CH520825A - Revêtement expansible en béton pour tunnel à pression et procédé pour sa fabrication - Google Patents

Description

  
 



  Revêtement expansible en béton pour tunnel à pression et   procédé    pour sa fabrication
 L'invention a pour objet un revêtement expansible en béton pour tunnel à pression. Ce revêtement petit se déformer ainsi sous l'action de la pression intérieure de l'eau qu'il transmet, sans être crevé, cette pression étant transmise entièrement au milieu rocheux environnant. Ce revêtement peut être utilisé dans une vaste gamme de roches eu égard à leurs indices mécaniques, depuis
K = 30   kg/cm3,    en particulier quand l'étanchéité à l'eau est demandée au revêtement lui-même. L'indice mécanique K exprime la réaction élastique de la roche.

  Il est déterminé par la formule   AR    = KUR dans laquelle   vp    est la tension radiale au point envisagé sur le contour de la roche et UR est le déplacement radial en ce point produit par la tension.   CR    étant connu, on détermine K par une mesure directe de   Un.    L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de ce revêtement.



   La construction peut être basée sur la courbure d'une poutre de section circulaire reposant sur une base élastique, constituée par un tube d'une certaine épaisseur sous une action hydrostatique. Cette méthode concerne aussi bien un milieu rocheux isotrope qu'un milieu rocheux anisotrope.



   Avec les revêtements monolithes employés en   Bul-    garie et souvent à l'étranger, soit en béton armé, soit en béton ou béton armé combiné à du béton gurité, la force portante des roches n'est utilisée que partiellement et cela d'autant moins que la roche est plus faible. Lors du dimensionnement d'après les méthodes existantes, basées sur l'égalisation des déformations du revêtement et de la roche selon les rayons, on obtient dans de nombreux cas des revêtements lourds et coûteux. D'après la formule ci-dessus, la capacité portante   R    de la roche (tension existant sur le contour de la roche) est directement proportionnelle à la déformation radiale   Un.    Pour utiliser complètement cette capacité portante, il suffit que le revêtement du tunnel suive librement la déformation UR sans être abîmé.

  D'après cela, on a fait récemment des essais pour l'utilisation maximum de cette force portante par l'application de divers revêtements, principalement selon les trois modes suivants.



   1. Précontrainte du revêtement en béton par injection dans la roche dans un interstice prévu à cet effet; injection dans un anneau extérieur en béton spécial poreux; injection dans des coussins en tôle placés en rayons; élargissement de l'anneau intérieur à l'aide de crics hydrauliques; précontraintes du revêtement combiné, anneau intérieur en éléments préfabriqués et anneau extérieur en béton prépact (méthode de   Frayssinet);    injection dans l'interstice entre les anneaux extérieur et intérieur créés par enroulement d'un tube plastique ou créé pendant l'injection.



   2. Détermination de l'épaisseur du revêtement pour des crevasses dans ce revêtement ne dépassant pas une largeur admissible dépendant des conditions de filtration générales du massif rocheux, de l'agressivité de l'eau et d'autres facteurs. C'est, par exemple, la méthode de
Chanchiev.



   3. Des revêtements monolithes en deux couches entre lesquelles on met une isolation d'asphalte. D'un type semblable, des essais ont été faits auparavant en
Italie pour mettre une armure élastique en tôle d'acier.



   Récemment, on a effectué des essais avec des revêtements monolithes comportant des crevasses fournies artificiellement en séparant le revêtement par des joints étanches (Lazarevic en Yougoslavie et Lossaberidze en
URSS).



   Tous ces revêtements présentent cependant des défauts. Ainsi, par exemple, la précontrainte par des injections dans la roche et l'admission des crevasses sont des méthodes applicables dans les roches suffisamment fortes. Tous les autres revêtements ont le défaut plus ou moins accentué de créer des complications d'organisation et de technologie. Certains revêtements nécessitent des coffrages doubles ou des coffrages combinés avec des  éléments préfabriqués. D'autres nécessitent des crics ou coussins en tôle. D'autres encore ne permettent pas l'automatisation totale du bétonnage. D'autres enfin   néces-    litent d'importants travaux en ciment et la création de conditions   permettant    d'augmenter la répulsion élastique et de réduire l'effet nuisible du dessèchement et du rampement, etc.



