Brevet FR2707336A1 — publié le 19950113

DISPOSITIF DE MISE EN PLACE D'UN DEMI-ARC DE VOUTE ET PROCEDE DE CONSTRUCTION D'UN ARC DE VOUé. L'invention a pour objet un dispositif de mise en place d'un demi-arc de voûte, ainsi qu'un procédé de construction d'un arc de voûte, qui es-t mis en oeuvre à l'aide de deux dispositifs de l'invention. Elle trouve particulièrement son application dans la construction de voûtes dites Jacobson, qui sont utilisées pour la réalisation d'ouvrages souterrains , tels que les stations d'un métro souterrain. Un dispositif connu pour la mise en place d' un arc de voûte Jacobson comporte d'une part un cintre qui est articulé en son centre et qui peut circuler sur deux chemins de roulement à l'intérieur d'une galerie souterraine en construction, et d'autre part un bras articulé mobile, suspendu au cintre et pouvant se déplacer le long du cintre. Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant. On commence par positionner le cintre, qui a la forme de l'arc de voûte que l'on souhaite construire. A l'aide du bras articulé, on saisit successivement chaque voussoir constituant l'arc de voûte, pour le positionner sur le cintre, les voussoirs étant amenés au centre de la galerie, par exemple à l'aide d'un monorail. La mise en place de chaque voussoir est réalisée par le dessous du cintre. Une fois que tous les voussoirs ont été mis en place , on termine en mettant en place la clef de voûte, après avoir suffisamment écarté le cintre en son centre. Le principal inconvénient d'un tel dispositif de mise en place est qu'il nécessite une manipulation complexe de chaque voussoir, à l'aide d'un bras articulé sophistiqué. En outre s'agissant d'une construction souterraine, il est impératif que l'arc de voûte soit mis en place en un temps limité à environ deux heures, à partir du moment où l'emplacement de l'arc a été creusé, afin d'éviter tout risque d'affaissement de terrain. Par conséquent, les mouvements du bras articulé doivent être suffisamment rapides pour que tous les voussoirs soient mis en place à temps. Etant donné la charge que représente un voussoir, le bras articulé doit disposer d'une puissance installée importante. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un dispositif qui est utilisé pour mettre en place un arc de voûte, mais qui pallie les inconvénients constatés. Cet objectif est parfaitement atteint par le dispositif de l'invention qui permet la mise en place d'un demi-arc de voûte sur son appui, et qui de manière caractéristique comprend - un demi-cintre qui est solidaire, selon un axe de pivotement sensiblement horizontal, d'une console de réglage fixée à proximité de l'embase de l'appui, et qui est apte à supporter fixement les voussoirs constituant le demi-arc de voûte, - des moyens de levage comportant une surface d'appui, et permettant lorsque ladite surface d'appui est en contact avec le sol, de mettre le demicintre en rotation selon l'axe de pivotement, entre une position basse dans laquelle on dispose sur le demi-cintre les voussoirs constituant le demi-arc de voûte, et une position haute, la console étant réglée de telle sorte que le demi-arc de voûte est positionné sur son appui lorsque le demi-cintre est sensiblement en position haute. Etant donné que le demi-cintre est en position basse lorsqu'il est chargé avec les voussoirs, la mise en place de chaque voussoir est plus facile et plus rapide. En outre ce gain de temps au niveau du chargement des voussoirs sur le demi-cintre permet d'effectuer une levée lente du demicintre chargé, pour le mettre en position haute. Les moyens de levage n'ont donc pas besoin d'une puissance installée très importante pour pouvoir fonctionner. La console de réglage permet de régler très précisément la position de l'axe de pivotement du demi-cintre. Ce réglage peut être avantageusement effectué préalablement à la mise en place du demi-cintre sur la console. De préférence, le dispositif de l'invention comporte des moyens de verrouillage du premier voussoir qui est positionné sur le demi-cintre, et qui vient en contact avec l'embase de l'appui lorsque le demi-arc est mis en place. De la sorte ce premier voussoir sert de voussoir de référence pour le positionnement des autres voussoirs. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif de l'invention comprend également un bras de stabilisation, dont une première extrémité comporte la surface d'appui destinée à venir en contact avec le sol, et dont la seconde extrémité est solidaire du demi-cintre. Avantageusement, la seconde extrémité du bras de stabilisation est montée pivotante et les moyens de levage sont fixés au bras de stabilisation. Dans ce cas, la surface d'appui du bras de stabilisation fait également office de surface d'appui des moyens de levage. De plus, il est possible de relever le bras de stabilisation, à l'aide des moyens de levage, lorsque le demi-cintre est maintenu en position haute par un moyen autre que les moyens de levage. Plus particulièrement, les moyens de levage comportent au moins un vérin hydraulique. Afin de faciliter la mise en place de chaque voussoir sur le demicintre, le dispositif de l'invention comporte de préférence un tiroir mobile monté coulissant à l'intérieur du demi-cintre et pouvant supporter un voussoir, et des moyens de déplacement du tiroir le long du demi-cintre de manière à permettre le positionnement de chaque voussoir l'un après l'autre, à partir de l'extrémité du demi-cintre qui est opposée à l'axe de pivotement. Dans ce cas, la mise en place d'un voussoir nécessite simplement l'utilisation d'un palan. Plus particulièrement, les moyens de déplacement du tiroir comportent au moins un vérin hydraulique dont une extrémité est fixée au demi-cintre, et dont l'autre extrémité est fixée au tiroir. Afin de permettre un blocage en position des voussoirs qui sont chargés sur le demi-cintre, le bord extérieur du tiroir, qui est opposé à l'axe de pivotement, est surélevé. En utilisant deux dispositifs de l'invention pour mettre en place indépendamment deux demi-arcs de voûte, il est possible de réaliser la mise en place d'un arc de voûte entier. L'invention a donc pour autre objet un procédé de construction d'un arc de voûte entre deux appuis, au moyen d'un premier et deuxième dispositifs de mise en place de l'invention. De manière caractéristique, ce procédé consiste, après avoir fixé et réglé les consoles de réglage des deux dispositifs, à effectuer la succession d'étapes suivantes a) mettre en place le demi-cintre du premier et deuxième dispositifs de telle sorte qu'ils soient respectivement en position basse et haute, la surface d'appui des moyens de levage de chaque dispositif étant en contact avec le sol, b) effectuer le chargement du demi-cintre du premier dispositif avec les voussoirs de manière à former un premier demi-arc de voûte; c) relever le demi-cintre du premier dispositif en position haute; d) descendre le demi-cintre du deuxième dispositif en position basse; e) effectuer le chargement du demi-cintre du deuxième dispositif avec les voussoirs de manière à former un second demi-arc de voûte; f) relever le demi-cintre du deuxième dispositif en position haute; g) descendre légèrement les demi-cintres des deux dispositifs jusqu'à la mise en butée des deux demi-arcs de voûte; h) consolider l'arc de voûte mis en place à l'étape g). L'étape h) de consolidation de l'arc de voûte est connue, et consiste par exemple à effectuer un calage du premier voussoir de chaque demi-arc de voûte à l'aide d'une résine, puis dans le cas d'une construction souterraine, à effectuer un remplissage de l'espace existant entre les voussoirs et la voûte du terrain en y projetant du béton, et enfin à mettre en pression le poussoir constituant la clef de voûte.. En réitérant le procédé de l'invention, il est possible de réaliser une voûte complète, constituée par la juxtaposition de plusieurs arcs de voûte. S'agissant de deux dispositifs comportant un bras de stabilisation pouvant être relevé a l'aide des moyens de levage, le procédé