EP1201876B1 - Dispositif de revêtement de tunnel - Google Patents

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EP1201876B1
EP1201876B1 EP01402788A EP01402788A EP1201876B1 EP 1201876 B1 EP1201876 B1 EP 1201876B1 EP 01402788 A EP01402788 A EP 01402788A EP 01402788 A EP01402788 A EP 01402788A EP 1201876 B1 EP1201876 B1 EP 1201876B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
grooves
radial
rings
ring
means comprise
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01402788A
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German (de)
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EP1201876A1 (fr
Inventor
Jean Stéphane Didier
Philippe Autuori
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Bouygues Travaux Publics SAS
Original Assignee
Bouygues Travaux Publics SAS
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04Lining with building materials
    • E21D11/08Lining with building materials with preformed concrete slabs
    • E21D11/083Methods or devices for joining adjacent concrete segments

Definitions

  • the present invention relates to the field of tunnel lining devices.
  • the lining of a tunnel dug at the TBM is generally made up of circular rings placed one behind the other as the digging progresses (see US-A 4,397,583) (in fact after each digging phase, of the order of 1 to 2 meters long).
  • Each ring is itself made up of several Prefabricated “segments” (each in the shape of a sector crown), which are assembled inside the TBM. As soon as a ring is thus mounted, it serves support thrust cylinders which allow the tunneling machine to continue its progress by digging the ground.
  • the annular gap between the ring and the land is filled by injecting a product under pressure, so that the ring is immediately put in compression.
  • this compression may possibly be replaced by one resulting from interaction with field.
  • the longitudinal compression created by the thrust cylinders during the progress of the TBM can partially relax, especially due to creep of materials (concrete, seals, land) or withdrawal (water, even thermal) from concrete.
  • Such transverse displacement which we seek to block, is shown schematically in Figure 1.
  • Figure 1 On this one sees three rings, n-1, n and n + 1, juxtaposed longitudinally along an axis O-O.
  • the two rings n-1 and N + 1 being centered on the axis O-O, while the ring n located between them undergoes a force F transverse to the axis O-O, which effort tends to center it relative to the O-O axis and to misalign it from the n-1 and n + 1 rings which surround.
  • This blocking function is generally ensured by tenon and mortise systems between rings, arranged parallel to the circumference of the ring, as illustrated in figure 2.
  • the present invention now aims to propose a new tunnel lining system with superior performance to devices known from the prior art.
  • a tunnel lining device comprising ring-shaped retaining elements juxtaposed, characterized in that it comprises, at level of the flanks opposite the juxtaposed rings, means ensuring blocking in the peripheral direction, with freedom of radial or quasi-radial movement.
  • the locking means comprise radially oriented grooves.
  • the locking means comprise. radially oriented pins, complementary in their peripheral extension, of grooves intended to be placed opposite.
  • the locking means comprise inserts intended to be inserted into grooves radial orientation formed in the opposite flanks rings.
  • the longitudinal width L1, the radial thickness e, the angular opening OA of the two segments 10,20 shown in FIG. 3, are purely illustrative, as an example, and should in no way be considered to be limiting, including as to their report.
  • the sides 12, 22, 16 and 26 correspond to the faces segments 10.20 oriented perpendicular to the axis O-O of the rings.
  • the studs 18,28 are intended to penetrate into a radial groove, 14,24, placed opposite. As such, the tenons 18.28 are complementary, in their direction peripheral, gorges 14.24.
  • the tenons 18.28 engaged in the 14.24 grooves preserve freedom of movement between the segments 10,20 adjacent in the radial direction.
  • peripheral extension of let us hold 18.28 is complementary, that is to say equal to close clearance required for engagement and tolerances of execution and assembly, of the peripheral extension gorges 14.24.
  • the length of the grooves 14.24 is adapted so as not to apply constraints limiting the radial displacement of the studs 18.28.
  • the gorges 14.24 can lead to one side, or even on the two periphery faces radially internal and radially external respectively 11, 13, 21, 23 of segments 10,20.
  • the grooves 14, 24 can be closed at their radially inner and radially outer end.
  • the length of the groove 14.24, in the radial direction must be greater than the length corresponding to tenons 18, 28.
  • both tenons 18.28 as complementary grooves 14.24 can be straight as shown in Figure 3.
  • these sides can however be curved, for example convex or concave, or even polygonal, as shown in Figure 7.
