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Procédé de réalisation d'un tunnel revêtu. L'invention concerne un procédé de réalisation d'un tunnel revêtu de section circulaire, selon lequel un tunnel est creusé à l'aide d'un tunnelier et un revêtement est placé à l'intérieur de ce tunnel.
L'invention concerne en particulier la réalisation d'un microtunnel revêtu, c'est-à-dire un tunnel de petit diamètre où l'intervention humaine n'est pas possible.
Dans un procédé connu sous le nom de"pipe-jacking", des éléments de revêtement sont poussés les uns derrière les autres, à partir d'une chambre de départ, à l'arrière d'un microtunnelier, assurant ainsi son avancement.
Si ce procédé est applicable dans certains sols stables, il est parfois impraticable dans d'autres sols qui se tassent ou convergent assez rapidement, tels que des sols argileux.
Il est évident que, suite à la convergence, la friction du sol sur les sections du revêtement augmente, au fur et à mesure que le microtunnelier avance. Du fait de l'augmentation de cette friction, des forces de poussée toujours plus grandes sont nécessaires pour faire avancer le tunnelier et les éléments de revêtement déjà introduits ainsi que le microtunnelier. Ces forces peuvent devenir rapidement trop importantes, en particulier à grande profondeur, rendant la construction d'un tunnel d'une longueur supérieure à 30 m irréalisable par cette technique.
Un autre procédé, basé sur un dispositif qui maintient sous pression les parois du tunnel pendant les opérations de creusement, est en cours de développement. L'excavation
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terminée, le dispositif est retiré et le revêtement final est placé par la méthode de"pipe-jacking". Cette technique, bien qu'originale, requiert une infrastructure lourde et onéreuse.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients susdits et de procurer un procédé permettant la réalisation de tunnels revêtus d'une manière simple et continue, dans des sols convergents situés à grande profondeur.
Ce but est atteint par le fait que le tunnelier est avancé indépendamment de la mise en place du revêtement, et que ce revêtement est posé en deux étapes : une première étape au cours de laquelle des éléments de tube auxiliaires sectionnés sur leur longueur et repliés sur eux-mêmes sont poussés à l'aide d'une station de poussage au travers des éléments de tube auxiliaires déjà en place jusqu'au niveau de leur emplacement où ils s'ouvrent par élasticité, et une deuxième étape au cours de laquelle des éléments d'un revêtement final sont poussés au travers des éléments de tube auxiliaires déjà en place.
Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce que les forces de frottement à l'interface revêtement-sol sont éliminées. En effet, le frottement a lieu entre la face intérieure des éléments de tube auxiliaires en place et la face extérieure des nouveaux éléments de tube auxiliaires introduits. La pression exercée par le sol n'influence donc plus les forces de frottement lors du poussage des tubes étant donné que celle-ci est reprise par les éléments de tube auxiliaires extérieurs déjà en place, durant la réalisation du tunnel.
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Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le tunnel est creusé à l'aide d'un tunnelier comprenant une station d'ancrage, une station de poussage et une station d'excavation en répétant successivement les étapes suivantes : ancrage du tunnelier dans le sol, poussage de la station d'excavation durant le creusement et rétraction de la station d'ancrage vers la station de poussage.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les éléments de tube auxiliaires sont maintenus en position repliée par un dispositif approprié et sont libérés au niveau de leur emplacement final.
Dans une forme de réalisation de l'invention, un dispositif de calage est prévu entre les éléments de tube auxiliaires pour éviter leur entraînement lors de l'introduction d'un élément de tube auxiliaire à travers ceux-ci.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les éléments de tube auxiliaires s'ouvrent au niveau de leur emplacement jusque dans une position ouverte dans laquelle une ouverture longitudinale subsiste, ces éléments de tube auxiliaires en place pouvant ensuite se fermer sous l'action de la convergence du sol.
Les éléments de tube auxiliaires qui sont poussés peuvent alors être pourvus d'un guide pour les guider lorsqu'ils se ferment sous l'action de la convergence du sol.
Les éléments du revêtement final peuvent avoir un diamètre égal, aux tolérances près, au diamètre intérieur des éléments de tube auxiliaires en position finale fermée.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le revêtement final est mis en place sous forme d'éléments
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de tube classiques qui sont soudés entre eux pour former un revêtement étanche.
Le revêtement final ou une partie de celui-ci peut être utilisé pour pousser les derniers éléments de tube auxiliaires à installer au travers des éléments de tube auxiliaires déjà en place.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un procédé pour réaliser un tunnel, selon l'invention. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple non-limitatif en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 montre en coupe un microtunnel en train d'être réalisé par le procédé selon l'invention ; la figure 2 représente une coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 représente une coupe selon la ligne
III-III de la figure 1 ; la figure 4 représente, sur une échelle agrandie, le détail indiqué par F4 à la figure 3, la figure 5 représente une coupe selon la ligne V-V de la figure 1.