de l'invention comporte de préférence, après l'étape h),les deux étapes supplémentaires suivantes i) amener les deux demi-cintres en butée l'un contre l'autre, après les avoir éventuellement déverrouillés; j) relever les bras de stabilisation des deux dispositifs à l'aide des moyens de levage. Lorsque la mise en place d'un arc de voûte est achevée, les deux demi-cintres sont en butée l'un contre l'autre, et se maintiennent réciproquement en position. Pour mettre en place l'arc de voûte suivant, on positionne les demi-cintres en les faisant glisser jusqu'aux deux consoles suivantes, qui jouxtent les deux consoles ayant précédemment servi lors de la mise en place de l'arc de voûte. Le relevage du bras de stabilisation permet d'une part de libérer l'espace au niveau des appuis des arcs de voûte, et d'autre part de faciliter le positionnement par glissement de chaque demi-cintre sur la console suivante. Dans ce cas l'étape a) consiste à solidariser le demi-cintre de chaque dispositif et la console de réglage correspondante, après l'avoir positionné sur la console suivante, puis à mettre en contact avec le sol la surface d'appui des moyens de levage de chaque dispositif, et enfin à amener le demi-cintre du premier dispositif en position basse et le demi-cintre du deuxième dispositif en position haute. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation de deux dispositifs de l'invention et de leur utilisation pour la construction d'une voûte souterraine, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 3 illustrent les étapes principales du procédé de construction d'un arc de voûte, du type Jacobson. On a représenté à la figure 1 une galerie souterraine 1 d'axe central 1 a, en cours d'excavation, et délimitée par une voûte de terrain 2a et le sol 2b , qui forme une butte centrale 2c, communément appelée merlon. Au fur et à mesure que l'on creuse la galerie souterraine, on met en place, de part et d'autre de la galerie, des appuis 3a et 3b en béton, qui sont destinés à supporter un arc de voûte, par l'intermédiaire respectivement de leur embase 4a, 4b inclinée . La mise en place des arcs de voûte doit être effectuée au fur et à mesure que l'on creuse la galerie, de manière à éviter un affaissement de la voûte de terrain 2a. Pour effectuer la mise en place d'un arc de voûte entre les deux appuis 3a et 3b, on utilise deux dispositifs 5a et 5b identiques, qui sontfixés en regard l'un de l'autre, symétriquement par rapport à l'axe central la de la galerie, au niveau respectivement des appuis 3a et3b. Conformément à l'invention, le premier dispositif 5a de mise en place d'un demi-arc de voûte comporte un demi-cintre 6a monté pivotant, selon un axe de pivotement 7a sensiblement horizontal, sur une console de réglage 8a, qui est ancrée dans l'appui 3a, à proximité de l'embase 4a de l'appui, au moyen de tiges filetées 9a. L'extrémité d'articulation du demi-cintre 5a correspondant à l'axe de pivotement 7a est bloquée en translation à l'aide d'un anneau de verrouillage 10a, qui permet de solidariser le demi-cintre 5a et la console de réglage 8a. L'axe de pivotement 7a doit être positionné de manière très précise, avec une tolérance de l'ordre du millimètre, de manière à permettre un positionnement précis du demi-arc de voûte lors de sa mise en place. Ce réglage précis de la position de l'axe de pivotement 7a est obtenu par l'intermédiaire de deux vis de réglage I la et 12a, qui permettent d'obtenir une translation de l'axe de pivotement 7a dans les directions X et Y. Pour réaliser le positionnement de l'axe de pivotement 7a, il est donc nécessaire au préalable de choisir correctement la position d'ancrage dans l'appui 3a de la console de réglage 8a, avec une tolérance qui dépend de la course des vis de réglage lia et 12a, puis de terminer le positionnement de l'axe de pivotement 7a à l'aide des vis Il a et 12a. Ce réglage de la console 8a peut être avantageusement réalisé avant que l'on ne mette en place le demi-cintre 5a sur la console 8a. Le premier