   Le but de l'invention est de fournir un revêtement en béton qui s'approche autant que possible de l'état idéal: présenter une grande dureté (comme celle du   béton    par rapport à la charge extérieure et une élasticité suffisante sous l'action de la pression intérieure de l'eau pour assurer la transmission de toute cette pression à la roche sans modifier l'étanchéité à l'eau, et en même temps être exempt des défauts des revêtements   complus    jusqu'à présent.



   Le revêtement selon l'invention, comprenant un anneau extérieur en béton et un anneau intérieur   -òrmé    d'éléments préfabriqués en béton, est caractérisé en ce qu'il comprend sur le côté extérieur des éléments de l'anneau intérieur une couche molle fixe composée d'une matière élastique ou plastique, destinée à permettre, lors de la charge due à la pression intérieure de l'eau et à la transmission de cette pression au milieu rocheux, des déplacements relatifs tangentiels entre l'anneau extérieur ou le milieu rocheux et les éléments de l'anneau intérieur.



  des joints élastiques étanches longitudinaux et transversaux étant placés entre lesdits éléments.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du revêtement selon l'invention et illustre, également à titre d'exemple, une mise en   ceuvre    du procédé pour sa fabrication.



   La fig. 1 est une coupe transversale de la première forme d'exécution.



   La fig. 2 est une coupe longitudinale correspondant àlafig. 1.



   La fig. 3 est une coupe transversale de la seconde forme d'exécution.



   La fig. 4 est une coupe longitudinale correspondant àlafig. 3.



   Les fig. 5 à 10 sont des coupes longitudinales et transversales illustrant trois stades de ladite mise en oeuvre.



   Les fig. 11 et 12 sont des coupes, à plus grande échelle, de joints utilisés dans ces formes d'exécution.



   Le revêtement représenté aux fig. 1 et 2 comprend un anneau intérieur 1 formé d'éléments en béton 2   prés a    briqués unis par des joints élastiques étanches transversaux 3 et longitudinaux 4, en matière plastique par exemple (voir aussi fig.   1 1    et 12). Le nombre et les dimensions des éléments 2 et des joints 3 et 4 dépend des dimensions du tunnel, des propriétés de la roche et des machines disponibles pour la construction. Le revêtement comprend encore un anneau extérieur 5 en béton prépact ou en mortier cimenteux injecté pour assurer la connexion avec le milieu rocheux 6. L'anneau intérieur 1 porte sur sa surface extérieure une couche molle 7 en matériau élastique de 2 à 5 mm d'épaisseur. Cette couche peut être en matière plastique, en caoutchouc ou en asphalte.



   Ces mêmes éléments se retrouvent dans la seconde forme d'exécution des fig. 3 et 4.



   L'essentiel du revêtement décrit est la couche molle 7 qui donne au revêtement une grande indépendance vis-à-vis des déformations tangentielles relatives de l'anneau intérieur relativement à l'anneau extérieur, respectivement au milieu rocheux. Sous l'action de la pression intérieure de l'eau, les segments de l'anneau intérieur sont soumis surtout à une déformation pour augmenter le rayon de courbure correspondant à la situation nouvelle d'équilibre, assurant une liaison continue avec l'anneau extérieur, respectivement le milieu rocheux, pour transmettre la charge entièrement à celui-ci.



   Le revêtement des fig.   1    et 2 convient à l'exécution d'un tunnel suivant le mode ordinaire par   explosions.   