  • flanks of the tenons 18,28 and grooves 14.24 can be located in a radial plane passing through the OO axis of the rings as illustrated in the figure 5 or, on the contrary, inclined with respect to a plane radial, as illustrated in Figure 4.
  • the radial ends of the tenons 18,28 and the 14.24 grooves can take different geometries.
  • blocking in the peripheral direction with freedom of radial movement between two segments adjacent, 10.20 can be obtained using inserts 30 designed to be inserted into grooves 14.24 radial orientation formed in the facing flanks segments or rings.
  • Such inserts can take many geometries.
  • They can be set up either at the manufacturing segments, either during assembly or after assembly of rings.
  • the inserts can be replaced by injections of material.
  • the device according to the present invention does not guarantee long-term efficiency elsewhere.
  • the clearance required for conforming locking means to the present invention can be globally determined as a result.
  • R + ⁇ R the amplitude of ovalization of a elliptical ring, in the horizontal direction and R - ⁇ R the amplitude of ovalization in the direction vertical.
  • a "radial" seal conforming to the present invention must have a game (in the tangential direction) equal to e ⁇ R / R or e denotes the thickness of the coating.
  • a blocking system classic such as a parallel mortise tenon system to the circle must offer a clearance of at least ⁇ R so as not to induce real problems with the installation.
  • the seal can either pass through of the system, either go outside (lower surface side or upper surface) if, as mentioned above, the slide radial formed in the context of the present invention is limited to part of the thickness of the segment.
  • the number of locking devices conforming to the invention fitted to each segment can be arbitrary (even zero on some segments making up the ring) the bottom line being that regardless of the direction of the transverse stress between rings, there are enough to oppose the slide from a certain threshold.
  • the number and position of the grooves on each segment must be such that the number of facing grooves is sufficient, and this for all permitted positions for installation.
  • the radial nature of the grooves 14, 24 makes that under a solicitation tending to drag a ring against the other, the stop constraints which result in concrete, are tangential, not radial as in the case of the classic design as shown in fig. 2. moreover, the sides of the throat according to the present invention can be reinforced more easily than in the design classic. As a result, the final strength is more significant, and the risks of concrete bursting are less in the context of the invention.
  • the present invention thus makes it possible to reinforce very notably the keeping of the segments.
  • the present invention applies also in case the grooves 14.24 and the lugs 18.28 are not oriented in a strictly direction radial, but only in an almost radial direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Vending Devices And Auxiliary Devices For Vending Devices (AREA)
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  • Road Signs Or Road Markings (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de revêtement de tunnel.
Le revêtement d'un tunnel creusé au tunnelier est généralement constitué d'anneaux circulaires posés les uns derrière les autres au fur-et-à-mesure du creusement (voir US-A 4 397 583) (en fait après chaque phase de creusement, de l'ordre de 1 à 2 mètres de long).
Chaque anneau est lui-même constitué de plusieurs « voussoirs » préfabriqués (chacun en forme d'un secteur de couronne), qui sont assemblés à l'intérieur du tunnelier. Dès qu'un anneau est ainsi monté, il sert d'appui à des vérins de poussée qui permettent au tunnelier de poursuivre sa progression en creusant le terrain.
Dès la sortie d'un anneau hors de la « jupe » du tunnelier, le vide annulaire compris entre l'anneau et le terrain est rempli par injection d'un produit sous pression, de telle sorte que l'anneau est immédiatement mis en compression.
Par la suite, cette compression peut éventuellement être remplacée par celle résultant de l'interaction avec le terrain.
En tout état de cause, il y a consensus pour dire que l'anneau, considéré isolément, reste toujours globalement comprimé du fait des pressions radiales.
Par suite, l'intégrité de l'anneau en tant que tel peut être assurée, moyennant une conception adéquate, via les seuls frottements entre voussoirs d'un même anneau au niveau des joints longitudinaux.
Il n'en va pas nécessairement de même dans le sens longitudinal (du moins n'y-a-t-il pas consensus sur ce point).
En effet, la compression longitudinale créée par les vérins de poussée lors de la progression du tunnelier peut se relaxer partiellement, notamment du fait du fluage des matériaux (bétons, joints d'étanchéité, terrains) ou du retrait (hydrique, voire thermique) du béton.
De ce fait, le frottement mobilisable sur la surface des joints entre anneaux peut se réduire à long terme.
