EP0065486B1

EP0065486B1 - Ouvrage souterrain allongé de section constante et procédé de construction de cet ouvrage

Info

Publication number: EP0065486B1
Application number: EP82810194A
Authority: EP
Inventors: Jean-Marie Berset
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-12
Filing date: 1982-05-10
Publication date: 1986-03-26
Also published as: ES512094A0; CH642141A5; EP0065486A2; DE3270069D1; US4459064A; ZA823250B; ES8401179A1; JPH039277B2; CA1171675A; JPS57193697A; ATE18789T1; EP0065486A3

Description

La présente invention se rapporte à un ouvrage souterrain allongé de section constante présentant une structure en béton armé entourant au moins la partie de la section droite de cet ouvrage formant un volume libre au-dessus de son fond, et à un procédé de fabrication de cet ouvrage.
La construction d'ouvrages souterrains notamment, de passages sous des voies de circulation en service, routes ou chemins de fer, pose des problèmes du fait que la circulation doit pouvoir se poursuivre pendant les travaux. Cette construction nécessite de multiples précautions et en particulier impose un ralentissement du trafic, notamment celui du trafic ferroviaire.
On a déjà proposé, dans le brevet CH-442 404, de former une structure creuse en béton armé présentant une forme parallélépipédique ouverte axialement et dont la section droite correspond à celle du passage souterrain. Le bord avant de cette structure est conformé avec une arête tranchante de manière à pouvoir l'enfoncer dans le sol sur une certaine longueur à l'aide de vérins. Ensuite la portion du sol comprise à l'intérieur de cette structure creuse est excavée. Une fois que l'excavation a atteint l'extrémité avant de la structure en béton armé, celle-ci est une nouvelle fois enfoncée d'une certaine longueur puis excavée, ainsi de suite jusqu'au percement complet d'un passage.
Si cette solution est sensée résoudre les problèmes inhérents au percement d'un passage souterrain sous une voie de circulation en service en évitant le ralentissement du trafic pendant les travaux, sa mise en oeuvre nécessite des moyens considérables, notamment une installation de vérins de grande puissance ainsi que des ouvrages capables de servir d'appui à ces vérins. L'avance continue de la structure en béton armé pose en outre des problèmes de longueur de vérins, la structure creuse avançant alors que les ouvrages servant d'appui restent fixes. En outre la pression nécessaire est considérable compte tenu de la surface de frottement qui croît au fur et à mesure de l'enfoncement de cette structure. Par conséquent cette solution pose des problèmes de mise en oeuvre assez complexes qui rendent sa réalisation coûteuse en raison des travaux supplémentaires occasionnés par les ouvrages servant d'appui aux vérins. S'il est indéniable qu'une telle solution permet de résoudre le problème du percement d'un passage sous une voie de circulation en service sans ralentissement important du trafic, c'est donc au prix de difficultés pratiques non négligeables et d'une augmentation des coûts de construction.
Il a déjà été proposé dans le brevet US-4 009 579 d'enfoncer des tubes côte à côte disposés sensiblement horizontalement dans le sol et destinés à s'étendre longitudinalement à l'endroit où sera délimitée ce qui est appelé à devenir par la suite la partie supérieure d'un ouvrage souterrain. Ensuite, on procède à l'excavation au-dessous de la zone recouverte de tubes et on dispose au fur et à mesure de l'avancement de ce travail des étais en forme de cadres réalisés à l'aide de poutres de béton armé et orientés selon les sections droites successives de cet ouvrage. La succession de ces cadres, adjacents les uns aux autres, forme ainsi une paroi continue. Ces cadres sont liés entre eux par du mortier injecté dans l'espace séparant ces cadres, d'une part des tubes et, d'autre part, de la surface excavée dans le sol.
La construction essentiellement préfabriquée de cet ouvrage est relativement lente. La pose des cadres adjacents est compliquée du fait que l'excavation du sol n'est pas délimité avec exactitude ce qui nécessite le calage de chaque cadre. Le comblement des espaces libres apparaissant entre le volume excavé et les cadres par du mortier entraîne une dépense en ciment supplémentaire alors que la liaison des cadres par du mortier confère une résistance relativement faible à l'ouvrage de sorte que les cadres d'extrémité du passage doivent être retenus axialement par une structure d'appui.
Il s'agit donc là d'une solution satisfaisante ni sur le plan technique, ni sur le plan économique. Le DE-A-1 759 309 se rapporte également à la construction d'un ouvrage souterrain réalisé à l'aide de tubes disposés côte à côte dans la partie destinée à former le plafond de l'ouvrage et liés entre eux par des éléments de tension ancrés à ces tubes. La mise en place de ces tubes est réalisée par fonçage dans le sol après quoi un volume est excavé au-dessous de ces tubes. Au fur et à mesure de l'excavation, ces tubes sont étayés par des étais en forme de cadres disposés selon la section droite de l'ouvrage. Ces tubes sont remplis de béton précontraint et les espaces laissés libres entre eux sont comblés par du béton projeté. L'intérieur de l'ouvrage est ensuite garni d'une maçonnerie traditionnelle. Ce document ne précise pas en quoi consiste la structure porteuse de cet ouvrage ni la nature de la maçonnerie intérieure, simple revêtement ou mur armé. Il ne semble toutefois pas possible que cette structure porteuse ne soit constituée que par les tubes remplis