Brevet FR2917776A1 — publié le 20081226

VOUSSOIRS DE REVETEMENT DE TUNNEL ET PROCEDE DE MAINTENANCE DE LA JUPE D'UN TUNNELIER DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative aux tunneliers à boucliers utilisés pour 5 creuser des tunnels dans des sous-sols. Les tunneliers à bouclier ont une structure générale classiquement connue. Ils comportent le plus souvent, ainsi qu'illustré sur la figure 1 : - une tête d'abattage 1 dans laquelle est logée une roue de coupe, - un bouclier cylindrique 2 qui s'étend sur une certaine longueur derrière io la tête d'abattage 1, - une chambre d'abattage 3 dans laquelle les déblais du terrain sont évacués, - une cloison interne étanche 4 pour maintenir la pression de confinement du terrain devant elle, 15 - des vérins de poussée 5 qui, prenant appui sur le revêtement du tunnel, font progresser le tunnelier, - une jupe 6 à l'arrière du bouclier 2, - un joint de queue 7 qui assure l'étanchéité entre ladite jupe 6 et le revêtement du tunnel, 20 - un ou des sas 8 pour l'accès à la chambre d'abattage 1, - un ensemble érecteur 9 pour la manipulation et la mise en place de secteurs (voussoirs V), habituellement en béton armé, qui constituent le revêtement de tunnel, - un système (circuit de marinage hydraulique, vis, convoyeur, ...) 10 pour 25 l'extraction des déblais évacués depuis la chambre d'abatage 3, Avec une telle machine, le soussol est creusé par la tête d'abattage 1, tandis que les déblais qui en résultent sont évacués à l'intérieur du tunnel. Au fur et à mesure de son avancement, la machine pose les secteurs ou voussoirs V pour constituer le revêtement du tunnel, la poussée de la machine et son avancement 30 étant assurés par le jeu des vérins 5. PROBLEMATIOUE GENERALE L'invention concerne quant à elle plus particulièrement la maintenance de la jupe arrière 6 et du joint de queue 7. Ce joint de queue 7 est en effet fortement sollicité, puisqu'il doit supporter la pression hydrostatique du terrain et la pression du mortier de bourrage du vide annulaire. Un tel joint de queue 7 se compose généralement, ainsi qu'illustré sur la figure 2, d'au minimum deux rangs de brosses métalliques 11 complétés le cas échéant par des écailles 12. Les rangs des brosses et écailles métalliques 11, 12 sont réparties sur le périmètre de la machine. Ils sont en appui sur l'extrados des io voussoirs V et glissent le long de celui-ci au fur et à mesure que le tunnelier avance, les espaces annulaires entre les brosses métalliques 11 et les voussoirs étant garnis sous pression de mastic. Ces éléments 11 et 12 doivent être toutefois régulièrement changés du fait de leur usure. 15 Il a en effet été constaté que, pour certains tunneliers la durée de vie du joint de queue est de 3 à 4 km de creusement. Le plus souvent, pour anticiper les risques de venue d'eau lors d'un creusement, les brosses et écailles métalliques 11, 12 de joint de queue sont inspectées et changées si nécessaire lorsque la machine traverse des stations ou 20 des puits intermédiaires. Toutefois, il existe des situations où il n'est pas possible d'utiliser de tels stations ou puits intermédiaires, soit que pour des questions de coûts, il ait été décidé de limiter le nombre des stations ou puits intermédiaires le long du tracé du tunnel (notamment, pour un tunnel sous forte couverture ou sous une rivière, le 25 coût de réalisation de ces puits ou stations peut s'avérer exorbitant) soit encore qu'une intervention soit nécessaire en raison d'un incident technique, sans qu'il ne soit possible d'attendre d'arriver à une station ou à un puits. PRESENTATION DE L'INVENTION 30 L'invention propose quant à elle une solution technique permettant d'intervenir dans ce type de situation. Notamment, elle propose une solution permettant d'intervenir depuis le tunnel uniquement. Elle se propose à cet effet d'utiliser les techniques de congélation de terrain. La congélation de terrain est une technique classiquement utilisée par les terrassiers pour stabiliser des zones de terrain sur lesquelles ils souhaitent pouvoir intervenir. L'invention propose quant à elle une technique permettant de mettre en oeuvre une telle congélation de terrain, afin de réaliser au niveau de la jupe arrière du tunnelier une étanchéité permettant d'intervenir sur les brosses et/ou écailles de la machine, notamment pour les changer. Plus particulièrement, l'invention propose d'utiliser des voussoirs d'anneau io comportant une ou plusieurs conduites de congélation. Ainsi, préalablement aux opérations de maintenance, on met en place au voisinage de l'extrémité de la jupe un anneau de revêtement comportant des voussoirs de ce type et on congèle annulairement le terrain au voisinage de l'extrémité de la jupe par injection d'un fluide de congélation dans les conduites 15 desdits voussoirs. Dans le cas de voussoirs en béton, on complète avantageusement cette congélation par une congélation annulaire réalisée par une injection d'un fluide de congélation dans une ou plusieurs conduites disposées à l'extrémité de la jupe du tunnelier. 