant des fonctions similaires. Les colonnes ainsi réalisées améliorent les caractéristiques mécaniques du sol par l'un et/ou l'autre des effets suivants - Augmentation de la surface portante sur le terrain en place et avec pour conséquence une diminution des contraintes d'appui - Effet de frottement latéral avec les mêmes conséquences - Augmentation de la densité par compactage du terrain en place avec pour conséquence une amélioration des caractéristiques mécaniques de celui-ci. Le dispositif de l'invention est représenté sur les figures 3 et 4. Dans cet exemple, le bouclier est de type mécanisé et fermé. I1 comprend une paroi cylindrique à travers laquelle se font les injections. Le dispositif représenté comprend - au moins une sonde constituée d'un tube creux épais 5 comportant un canal longitudinal 5' débouchant au bout de la sonde par un ou plusieurs orifices latéraux ou axial 6 ; cette sonde coulisse dans un puits 7, orientable ou non, qui est fixé au bouclier de façon à coopérer avec une ouverture 8 de la paroi latérale 2 du bouclier pour guider la sonde 5 à travers cette ouverture. Ce puits est démontable pour entretien et réparation de lui-même et de la sonde après fermeture d'une vanne de type guillotine installée à sa base et apte à contenir la pression de l'eau et des terres, - un vérin de manoeuvre 9 permettant les fonçage et retrait contrôlés de la sonde dans le terrain. La tête du vérin est équipée d'un dispositif d'aggripage ou de préhension 10 sur la sonde permettant les reprises de manoeuvre de celle-ci, - des moyens 11 d'alimentation du canal de la sonde en produit à injecter, - des moyens 12 d'alimentation, optionnelle, en eau (ou autre produit) de lavage du puits, - un appareil 13 pour mesurer les pressions d'injection. Le dispositif comporte en outre d'autres moyens (non représentés), à savoir - les commandes de manoeuvre de la sonde et de pompage du produit a injecter - le matériel de pompage du produit à injecter - le circuit et la motorisation hydraulique du vérin de manoeuvre - les lecteurs et enregistreurs de paramètres de fonçage et d'injection. FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF En cas de doute sur la qualité du terrain à l'avant du bouclier (au vu, par exemple, des réactions de celui-ci), on pratique avec la sonde un essai de pénétration. L'enregistrement des paramètres de pénétration (vitesse et force) permet de définir (sur la base des plots d'essais initiaux) le traitement d'injection à réaliser. L'opération se fait par retrait progressif de la sonde et injection simultanée du produit adéquat dans le sol à partir de la sonde. Le contrôle et la maîtrise des paramètres de retrait (vitesse) et de pompage (débit, pression) permettent de créer dans le sol une pseudo colonne, cylindrique ou non, de produit d'apport. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer les caractéristiques mécaniques d'un sol autour d'un ouvrage souterrain en cours de creusement, par injection d'un produit dans le sol, caractérisé en ce qu'on réalise l'injection depuis l'intérieur de l'ouvrage en tant que de besoin, au fur et à mesure du creusement de l'ouvrage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte ledit produit de façon à former des colonnes dans le sol. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise des colonnes faisant avec l'horizontale un angle compris dans l'intervalle 10-90 dans un plan longitudinal. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on réalise les injections associées à une reconnaissance préalable du terrain à partir d'un bouclier de protection. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on réalise les injections au moyen d'une sonde pénétrométrique creuse. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on enfonce la sonde pour mesurer les caractéristiques de pénétration du sol et en ce qu'on retire la sonde en injectant le produit au moyen de la sonde au fur et à mesure de son retrait. 7. Dispositif pour améliorer les caractéristiques mécaniques d'un sol autour d'un ouvrage souterrain en cours de creusement, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde creuse (5) apte à être introduite dans le sol à partir de l'intérieur de l'ouvrage pour injecter un produit apte à améliorer les caractéristiques mécaniques du sol. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens associés à la sonde pour que cette dernière permette des mesures de pénétration. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite sonde comporte un canal longitudinal (5') apte à être alimenté avec le produit à injecter, ledit canal débouchant au bout de la sonde par un ou plusieurs orifices latéraux ou axial (6), et en ce que le dispositif comporte des moyens (9) pour déplacer la sonde longitunalement de façon à l'enfoncer dans le sol et à la retirer du sol, et des moyens (11) pour alimenter ledit canal avec le produit à injecter. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ladite sonde (5) est orientable. Il. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin (9) pour commander le déplacement de la sonde. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que ladite sonde (5) coulisse dans un puits (7) fixé à un bouclier de protection (2). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit puits est fixé au bouclier de façon à coopérer avec une ouverture (8) d'une paroi latérale (2) du bouclier pour guider la sonde (5) à travers cette ouverture. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour obturer à la demande ladite ouverture. 15. Application d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 et/ou d'un dispositif selon l'une des revendications 7 à 14 à la réalisation d'un ouvrage souterrain.