Brevet FR2794797A1 — publié le 20001215

PROCEDE DE MISE EN OEUVRE D'UN TUNNELIER La présente invention concerne un procédé de mise en #uvre d'un tunnelier comportant une jupe cylindrique à l'avant de laquelle est disposé un bouclier lui-même précédé d'une roue de coupe, procédé selon lequel on assure la progression du front de coupe par étapes grâce à un ensemble de vérins exerçant une poussée entre ledit bouclier et le chant du dernier d'une série de voussoirs mis en place à chacune de ces étapes pour étayer le tunnel au fur et à mesure de son creusement. On sait que pour creuser un tunnel en présence d'eau et/ou dans un terrain instable, on doit créer un "sas" de démarrage entre le tunnel en cours de creusement et l'extérieur, pour faire passer le tunnelier de la pression extérieure p=0 à la pression p plus ou moins élevée régnant dans le terrain. Actuellement existent essentiellement deux solutions. A la figure 1 du dessin ci-annexé on a représenté schématiquement en coupe axiale une machine de creusement d'un tunnel, ou tunnelier, du type utilisable dans le procédé susdéfini, selon une première solution. Sur ce dessin, le tunnelier comporte une roue de coupe 1, un bouclier 2 délimitant une chambre d'abattage, et une jupe cylindrique 3, et a été installé dans une "chambre d'attaque" constituée par un avant-trou bétonné 4. La progression du front de taille 5 est assurée par la poussée de vérins schématisés en 6 et prenant appui, dans l'étape de démarrage, sur un anneau de démarrage 7 et ensuite sur le chant d'un premier voussoir 8. L'étanchéité entre l'intérieur de la chambre d'attaque et l'extérieur est assurée d'une part par un joint à lèvres périphériques 9 installé entre la jupe cylindrique 3 et la surface extérieure du dernier voussoir mis en place (sur le dessin, il s'agit du premier voussoir 8), et d'autre part par un système 10 de joint d'étanchéité et de retenue de l'anneau de démarrage 7, installé à la sortie de l'avant- trou 4. L'autre solution connue a été représentée à la figure 2, également en coupe axiale schématique. Le procédé mis en ceuvre ici ne nécessite pas de creuser un avant-trou bétonné. Pour ce faire, on installe à l'extérieur de la zone à creuser un bâti de poussée 11 sur lequel prennent appui un anneau de démarrage 12 et une série de voussoirs 13 destinés à étayer le tunnel en cours de creusement. La roue de coupe, le bouclier, la jupe cylindrique et les vérins de poussée ont été désignés par les mêmes références que sur la figure 1. Enfin on a établi entre la jupe cylindrique 3 et un tympan de démarrage 14 d'une part, le dernier voussoir 13d d'autre part, un double système d'étanchéité - à lèvres périphériques 15, 16, assurant l'étanchéité entre l'intérieur du tunnel en cours de creusement et l'extérieur. L'inconvénient de ces procédés de démarrage de creusement connus réside dans le fait qu'ils ne fonction nent correctement que dans certaines conditions, notamment avec une pression p relativement faible, et nécessitent un traitement de terrain préparatoire. Ils peuvent aussi ne pas fonctionner correctement et provoquer des désordres plus ou moins graves (fontis, tassement, arrivée d'eau en galerie, voire débourrage) qui de toute façon ont pour conséquences un ralentissement au démarrage, des dépenses qui ne sont pas toujours prises en considération par la maîtrise d'#uvre et surtout des risques accrus pour le personnel. Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients, en particulier dans un horizon très fracturé sur de grandes longueurs, avec masses d'eau importantes à proximité, ainsi que des pressions allant jusqu'à 3 bars en statique et 4 bars en dynamique. A cet effet, un procédé de creusement de tunnel conforme à l'invention, du type général défini au début, est caractérisé en ce que pour l'opération de démarrage dudit creusement, on établit à l'entrée du tunnel un tympan de démarrage en béton, on fixe dans ce tympan un système d'étanchéité comportant d'une part une virole en liaison étanche avec le tympan et d'autre part au moins deux lèvres périphériques espacées l'une de l'autre, en saillie radiale dans le tunnel, on engage ladite roue de coupe et le bouclier du tunnelier dans ce système d'étanchéité, avec lequel coopère ensuite la jupe du tunnelier, on met en #uvre ladite roue pour faire progresser le front de coupe jusqu'à ce que soit possible l'établissement d'un voussoir au droit de la sortie dudit tympan, et l'on établit à cet emplacement un anneau de confinement clôturant l'espace entre ladite virole du tympan et le voussoir précité, ensuite de quoi on poursuit l'avancement du creusement du tunnel de la façon connue. De la sorte, et comme ceci sera mieux vu par la suite en même temps que d'autres avantages, on réalise une étanchéité au niveau de la roue du tunnelier et l'on