   Le déblai du tunnel est exécuté comme d'ordinaire sur un profil plein transversal, un renforcement provisoire pouvant être fait par tous les moyens connus, si nécessaire.   L'exécution    du revêtement même commence par le démontage des rails utilisés pour les chariots portant l'explosif, sur une distance correspondant à un secteur de travail de 15 à 30 m, puis on dispose les éléments 2 inférieurs de l'anneau intérieur 1 sur du gravier. Ensuite, on place les autres éléments de l'anneau intérieur, on remplit l'espace près de la roche avec du gravier et on place les joints 3 et 4 entre les éléments 2. La délimitation des secteurs de travail à 15 à 30 m de longueur pour l'introduction du mortier cimenteux se fait par des cloisons 8 (fig. 2) de 0,5 m en béton ou maçonneries.

  L'injection du mortier cimenteux pour béton prépact se fait à l'aide de pompes centrifuges ou d'expulseurs pneumatiques par des buses spéciales. Après l'achèvement de l'anneau intérieur 1, de la couche molle 7 et de l'anneau extérieur 5, on peut assurer une étanchéité additionnelle et un renforcement de la roche environnante suivant les méthodes usuelles.



   Le revêtement des fig. 3 et 4 convient à l'exécution du tunnel par des fraises à percement cylindrique.



   Le creusage du tunnel (fig. 5 à 10) est exécuté à l'aide d'une fraise à profil transversal rond précis. A une distance choisie selon les besoins, les commodités de production, la dureté de la roche, etc., on démonte les rails de la voie pour les déblais (si le déblaiement de la masse rocheuse creusée n'est pas fait par le procédé hydraulique, la masse étant réduite en une pulpe). A l'aide d'un dispositif 9 on arrange d'abord les éléments 2 du fond sur un secteur de travail de 6 à 30 m et de nouveau on installe la voie ferrée 10. Ensuite, le dispositif 9 est renvoyé en arrière, laissant libre la place pour charger la masse creusée sur des wagonnets ou sur un train à entonnoirs et on commence de monter les autres éléments 2 de l'anneau intérieur 1. L'anneau extérieur 5 (l'espace près de la roche) est rempli de mortier cimenteux ou, selon le besoin, de béton prépact.

  A une telle exécution la roche ne bouge pas et un renforcement provisoire et des travaux d'injection ne sont pas nécessaires.



   La forme des joints est donnée par le coffrage des segments 2. Après le montage de ces segments (fig. 11), on place dans les joints une matière étanche provisoire en caoutchouc mou, de section ronde, pour protéger les joints de l'humidité due à l'eau provenant de la roche.

 

  On fixe ensuite une matière étanche molle définitive et on remplit la partie restante des joints de mortier cimenteux.



   La fig. 12 est semblable à la fig.   1 1    mais montre comment le joint est exécuté en cas d'une inexactitude f dans le montage des segments 2.



      REVENDICATION I   
 Revêtement expansible en béton pour tunnel à pression, comprenant un anneau extérieur (5) en béton et un anneau intérieur (1) constitué d'éléments préfabriqués en béton (2), caractérisé en ce qu'il comprend sur le côté extérieur des éléments de l'anneau intérieur (1) une couche molle (7) fixe composée d'une matière élastique ou plastique, destinée à permettre, lors de la charge due à la 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.



   

Claims (1)

1. **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **. éléments préfabriqués. D'autres nécessitent des crics ou coussins en tôle. D'autres encore ne permettent pas l'automatisation totale du bétonnage. D'autres enfin néces- litent d'importants travaux en ciment et la création de conditions permettant d'augmenter la répulsion élastique et de réduire l'effet nuisible du dessèchement et du rampement, etc.

   Le but de l'invention est de fournir un revêtement en béton qui s'approche autant que possible de l'état idéal: présenter une grande dureté (comme celle du béton par rapport à la charge extérieure et une élasticité suffisante sous l'action de la pression intérieure de l'eau pour assurer la transmission de toute cette pression à la roche sans modifier l'étanchéité à l'eau, et en même temps être exempt des défauts des revêtements complus jusqu'à présent.