dispositif 5a comprend également un bras de stabilisation 13a dont une première extrémité est solidaire du demi-cintre 6a par l'intermédiaire d'un axe de pivotement 14a, sensiblement horizontal, et dont l'autre extrémité est équipée d'un patin 15a définissant une surface d'appui 16a, qui est en contact avec le sommet de la butte 2c. Ce bras de stabilisation 1 3a est également relié au demi-cintre 6a par l'intermédiaire d'un vérin hydraulique 1 7a, les extrémités 1 8a et 1 9a du vérin étant montées libres en rotation selon deux axes horizontaux. En mettant en action le vérin hydraulique 17a, il est donc possible de lever le demicintre 6a, en le faisant pivoter vers le haut, l'extrémité 1 9a du vérin prenant appui sur le sommet de la butte 2c par l'intermédiaire de la face d'appui 16a du patin 15a du bras de stabilisation 13a. La surface-d'appui 16a du patin doit être suffisamment grande, compte-tenu de la charge subie par le vérin pour que le patin ne s'enfonce pas à la surface de la butte. A l'intérieur du demi-cintre 6a est monté coulissant un tiroir 20a . Afin de pouvoir faire coulisser ce tiroir à l'intérieur du demi-cintre 6a, le premier dispositif 5a est en outre équipé d'un vérin hydraulique 21a dont une première extrémité 22a est solidaire du tiroir 20a ,l'autre extrémité 23a étant fixée sous le demi-cintre 6a. Les extrémités 22a et 23a de ce vérin hydraulique 21a étant montées libres en rotation selon deux axes de rotation sensiblement horizontaux. Le deuxième dispositif 5b, pour la mise en place d'un demi-arc de voûte , est identique au premier dispositif 5a, et ne sera donc pas décrit. Cependant, par souci de clarté, les éléments 6b, 7b, 8b,..., constituant le deuxième dispositif 5b correspondent sur la figure 1 aux éléments référencés 6a,7a,8a,..., qui constituent le premier dispositif 5a, et qui ont été décrits ci-dessus. Si l'on se réfère à la figure 1, le vérin hydraulique 1 7b du dispositif 5b est en position détendue , et maintient le demi-cintre 6b du dispositif en position haute. Au contraire, le vérin hydraulique 17a du premier dispositif 5a est dans une position telle que le demi-cintre 6a du premier dispositif 5a est en position basse. Le procédé de mise en place d'un arc de voûte entre les deux appuis 3a et 3b, à l'aide des dispositifs 5a et 5b est le suivant. Les voussoirs constituant l'arc de voûte sont amenés successivement à l'aide d'un monorail 24, au centre de la galerie jusqu'à l'emplacement de mise en place de l'arc de voûte. Ensuite, à l'aide drun palan 25 on charge le demicintre 6a du premier dispositif, à partir de son extrémité opposée à l'axe de pivotement 7a, avec les voussoirs 26a constituant un premier arc de voûte. A chaque fois qu'un voussoir est posé à l'extrémité de chargement du cintre 6a, on le fait coulisser dans le sens de la flèche F à l'aide du tiroir 20a, de manière à libérer un emplacement suffisant sur l'extrémité de chargement, pour le voussoir suivant. Les voussoirs 26a qui sont supportés par le demicintre 6a progressent donc à chaque chargement d'un voussoir dans le sens de la flèche F. Le bord extérieur 27a du tiroir 20a, qui est opposé à l'axe de pivotement 7a sert de butée lors de la mise en place des voussoirs sur le demi-cintre 6a. Le premier dispositif 5a comporte des moyens de verrouillage 28a, du type goupille de verrouillage, qui permettent un blocage en position du premier voussoir 26a qui a été chargé sur le demi-cintre, et qui est destiné à venir en contact avec l'embase 4a de l'appui 3a. Cette goupille de verrouillage 28a est mise en place, une fois que le chargement du premier arc de voûte sur te demi-cintre 6a est terminé. Le premier voussoir qui est bloqué en position par la goupille de verrouillage 28a sert de voussoir de référence pour le positionnement des autres voussoirs 26a constituant le premier arc de voûte. Une fois que le premier voussoir a été verrouillé en position, on amène le demi-cintre 6a en position haute, à l'aide du vérin hydraulique 17a, tel que cela est illustré