Procédé d'exécution d'un puits blindé sous pression pour aménagement hydro-électrique et puits blindé obtenu par le procédé Les aménagements hydroélectriques en montagne comportent fréquemment l'utilisation de puits blindés souterrains en lieu et place de conduites extérieures. Dans ce genre d'exécution, le blindage supporte la pression intérieure de l'eau correspondant à la pres sion de service majorée du coup de bélier. Lorsque le rocher est de bonne qualité, il y a intérêt à faire supporter au rocher la plus grosse partie de la pres sion intérieure, ce qui permet de diminuer le poids et le coût des blindages.
Pratiquement, l'application de ce procédé connu se heurte aux difficultés sui vantes 1) Lors de l'enrobage du blindage par un anneau de béton, la température de la galerie, augmen tée de la chaleur de prise du ciment, est élevée. Lors de la mise en service du puits, la tempéra ture de l'eau est basse. Le blindage subit ainsi un raccourcissement annulaire qui tend à le décoller du béton et à le mettre en traction ; 2) Lorsqu'on procède à des essais de mise en pres sion d'un massif rocheux, on note, dans la courbe déformation-pression une déformation ini tiale importante correspondant à une première fermeture des fissurations, puis à un relèvement de la courbe de déformation lorsque les fissures se sont refermées.
Pour lutter contre ce phénomène, il est d'usage de bloquer, par injection après la pose du blindage, le rocher de façon à refermer les fissures et à rele ver le module de déformation. D'autre part, il est également d'usage de procéder à des injections dites de collage, entre le blindage et le béton, de façon à mobiliser dans toute la mesure du possible dès le début la réaction du rocher.
En résumé, les procédés usuels visent donc à appliquer, le plus intimement possible, la tôle au revêtement de béton, et à obturer la fissuration du rocher de façon à pouvoir mobiliser, dès le début des déformations consécutives à la mise en pression intérieure, la réaction du rocher, et à diminuer la participation de la tôle à l'effet de pression inté rieure.
Ces procédés usuels comportent les inconvé nients suivants 1) Il est difficile et coûteux d'obtenir la fermeture des fissurations par injection au large, aussi bien que d'obtenir un collage efficace par injection à basse pression du blindage ; 2) II est difficile d'obtenir, par injection de collage le contact du béton avec la conduite et donc de supprimer tout espace libre sans faire flamber le blindage sous l'effet de la pression d'injection extérieure.
Le breveta pour objet un procédé d'exécution d'un puits blindé sous pression comportant un blin dage métallique entouré d'un revêtement en béton situé dans une galerie et dont le but est de permettre de réaliser des puits blindés dont l'épaisseur du blin dage est faible et dans lesquels une grande partie de la pression intérieure est prise par le rocher sur lequel le blindage est parfaitement appuyé.
Il est caractérisé par le fait qu'on provoque l'expansion du blindage, lorsqu'il est disposé à l'intérieur de la galerie, au-delà de la limite élastique provoquant ainsi une augmentation permanente du diamètre du blindage et par conséquent l'application de celui-ci contre la couche annulaire de béton ainsi que l'ap plication d'une contrainte sur le massif rocheux en tourant le puits déformant cette roche, puis qu'on réduit la pression à l'intérieur du blindage provo quant sa précontrainte sous l'effet du revenu élasti que du massif rocheux.
Le brevet a également pour objet un puits blindé obtenu par ce procédé caractérisé par le fait qu'il comporte un blindage métallique expansé soumis à un effort de précontrainte annulaire par le massif rocheux entourant le puits et par le fait que ce blin dage assure l'étanchéité du puits seulement, les ef forts dus à la pression interne de service du puits étant absorbés pour la plus grande partie par le massif rocheux lui-même.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution et une va riante d'un puits blindé obtenu par le procédé, objet du brevet.
La fig. 1 en est une coupe en long, des draina ges étant prévus pour éviter l'accumulation d'eau dans le voisinage du blindage.
La fig. 2 en est une coupe en travers avant ex pansion du blindage.
La fig. 3 en est une coupe en travers après expansion du blindage.
La fig. 4 est une courbe indiquant la déforma tion volumétrique du blindage en fonction de la pression d'expansion.
La fig. 5 est une. courbe illustrant les déforma tions de la roche sous l'effet d'une pression cons tante. Selon un exemple de mise en #uvre du procédé, on dépose à l'intérieur d'une galerie 1 souterraine un blindage métallique 2 mince, de l'ordre de 5 à 10 mm, étanche et on coule, d'une façon conven tionnelle, une couche annulaire de béton 3 entre la roche et cette enceinte.
