Brevet FR2691748A1 — publié le 19931203

La présente invention est relative à la technique de construction des tunnels. Elle concerne en premier lieu un procédé de stabilisation d'un revêtement de tunnel constitué essentiellement d'anneaux préfabri- qués posés bout à bout au fur et à mesure de la progression de l'excavation de la galerie, du type dans lequel on injecte un matériau de remplissage dans l'espace vide entourant la partie avant du revêtement. Certaines machines de creusement de tunnels comportent un bouclier tubulaire qui porte à l'avant un disque rotatif équipé d'outils de taille. Le bouclier avance par pas successifs et, après chaque pas, on met en place dans sa partie arrière un nouvel anneau préfabriqué de revêtement, de même longueur que le pas d'avance. Il existe ainsi autour du revêtement un espace annulaire, qu'il est nécessaire de combler pour stabiliser ce revêtement. Une technique courante pour assurer cette stabilisation consiste à injecter autour de la partie avant du revêtement, après chaque pas d'avance, un mortier de ciment contenant des accélérateurs de prise. Ce mortier est injecté sous pression par voie humide audelà du revêtement préfabriqué, par l'intermédiaire d'orifices prévus dans les anneaux ou de tubes longitudinaux incorporés dans la paroi métallique du bouclier et débouchant à l'arrière de la machine. Ce procédé connu présente de sérieux inconvénients - souvent, le mortier de ciment, injecté sous pression, longe vers l'avant l'extérieur du bouclier pour se retrouver en front de taille au droit des outils de coupe; - dans le cas d'un terrain ayant des venues d'eau, le mortier de ciment se trouve délavé, de sorte que sa prise devient incontrôlable; - dans le cas d'un bouclier à confinement, le mortier se trouve mélangé avec le produit, boue par exemple, de confinement du front de la taille, qui se déplace vers l'arrière de la machine. Ainsi, la mise en place, l'homogénéité et la prise du mortier de ciment sont très difficilement assurées et contrôlables. Le revêtement préfabriqué, situé à la sortie du bouclier, est par suite souvent mal bloqué contre le terrain et risque de "flotteur". Par conséquent, ce revêtement est instable et risque de se fissurer ou de présenter des désaffleurements entre ses propres éléments préfabriqués, sous l'action immédiate de son poids propre, du poids du terrain qui l'entoure et des charges apportées par les roues du train suiveur du bouclier, lequel train se déplace à l'intérieur de la galerie revêtue. La présente invention a pour but de fournir un procédé qui assure de façon économique une stabilisation fiable du revêtement du tunnel au fur et à mesure de sa construction. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on injecte dans ledit espace par voie pneumatique un matériau cru et ouvert, notamment des graviers ou gravillons. Suivant d'autres caractéristiques - on réalise l'injection à travers des orifices prévus dans les anneaux à plusieurs niveaux; - on commence l'injection à travers des orifices situés nettement au-dessus du point bas des anneaux; - lorsque l'excavation a progressé d'une distance prédéterminée au-delà du point d'injection du matériau cru et ouvert, on injecte dans ledit espace, contenant ce matériau, un liant hydraulique à base de ciment. L'invention a également pour objet un appareil destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cet appareil comprend - un compresseur d'air refoulant dans une conduite; - un réservoir de stockage d'un matériau cru et ouvert, notamment de graviers ou de gravillons, muni de moyens de déversement dans la conduite d'un débit dosé de ce matériau; et - un injecteur relié à ladite conduite et adapté pour être introduit dans les orifices des anneaux. Suivant d'autres caractéristiques de l'appareil - l'injecteur comporte une extrémité distale coudée, notamment à 90 ; - la partie distale de l'injecteur est une pièce d'usure constituée d'un tronçon de tuyau droit auquel est éventuellement soudé un coude, la partie proximale de l'injecteur étant munie de moyens de fixation amovible de cette partie distale; - la partie distale de l'injecteur est revêtue intérieurement, au moins en partie, d'un matériau anti-abrasion, notamment d'un caoutchouc armé; - l'injecteur porte un collet extérieur adapté pour venir en butée sur le pourtour des orifices des anneaux; - le collet est porté par la partie proximale de l'injecteur, est adapté pour recevoir la partie distale de l'injecteur et est muni de moyens de retenue de celle-ci, notamment de vis de serrage radiales; - la partie proximale de l'injecteur porte une poignée de manoeuvre, notamment une tige en saillie radiale. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 illustre schématiquement la construction d'un tunnel, partiellement en coupe longitudinale; - la Figure 2 est une vue plus précise en coupe transversale du tunnel en cours de construction; - les Figures 3 à 5 illustrent en coupe longitudinale le mode d'avance du chantier; - la Figure 6 illustre schématiquement un appareil de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention; - la Figure 7 est une vue en coupe de l'injecteur utilisé dans cet appareil; et - la Figure 8 est une vue en coupe d'un détail. On a représenté à la Figure 1 une galerie 1 à section circulaire se terminant par un front de taille 2 à peu près vertical. Cette galerie est creusée par une machine ou "tunnelier" 3 comprenant essentiellement, pour les besoins de la présente description, un bouclier ou corps tubulaire 4 ouvert vers l'arrière et muni à la partie avant d'un appareillage 5 d'entraînement en rotation d'un disque de taille frontal 6. Ce disque est monté contre la tranche d'extrémité avant du bouclier, est ajouré et est équipé d'outils de taille 7. Dans cet exemple, le disque 6 est légèrement excentré vers le haut par rapport à l'axe X-X du bouclier. La galerie est, au fur et à mesure de son creusement, revêtue intérieurement d'un revêtement 8 à section circulaire, d'axe X-X, constitué d'anneaux 9 successifs, chaque anneau étant lui-même constitué de plusieurs voussoirs 10 (Figure 2) assemblés entre eux. Le chantier progresse de la manière suivante (Figures 3 à 5). Avant chaque opération de creusement, le bouclier recouvre de façon étanche, vers l'arrière, le premier anneau 9A et presque la moitié du second anneau 9B. Une couronne de vérins Il parallèles à l'axe X-X, fixés dans la partie arrière du bouclier, sont mis en appui, en position presque totalement rétractée, sur la tranche d'extrémité avant de l'anneau 9A (Figure 3). Puis le disque 6 est entraîné en rotation, et les vérins 11 sont mis en extension par une pression hydraulique, poussant ainsi le tunnelier vers l'avant. Les outils 7 attaquent ainsi le front de taille, et les déblais, après avoir traversé les lumières du disque 6, sont évacués vers l'arrière, par exemple par un convoyeur non représenté. Lorsque les vérins 11 sont en extension complète (Figure 4), le tunnelier a avancé d'un pas égal à la longueur d'un anneau 9, qui est par exemple de 1 m. Le disque 6 est alors stoppé, les vérins 11 sont rétractés, et un nouvel anneau 9C est monté devant l'anneau 9A (Figure 5). Un nouveau cycle de travail peut ensuite être commencé. Du fait de l'épaisseur e de la paroi du bouclier et de la surexcavation d réalisée par les outils 7 dans la partie supérieure de la galerie, chaque pas d'avance laisse derrière le bouclier un espace annulaire vide 12 autour du dernier tronçon de revêtement dégagé. Cet espace annulaire a été considérablement exagéré sur la Figure 1 et représenté de manière plus réaliste sur la Figure 2, où l'on voit que sa dimension radiale varie sensiblement de e au point bas à e + d au point haut. Il est nécessaire de combler cet espace pour donner une bonne assise au revêtement 8, et, à cet effet, on procède comme suit. Chaque voussoir 10 (au nombre de six par anneau dans cet exemple, dont cinq voussoirs identiques 10A et un voussoir plus petit lOB formant clé) comporte à mi-longueur, dans le sens circonférentiel comme dans le sens longitudinal, un orifice radial 13 qui le traverse. On utilise l'appareil d'injection de graviers représenté sur la Figure 6, cet appareil comprenant un compresseur d'air 14, un dispositif doseur 15 et un injecteur 16. Le dispositif 15 est alimenté par une trémie 17 contenant les graviers ou gravillons 18 et est adapté pour en déverser un débit dosé dans une conduite 19 reliée en amont au refoulement du compresseur 14. Une conduite souple 20 véhiculant le courant d'air chargé de graviers relie le dispositif 15 à l'injecteur 16. L'injecteur 16 (Figure 7) comprend un corps tubulaire droit 21 muni à son extrémité amont d'une bride soudée 22 pour son raccordement à la conduite 20, et à son extrémité aval d'un collet tubulaire épais 23 emboîté et soudé sur cette extrémité et en saillie vers l'avant. Ce collet comporte plusieurs trous filetés radiaux traversés par des vis 24. Une tige droite 25 orientée radialement est soudée en un point intermédiaire du corps 21. Le diamètre des trous 13 des voussoirs est compris entre les diamètres intérieur et extérieur du collet 23. L'injecteur comprend également une partie aval remplaçable comprenant un tronçon tubulaire 26 dont le diamètre intérieur est supérieur à celui du corps 21 et qui peut s'emboîter avec un léger jeu dans le collet 23 jusqu'à buter contre la tranche d'extrémité du corps 21, puis être fixé de façon amovible dans cette position par serrage vers l'intérieur des vis 24. A l'extrémité distale du tube 26 est soudé un coude 27 à 90" de mêmes diamètres intérieur et extérieur que ce tube, coupé dans le prolongement d'une génératrice de ce dernier. Ainsi, en vue en bout, le coude 27 s inscrit dans le même cercle que le tube 26. Pour remplir l'espace 12, après chaque pas d'avance du tunnelier 3, on introduit manuellement l'injecteur dans les trous 13 de l'anneau 9 qui vient d'être partiellement découvert par le bouclier, jusqu'à ce que le collet 23 bute contre la paroi intérieure de l'anneau, comme représenté sur la Figure 7. Le coude 27 se trouve alors juste au-delà de l'anneau, dans l'espace 12, et la position de la tige 25 renseigne l'opérateur sur l'orientation de ce coude. Le compresseur 