Par suite, l'intégrité du revêtement, 'considéré comme un tube horizontal, peut être remise en question (par exemple, sous l'effet d'une sollicitation de cisaillement ou d'un défaut local de réaction du terrain) si la résistance vis-à-vis d'un glissement entre anneaux ne provient que du frottement entre eux.
Pour ces raisons, certains Maítres d'Oeuvre assurent un blocage (au-delà d'une certaine tolérance) des déplacements transversaux relatifs entre anneaux contigus.
Un tel déplacement transversal, que l'on cherche à bloquer, est schématisé sur la figure 1. Sur celle-ci on aperçoit trois anneaux, n-1, n et n+1, juxtaposés longitudinalement selon un axe O-O. Les deux anneaux n-1 et N+1 étant centrés sur l'axe O-O, tandis que l'anneau n situé entre ceux-ci subit un effort F transversal à l'axe O-O, lequel effort tend à le décentrer par rapport à l'axe O-O et à le désaligner des anneaux n-1 et n+1 qui l'encadrent.
Cette fonction de blocage est généralement assurée par des systèmes de tenon et mortaise entre anneaux, disposés parallèlement à la circonférence de l'anneau, comme illustré sur la figure2.
Sur cette figure 2, on a représenté sous la référence T un tenon en saillie ménagé sur un premier flanc de chaque voussoir, et sous la référence M une mortaise en creux complémentaire formée sur la seconde face de chaque voussoir.
Cependant, il s'avère que ces dispositions connues ne donnent pas toujours pleinement satisfaction. En particulier, ces dispositions connues induisent parfois certains désordres (éclats de bétons, perte d'étanchéité) lors de la construction, du fait qu'elles s'opposent à toute ovalisation de l'anneau et à tout défaut d'alignement (désafleur) d'un voussoir par rapport à celui de l'anneau précédent (sauf à ménager un jeu tellement important que l'efficacité réelle du blocage à long terme est alors remise en cause).
La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau dispositif de revêtement de tunnel présentant des performances supérieures aux dispositifs connus de l'art antérieur.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif de revêtement de tunnel comprenant des éléments de soutènement en forme d'anneaux juxtaposés, caractérisé par le fait qu'il comprend, au niveau des flancs en regard des anneaux juxtaposés, des moyens assurant un blocage en direction périphérique, avec liberté de déplacement radial ou quasi radial.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les moyens de blocage comprennent des gorges orientées radialement.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les moyens de blocage comprennent des. tenons orientés radialement, complémentaires dans leur extension périphérique, de gorges destinées à être placées en regard.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les moyens de blocage comprennent des inserts destinés à être insérés dans des gorges d'orientation radiale formées dans les flancs en regard des anneaux.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement une vue en coupe longitudinale de trois anneaux juxtaposés selon l'état de la technique,
  • la figure 2 également précédemment décrite représente une vue schématique en perspective éclatée de deux voussoirs destinés à être associés, comportant chacun, respectivement sur leur face, une mortaise et un tenon périphériques, conformément à l'état de la technique.
  • la figure 3 représente une vue schématique en perspective de deux voussoirs conformes à la présente invention destinés à être associés,
  • les figures 4 et 5 représentent deux variantes de réalisation de moyens de blocage conformes à la présente invention, selon un plan de coupe périphérique ou tangentiel tel que schématisé sous la référence IV-IV sur la figure 3,
  • la figure 6 représente une vue en coupe radiale, selon le plan de coupe référencé VI-VI sur la figure 3, de moyens de blocage conformes à la présente invention,
  • la figure 7 représente une vue en perspective d'un voussoir conforme à une variante de l'invention,
  • la figure 8 représente une vue schématique en coupe périphérique ou tangentielle similaire au plan de coupe IV-IV, d'une autre variante de réalisation conforme à la présente invention.
On a illustré sur la figure 3 deux voussoirs 10,20, en béton constituant une portion de deux anneaux respectifs destinés à être juxtaposés.
La largeur longitudinale L1, l'épaisseur radiale e, l'ouverture angulaire OA des deux voussoirs 10,20 représentés sur la figure 3, sont purement illustratives, à titre d'exemple, et ne doivent en aucune façon être considérées comme limitatives y compris quant à leur rapport.
On aperçoit sur la figure 3 annexée, sur chacun des voussoirs 10,20, sur un premier flanc 12,22, une gorge 14,24, orientée radialement par rapport à l'axe O-O des voussoirs et anneaux.