de béton précontraint du fait du manque de cohésion d'un tel ouvrage, chaque poutre étant indépendante de la poutre voisine et de l'absence de murs porteurs latéraux. Les travaux de maçonnerie nécessaires à la finition et dont la nature n'est pas précisée, devraient être importants. Enfin, la pose des éléments de tension ancrés à ces tubes pour les lier entre eux suppose des tubes d'un diamètre suffisant pour permettre à un homme d'y pénétrer pour effectuer ce travail. Or, comme ces tubes sont ensuite remplis de béton, le volume de béton nécessaire est considérable. Ces énormes cylindres de béton reposent, par ailleurs, sur la structure de maçonnerie qui devrait être porteuse et donc nécessiter d'importants travaux de coffrage et de ferraillage. Il s'agit là d'une solution techniquement et économiquement peu adaptée au problème de la construction d'un ouvrage souterrain.
Il a été proposé dans le brevet BE-872 754 de foncer des tubes dans le sol pour former une voûte reposant sur des murs à ses deux extrémités latérales, des poutres de béton précontraint étant formées transversalement pour soutenir ces tubes remplis de béton, après quoi l'ouvrage est excavé. Cette technique suppose des tubes d'un diamètre suffisant pour permettre à un homme d'y circuler, tout le travail de maçonnerie, y compris les murs supportant la voûte, étant terminé au moment de l'excavation.
Ces solutions n'apportent souvent qu'une simplification relative de la construction d'un ouvrage souterrain, nécessitent des opérations de coffrage et de décoffrage ou supposent des tubes de grand diamètre mal adaptés à la construction de passages sous voie par exemple. Les limites du volume à excaver ne sont pas définies sauf dans le brevet belge susmentionné, or, dans ce cas, il est nécessaire de former les murs de béton porteurs de la voûte avant d'excaver ce qui, outre les tubes de grands diamètres, nécessite le percement de galeries posant des problèmes d'évacuation vers l'extérieur des matériaux résultant de l'excavation des galeries et des volumes délimitant ces murs porteurs. Manifestement, une telle technique n'est pas adaptée à la construction d'ouvrages tels que les passages sous voie.
Le but de la présente invention est de remédier au moins en partie à ces inconvénients et d'offrir par la même occasion une solution techniquement intéressante par elle-même, aussi bien pour réaliser des passages souterrains sous des voies de circulation en service que pour le percement et la construction de n'importe quel autre ouvrage souterrain allongé de section constante.
A cet effet, la présente invention a tout d'abord pour objet un ouvrage souterrain allongé de section constante comme connu du US-A-4009579 et présentant une structure en béton armé entourant au moins la partie de la section droite de cet ouvrage formant un volume libre au-dessus de son fond, cette structure comprenant des poutres cylindriques en béton injecté dans des tubes s'étendant parallèlement les uns aux autres dans le sens longitudinal de cet ouvrage, ainsi que des étais en forme de cadres disposés transversalement à l'intérieur de cette structure, caractérisé par le fait que ces tubes sont écartés les uns des autres et sont reliés entre eux par des éléments de coffrage perdu dont chacun est en prise avec deux tubes voisins pour délimiter la face externe d'une paroi de béton armé, délimitée intérieurement par d'autres éléments de coffrage perdu disposés entre ces tubes et lesdits étais espacés longitudinalement les uns des autres.
Cette invention a également pour objet un procédé de construction de cet ouvrage souterrain. caractérisé par le fait que l'on enfonce successivement, en tournant autour de la section droite de l'ouvrage, lesdits éléments tubulaires et lesdits éléments de coffrage perdu reliant ces éléments tubulaires, d'une certaine longueur et l'on répète si besoin est ce cycle jusqu'à ce que la longueur totale corresponde à celle de l'ouvrage, on remplit lesdits éléments tubulaires de béton armé, on excave l'espace délimité par ces éléments tubulaires et les éléments de coffrage perdu les reliant, on pose lesdits étais au fur et à mesure que ledit ouvrage est excavé, on insère les éléments de coffrage perdu entre ces étais et ces éléments tubulaires et on remplit de béton armé les espaces délimités par les éléments de coffrage perdu reliant les éléments tubulaires et ceux qui leur sont tangents.
Les avantages découlant de cette invention sont nombreux. Parmi ceux-ci, il faut noter le fait de former une enveloppe autour de la section droite du passage et sur toute sa longueur, avant de l'excaver, cette enveloppe étant renforcée de poutres de béton sur toute la longueur de cet ouvrage. L'enveloppe ainsi formée sert d'abord à délimiter le volume à excaver, ensuite de coffrage perdu pour réaliser la structure porteuse intégrant les poutres de renforcement de l'enveloppe. Les étais installés au fur et à mesure de l'excavation pour soutenir les poutres longitudinales servent également à la fixation des éléments de coffrage perdu délimitant la face interne de la structure porteuse, de sorte que cette structure est obtenue, après ferraillage, simplement par injection de béton dans le coffrage ayant préalablement servi à délimiter le volume excavé. Cette technique permet donc d'allier une grande simplicité à une solution techniquement sûre. D'autres avantages apparaîtront encore à la lecture de la description d'une forme d'exécution et d'une variante de l'invention qui va suivre, illustrée schématiquement par le dessin annexé.