Les figures ont trait à la réalisation d'un microtunnel horizontal de diamètre compris entre 0,5 et 1,5 m, à partir d'une galerie principale déjà existante 16, dans un sol 1 argileux, à grande profondeur.
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Pour réaliser ce microtunnel, un microtunnelier 2 est utilisé constitué de trois stations, c'est-à-dire une station d'ancrage 3, une station de poussage 4 et une station d'excavation 5.
A l'aide de la station d'ancrage 3, munie de vérins hydrauliques 6, le microtunnelier 2 est ancré dans le sol 1. Ensuite, la station d'excavation 5 composée d'un instrument de forage à attaque globale est avancée, durant le creusement, à l'aide de la station de poussage 4 munie également de vérins hydrauliques. Lorsque les vérins hydrauliques de la station de poussage 4 sont en fin de course, la station d'ancrage 3 est libérée et rétractée vers la station d'excavation 5, à l'aide des vérins hydrauliques de la station de poussage 4. La place nécessaire à l'emplacement d'un élement d'un revêtement auxiliaire 7 est ainsi libérée à l'arrière du microtunnelier 2. La procédure susdite est répétée, en commençant par un nouvel ancrage du microtunnelier 2.
A l'arrière du microtunnelier, le revêtement est placé en deux étapes, c'est-à-dire une premiere étape au cours de laquelle un revêtement auxiliaire 7, destiné à reprendre durant la réalisation du tunnel, les pressions du sol 1 (de l'ordre de 1 MPa), est mis en place et une deuxième étape au cours de laquelle un revêtement final 8, destiné à reprendre les pressions du sol 1 à long terme (de l'ordre de 5 MPa), est mis en place.
Le revêtement auxiliaire 7 est formé d'éléments de tube auxiliaires 9, par exemple en métal, d'une épaisseur comprise entre 5 et 10 mm, qui sont sectionnés sur toute leur longueur et repliés sur eux mêmes, tel que représenté à la figure 2. Ces éléments de tube auxiliaires 9 peuvent être acheminés, les uns derrière les autres, en position
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repliée, jusqu'au niveau de leur emplacement en les poussant au travers des éléments de tube auxiliaires 9 déjà en place, tel que représenté à la figure 2. Au niveau de leur emplacement, les éléments de tube auxiliaires 9 s'ouvrent par élasticité et reprennent leur position initiale, c'est-à-dire la position qu'ils avaient après leur sectionnement, tel que représenté à la figure 3, laissant ainsi une ouverture longitudinale 10.
Chaque élément de tube auxiliaire 9 est muni sur sa face extérieure au niveau de la section longitudinale, d'un guide 11 formé par un rebord courbé. La fonction de ce guide fait l'objet d'un autre paragraphe.
La pose du revêtement auxiliaire 7 est réalisée de la manière suivante : un premier élément de tube auxiliaire 9 est mis en place dans le microtunnel ; les éléments de tube auxiliaires 9 suivants sont préalablement repliés sur eux-mêmes et introduits les uns après les autres, tel que représenté en coupe à la figure 2, à partir de la galerie principale 16, au fur et à mesure que le microtunnelier 2 excave.
Il est possible de maintenir les éléments de tube auxiliaires 9 en position repliée au cours de leur introduction, par un dispositif approprié, comme par exemple des lanières, ce dispositif permettant de libérer les éléments de tube auxiliaires au niveau de leur emplacement.
Les éléments de tube auxiliaires 9 sont ainsi poussés jusqu'au niveau de leur emplacement, à l'aide d'une station de poussage 13, placée dans la galerie principale 16.
Les forces de frottement ne dépendent donc plus de la pression du sol 1, puisque celle-ci est reprise par les
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éléments de tube auxiliaires 9 durant le creusement du microtunnel.
Afin d'empêcher l'entraînement des éléments de tube auxiliaires 9 en place, lors du poussage des éléments de tube auxiliaires 9 repliés, les éléments de tube auxiliaires 9 sont rendus solidaires par des dispositifs de calage appropriés.
Au niveau de leur emplacement, les éléments de tube auxiliaires 9 s'ouvrent par élasticité, tel que représenté à la figure 3, laissant une ouverture longitudinale 10. Le guide 11 susdit limite le mouvement des parois de l'élément de tube auxiliaire 9.
La section longitudinale de chaque élément de tube auxiliaire 9 est telle qu'un bord de l'ouverture 10 soit pourvu d'une rainure en V 14 et que l'autre bord de cette même ouverture 10 possède une extrémité correspondante 15 en V, tel que représenté en détail à la figure 4.
Suite à la convergence du sol 1, l'ouverture 10 se referme.