évite que l'eau et les matériaux ne viennent occuper l'espace compris entre cette roue et les systèmes d'étanchéité prévus à 1a sortie du tunnel en cours de creusement, ce qui, avec les procédés connus, favorisait les fontis, tassements et autres désordres mentionnés plus haut. En outre, cela permet un contrôle visuel des fuites possibles. Selon une autre disposition de l'invention, le procédé peut encore être caractérisé en ce qu'après que le tunnelier a quitté la zone dudit système d'étanchéité on injecte derrière sa jupe cylindrique une matière de scel lement dans chacune des chambres annulaires séparant deux lèvres périphériques espacées successives dudit système d'étanchéité ainsi que dans l'espace qui est ménagé entre ladite virole du tympan et le voussoir correspondant et qui à l'arrière est limité par ledit anneau de confinement. Ainsi, on assure une rigidification et une étan chéité définitives et sécurisantes au niveau de l'entrée du tunnel, alors que l'étanchéité à ce niveau pendant l'introduction du tunnelier peut être assurée extérieure ment par des moyens démontables à joints à lèvres périphé riques de tout type connu. A cet effet et selon une caractéristique complé mentaire de l'invention, le procédé peut encore être caractérisé en ce que pendant la phase d'introduction du tunnelier dans le tunnel en court de creusement, on assure à l'extérieur l'étanchéité grâce à deux couronnes dont la première est boulonnée sur ledit tympan et porte intérieu rement un premier joint à lèvres en contact d'étanchéité avec la jupe cylindrique du tunnelier, et dont la seconde est reliée par boulonnage à la première et porte intérieu rement un second joint à lèvres en contact d'étanchéité avec les voussoirs. Egalement de façon classique, on peut prévoir que l'on assure l'étanchéité de l'espace annulaire ménagé entre la jupe cylindrique du tunnelier et la surface extérieure des voussoirs grâce à des joints annulaires à faisceaux métalliques graissés connus en eux-mêmes. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif avec référence aux autres figures du dessin ci-annexé, qui sont des vues partielles en coupe axiale - la figure 3 montre l'opération de mise en place du tunnelier à l'intérieur de la virole du tympan ; - la figure 4 montre la mise en oeuvre des moyens d'étanchéité extérieurs à l'arrière du tunnelier ; - la figure 5 montre une position intermédiaire après établissement dudit anneau de confinement ; et - la figure 6 montre la position finale atteinte au niveau du tympan, après scellement complet. Sur les figures 3 à 6, le tunnelier a encore été représenté schématiquement, et ses différentes parties sont désignées 1 à 3 avec la même signification que dans les figures 1 et 2. Le tympan de démarrage constitué à l'entrée du tunnel a été référencé 14' et est équipé intérieurement d'une virole métallique 17 maintenue en liaison étanche avec ce tympan grâce à des joints hydrogonflants et des connecteurs d'accrochage 18. La référence 19 désigne un tube de décharge permettant l'écoulement des matériaux à l'extérieur sous l'effet de la pression du terrain, et pourvu à son extrémité extérieure d'une vanne 20. A l'intérieur de la virole 17 sont fixés par exemple trois rails circulaires profilés 21 maintenus en place par des cales filantes 22, avec intercalation de raidisseurs 23. Dans chacun de ces trois rails est fixé un joint d'étanchéité à lèvre classique graissée 241, 242, 243. Sur la figure 3 on a montré le joint 241 déformé par l'avancée de la roue de coupe 1. Les autres parties de la figure 3 seront décrites plus bas. Pendant cette phase de mise en place du tunnelier, l'étanchéité à sa partie arrière peut être assurée 1) par une première couronne 251 boulonnée sur des moyens d'ancrage 26 au tympan 14' et portant intérieurement un premier joint à lèvres 271 en contact d'étanchéité avec la jupe cylindrique 3 du tunnelier ; 2) par une seconde couronne 252 portant intérieurement un second joint à lèvres 272 en contact d'étanchéité avec la surface extérieure des voussoirs en béton 28. Ces deux couronnes 251 et 252 sont reliées l'une à l'autre par boulonnage sur une cerce intermédiaire 29. La phase de creusement qui suit celle qui est illustrée à la figure 3 est illustrée à la figure 5 et montre les trois joints à lèvre 241, 24é et 243 en appui d'étanchéité sur la jupe 3 du tunnelier. Ces joints définissent entre eux deux chambres de confinement C qui peuvent être emplies de graisse par injection par des tubes d'injection 37 traversant le tympan 14' et la virole 17, et débouchant à travers les raidisseurs 23 mentionnés plus haut. On voit que toute entrée de matériau derrière le tunnelier et autour des voussoirs sous l'effet de la pression est ainsi interdite. Par ailleurs, on a représenté en 30 (voir aussi les figures 4 et 6) des