La température du puits est relativement élevée du fait qu'elle est située sous terre et du fait de la chaleur dégagée par la prise du ciment. Dans ces conditions, si l'on met cette galerie en service, la température de l'eau étant basse, le blindage se comprime et son diamètre diminue ce qui provoque le décollement du blindage.
La nouveauté du procédé décrit réside dans 1e fait qu'on met le blindage, avant sa mise en service, sous une pression de 1,5 à 2 fois la pression de service provoquant une expansion dudit blindage. Cette pression doit être suffisamment élevée pour que la limite d'élasticité du blindage soit dépassée afin que celui-ci se déforme de façon permanente pour venir épouser aussi exactement que possible la forme de la couche annulaire de béton 3 et pro voquer la mise en compression radiale de cette cou che.
Cette pression élevée provoque également la fermeture des fissurations de la roche, le blindage s'expansant de façon permanente d'une part pour compenser le tassement plus ou moins plastique de la roche, et d'autre part pour provoquer une certaine déformation élastique du massif rocheux.
Lors de la suppression de la pression interne élevée, le blindage ne revient pas, mais par contre le massif rocheux ayant été déformé non seulement plastiquement mais également élastiquement, celui-ci revient élastiquement, ce qui provoque l'application au blindage d'une pression extérieure ou précon trainte assurant le maintien de la fermeture de la fissuration du massif rocheux, le maintien en com pression radiale de la couche de béton 3 ainsi que l'application intime du revêtement de béton au blin dage métallique 2 contre cette couche de béton.
Le procédé décrit permet donc bien de réaliser un puits blindé dans lequel le massif rocheux sup porte la majeure partie de la pression interne sans recourir à aucune injection coûteuse et difficile à exécuter et dont les résultats sont incontrôlables.
En outre l'allongement permanent subi par le blindage permet d'écrouir le métal ce qui lui confère une plus haute résistance mécanique.
De plus ce procédé permet de faire apparaître les éventuelles défectuosités de bétonnage du puits lors de son expansion (fig. 3), en effet aux endroits où la couche annulaire de béton est trop éloignée du blindage ce dernier se déforme exagérément. II est alors possible de réparer cette défectuosité à peu de frais. En effet, il suffit de découper la partie défec tueuse du blindage, de remplir la cavité 4 de béton et de ressouder une plaque de métal pour rendre étanche le blindage.
Grâce à l'écrouissage du blindage on obtient une. meilleure résistance au flambage de celui-ci.
Il est évident que, comme dans les exécutions actuelles, lorsqu'il y a des risques de fortes infiltra tions d'eau dans la galerie pouvant conduire à de fortes pressions externes sur le blindage il y a lieu de prévoir des moyens permettant l'évacuation de cette eau pour éviter la formation de pressions exter nes exagérées. Dans certains cas il suffit pour empêcher l'accu mulation d'eau au voisinage du blindage de procéder à des injections 5 dites de blocage à une certaine distance de la galerie et tendant à former une cein ture étanche autour de la galerie (fig. 2).
Lorsque les infiltrations d'eau sont trop consé quentes il est possible d'évacuer cette eau en pra tiquant des drainages autour du blindage à l'intérieur de la couche annulaire 3 de béton et dans le rocher. En effet, cette couche de béton n'est pas étanche car, d'une part, il est nécessaire de couler du béton relativement liquide pour obtenir sa mise en place, ce qui conduit à un béton de qualité médiocre et, d'autre part, il se produit une fissuration de cette couche par section tangentielle lors de l'expansion du blindage.
Un tel drainage peut comporter un collecteur 6 disposé sous le blindage et dans lequel viennent se déverser des drains annulaires 7. Une telle solution est décrite dans le brevet suisse N- 347147 et ne sera donc pas décrite en détail ici. Les avantages principaux du puits blindé décrit et de son procédé d'exécution par rapport aux pro cédés actuellement connus sont les suivants 1) Possibilité de réduire grandement l'épaisseur du blindage du fait que celui-ci est précontraint par le revenu élastique du massif rocheux et que ce massif rocheux participe donc pour la plus grande part dans la résistance à la pression interne du blindage.
Cette réduction d'épaisseur du blindage représente une économie de matière très appré ciable et donc une réduction sensible du prix de revient d'un tel puits blindé ; 2) Suppression des injections dites de blocage et de collage ce qui réduit également grande ment le prix de revient d'un tel puits blindé; 3) La mise en évidence, avant la mise en service du puits blindé des éventuelles défectuosités de celui-ci. Ceci permet de procéder immédiate ment aux réparations nécessaires tout en n'entraî nant que de minimes frais ; 4) La fabrication et le transport des tronçons du blindage sont plus aisés et plus rapides du fait de leur moindre poids. REVENDICATIONS I.