   Le revêtement selon l'invention, comprenant un anneau extérieur en béton et un anneau intérieur -òrmé d'éléments préfabriqués en béton, est caractérisé en ce qu'il comprend sur le côté extérieur des éléments de l'anneau intérieur une couche molle fixe composée d'une matière élastique ou plastique, destinée à permettre, lors de la charge due à la pression intérieure de l'eau et à la transmission de cette pression au milieu rocheux, des déplacements relatifs tangentiels entre l'anneau extérieur ou le milieu rocheux et les éléments de l'anneau intérieur.

   des joints élastiques étanches longitudinaux et transversaux étant placés entre lesdits éléments.

   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du revêtement selon l'invention et illustre, également à titre d'exemple, une mise en ceuvre du procédé pour sa fabrication.

   La fig. 1 est une coupe transversale de la première forme d'exécution.

   La fig. 2 est une coupe longitudinale correspondant àlafig. 1.

   La fig. 3 est une coupe transversale de la seconde forme d'exécution.

   La fig. 4 est une coupe longitudinale correspondant àlafig. 3.

   Les fig. 5 à 10 sont des coupes longitudinales et transversales illustrant trois stades de ladite mise en oeuvre.

   Les fig. 11 et 12 sont des coupes, à plus grande échelle, de joints utilisés dans ces formes d'exécution.

   Le revêtement représenté aux fig. 1 et 2 comprend un anneau intérieur 1 formé d'éléments en béton 2 prés a briqués unis par des joints élastiques étanches transversaux 3 et longitudinaux 4, en matière plastique par exemple (voir aussi fig. 1 1 et 12). Le nombre et les dimensions des éléments 2 et des joints 3 et 4 dépend des dimensions du tunnel, des propriétés de la roche et des machines disponibles pour la construction. Le revêtement comprend encore un anneau extérieur 5 en béton prépact ou en mortier cimenteux injecté pour assurer la connexion avec le milieu rocheux 6. L'anneau intérieur 1 porte sur sa surface extérieure une couche molle 7 en matériau élastique de 2 à 5 mm d'épaisseur. Cette couche peut être en matière plastique, en caoutchouc ou en asphalte.

   Ces mêmes éléments se retrouvent dans la seconde forme d'exécution des fig. 3 et 4.

   L'essentiel du revêtement décrit est la couche molle 7 qui donne au revêtement une grande indépendance vis-à-vis des déformations tangentielles relatives de l'anneau intérieur relativement à l'anneau extérieur, respectivement au milieu rocheux. Sous l'action de la pression intérieure de l'eau, les segments de l'anneau intérieur sont soumis surtout à une déformation pour augmenter le rayon de courbure correspondant à la situation nouvelle d'équilibre, assurant une liaison continue avec l'anneau extérieur, respectivement le milieu rocheux, pour transmettre la charge entièrement à celui-ci.

   Le revêtement des fig. 1 et 2 convient à l'exécution d'un tunnel suivant le mode ordinaire par explosions.

   Le déblai du tunnel est exécuté comme d'ordinaire sur un profil plein transversal, un renforcement provisoire pouvant être fait par tous les moyens connus, si nécessaire. L'exécution du revêtement même commence par le démontage des rails utilisés pour les chariots portant l'explosif, sur une distance correspondant à un secteur de travail de 15 à 30 m, puis on dispose les éléments 2 inférieurs de l'anneau intérieur 1 sur du gravier. Ensuite, on place les autres éléments de l'anneau intérieur, on remplit l'espace près de la roche avec du gravier et on place les joints 3 et 4 entre les éléments 2. La délimitation des secteurs de travail à 15 à 30 m de longueur pour l'introduction du mortier cimenteux se fait par des cloisons 8 (fig. 2) de 0,5 m en béton ou maçonneries.

   L'injection du mortier cimenteux pour béton prépact se fait à l'aide de pompes centrifuges ou d'expulseurs pneumatiques par des buses spéciales. Après l'achèvement de l'anneau intérieur 1, de la couche molle 7 et de l'anneau extérieur 5, on peut assurer une étanchéité additionnelle et un renforcement de la roche environnante suivant les méthodes usuelles.