La figure 1 illustre une coupe longitudinale d'une forme d'exécution d'un passage souterrain.
La figure 2 est une vue selon II-II de la fig. 1.
La figure 3 est une vue de détail en élévation latérale illustrant une phase du procédé.
Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes d'un détail constructif.
La figure 6 est une vue en élévation d'un autre détail.
La figure 7 illustre une variante de la fig. 2.

L'ouvrage, illustré par les figs 1 et 2 est constitué par un passage souterrain qui comporte une structure en béton armé 2 entourant la section droite de ce passage 1. Cette structure en béton armé est formée d'une part à l'intérieur d'éléments tubulaires 3 servant de coffrages perdus, s'étendant longitudinalement au passage 1 et répartis autour de sa section droite, comme illustré par la fig. 2. D'autre part, cette structure est délimitée intérieurement par un coffrage perdu 4 tangent aux éléments tubulaires et formé par des profilés métalliques protégés contre la corrosion et extérieurement, par des palplanches 5 dont les bords longitudinaux présentent des profils 5a engagés dans des glissières longitudinales 6 fixées dans des positions sensiblement diamétralement opposées contre la face externe de chaque élément tubulaire 3. Des étais assemblés de manière à former des cadres disposés sensiblement à égale distance les uns des autres à l'intérieur de la structure en béton armé 2, s'étendent dans des plans respectifs correspondant à la section droite du passage 1. Les parois latérales et le plafond de ce passage sont formés par des tôles profilées 8 fixées à l'intérieur des étais 7 en forme de cadres. Le fond du passage reçoit un radier recouvert d'un revêtement 9.
Le procédé de construction de ce passage consiste à enfoncer tout d'abord les éléments tubulaires 3 et les palplanches 5 à la suite les uns des autres sur une certaine longueur. Les éléments tubulaires 3 et les palplanches 5 peuvent d'ailleurs être dimensionnés de la longueur correspondant à celle de l'enfoncement désirée, par exemple 10 à 12 mètres. Les glissières 6 et les bords 5a des palplanches 5 sont engagés mutuellement pour assurer leur guidage au fur et à mesure de leur enfoncement dans le sol. Cet enfoncement est réalisé à l'aide d'un appareil pneumatique de battage horizontal 10 illustré schématiquement par la fig. 3. Cet appareil comprend un cylindre renfermant un piston libre de 20 à 160 kg entraîné selon un mouvement alternatif à une fréquence comprise entre 320 et 460 Hz suivant le modèle, alimenté avec de l'air sous pression fourni par un compresseur 12, à une pression de 6 bar. La consommation d'air est comprise entre 1 et 6 m³/min et la force développée est comprise entre 7 et 85 kpm. Le diamètre du cylindre renfermant le piston est de 70 à 155 mm suivant le modèle et son extrémité se termine par un cône d'adaptation 11 à l'élément tubulaire 3 compris entre 140 et 400 mm de diamètre. Cet appareil de battage, de construction soviétique, existe en quatre modèles vendus en Suisse par la maison R. Lehmann AG 8606 Werrikon b/Uster sous les références I.P. 60. I.P. 4605, I.P. 4603 et I.P. 500. Pour l'enfoncement des éléments tubulaires 3, dans cet exemple des tubes d'acier de 200 mm de diamètre, de 12 mètres de longueur et de 4,5 mm d'épaisseur de paroi, on positionne l'appareil 10 dans le prolongement de l'axe longitudinal d'un élément tubulaire 3 et on applique le cône 11 contre l'extrémité de cet élément tubulaire 3, par exemple à l'aide de câbles tendeurs 13 ancrés dans le sol et crochés autour de la base du cône d'adaptation 11. On alimente alors l'appareil 10 en air comprimé fourni par le compresseur 12. Dès les premiers battements, le cône d'adaptation se coince dans l'ouverture de l'élément tubulaire 3, de sorte que les câbles tendeurs 13 deviennent inutiles.
Différentes variantes sont possibles. On peut laisser l'extrémité avant de l'élément tubulaire 3 ouverte, auquel cas, la terre remplit l'intérieur de cet élément tubulaire au fur et à mesure de son enfoncement. Suivant la nature du sol et la longueur du passage à percer, on peut munir l'extrémité avant de cet élément tubulaire 3 d'un couvercle conique 14, (fig. 4) ce qui évite de devoir enlever la terre de l'intérieur de cet élément tubulaire 3 par la suite. Enfin on a montré en fig. 5 une autre variante selon laquelle l'extrémité avant de l'élément tubulaire 3 est entourée d'une bague 15 destinée à découper dans le sol un trou de diamètre légèrement supérieur à celui de l'élément tubulaire 3, ce qui permet de réduire les forces de frottement et est utile en particulier pour le percement de passages relativement longs.