Procédé d'exécution d'un puits blindé sous pression comportant un blindage métallique entouré d'un revêtement en béton situé dans une galerie, ca ractérisé par le fait qu'on provoque l'expansion dudit blindage, lorsqu'il est disposé à l'intérieur de la gale rie, au-delà de la limite élastique provoquant ainsi une augmentation permanente du diamètre du blin dage et par conséquent l'application de celui-ci con tre la couche annulaire de béton ainsi que l'applica tion d'une contrainte sur le massif rocheux entou- rant le puits déformant cette roche, puis qu'on réduit la pression à l'intérieur du blindage provoquant sa précontrainte sous l'effet du revenu élastique<B>du</B> mas sif rocheux.
II. Puits blindé obtenu par le procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'il comporte un blindage métallique expansé soumis à un effort de précontrainte annulaire par le massif rocheux en tourant le puits et par le fait que ce blindage assure l'étanchéité du puits seulement, les efforts dus à la pression interne de service du puits étant absorbés pour la plus grande partie par le massif rocheux lui- même.
Method of producing a pressurized armored well for hydroelectric development and armored well obtained by the process Mountain hydroelectric installations frequently involve the use of underground armored wells instead of external conduits. In this type of execution, the shielding supports the internal pressure of the water corresponding to the service pressure increased by the water hammer. When the rock is of good quality, it is in the interest of making the rock withstand most of the internal pressure, which makes it possible to reduce the weight and the cost of the shielding.
In practice, the application of this known process comes up against the following difficulties 1) When the shielding is coated with a concrete ring, the temperature of the gallery, increased by the setting heat of the cement, is high. When the well is commissioned, the water temperature is low. The shielding thus undergoes an annular shortening which tends to detach it from the concrete and to put it in tension; 2) When one carries out pressure tests on a rock mass, one notes, in the deformation-pressure curve, a significant initial deformation corresponding to a first closure of the cracks, then to an increase in the pressure curve. deformation when the cracks have closed.
To combat this phenomenon, it is customary to block, by injection after the armor plating, the rock so as to close the cracks and to raise the deformation modulus. On the other hand, it is also customary to carry out so-called bonding injections, between the shielding and the concrete, so as to mobilize the rock's reaction as far as possible from the start.
In summary, the usual methods therefore aim to apply, as closely as possible, the sheet to the concrete coating, and to seal the cracking of the rock so as to be able to mobilize, from the start of the deformations resulting from the internal pressurization, the reaction of the rock, and to reduce the participation of the sheet in the effect of internal pressure.
These usual methods have the following drawbacks 1) It is difficult and costly to achieve crack closure by off-shore injection, as well as to achieve effective bonding by low pressure injection of the shielding; 2) It is difficult to obtain, by bonding injection, the contact of the concrete with the pipe and therefore to eliminate any free space without causing the shielding to buckle under the effect of the external injection pressure.
The object of the patent is a method of making a pressurized armored well comprising a metal shielding surrounded by a concrete lining located in a gallery and the aim of which is to make it possible to produce armored wells whose thickness of the blin dage is low and in which a large part of the internal pressure is taken by the rock on which the armor is perfectly supported.
It is characterized by the fact that it causes the expansion of the armor, when it is placed inside the gallery, beyond the elastic limit thus causing a permanent increase in the diameter of the armor and consequently the application of this against the annular layer of concrete as well as the application of a stress on the rock mass by turning the shaft deforming this rock, then reducing the pressure inside the shielding causing its prestressing under the effect of the elastic income of the rock mass.
The patent also relates to a shielded well obtained by this process, characterized in that it comprises an expanded metal shielding subjected to an annular prestressing force by the rock mass surrounding the well and by the fact that this shielding ensures the sealing of the well only, the ef forts due to the internal operating pressure of the well being absorbed for the most part by the rock mass itself.
The appended drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment and a variant of a shielded well obtained by the process, the subject of the patent.
Fig. 1 is a longitudinal section thereof, with draina ges being provided to prevent the accumulation of water in the vicinity of the shielding.
Fig. 2 is a cross section before expansion of the shielding.
Fig. 3 is a cross section after expansion of the shield.
Fig. 4 is a curve indicating the volumetric deformation of the shielding as a function of the expansion pressure.
Fig. 5 is a. curve illustrating the deformation of the rock under the effect of constant pressure. According to an example of implementation of the method, is deposited inside an underground gallery 1 a thin metal shielding 2, of the order of 5 to 10 mm, waterproof and is poured, in a conventional manner. , an annular layer of concrete 3 between the rock and this enclosure.
