Brevet FR2693502A1 — publié le 19940114

La présente invention est relative à un tunnel mixte revêtu intérieurement d'anneaux constitués de vous soirs préfabriqués en béton armé et supportant un plancher, destiné à un transit hydraulique dans sa partie inférieure et à la circulation sur le plancher. L'invention a pour but de fournir une construction particulièrement économique pour un tel tunnel. A cet effet, le tunnel suivant l'invention est caractérisé en ce que - dans la partie inférieure du tunnel, jusqu'à un niveau au moins égal à celui du plancher, les voussoirs sont reliés entre eux avec interposition de joints d'étanchéité; et - au-dessus du plancher, les voussoirs sont reliés entre eux sans interposition de joints d'étanchéité. Suivant d'autres caractéristiques - la partie inférieure de chaque anneau comprend un voussoir de radier et deux voussoirs courants adjacents à celui-ci, tandis que chaque anneau comprend, au-dessus du plancher, deux vous soirs de contre-clé et un voussoir de clé; - au moins dans les tronçons rectilignes du tunnel, chaque anneau comporte des faces d'extrémité parallèles; - chaque type de vous soir possède une position angulaire fixe d'un anneau à l'autre, les plans de joint entre voussoirs étant alignés axialement; - les vous soirs de radier comportent à chaque extrémité axiale des lumières oblongues dans le sens circonférentiel pour leur raccordement réglable au moyen de boulons reçus dans ces lumières; - chaque vous soir de radier comporte une cunette centrale et/ou, de chaque côté, une plage munie de douilles de fixation de rails;; - les voussoirs de la partie inférieure de chaque anneau sont armés de façon plus dense que ceux de la partie supérieure; - chaque voussoir de clé a une forme trapé zoïdale et est relié de chaque côté à un voussoir de contre-clé par deux boulons, la distance entre le boulon situé du côté de la grande base du trapèze et cette grande base, comptée le long du côté du trapèze, étant plus petite que celle qui sépare l'autre boulon de la petite base du trapèze; - toutes les liaisons entre voussoirs sont réalisées au moyen de boulons identiques, notamment de boulons courbes identiques; - chaque anneau comporte, juste au-dessus du plancher, des trous d'injection d'une matière de remplissage;; - l'espace compris entre le revêtement et l'excavation est rempli dans la partie inférieure du tunnel, au moins jusqu'au niveau du plancher, d'un matériau comprenant un liant hydraulique; et dans la partie supérieure du tunnel, d'un matériau cru et ouvert. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tunnel conforme à l'invention; - la Figure 2 représente un assemblage entre deux voussoirs de radier, vu suivant la flèche II de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne III-III de la Figure 2; - la Figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 3; - la Figure 5 représente à plus grande échelle, en coupe transversale, une partie d'un voussoir de radier, pendant la construction du tunnel; - la Figure 6 représente la voûte du tunnel, suivant la flèche VI de la Figure 1; et - les Figures 7 et 8 représentent à plus grande échelle, respectivement, les détails VII et VIII de la Figure 1. Le tunnel représenté aux dessins est destiné à assurer simultanément le transit d'un débit d'eau important et une circulation, notamment routière. I1 est constitué d'un revêtement 1 calé dans une excavation 2 au moyen d'un remplissage 3, ce revêtement supportant à peu près à mi-hauteur un plancher horizontal 4. Le tunnel est réalisé par la technique classique du tunnelier à bouclier, qui est une machine de forme générale cylindrique munie à l'avant d'un disque excavateur rotatif. Ce disque creuse l'excavation 2, qui a par conséquent une section circulaire, et, à l'intérieur du bouclier, un appareil appelé "érecteur" met en place, après chaque phase d'avance du bouclier, un anneau 5 de revêtement constitué de six voussoirs. Comme on le voit sur la Figure 1, lorsqu'un anneau 5 est terminé, il définit extérieurement un cercle légèrement excentré vers le bas par rapport à l'excavation 2. Tous les anneaux 5 sont droits, c'est-à-dire délimités par des faces d'extrémité parallèles, perpendiculaires à l'axe X-X de l'anneau. La Figure 1 est prise suivant l'un de ces plans. Dans les tronçons rectilignes du tunnel, les anneaux sont simplement appliqués les uns contre les autres, avec des moyens de liaison qui seront décrits plus loin. Dans les tronçons courbes du tunnel, on peut utiliser les mêmes anneaux et des jeux de cale, les assemblages entre anneaux étant complétés par des travaux de jointoiement en maçonnerie, ou bien, en variante, on peut utiliser quelques anneaux en forme de dièdre dans ces tronçons courbes. Chaque anneau 5 (Figure 1) est constitué de six voussoirs en béton armé extérieurement cylindriques, à savoir : à sa base, un voussoir de radier 6 centré sur le plan vertical de symétrie P de l'anneau; de chaque côté de celui-ci, un voussoir courant 7A, 