à la figure 2. Le premier demi-arc de voûte ainsi mis en position haute , est constitué de six voussoirs 26a, et d'un voussoir 28 particulier, faisant office de clé de voûte. Une fois que le demi-cintre 6a a été placé en position haute , on amène le demi-cintre 6b du deuxième dispositif 5b en position basse à l'aide du vérin 17b , et on effectue le chargement de ce demi-cintre, de la même manière que pour le demi-cintre 6a, avec des voussoirs 26b, en sorte de constituer un deuxième demi-arc de voûte. Ensuite on remet le demi-cintre 6b en position haute, à l'aide du vérin 17b. Pour pouvoir remettre le demi-cintre 6b en position haute, il est nécessaire que les deux demi-arcs de voûte soient séparés par un espace 29 de largeur suffisante pour permettre le passage du deuxième demi-arc de voûte , lorsqu'il est amené en position haute. Pour constituer l'arc de voûte à l'aide des deux demi-arcs de voûte, il est donc nécessaire de baisser légèrement les demi-cintres 6a et 6b de ta même hauteur, de manière à amener les deux demi-arcs de voûte qu'ils supportent, en butée l'un contre l'autre, tel que cela est illustré à la figure 3. Ensuite, après avoir aligné les voussoirs de chaque demi-arc de voûte sur le premier voussoir qui est verrouillé en position, à t'aide du tiroir on effectue une consolidation de la voûte. L'étape de consolidation de la voûte consiste à injecter de la résine au niveau des embases 4a et 4b des appuis 3a et 3b, de manière à caler chaque premier voussoir des deux demi-arcs, puis à injecter du béton dans l'espace 30 existant entre la voûte de terrain 2a et l'arc de voûte mis en place, et enfin à mettre en pression la clé de voûte 28. Une fois cette étape de consolidation effectuée, on descend les deux cintres 6a et 6b jusqu'à ce qu'ils viennent en butée l'un contre l'autre, puis on ramène les bras de stabilisation 13a et 13b contre respectivement les demi-cintres 6a et 6b, en mettant en action les vérins hydrauliques 17a et 17b. Les deux dispositifs 5a et 5b sont alors dans la position illustrée à la figure 3. Une fois ces opérations terminées, on déverrouille les goupilles de verrouillage 28a et 28b des dispositifs 5a et 5b, on désolidarise chaque demi-cintre 6a et 6b de leurs consoles respectives 8a et 8b, en déverrouillant les anneaux de verrouillage 1 Oa et 1 Ob, puis on fait glisser simultanément les demi-cintres 6a et 6b jusqu'aux deux consoles suivantes qui ont été préalablement réglées et fixées. Une fois que les demi-cintres sont positionné sur leurs consoles respectives, on les verrouille en position à l'aide de l'anneau de verrouillage de chaque console, puis on déplie les bras de stabilisation 1 3a et 1 3b à l'aide respectivement des vérins 17a, 17b, jusqu'à ce que les patins 15a et 15b viennent en contact avec le sommet de la butte 2c. Une fois que ces patins 16a et 16b sont en contact avec le sol, on utilise le vérin 17b pour mettre en position l'autre demi-cintre 6b du dispositif 5b. Les deux dispositifs 5a et 5b se retrouvent dans la position de la figure 1, et peuvent être utilisés pour mettre en place l'arc de voûte suivant. En réitérant les opérations qui viennent d'être décrites, on réalise ainsi au fur et à mesure de l'excavation de la galerie souterraine, la mise en place de la voûte de soutènement de cette galerie. L'invention n'est pas limitée à la construction d'un arc de voûte plein cintre. On peut en effet sans pour autant sortir du cadre de l'invention adapter la forme du demi-cintre des dispositifs de mise en place d'un demi arc de voûte de l'invention, de manière à permettre la construction d'un arc de voûte de type différent. Il est également possible d'utiliser les dispositifs de l'invention pour construire une voûte à ciel ouvert. REVENDICATIONS 1. Dispositif (5a) de mise en place d'un demi-arc de voûte sur son appui (3a) caractérisé en ce qu'il comprend: - un demi-cintre (6a) qui est solidaire, selon un axe de pivotement (7a) sensiblement horizontal, d'une console de réglage (8a) fixée à proximité