20 On s'est toutefois aperçu que dans le cas de voussoirs en matériau de conductivité thermique supérieure à celle du béton (métal, acier, fonte, ...), les opérations de maintenance pouvaient être mises en oeuvre sans congélation complémentaire. 25 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà discutée, est une représentation en coupe d'une machine 30 de type tunnelier connue dans son principe général dans l'état de la technique ; - la figure 2, également déjà discutée, est une représentation schématique d'un détail de la figure 1 (zone entourée sur ladite figure 1), illustrant la disposition des brosses et écailles sur la jupe du tunnelier ; - la figure 3 est une représentation schématique en coupe de l'arrière du tunnelier de la figure 1, sur laquelle on a représenté les zones de la congélation réalisée au moyen de voussoirs conformes à un mode de réalisation possibles de l'invention, ainsi qu'au moyen d'un conduit de congélation circulaire disposé à l'extrémité de la jupe du tunnelier ; - la figure 4 et la figure 5 illustrent en vue en coupe la structure d'un voussoir conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention ; - la figure 6 est une représentation en vue développée des différents circuits de congélation d'un anneau de revêtement constitué de voussoirs du type de ceux io illustrés sur les figures 4 et 5 ; - les figures 7 à 10 sont des représentations analogues aux figures 3 à 6 pour un autre mode de réalisation de voussoirs ; - la figure 11 illustre différentes étapes d'un mode d'utilisation des voussoirs des figures 8 à 10 ; 15 - les figures 12 et 13 illustrent en vue en coupe et en vue développée un exemple de structure d'anneaux à voussoirs de démontage pouvant être utilisée dans les différentes étapes illustrées sur la figure 11. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION OU 20 DE MISE EN OEUVRE Comme indiqué précédemment, il est proposé de mettre en oeuvre une congélation du terrain au niveau de la jupe arrière du tunnelier. Cette congélation assure un ou plusieurs anneaux de glace entre le 25 revêtement que constituent les voussoirs V et la jupe 6, permettant dès lors d'intervenir sans difficulté sur les brosses et écailles de joint de queue 11 et 12, par exemple pour les changer. Selon un mode de mise en oeuvre possible, il est prévu pour réaliser cette congélation et ainsi qu'illustré sur la figure 3, un ou plusieurs conduits de 30 congélation 15 disposés dans des voussoirs spécifiques VS complétés éventuellement par un ou plusieurs conduits de congélation 13 disposés à l'arrière de la jupe 6 pour former un anneau de congélation circulaire à l'extrémité de celle-ci. Il peut par exemple être prévu plusieurs conduits 15 et/ou 13 s'étendant en arc en étant disposés successivement les uns derrière les autres à la périphérie des voussoirs spécifiques VS et/ou de la jupe 6 pour former ensemble un ou plusieurs anneaux circulaires. Ces différents arcs de conduit 15 et 13 sont destinés à être alimentés en parallèle par un fluide de congélation qui est par exemple de la saumure ou de l'azote liquide. L'azote liquide a l'avantage de pouvoir être transporté jusqu'au chantier par camions citerne spéciaux où elle est maintenue à une température de -196 degrés io Celsius environ, sous une pression de 5 bars environ. La circulation de l'azote dans les conduites est assurée par cette pression de 5 bars. En aval de la dernière conduite, une vanne libère l'azote devenu gazeux dans l'atmosphère à une température de -60 degrés Celsius environ. La mise en froid se fait en quelques jours. Ainsi, après installation du circuit 15 de congélation, arrêt de la machine et mise en place des moyens de contrôle, on congèle le terrain autour du revêtement du tunnel à la jonction avec la jupe. Il est alors possible de déposer les voussoirs V et d'accéder aux brosses et écailles sous pression atmosphérique. Une autre technique qui peut être utilisée est l'utilisation de la saumure. Les 20 circuits frigorifiques primaires liquéfient un fluide tel que de l'ammoniac. En se vaporisant, le fluide assure le refroidissement du liquide réfrigérant (la saumure) qui circule dans les conduites en circuit fermé. La température obtenue est alors de -20 degrés ou -30 degrés Celsius. La mise en froid nécessite quelques semaines. 