7B; au-dessus de chaque voussoir courant, un voussoir de contre-clé 8A, 8B; et un voussoir de clé 9. Chaque type de voussoir a une position angulaire déterminée tout le long du tunnel. La surface intérieure du voussoir de radier 6 comporte une cunette centrale 10 d'autocurage des eaux à véhiculer, bordée de chaque côté par une plage à peu près horizontale 11, laquelle se prolonge par une surface cylindrique jusqu'au bord latéral correspondant du voussoir. Chaque plage 11 est équipée de douilles 12 alignées axialement pour la fixation de rails provisoires 13 au moyen de vis 14 (Figure 5), ces rails servant à porter le train suiveur du chantier pendant la construction du revêtement 1. A chaque extrémité axiale, le voussoir 6 comporte trois lumières 15 oblongues dans le sens circonférentiel (Figure 4) et descendantes vers l'exté- rieur (Figure 3) et, derrière chacune de ces lumières, un évidement 16 à section longitudinale à peu près triangulaire (Figure 3). Lorsque deux voussoirs de radier successifs sont appliqués l'un contre l'autre, un boulon courbe 17 est introduit par un évidement 16 à travers les deux lumières 15, et un écrou 18 est vissé sur l'extrémité de la tige filetée courbe du boulon dans l'autre évidement 16 (Figures 2 et 3). La forme oblongue des lumières 15 permet de régler l'horizontalité de chaque voussoir 6 en cours de pose par rapport au voussoir 6 déjà en place. Sur chaque bord latéral, le voussoir 6 comporte un ou deux autres évidements 16, avec toutefois des lumières 15 circulaires, la nécessité du réglage n'existant pas dans la direction axiale. A mi-hauteur, le voussoir 6 présente, au fond de la cunette 10, un orifice borgne 19, ouvert vers l'intérieur (ou, en variante, traversant). Chaque face de jonction du voussoir 6 comporte, dans sa partie voisine de son extrados, une gorge 20 (Figure 8) dans laquelle est reçu un joint d'étanchéité 21 en élastomère, lequel, au repos, fait légèrement saillie hors de la gorge. Le long de l'un au moins des bords de ces faces, un dégagement 22 permet d'éviter le contact mutuel des arêtes vives des voussoirs. Chaque vous soir courant 7A, 7B est intérieurement cylindrique et porte intérieurement, près de son bord supérieur, des supports 22 pour le plancher 4. I1 comporte un orifice 19 en son centre, et un autre orifice borgne 23 à mi-longueur, au-dessus du niveau du plancher 4. Chaque face d'extrémité axiale comporte en son centre un évidement 16 à lumière 15 circulaire, et chaque face latérale comporte un ou deux tels évidements, leur nombre étant le même que pour les voussoirs 6. Chaque voussoir 7A, 7B comporte une gorge 20 recevant un joint 21 sur sa face de jonction inférieure et sur ses deux faces d'extrémité transversales, mais pas sur sa face de jonction supérieure. Dans l'exemple représenté, les faces supérieures se trouvent à un angle au centre de 12O environ au-dessus du plancher 4 posé sur les supports 22, la face supérieure de ce plancher étant diamétrale. Les vous soirs de contre-clé 8A, 8B sont identiques aux voussoirs courants 7A, 7B mais dépourvus de l'orifice 23 et de toute gorge 20 à joint 21. Ainsi, leurs faces de jonction sont planes, munies de dégagements 22 et appliquées directement les unes sur les autres, comme représenté à la Figure 7. De plus (Figure 6), les faces de jonction supérieures sont obliques, de façon à coopérer avec les faces latérales de la clé 9, laquelle a en plan une forme trapézoïdale. Sur chacune de ces faces obliques, il est prévu deux évidements 16 à lumière 15 circulaire, chaque lumière ayant un axe perpendiculaire à la face oblique adjacente. La distance a entre l'axe de la lumière 15 voisine de la petite base du trapèze et l'extrémité adjacente de la face oblique est supérieure à la distance c entre l'axe de l'autre lumière 15 et l'extrémité adjacente de la même face. La distance b qui sépare les axes des deux lumières est normalement différente de a et de c. Grâce à cette caractéristique, les quatre boulons 17 de liaison de la clé sont, en service, soumis à peu près au même effort de cisaillement résultant de la pression du terrain environnant, ce qui évite tout risque de basculement des clés. La clé 9 est, comme les contre-clés 8A, 8B, dépourvue de toute gorge 20 à joint 21. Tous les boulons 17 de liaison des voussoirs les uns aux autres, dans le sens circonférentiel comme dans le sens axial, sont identiques, ce qui facilite considérablement l'assemblage des voussoirs. Les vous soirs 6 à 9 sont armés en fonction de leur destination - les voussoirs 8A ,8B et 9, qui servent uniquement à retenir le poids du terrain, sont réalisés économiquement suivant les règles du BAEL (Béton Armé aux Etats Limites) sans tenir compte de la fissuration préjudiciable du béton. En effet, la fissuration de ces voussoirs peut être tolérée; - les voussoirs 6, 7A et 7B, qui servent à canaliser le transit hydraulique, sont au contraire armés de façon plus dense, suivant les règles de l'art tenant compte de la fissuration préjudiciable