14 et le dispositif 15 sont alors mis en marche, et une partie de l'espace 12 est emplie de graviers en faisant tourner l'injecteur autour de son axe, pour balayer l'espace environnant, la tige 25 servant de poignée. Grâce à la présence du coude 27, la paroi de la galerie ne risque pas d'être détériorée par le jet de graviers et de produire des blocs de terre et de pierre gênant le bon remplissage de l'espace 12. En pratique, on commence par les voussoirs 10A, lOB situés de part et d'autre du voussoir de radier lOC (Figure 2), avec éventuellement une brève injection à travers le voussoir lOC, puis on injecte à travers les voussoirs lOD, 10E situés au-dessous des voussoirs 10A et lOB, et l'on termine par le voussoir supérieur 10F, qui est la clé dans l'exemple représenté sur la Figure 2. Après chaque injection, on met en place dans le trou 13, par exemple par vissage dans une douille métallique 28 prévue lors de la fabrication du voussoir, un bouchon 29 pour empêcher le retour des graviers, comme représenté sur la Figure 8, où l'on voit que la partie extérieure des trous 13 peut être évasée. Lorsque toutes les injections sont terminées, comme représenté sur la Figure 2, l'espace 12 est entièrement rempli de graviers, ce qui assure une assise stable et immédiate de l'anneau sortant du bouclier, à l'exception d'un petit vide 30 subsistant au sommet. Ce vide permet au terrain environnant de se déformer (phénomène de déconfinement) et, par suite, d'exercer des efforts réduits sur le revêtement du tunnel. Lorsque le chantier a progressé d'une distance prédéterminée en aval de l'injection de graviers à travers un anneau donné, on peut éventuellement retirer les bouchons 29 de cet anneau et injecter à travers les trous 13, au sein des graviers, un liant hydraulique à base de ciment, tel qu'un mortier de ciment, destiné à rigidifier définitivement l'ensemble. La partie aval 26-27 de l'injecteur 16 est très peu coûteuse et peut être facilement remplacée par simple manoeuvre des vis 24. Si on le désire, elle peut être revêtue intérieurement, au moins dans le coude, d'un matériau anti-abrasion tel qu'un caoutchouc armé. REVENDICATIONS 1 - Procédé de stabilisation d'un revêtement de tunnel (8) constitué essentiellement d'anneaux préfabriqués (9) posés bout à bout au fur et à mesure de la progression de l'excavation de la galerie (1), du type dans lequel on injecte un matériau de remplissage (18) dans l'espace vide (12) entourant la partie avant du revêtement, caractérisé en ce qu'on injecte dans ledit espace (12) par voie pneumatique un matériau cru et ouvert (18), notamment des graviers ou gravillons. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise l'injection à travers des orifices (13) prévus dans les anneaux (9) à plusieurs niveaux. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on commence l'injection à travers des orifices (13) situés nettement au-dessus du point bas des anneaux (9). 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque l'excavation a progressé d'une distance prédéterminée audelà du point d'injection du matériau cru et ouvert (18), on injecte dans ledit espace (12), contenant ce matériau (18), un liant hydraulique à base de ciment. 5 - Appareil de stabilisation d'un revêtement de tunnel (8) constitué essentiellement d'anneaux préfabriqués (9) traversés par des orifices (13), caractérisé en ce qu'il comprend - un compresseur d'air (14) refoulant dans une conduite (19, 20); - un réservoir (17) de stockage d'un matériau cru et ouvert (18), notamment de graviers ou de gravillons, muni de moyens (15) de déversement dans la conduite (19, 20) d'un débit dosé de ce matériau; et - un injecteur (16) relié à ladite conduite (19, 20) et adapté pour être introduit dans les orifices (13) des anneaux (9). 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'injecteur (16) comporte une extrémité distale coudée (27), notamment à 90 . 7 - Appareil suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la partie distale (26, 27) de l'injecteur (16) est une pièce d'usure constituée d'un tronçon de tuyau droit (26) auquel est éventuellement soudé un coude (27), la partie proximale (21) de l'injecteur étant munie de moyens (23, 24) de fixation amovible de cette partie distale. 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la partie distale (26, 27) de l'injecteur (16) est revêtue intérieurement, au moins en partie, d'un matériau antiabrasion, notamment d'un caoutchouc armé. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'injecteur (16) porte un collet extérieur (23) adapté pour venir en butée sur le pourtour des orifices (13) des anneaux (9). 10 - Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le collet (23) est porté par la partie proximale (21) de l'injecteur (16), est adapté pour recevoir la partie distale (26, 27) de l'injecteur (16) et est muni de moyens (24) de retenue de celle-ci, notamment de vis de serrage radiales. 11 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que la partie proximale (21) de l'injecteur (16) porte une poignée de manoeuvre (25), notamment une tige en saillie radiale.