25 D'autres fluides que l'azote liquide ou la saumure peuvent bien entendu toutefois être utilisés. L'injection du fluide de congélation dans les conduits 15 et éventuellement 13 permet de congeler toute une ou plusieurs zones annulaires de terrain au voisinage de l'extrémité de la jupe 6. 30 Cette congélation est destinée à assurer l'étanchéité au niveau de l'extrémité arrière de la jupe pour permettre l'intervention sur celle-ci, ainsi que décrit ultérieurement. Sur cette figure 3, on a également représenté un joint de sécurité gonflable 14, qui est mis sous pression lorsque l'étanchéité assurée par la congélation est défaillante On notera ici que si l'utilisation d'un conduit de congélation 13 à l'arrière de la jupe, sans conduite de congélation au niveau des voussoirs d'un anneau de revêtement a été envisagé, il a toutefois été constaté que la congélation à l'extrémité de la jupe 6 n'était véritablement efficace et rapide que si l'on prévoyait également des moyens de congélation (conduits 15) sur le pourtour d'un anneau du revêtement de tunnel. Cet anneau est de préférence celui au droit duquel se trouve la jupe io (voussoirs spécifique VS sur la figure 3). Il est mis en place par le tunnelier, avec les voussoirs spécifiques VS qui le constituent, lorsque l'opération de maintenance doit intervenir. Par exemple, les voussoirs spécifiques VS peuvent être des voussoirs en béton, dans lesquels sont noyées des conduites de circulation 15, destinées 15 également à réaliser ensemble un ou plusieurs circuits de congélation circulaire au niveau d'un tel voussoir. Par béton, on entend ici le béton armé comme le béton non armé ou le béton fibre. La congélation réalisée est alors une congélation annulaire sur une ou des zones du type des zones B sur la figure 3, le conduit 13 à l'extrémité de la jupe 20 générant quant à lui une congélation sur une zone annulaire du type de la zone A. Les figures 4 et 5 illustrent un voussoir VS en ce sens, comportant deux conduites de circulation 15 parallèles. Ces conduites de circulation 15 s'y étendent en arc, à l'intérieur dudit voussoir VS, au voisinage de l'extrados de celui-ci. Elles se terminent à chacune de leurs extrémités par des coudes 16 par lesquels elles 25 débouchent au niveau de l'intrados du voussoir VS. Lorsque les différents voussoirs VS qui constituent l'anneau de revêtement du tunnel sont en place, un opérateur vient raccorder les conduites de circulation 15 de cet anneau pour former un ou plusieurs circuits de congélation (circuits I et II par exemple). 30 La figure 6 illustre la développée d'un tel anneau de revêtement. Outre les conduits 15, on a également rapporté sur cette figure les éventuels arcs de conduits 13, au droit desquels les voussoirs qui composent ledit anneau de revêtement se trouvent. Comme on le comprend sur cette figure, pour un certain nombre de voussoirs successifs, les conduits 13 à la périphérie de la jupe 6 s'étendent au droit des zones de raccordement des circuits I et II entre deux voussoirs VS successifs et réalisent un recouvrement de cette zone de raccordement. Les voussoirs VS peuvent également être de conductivité supérieure à celle du béton et par exemple être métalliques, en acier ou en fonte. C'est-ce qu'illustrent les figures 7 à 10, qui sont les analogues des figures 3 à 6, dans le cas de voussoirs métalliques, en acier ou en fonte. Les conduites peuvent alors, par exemple, être à l'intérieur des voussoirs io VS, au voisinage immédiat de la peau 19 de ceux-ci (à moins de 3 cm), de façon à permettre de bénéficier d'un phénomène de conduction au niveau desdits voussoirs VS. On a en outre constaté que les voussoirs VS de conductivité supérieure à celle du béton avaient l'avantage d'accélérer la congélation au niveau du ou des 15 anneaux de congélation qu'ils génèrent et de pouvoir être utilisés seuls, sans la congélation de terrain au niveau de la jupe, telle que décrite au niveau de la figure 3. La congélation réalisée est alors en effet tout à fait suffisante et suffisamment rapide pour permettre une intervention au niveau de la jupe 6 du 20 tunnelier. L'ensemble des opérations relatives à une telle intervention vont maintenant être décrites en référence à la figure 11. Dans une première étape (étape a), on met en place l'anneau de revêtement constitué de voussoirs VS de congélation du type de ceux qui viennent 25 d'être décrits. Dans une deuxième étape (étape b), on met en place, à la suite de cet anneau de congélation, un anneau à voussoirs de démontage VD (par exemple du type de ceux qui seront décrits plus loin en référence aux figures 12 et 13). Cet anneau à voussoirs VD se trouve alors au droit du joint de queue 7 de la jupe 6. 