du béton. La construction du tunnel s' opère de la manière suivante. Après une phase de creusement et d'avance du tunnelier, on monte un anneau 5. Pour cela, on met en place le voussoir 6, et on le fixe au voussoir 6 précédent, après l'avoir ajusté angulairement, au moyen des trois boulons axiaux 17. Les deux voussoirs courants 7A, 7B sont ensuite mis en place et fixés axialement aux vous soirs courants précédents et latéralement au voussoir 6. Puis on procède de même pour les voussoirs 8A, 8B et pour la clé 9. On obtient ainsi un anneau dont les jonctions sont étanches jusqu a un niveau légèrement supérieur au plancher 4 et non étanches au-dessus. Ensuite, on remplit l'espace annulaire séparant le nouvel anneau 5 du terrain qui l'entoure. Pour cela, on injecte deux matériaux différents par les orifices 19 et 23, en brisant à chaque fois le fond de ces orifices au moyen de la lance d'injection: - Dans la région étanche du revêtement, c'est-à-dire à travers les orifices 19 des voussoirs 6, 7A et 7B et les orifices 23, on injecte un coulis de ciment 3A. Ce matériau, lorsqu'il a pris, assure une assise définitive ferme du revêtement 1 et empêche toute circulation d'eau autour de la partie inférieure du tunnel; - Dans la région non étanche du revêtement, c'est-à-dire à travers les orifices 19 des voussoirs 8A et 8B (la clé 9 est dépourvue d'un tel orifice), on injecte, par exemple par voie pneumatique, un matériau cru et ouvert, constitué de gravillons. Ce matériau forme un drain autour de la partie supérieure du revêtement 1 et permet d'économiser des quantités importantes de ciment. Lorsque le tunnel est en service, si l'on constate une entrée d'eau extérieure importante à travers une jonction supérieure non étanche, on peut drainer cette entrée d'eau jusqu'au-dessous du plancher 4 au moyen d'un tube souple 24, comme illustré en trait interrompu sur la Figure l. REVENDICATIONS 1 - Tunnel mixte revêtu intérieurement d'anneaux (5) constitués de voussoirs préfabriqués en béton armé et supportant un plancher (4), destiné à un transit hydraulique dans sa partie inférieure et à la circulation sur le plancher, caractérisé en ce que - dans la partie inférieure du tunnel, jusqu'a un niveau au moins égal à celui du plancher, les voussoirs (6, 7A, 7B) sont reliés entre eux avec interposition de joints d'étanchéité (21); et - au-dessus du plancher, les voussoirs (7A, 7B, 8A, 8B, 9) sont reliés entre eux sans interposition de joints d'étanchéité. 2 - Tunnel suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure de chaque anneau (5) comprend un voussoir de radier (6) et deux voussoirs courants (7A, 7B) adjacents à celui-ci, tandis que chaque anneau comprend, au-dessus du plancher, deux voussoirs de contre-clé (8A, 8B) et un voussoir de clé (9). 3 - Tunnel suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, au moins dans les tronçons rectilignes du tunnel, chaque anneau (5) comporte des faces d'extrémité parallèles. 4 - Tunnel suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque type de voussoir (6, 7A, 7B, 8A, 8B, 9) possède une position angulaire fixe d'un anneau à l'autre, les plans de joint entre voussoirs étant alignés axialement. 5 - Tunnel suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les voussoirs de radier (6) comportent à chaque extrémité axiale des lumières (15) oblongues dans le sens circonférentiel pour leur raccordement réglable au moyen de boulons (17) reçus dans ces lumières. 6 - Tunnel suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque voussoir de radier (6) comporte une cunette centrale (10) et/ou, de chaque côté, une plage (11) munie de douilles (12) de fixation de rails (13). 7 - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les voussoirs (6, 7A, 7B) de la partie inférieure de chaque anneau sont armés de façon plus dense que ceux (8A, 8B, 9) de la partie supérieure. 8 - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque voussoir de clé (9) a une forme trapézoïdale et est relié de chaque côté à un voussoir de contre-clé (8A, 8B) par deux boulons (17), la distance (c) entre le boulon situé du côté de la grande base du trapèze et cette grande base, comptée le long du côté du trapèze, étant plus petite que celle (a) qui sépare l'autre boulon de la petite base du trapèze. i 9 - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que toutes les liaisons entre voussoirs sont réalisées au moyen de boulons (17) identiques, notamment de boulons courbes identiques. 10 - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque anneau (5) comporte, juste au-dessus du plancher, des trous (23) d'injection d'une matière de remplissage (3). 11 - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'espace compris entre le revêtement (1) et l'excavation (2) est rempli - dans la partie inférieure du tunnel, au moins jusqu'au niveau du plancher (4), d'un matériau (3A) comprenant un liant hydraulique; et - dans la partie supérieure du tunnel, d'un matériau cru et ouvert (3B).