The temperature of the well is relatively high because it is located underground and because of the heat released by the setting of the cement. Under these conditions, if this gallery is put into service, the water temperature being low, the armor is compressed and its diameter decreases, which causes the armor to detach.
The novelty of the process described lies in the fact that the shielding is placed, before it is put into service, under a pressure of 1.5 to 2 times the operating pressure, causing an expansion of said shielding. This pressure must be high enough so that the elastic limit of the shielding is exceeded so that it deforms permanently to come to match as exactly as possible the shape of the annular layer of concrete 3 and to cause compression. radial of this layer.
This high pressure also causes the cracks in the rock to close, the armor expanding permanently on the one hand to compensate for the more or less plastic settlement of the rock, and on the other hand to cause a certain elastic deformation of the massif. rocky.
When the high internal pressure is removed, the armor does not return, but on the other hand the rock mass having been deformed not only plastically but also elastically, it returns elastically, which causes the application to the armor of a pressure external or pre-stretched ensuring the maintenance of the closure of the cracking of the rock mass, the maintenance in radial com pressure of the concrete layer 3 as well as the intimate application of the concrete coating with the metal shielding 2 against this concrete layer.
The method described therefore makes it possible to produce a shielded well in which the rock mass supports the major part of the internal pressure without resorting to any injection that is expensive and difficult to carry out and the results of which are uncontrollable.
In addition, the permanent elongation undergone by the shielding makes it possible to harden the metal which gives it greater mechanical strength.
In addition, this process makes it possible to reveal any defects in the concreting of the well during its expansion (fig. 3), in fact in places where the annular layer of concrete is too far from the shielding, the latter deforms excessively. It is then possible to repair this defect inexpensively. Indeed, it suffices to cut out the defective part of the shielding, to fill the cavity 4 with concrete and to re-weld a metal plate to make the shielding waterproof.
Thanks to the strain hardening of the shielding one obtains a. better resistance to buckling thereof.
It is obvious that, as in current executions, when there is a risk of strong infiltration of water in the gallery which could lead to strong external pressures on the shielding, it is necessary to provide means for evacuation. of this water to avoid the formation of exaggerated external pressures. In some cases, to prevent the accumulation of water in the vicinity of the shielding, it is sufficient to carry out so-called blocking injections 5 at a certain distance from the gallery and tending to form a tight belt around the gallery (fig. 2). ).
When water infiltration is too substantial, it is possible to evacuate this water by draining around the shielding inside the annular layer 3 of concrete and in the rock. Indeed, this layer of concrete is not waterproof because, on the one hand, it is necessary to pour relatively liquid concrete to obtain its placement, which leads to a concrete of poor quality and, on the other hand , there is a cracking of this layer by tangential section during the expansion of the armor.
Such a drainage may include a collector 6 placed under the shielding and into which annular drains 7 flow. Such a solution is described in Swiss patent N-347147 and will therefore not be described in detail here. The main advantages of the armored well described and of its method of execution compared to currently known methods are as follows 1) Possibility of greatly reducing the thickness of the armouring due to the fact that the latter is prestressed by the elastic tempering of the rock mass and that this rocky mass therefore participates for the most part in the resistance to the internal pressure of the armor.
This reduction in thickness of the shielding represents a very appreciable saving in material and therefore a significant reduction in the cost price of such a shielded well; 2) Elimination of so-called blocking and sticking injections, which also greatly reduces the cost price of such a shielded well; 3) Demonstration, before the armored well is put into service, of any defects thereof. This enables the necessary repairs to be carried out immediately while incurring minimal costs; 4) The manufacture and transport of the armor sections are easier and faster due to their lower weight. CLAIMS I.
A method of making a pressurized armored well comprising a metal shielding surrounded by a concrete lining located in a gallery, characterized by the fact that the said shielding is caused to expand, when it is placed in the tunnel. inside the tunnel, beyond the elastic limit thus causing a permanent increase in the diameter of the shielding and consequently the application of the latter against the annular layer of concrete as well as the application of a stress on the rock mass surrounding the well deforming this rock, then reducing the pressure inside the armor, causing it to be prestressed under the effect of the elastic tempering <B> of the </B> rock mass.
II. Shielded well obtained by the process according to claim I, characterized in that it comprises an expanded metal shielding subjected to an annular prestressing force by the rock mass by turning the shaft and by the fact that this shielding ensures the tightness of the wells only, the forces due to the internal operating pressure of the well being absorbed for the most part by the rock mass itself.