Une fois qu'un élément tubulaire 3 a été partiellement enfoncé, on dispose une palplanche 5 en engageant son rebord profilé 5a dans une des glissières soudée le long de l'élément tubulaire. On remplace à l'avant de l'appareil 10 le cône d'adaptation 11 par un gabarit à fente 16, (fig. 6) destiné à recevoir le bord arrière de la palplanche 5 et celle-ci est enfoncée de la même manière que l'élément tubulaire 3. Dans cet exemple l'entre- axe des éléments tubulaires 3 est de 65 cm.
Ainsi on enfonce successivement, partiellement, chaque élément tubulaire 3 et chaque palplanche 5 alternativement jusqu'à ce que toute la séction droite du passage souterrain 1 soit délimitée par cette structure.
Au cas où la longueur du passage excède celle des éléments tubulaires 3 et des palplanches 5, on ajoute un second élément tubulaire et une seconde palplanche bout à bout à chaque élément tubulaire et à chaque palplanche enfoncés lors de la précédente opération de battage. Dans ce cas, ces éléments tubulaires et ces palplanches sont soudés dans le prolongement les uns des autres. Une telle opération peut être répétée plusieurs fois, jusqu'à l'obtention du passage de longueur désirée.
L'opération suivante consiste à vider les éléments tubulaires 3 au cas où ceux-ci n'étaient pas munis d'un couvercle conique 14 tel que celui illustré par la fig. 4. A cet effet on utilise avantageusement un jet d'eau sous pression qui permet de fluidiser la terre et de l'entraîner à l'extérieur du conduit tubulaire. On peut aussi utiliser de l'air comprimé ou pousser le bouchon de terre à l'aide d'un piston.
Une fois les éléments tubulaires 3 vidés, on introduit un ferraillage et on injecte du béton sous pression. Après la prise de celui-ci on commence l'excavation de la terre comprise à l'intérieur de l'espace délimité par les éléments tubulaires 3 et les palplanches 5. Au fur et à mesure de l'excavation, on place les étais 7 assemblés en forme de cadres espacés de 1 mètre dans cet exemple. Les poutres de béton armé formées dans les éléments tubulaires 3 et les étais 7 sont calculés pour résister aux sollicitations qui s'exercent sur cette structure pendant l'excavation du passage. Une fois cette opération terminée, on insère le coffrage perdu 4 entre les étais 7 et les éléments tubulaires 3, on introduit ensuite un ferraillage dans les espaces ménagés entre les palplanches 5 et les éléments de coffrage 4 et on injecte du béton pour remplir ces espaces et compléter ainsi la structure de béton armé. La structure résistante est ainsi terminée et il reste à réaliser l'habillage à l'aide des tôles 8 fixées à l'intérieur des entretoises et à revêtir le fond d'un radier recouvert d'un revêtement 9.
La réalisation de l'ouvrage souterrain objet de l'invention ne demande donc pas d'infrastructure accessoire particulière si ce n'est des supports pour les éléments tubulaires et les palplanches au cours de la phase initiale du processus de battage. A titre d'indication, l'avance des éléments tubulaires par battage est comprise entre 8 et 12 cm/min de sorte qu'un élément tubulaire de 12 m peut être enfoncé en environ deux heures.
Bien entendu, cette invention n'est pas limitée à un ouvrage de section rectangulaire. En outre, il n'est pas nécessaire dans tous les cas que la structure de béton armé s'étende autour de toute la section droite de l'ouvrage, le fond de cette section peut ne pas comporter une telle structure dans la mesure où cette partie ne subit pas de contrainte.
La variante illustrée par la fig. 7 montre un ouvrage souterrain dont la section est sensiblement semi-circulaire. La structure en béton armé est identique à celle du passage illustré par la fig. 2 et comprend des éléments tubulaires 3' alternant avec des palplanches 5', la structure étant limitée intérieurement par des éléments de coffrage perdus 4' glissés entre les éléments tubulaires 3' et des étais formés chacun d'un arceau 17 dont les extrémités sont maintenues écartées par une entretoise 18. Le fond de l'ouvrage ne comporte pas de structure en béton armé mais est simplement recouvert d'un radier recevant un revêtement 9'. Cette variante est évidemment applicable à l'exemple de la fig. 2 comme il serait aussi possible de réaliser la variante de la fig. 7 avec une structure de béton armé avec tubes et palplanches autour de toute la section droite de l'ouvrage.