On aperçoit par ailleurs sur la figure 3, sur le second flanc 16,26 de chaque voussoir 10,20, un tenon 18,28 d'orientation radiale. Les tenons 18,28 sont venus de matière en béton, sur les voussoirs 10,20.
Les flancs 12,22,16 et 26 correspondent aux faces des voussoirs 10,20 orientées perpendiculairement à l'axe O-O des anneaux.
Les tenons 18,28 sont destinés à pénétrer dans une gorge radiale, 14,24, placée en regard. A ce titre, les tenons 18,28 sont complémentaires, dans leur direction périphérique, des gorges 14,24.
En revanche, les tenons 18,28 engagés dans les gorges 14,24 préservent une liberté de déplacement entre les voussoirs 10,20 adjacents dans la direction radiale.
En d'autres termes, l'extension périphérique des tenons 18,28 est complémentaire, c'est-à-dire égale au jeu près nécessaire à l'engagement et aux tolérances d'exécution et de montage, de l'extension périphérique des gorges 14,24.
En revanche, la longueur des gorges 14,24 est adaptée pour ne pas appliquer de contraintes limitant le déplacement radial des tenons 18,28.
A ce titre, les gorges 14,24 peuvent déboucher sur une face, voire sur les deux faces de périphérie respectivement radialement interne et radialement externe 11, 13, 21, 23 des voussoirs 10,20. Selon une autre variante, comme on l'a illustré par exemple sur la figure 6, les gorges 14,24 peuvent être obturées à leur extrémité radialement interne et radialement externe.
Dans ce cas, la longueur de la gorge 14,24, dans la direction radiale doit être supérieure à la longueur correspondante des tenons 18, 28.
Les flancs orientés dans la direction radiale, tant des tenons 18,28 que des gorges complémentaires 14,24 peuvent être rectilignes comme illustré sur la figure 3.
En variante, ces flancs peuvent cependant être incurvés, par exemple convexes ou concaves, voire polygonaux, comme illustré sur la figure 7.
Par ailleurs, ces flancs des tenons 18,28 et des gorges 14,24 peuvent être situés dans un plan radial passant par l'axe OO des anneaux comme illustré sur la figure 5 ou, au contraire, inclinés par rapport à un plan radial, comme illustré sur la figure 4.
Sur les figures 4 et 5 les flancs des tenons et gorges complémentaires sont référencés f.
Les extrémités radiales des tenons 18,28 et des gorges 14,24 peuvent prendre différentes géométries.
Le jeu réservé, dans la direction radiale, pour chaque tenon 18,28 placé dans une gorge 14,24 doit être très supérieur aux défauts de pose possibles et tel qu'il ne bloque pas un éventuel déplacement relatif entre anneaux avant que l'une des glissières radiales ainsi formée ne vienne en butée.
Sur la figure 6, le jeu radial ainsi ménagé de part et d'autre d'un tenon 18 est référencé j.
Selon encore une autre variante schématisée sur la figure 8, le blocage en direction périphérique avec liberté de déplacement radial entre deux voussoirs adjacents, 10,20 peut être obtenu à l'aide d'inserts 30 conçu pour être insérés dans des gorges 14,24 d'orientation radiale formée dans les flancs en regard des voussoirs ou anneaux.
De tels inserts peuvent prendre de nombreuses géométries.
Ils peuvent être mis en place soit à la fabrication des voussoirs, soit lors du montage ou après montage des anneaux.
Selon encore une autre variante, les inserts peuvent être remplacés par des injections de matière.
Sous réserve de ménager des jeux intimes, que l'on précisera par la suite, le système conforme à la présente invention ne s'oppose ni à l'ovalisation de l'anneau ni à des désafleurs.
Il ne pose donc aucune difficulté de construction.
Par contre, dès qu'un anneau ayant quitté la jupe du tunnelier est sollicité transversalement dans une direction quelconque, plusieurs des joints radiaux ainsi formés (en fait tous ceux dont l'axe de glissement possible n'est pas trop parallèle à la sollicitation) se trouvent automatiquement mobilisés.
L'ensemble de l'anneau se trouve de ce fait bloqué, puisque, comme indiqué précédemment, l'intégrité de chaque anneau est assurée par sa compression (sous l'effet du produit de bourrage et/ou du terrain).
Le dispositif conforme à la présente invention garantit pas ailleurs une efficacité à long terme.