de l'embase (4a) de l'appui (3a), et qui est apte à supporter fixement les voussoirs (26a) constituant le demi-arc de voûte, - des moyens de levage comportant une surface d'appui, et permettant lorsque ladite surface d'appui est en contact avec le sol, de mettre le demicintre (6a) en rotation selon l'axe de pivotement (7a), entre une position basse dans laquelle on dispose sur le demi-cintre (6a) les voussoirs constituant le demi-arc de voûte, et une position haute, la console (8a) étant réglée de telle sorte que le demi-arc de voûte est positionné sur son appui (3a) lorsque le demi-cintre (6a) est sensiblement en position haute. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de verrouillage (28a) du premier voussoir qui est positionné sur le demi-cintre (6a), et qui vient en contact avec l'embase (4a) de l'appui (3a) lorsque le demi-arc est mis en place. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bras de stabilisation (13a), dont une première extrémité comporte une surface d'appui (16a) destinée à venir en contact avec le sol, et dont la seconde extrémité est solidaire du demi-cintre (6a). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la seconde extrémité du bras de stabilisation (13a) est montée pivotante et en ce que les moyens de levage sont fixés au bras de stabilisation. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de levage comportent au moins un vérin hydraulique (17a). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tiroir mobile (20a) monté coulissantà l'intérieur du demi-cintre (6a) et pouvant supporter un voussoir, et des moyens de déplacement du tiroir (20a) à l'intérieur du demi-cintre (6a), de manière à permettre le positionnement de chaque voussoir l'un après l'autre, à partir de l'extrémité du demi-cintre (6a) qui est opposée à l'axe de pivotement (7a). 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens de déplacement du tiroir (20a) comportent au moins un vérin hydraulique (21 a) dont une extrémité (23a) est fixée au demi-cintre (6a), et dont l'autre extrémité (22a) est fixée au tiroir (20a). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le bord extérieur (27a) du tiroir, qui est le plus éloigné de l'axe de pivotement (7a), est surélevé pour permettre un blocage en position des voussoirs (26a) constituant le demi-arc de voûte. 9. Procédé de construction d'un arc de voûte entre deux appuis7 au moyen d'un premier (5a) et deuxième (5b) dispositifs de mise en place visés à l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste, après avoir fixé et réglé les consoles de réglage (8a, 8b) des deux dispositifs, à effectuer la succession d'étapes suivantes a) mettre en place les demi-cintres (6a, 16b) du premier et deuxième dispositifs de telle sorte qu'ils soient respectivement en position basse et haute, la surface d'appui des moyens de levage de chaque dispositif étant en contact avec le sol, b) effectuer le chargement du demi-cintre (6a) du premier dispositif avec les voussoirs (26a) de manière à former un premier demi-arc de voûte, c) relever le demi-cintre (6a) du premier dispositif en position haute, d) descendre le demi-cintre (6b) du deuxième dispositif en position basse e) effectuer le chargement du demi-cintre (6b) du second dispositif avec les voussoirs (26b) de manière à former un second demi-arc de voûte, f) relever le demi-cintre (6b) du deuxième dispositif en position haute, g) descendre légèrement les demi-cintres (6a, 6b) des deux dispositifs jusqu'à la mise en butée des deux demi-arcs de voûte, h) consolider l'arc de voûte mis en place à l'étape g), I O. Procédé de construction d'un arc de voûte selon la revendication 9, au moyen de deux dispositifs de mise en place visés à la revendication 4 caractérisé en ce qu'il consiste en outre, après l'étape h), à effectuer les deux étapes supplémentaires suivantes: i) amener les deux demi-cintres en butée l'un contre l'autre, après les avoir éventuellement déverrouillés; j) relever le bras de stabilisation à l'aide des moyens de levage.