30 Dans une troisième étape (étape c), un opérateur raccorde les différents conduits 15 des voussoirs VS correspondant et, si elles existent, les conduits 13 de la jupe (décrits plus haut mais non représentés ici). Il déclenche l'injection dans ceuxci du fluide de congélation. Dans une quatrième étape (étape d), après avoir vérifié que l'état de congélation est satisfaisant, on bascule la poussée du bouclier pour délester les voussoirs VD de l'anneau de démontage au droit de la zone à traiter et on dépose les voussoirs de démontage correspondant à cette zone. On notera que les voussoirs VD délestés sont si possible des voussoirs de part et d'autre d'un même diamètre de la machine, de façon à maintenir autant que possible une poussée symétrique sur la machine, cette poussée évitant que la machine ne recule et/ou ne bouge par rapport au revêtement du tunnel lorsque l'on dépose des voussoirs de démontage. io Dans une étape suivante (étape e), on vérifie les joints de brosse au niveau des voussoirs VD déposés et on intervient pour remplacer les brosses ou écailles qui devraient être changées. Après nettoyage de la zone, les voussoirs VD de l'anneau de démontage sont ensuite remis en place (étape f). 15 Puis, on reprend les étapes b) à f) pour traiter la zone suivante (schématisé par les étapes g) à i)). Une fois l'ensemble des brosses et écailles traités, on arrête l'injection des fluides de congélation, tandis qu'un anneau standard (voussoirs VS) est posé derrière l'anneau de démontage. L'avancement de la machine est repris (étape j). 20 Le phasage dans le cas de voussoirs en béton est similaire, la congélation au niveau des voussoirs se faisant simultanément à celle au niveau de la jupe (conduits 13). Pour permettre le montage et démontage des voussoirs VD de l'anneau de démontage au droit des différentes zones de la jupe sur lesquelles on doit 25 successivement intervenir pour traiter l'ensemble des brosses et écailles, les voussoirs successifs de cet anneau sont des clés et contre-clés. Un exemple d'anneau en ce sens est illustré sur les figures 12 et 13, avec sept clés 20, cinq contre-clés longues 21 et deux contre-clés courtes 22. Beaucoup d'autres formes d'anneau de démontage peuvent bien entendu être envisagées. 30 REVENDICATIONS 1. Voussoir d'anneau de revêtement de tunnel, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs conduites de congélation. 2. Voussoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les conduites sont intégrées dans ledit voussoir. 3. Voussoir selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une conduite s'étend en arc au voisinage de l'extrados dudit voussoir. 4. Voussoir selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux conduites parallèles. io 5. Voussoir selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est en béton. 6. Voussoir selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est en un matériau de conductivité thermique supérieure au béton. 7. Voussoir selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est métallique, en 15 acier ou en fonte. 8. Procédé de maintenance de la jupe d'un tunnelier, caractérisé en ce que préalablement aux opérations de maintenance, on met en place au voisinage de l'extrémité de la jupe un anneau de revêtement comportant des voussoirs selon l'une des revendications 1 à 7 et on congèle 20 annulairement le terrain au voisinage de l'extrémité de la jupe par injection d'un fluide de congélation dans les conduites desdits voussoirs. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on complète cette congélation par une congélation annulaire réalisée par une injection d'un fluide de congélation dans une ou plusieurs conduites disposées à 25 l'extrémité de la jupe du tunnelier. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, le voussoir étant du type de la revendication 6, les opérations de maintenance sont mises en oeuvre sans congélation complémentaire. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on met 5 en place, au droit du joint de queue de la jupe, un anneau de démontage constitué d'une succession de voussoirs (VD) en clé et contre-clé. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour intervenir sur une zone de la jupe, on dépose un ou plusieurs voussoirs (VD) de l'anneau de démontage tout en maintenant une poussée sur les autres 10 voussoirs. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que pour maintenir une poussée sensiblement symétrique sur le tunnelier, le dépôt d'un voussoir (VD) est réalisé avec le dépôt d'un voussoir sensiblement diamétralement opposé. 15