Le jeu requis pour les moyens de blocage conformes à la présente invention, peut être globalement déterminé comme suite.
Appelons R + Δ R l'amplitude d'ovalisation d'un anneau en ellipse, selon la direction horizontale et R - Δ R l'amplitude d'ovalisation selon la direction verticale.
Si l'on cherche à poser un tel anneau contre un anneau parfaitement circulaire de rayon R on peut montrer que l'écart angulaire maximal (exprimé en radian) entre les normales respectives au cercle et à l'ellipse vaut Δ R/R.
Par suite, un joint « radial » conforme à la présente invention doit être doté d'un jeu (dans la direction tangentielle) égale à e Δ R/R ou e désigne l'épaisseur du revêtement.
Dans la même situation, un système de blocage classique, tel qu'un système de tenon mortaise parallèle au cercle doit offrir un jeu d'au moins Δ R pour ne pas induire de réels problèmes à la pose.
e/R étant de l'ordre de 10%, l'homme de l'art comprendra que l'on doit ménager des jeux 10 fois plus importants avec le système classique qu'avec le système conforme à la présente invention.
L'efficacité en terme de blocage à long terme de déplacements transversaux est donc améliorée d'un facteur 10 grâce à l'invention.
Le joint d'étanchéité peut soit passer au travers du système, soit passer à l'extérieur (côté intrados ou extrados) si, comme évoqué précédemment, la glissière radiale formée dans le cadre de la présente invention est limitée à une partie de l'épaisseur du voussoir.
Le nombre de dispositifs de blocage conformes à l'invention équipant chaque voussoir peut être quelconque (voire nul sur certains voussoirs composant l'anneau) l'essentiel étant que quelle que soit la direction de la sollicitation transversale entre anneaux, il y en ait en nombre suffisant pour s'opposer au glissement à partir d'un certain seuil. Le nombre et la position des gorges sur chaque voussoir doivent être tels que le nombre de gorges en regard soit suffisant, et ce pour toutes les positions permises à la pose.
Quel que soit le système conforme à la présente invention retenu (tenon-mortaise béton, injection, insert, etc.), le caractère radial des gorges 14,24 fait que, sous une sollicitation tendant à faire glisser un anneau contre l'autre, les contraintes de butée qui en résultent dans le béton, sont tangentielles, et non radiales comme dans le cas de la conception classique telle que représentée en fig.2. de plus, les flancs de la gorge conforme à la présente invention, peuvent être ferraillés plus aisément que dans la conception classique. Par suite, la résistance finale est plus importante, et les risques d'éclatement de béton sont moindres dans le cadre de l'invention.
La présente invention permet ainsi de renforcer très notablement la tenue des voussoirs.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.
En particulier la présente invention s'applique également au cas où les gorges 14,24 et les tenons 18,28 ne sont pas orientés dans une direction strictement radiale, mais seulement dans une direction quasi radiale.

Claims (10)

  1. Dispositif de revêtement de tunnel, comprenant des éléments de soutènement en forme d'anneaux juxtaposés, caractérisé par le fait qu'il comprend au niveau des flancs en regard (12,16,22,26) des anneaux juxtaposés, des moyens (14,24,18,28,30) assurant un blocage en direction périphérique avec liberté de déplacement radial,
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des gorges (14,24) orientées radialement.
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des tenons (18,28) orientés radialement, complémentaires dans leur direction périphérique de gorges (14,24) destinés à être placées en regard.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des inserts (30) destinés à être engagés dans des gorges d'orientation radiale (14,24) formées dans les flancs en regard des anneaux.
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des injections de matière dans des gorges d'orientation radiale (14,24) formées dans les flancs en regard des anneaux.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des gorges (14,24) qui débouchent au moins sur une extrémité radiale des anneaux.
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que les moyens de blocage comprennent des gorges 14,24 qui sont obturées au moins sur une extrémité radiale des anneaux.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 et 7, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent des gorges (14,24) obturées sur leurs deux extrémités, respectivement radialement externe et radialement interne.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs moyens de blocage en direction périphérique avec liberté de déplacement radial sur chaque voussoir (10,20) destiné à constituer un anneau.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un voussoir (10,20) exempt de blocage.
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ES (1) ES2218352T3 (fr)
FR (1) FR2816000B1 (fr)
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FR2816000A1 (fr) 2002-05-03
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