Le guide 11 et la rainure 14 jointe à l'extrémité 15 de l'élément de tube auxiliaire assurent une parfaite fermeture de cet élément de tube auxiliaire 9 lorsque le sol 1 argileux a convergé, tel que représenté à la figure 5.
Lorsque le dernier élément de tube auxiliaire 9 replié a été introduit dans le microtunnel, la mise en place du revêtement final 8 en métal débute. Ce revêtement final 8 étanche est destiné à reprendre la pression exercée par le sol 1 à long terme. Ce revêtement final 8 a un diamètre extérieur égal, aux tolérances près, au diamètre intérieur du revêtement auxiliaire 7 avec les éléments de tube auxiliaires 9 dans leur position fermée.
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Le revêtement final 8 est introduit sous forme d'éléments de tube 12 qui sont poussés, les uns après les autres, à partir de la galerie principale 16, à l'aide de la station de poussage 13. Au fur et à mesure de leur introduction, les éléments de tube 12 sont soudés afin d'assurer leur étanchéité.
Le revêtement final 8 peut est utilisé pour pousser vers leur emplacement les derniers éléments de tube auxiliaires 9.
Le microtunnel est réalisé dès que tous les éléments de tube auxiliaires 9 se trouvent à leur emplacement et que tous les éléments de tube 12 du revêtement final 8 ont été introduits.
Le procédé décrit ci-dessus permet, de manière simple et continue, de réaliser des tunnels dans des sols convergents à grande profondeur.
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Method for making a coated tunnel. The invention relates to a method of making a coated tunnel of circular section, according to which a tunnel is dug using a tunnel boring machine and a lining is placed inside this tunnel.
The invention relates in particular to the production of a coated microtunnel, that is to say a small diameter tunnel where human intervention is not possible.
In a process known as "pipe-jacking", coating elements are pushed one behind the other, from a starting chamber, behind a microtunnelier, thus ensuring its advancement.
If this process is applicable in certain stable soils, it is sometimes impractical in other soils which settle or converge fairly quickly, such as clay soils.
It is obvious that, following convergence, the friction of the soil on the sections of the coating increases, as the microtunnelier advances. Due to the increase in this friction, ever greater thrust forces are required to advance the TBM and the lining elements already introduced as well as the microtunnel. These forces can quickly become too great, especially at great depths, making the construction of a tunnel longer than 30 m impracticable by this technique.
Another process, based on a device which keeps the walls of the tunnel under pressure during the digging operations, is under development. The excavation
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finished, the device is removed and the final covering is placed by the "pipe-jacking" method. This technique, although original, requires a heavy and expensive infrastructure.
The object of the invention is to remedy the above-mentioned drawbacks and to provide a method allowing the production of coated tunnels in a simple and continuous manner, in converging soils located at great depths.
This object is achieved by the fact that the TBM is advanced independently of the installation of the covering, and that this covering is laid in two stages: a first stage during which auxiliary tube elements cut along their length and folded over themselves are pushed using a pushing station through the auxiliary tube elements already in place to the level of their location where they open by elasticity, and a second step during which elements of a final coating are pushed through the auxiliary tube elements already in place.
The advantages obtained thanks to this invention essentially consist in that the friction forces at the coating-floor interface are eliminated. Indeed, friction takes place between the inner face of the auxiliary tube elements in place and the outer face of the new auxiliary tube elements introduced. The pressure exerted by the ground therefore no longer influences the friction forces when pushing the tubes since this is taken up by the external auxiliary tube elements already in place, during the construction of the tunnel.
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In a particular embodiment of the invention, the tunnel is dug using a tunneling machine comprising an anchoring station, a pushing station and an excavation station by successively repeating the following steps: anchoring the tunneling machine in the ground, pushing from the excavation station during digging and retraction from the anchor station to the pushing station.
In another embodiment of the invention, the auxiliary tube elements are held in the folded position by an appropriate device and are released at their final location.
In one embodiment of the invention, a wedging device is provided between the auxiliary tube elements to prevent their entrainment during the introduction of an auxiliary tube element through them.
In another embodiment of the invention, the auxiliary tube elements open at their location into an open position in which a longitudinal opening remains, these auxiliary tube elements in place can then close under the action of soil convergence.
The auxiliary tube elements which are pushed can then be provided with a guide to guide them when they close under the action of the convergence of the ground.
The elements of the final covering may have a diameter equal, with the tolerances, to the internal diameter of the auxiliary tube elements in the closed final position.
In a particular embodiment of the invention, the final coating is put in place in the form of elements
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of conventional tubes which are welded together to form a waterproof coating.
The final coating or a portion thereof can be used to push the last auxiliary tube elements to be installed through the auxiliary tube elements already in place.