   Le revêtement des fig. 3 et 4 convient à l'exécution du tunnel par des fraises à percement cylindrique.

   Le creusage du tunnel (fig. 5 à 10) est exécuté à l'aide d'une fraise à profil transversal rond précis. A une distance choisie selon les besoins, les commodités de production, la dureté de la roche, etc., on démonte les rails de la voie pour les déblais (si le déblaiement de la masse rocheuse creusée n'est pas fait par le procédé hydraulique, la masse étant réduite en une pulpe). A l'aide d'un dispositif 9 on arrange d'abord les éléments 2 du fond sur un secteur de travail de 6 à 30 m et de nouveau on installe la voie ferrée 10. Ensuite, le dispositif 9 est renvoyé en arrière, laissant libre la place pour charger la masse creusée sur des wagonnets ou sur un train à entonnoirs et on commence de monter les autres éléments 2 de l'anneau intérieur 1. L'anneau extérieur 5 (l'espace près de la roche) est rempli de mortier cimenteux ou, selon le besoin, de béton prépact.

   A une telle exécution la roche ne bouge pas et un renforcement provisoire et des travaux d'injection ne sont pas nécessaires.

   La forme des joints est donnée par le coffrage des segments 2. Après le montage de ces segments (fig. 11), on place dans les joints une matière étanche provisoire en caoutchouc mou, de section ronde, pour protéger les joints de l'humidité due à l'eau provenant de la roche.

   On fixe ensuite une matière étanche molle définitive et on remplit la partie restante des joints de mortier cimenteux.

   La fig. 12 est semblable à la fig. 1 1 mais montre comment le joint est exécuté en cas d'une inexactitude f dans le montage des segments 2.

   REVENDICATION I Revêtement expansible en béton pour tunnel à pression, comprenant un anneau extérieur (5) en béton et un anneau intérieur (1) constitué d'éléments préfabriqués en béton (2), caractérisé en ce qu'il comprend sur le côté extérieur des éléments de l'anneau intérieur (1) une couche molle (7) fixe composée d'une matière élastique ou plastique, destinée à permettre, lors de la charge due à la

   pression intérieure de l'eau et à la transmission de cette pression au milieu rocheux, des déplacements relatifs tangentiels entre l'anneau extérieur (5) ou le milieu rocheux et les éléments de l'anneau intérieur (1), des joints élastiques étanches longitudinaux (4) et transversaux (3) étant placés entre lesdits éléments.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Revêtement selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend, pour le montage de l'anneau intérieur (1) et le remplissage de l'espace près de la roche, un mortier cimenteux exerçant une pression sur l'anneau intérieur (1).

   2. Revêtement suivant la revendication I et la sousrevendication 1, caractérisé en ce que les joints étanches élastiques de l'anneau intérieur sont à double étanchéité pour protéger les surfaces lisses des segments (2) contre l'humidification par l'eau provenant de la roche ou pour tenir compte d'une inexactitude éventuelle du montage, chaque joint comprenant une masse d'étanchéité en matériaux plastiques ou élastiques fixée à l'anneau intérieur et un mortier cimenteux remplissant la partie restante du joil t, afin de rendre l'anneau intérieur (1) monolithe pour qu'il résiste aux charges extérieures.

   REVENDICATION II Procédé de fabrication du revêtement expansible suivant la revendication I, pour un tunnel obtenu par fraisage, caractérisé en ce qu'on monte d'abord les éléments de l'anneau intérieur constituant le fond du tunnel sur un secteur de travail de 6 à 30 m, on installe une voie ferrée sur ces éléments, on monte les autres éléments de l'anneau intérieur (1) à proximité de la fraiseuse montée sur les rails, sans faire de renforcements provisoires, on met la masse étanche dans les joints et on introduit du mortier cimenteux pour le remplissage de l'anneau extérieur de façon à empêcher tout mouvement de la roche.