Claims

1. Ouvrage souterrain allongé de section constante présentant une structure en béton armé (2) entourant au moins la partie de la section droite de cet ouvrage formant un volume libre au-dessus de son fond, cette structure comprenant des poutres cylindriques en béton injecté dans des tubes (3) s'étendant parallèlement les uns aux autres dans le sens longitudinal de cet ouvrage, ainsi que des étais (7) en forme de cadre disposés transversalement à l'intérieur de cette structure, caractérisé par le fait que ces tubes (3) sont écartés les uns des autres et sont reliés entre eux par des éléments de coffrage perdu (5) dont chacun est en prise avec deux tubes voisins pour délimiter la face externe d'une paroi de béton armé, délimitée intérieurement par d'autres éléments de coffrage perdu (4) disposés entre ces tubes et lesdits étais espacés longitudinalement les uns des autres.

2. Ouvrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la face externe de chaque élément tubulaire présente des glissières longitudinales diamétralement opposées et que les bords (5a) longitudinaux des éléments de coffrage perdu (5) reliant ces tubes (3) sont conformés pour venir en prise avec ces glissières. -

3. Procédé de construction de l'ouvrage souterrain selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on enfonce successivement, en tournant autour de la section droite de l'ouvrage, lesdits tubes (3) et lesdits éléments de coffrage perdu (5) reliant ces tubes, d'une certaine longueur et l'on répète si besoin est ce cycle jusqu'à ce que la longueur totale corresponde à celle de l'ouvrage, on remplit lesdits tubes de béton armé, on excave l'espace délimité par ces éléments tubulaires et les éléments de coffrage perdu les reliant, on pose lesdits étais (7) au fur et à mesure que ledit ouvrage est excavé, on insère les autres éléments de coffrage perdu (4) entre ces étais et ces tubes, et on remplit de béton armé les espaces délimités par les éléments de coffrage perdu (5) reliant les tubes et ceux autres éléments de coffrage perdu (4) qui leur sont tangents.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on enfonce lesdits tubes (3) ouverts à leurs deux extrémités et qu'on les vide à l'aide d'un fluide sous pression avant de les remplir de béton armé.