Other features and advantages of the invention will emerge from the description given below of a method for producing a tunnel, according to the invention. This description is given only by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows in section a microtunnel being produced by the method according to the invention; 2 shows a section along the line II-II of Figure 1; Figure 3 shows a section along the line
III-III of Figure 1; FIG. 4 represents, on an enlarged scale, the detail indicated by F4 in FIG. 3, FIG. 5 represents a section along the line V-V of FIG. 1.
The figures relate to the production of a horizontal microtunnel with a diameter between 0.5 and 1.5 m, from an already existing main gallery 16, in a clay soil 1, at great depth.
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To make this microtunnel, a microtunnelier 2 is used consisting of three stations, that is to say an anchoring station 3, a pushing station 4 and an excavation station 5.
With the aid of the anchoring station 3, fitted with hydraulic jacks 6, the microtunnelier 2 is anchored in the ground 1. Next, the excavation station 5 composed of a drilling instrument with global attack is advanced, during digging, using the pushing station 4 also provided with hydraulic cylinders. When the hydraulic cylinders of the pushing station 4 are at the end of their travel, the anchoring station 3 is released and retracted towards the excavation station 5, using the hydraulic cylinders of the pushing station 4. The place necessary for the location of an element of an auxiliary covering 7 is thus released at the rear of the microtunnelier 2. The above procedure is repeated, starting with a new anchoring of the microtunnelier 2.
At the rear of the microtunnel, the covering is placed in two stages, that is to say a first stage during which an auxiliary covering 7, intended to take up during the construction of the tunnel, the pressures of the ground 1 (of of the order of 1 MPa), is put in place and a second stage during which a final coating 8, intended to take up the pressures of the ground 1 in the long term (of the order of 5 MPa), is put in place .
The auxiliary coating 7 is formed of auxiliary tube elements 9, for example of metal, of a thickness of between 5 and 10 mm, which are sectioned over their entire length and folded back on themselves, as shown in FIG. 2 These auxiliary tube elements 9 can be routed, one behind the other, in position
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folded up to their position by pushing them through the auxiliary tube elements 9 already in place, as shown in FIG. 2. At their position, the auxiliary tube elements 9 open by elasticity and return to their initial position, that is to say the position they had after their cutting, as shown in FIG. 3, thus leaving a longitudinal opening 10.
Each auxiliary tube element 9 is provided on its outer face at the level of the longitudinal section, with a guide 11 formed by a curved rim. The function of this guide is the subject of another paragraph.
The auxiliary covering 7 is laid in the following manner: a first auxiliary tube element 9 is placed in the microtunnel; the following auxiliary tube elements 9 are previously folded back on themselves and introduced one after the other, as shown in section in FIG. 2, from the main gallery 16, as the microtunnelier 2 excavates .
It is possible to keep the auxiliary tube elements 9 in the folded position during their introduction, by an appropriate device, such as for example straps, this device making it possible to release the auxiliary tube elements at their location.
The auxiliary tube elements 9 are thus pushed to the level of their location, using a pushing station 13, placed in the main gallery 16.
The friction forces therefore no longer depend on the pressure of the ground 1, since this is taken up by the
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auxiliary tube elements 9 during the digging of the microtunnel.
In order to prevent the driving of the auxiliary tube elements 9 in place, when the folded auxiliary tube elements 9 are pushed, the auxiliary tube elements 9 are made integral by suitable wedging devices.
At their location, the auxiliary tube elements 9 open by elasticity, as shown in FIG. 3, leaving a longitudinal opening 10. The above guide 11 limits the movement of the walls of the auxiliary tube element 9.
The longitudinal section of each auxiliary tube element 9 is such that one edge of the opening 10 is provided with a V-groove 14 and that the other edge of this same opening 10 has a corresponding end 15 in V, as as shown in detail in Figure 4.
Following the convergence of the ground 1, the opening 10 closes.
The guide 11 and the groove 14 joined to the end 15 of the auxiliary tube element ensure perfect closure of this auxiliary tube element 9 when the clay soil 1 has converged, as shown in FIG. 5.
When the last folded auxiliary tube element 9 has been introduced into the microtunnel, the installation of the final coating 8 of metal begins. This sealed final coating 8 is intended to take up the pressure exerted by the ground 1 in the long term. This final coating 8 has an outside diameter equal, with tolerances, to the inside diameter of the auxiliary coating 7 with the auxiliary tube elements 9 in their closed position.
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The final covering 8 is introduced in the form of tube elements 12 which are pushed, one after the other, from the main gallery 16, using the pushing station 13. As they are introduction, the tube elements 12 are welded to ensure their tightness.
The final covering 8 can be used to push the last auxiliary tube elements 9 to their location.
The microtunnel is produced as soon as all the auxiliary tube elements 9 are in their location and all the tube elements 12 of the final covering 8 have been introduced.
The process described above makes it possible, in a simple and continuous manner, to make tunnels in converging soils at great depth.