joints annulaires à faisceaux métalliques classiques graissés à la main, assurant l'étanchéité entre la jupe cylindrique 3 et la surface extérieure des voussoirs 28 pendant l'avancement du tunnelier. Conformément à une disposition complémentaire importante de l'invention, on peut à ce stade établir un anneau de confinement bétonné 31 à l'entrée du tympan 14', pour combler complètement et de manière étanche et définitive l'espace annulaire ménagé entre la virole 17 et le voussoir 28 correspondant. La coulée du béton de l'anneau 31 peut intervenir à l'intérieur d'un caisson d'acier constitué de deux cerces plates 32, constituant coffrage perdu, soudées entre des cornières cintrées 33 elles-mêmes soudées à la virole 17 d'une part, et des cornières 34 ancrées sur le voussoir 28 d'autre part. Enfin, on a montré à la figure 6 la possibilité d'injecter derrière une plaque conique 35 de la jupe 3 du tunnelier une matière de scellement 36 analogue à celle de l'anneau de confinement 31, dans chacune des deux chambres annulaires C qui séparent deux lèvres périphériques successives 243 et 242, 242 et 241, de même que dans l'espace ménagé entre la plaque 35 et la lèvre 243, et dans celui qui s'étend entre la lèvre 241 et le caisson de l'anneau 31, de sorte à parfaire la rigidité et l'étanchéité statique entre la virole 17 et les voussoirs 28. Cette matière de scellement 36 est injectée dans ces espaces annulaires C grâce aux tubes d'injection 37 mentionnés plus haut. I1 est à noter, outre les avantages déjà indiqués, que ce procédé peut être adapté à tout type de confinement, liquide, solide ou gazeux, ceci tout en évitant les risques habituels ainsi que les longs travaux que l'on doit sous-traiter et qui sont coûteux. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en ceuvre d'un tunnelier comportant une jupe cylindrique (3) à l'avant de laquelle est disposé un bouclier (2) lui-même précédé d'une roue de coupe (1), procédé selon lequel on assure la progression du front de coupe (5) par étapes grâce à un ensemble de vérins (6) exerçant une poussée entre ledit bouclier (2) et le chant du dernier d'une série de voussoirs (8) mis en place à chacune de ces étapes pour étayer le tunnel au fur et à mesure de son creusement, caractérisé en ce que pour l'opération de démarrage dudit creusement, on établit à l'entrée du tunnel un tympan de démarrage en béton (14'), on fixe dans ce tympan un système d'étanchéité comportant d'une part une virole (17) en liaison étanche avec le tympan (14') et d'autre part au moins deux lèvres périphériques espacées l'une de l'autre (241, 242,...) en saillie radiale dans le tunnel, on engage ladite roue de coupe (1) et le bouclier (2) du tunnelier dans ce système d'étanchéité, avec lequel coopère ensuite la jupe (3) du tunnelier, on met en #uvre ladite roue (1) pour faire progresser le front de coupe (5) jusqu'à ce que soit possible l'établissement d'un voussoir (28) au droit de la sortie dudit tympan (14'), et l'on établit à cet emplacement un anneau de confinement (31) clôturant l'espace entre ladite virole (7) du tympan et le voussoir (28) précité, ensuite de quoi on poursuit l'avancement du creusement du tunnel de la façon connue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte de la graisse dans chacune des chambres de confinement annulaires (c) séparant deux lèvres périphériques successives (241, 242, ...) dudit système d'étanchéité. 3 Procédé selon 1a revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'après que le tunnelier a quitté la zone dudit système d'étanchéité on injecte derrière sa jupe cylindrique (3) une matière de scellement (3ô) dans chacune des chambres de confinement annulaires (C) séparant deux lèvres périphériques successives (241, 242, ... ) dudit système d'étanchéité ainsi que dans l'espace qui est ménagé entre ladite virole (17) du tympan (14') et le voussoir (28) correspondant et qui à l'arrière est limité par ledit anneau de confinement (31). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant la phase d'introduction du tunnelier dans le tunnel en court de creusement, on assure à l'extérieur l'étanchéité grâce à deux couronnes (251, 252) dont la première (25,_) est boulonnée sur ledit tympan (14') et porte intérieurement un premier joint (271) à lèvres en contact d'étanchéité avec la jupe cylindrique (3) du tunnelier, et dont la seconde (252) est reliée par boulonnage à la première et porte intérieurement un second joint (272) à lèvres en contact d'étanchéité avec les voussoirs (28). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisé en ce que l'on assure l'étanchéité de l'espace annulaire ménagé entre la jupe cylindrique (3) du tunnelier et la surface extérieure des voussoirs (28) grâce à des joints annulaires à faisceaux métalliques graissés (30) connus en eux-mêmes.