Procédé et dispositif pour le revêtement d'un tunnel avec béton coulé sur place

Abstract

 Le coffrage mobile 6, de faible longueur, est placé en regard d'une zone transversale de la paroi 1 en ménageant un espace libre annulaire 14. Une buse 10 de projection de béton à prise rapide est fixée à un ensemble comprenant un moteur et une roue dentée 12 qui engrène avec une crémaillère 13 fixée au profil intérieur de coffrage 6. Par commande à distance, la buse 10 décrit le profil du coffrage 6 en projetant dans l'espace 14 du béton à prise rapide. Dès que le béton est pris, on déplace le coffrage 6 d'une distance égale à la longueur qui vient d'être bétonnée, on recommence l'opération de projection de béton, et ainsi de suite.
L'invention s'applique notamment au revêtement de tunnels, ainsi qu'à la réalisation de murs de soutènement.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une paroi ou d'un revêtement de paroi en béton et, plus particulièrement mais non exclusivement, un procédé de réalisation d'un revêtement en béton dans un ouvrage souterrain, ainsi qu'un appareillage conçu pour la mise-en-oeuvre de ce procédé.

[0002] Si l'on exclut les revêtements de voussoirs préfabriqués, les revêtements en béton des ouvrages souterrains du type des tunnels sont généralement réalisés en béton vibré coulé à l'intérieur de coffrages en bois ou métalliques.

[0003] Une telle opération de revêtement est assez simple à réaliser, mais elle s'avère laborieuse du fait de la lenteur des opérations de bourrage des masques et du temps nécessaire au durcissement du béton qui, pour certains types de béton, est au minimum de 24 heures. En raison de cet inconvénient, il est courant dans les tunnels de forte section d'utiliser des coffrages élaborés de grande longueur. Toutefois de tels coffrages sont alors onéreux sans pouvoir être rapidement amortis.

[0004] On a aussi proposé, plus récemment, de réaliser des revêtements définitifs de tunnels au moyen de béton projeté de haute performance, y compris à long terme. On ne rencontre plus dans ce cas les inconvénients liés aux coffrages, mais on n'échappe pas toutefois à ceux liés à l'opération de projection, c'est-à-dire la nécessité de faire appel à des opérateurs teneurs de lance adroits, ou à des bras de projection télécommandés, ou à des robots ou similaires. Dans tous les cas, la présence d'un ou de plusieurs opérateurs à proximité des lances de projection est indispensable, et ceux-ci sont alors soumis à une atmosphère souvent insalubre en raison de son taux élevé de poussières et/ou de la présence de produits chimiques plus ou moins toxiques utilisés pour accélérer la prise du béton et qui se trouvent vaporisés lors de la projection.

[0005] Un autre inconvénient de ce procédé de revêtement par projection de béton réside dans l'effet de rebond qui impose l'élaboration de formulations complexes et onéreuses sans que les risques de perte par rebond soient totalement éliminés.

[0006] La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-avant des procédés connus, et elle propose à cet effet un procédé de réalisation d'une paroi ou d'un revêtement de paroi en béton, et notamment d'un revêtement en béton d'un ouvrage souterrain, ainsi qu'un appareillage conçu pour la mise-en-oeuvre de ce procédé, qui tout en étant d'une grande simplicité et d'une grande efficacité, s'avèrent peu onéreux, et sans danger pour le personnel.

[0007] A cet effet l'inventeur a eu l'idée originale de combiner les procédés connus mentionnés ci-avant, de façon à en éliminer les inconvénients.

[0008] Selon l'invention, le procédé de réalisation d'une paroi ou d'un revêtement de paroi en béton consiste à placer un coffrage mobile en regard d'une partie d'appui pour la paroi ou le revêtement de paroi, à introduire du béton à l'intérieur de l'espace ménagé entre ladite partie d'appui et le coffrage, puis à déplacer le dit coffrage dans le sens de la longueur de la dite partie d'appui d'une distance sensiblement égale à la longueur de la zone précédemment bétonnée, à effectuer une nouvelle introduction de béton, et à recommencer cette succession d'opérations jusqu'à réalisation de la paroi complète ou du revêtement de paroi complet, et il se caractérise en ce qu'on réalise, à l'intérieur de l'espace entre la partie d'appui et le coffrage, une projection de béton à prise rapide, et en ce que le dit déplacement du coffrage s'effectue dès la prise du béton projeté.

[0009] On comprend que selon ce procédé par déplacements successifs d'un coffrage de faible longueur, on réalise en continu, rapidement et à moindre frais, la paroi ou le revêtement de paroi. Par béton à prise rapide on entend un béton dont le temps de prise est de quelques minutes ou fractions de minute.

[0010] L'application du procédé selon l'invention à la réalisation d'une paroi en béton ou d'un revêtement de paroi en béton dans un ouvrage souterrain se caractérise en ce que le coffrage mobile est placé en regard d'une portion transversale de la longueur de la paroi de l'ouvrage à revêtir et présente un profil correspondant à celui de cette portion transversale, en ce que la projection de béton à prise rapide s'effectue dans l'espace annulaire ménagé entre le coffrage et la dite portion transversale de la longueur de la paroi ou entre le coffrage et le terrain, et en ce que le déplacement du coffrage après prise du béton projeté s'effectue sur une distance égale à la longueur de la dite zone transversale.

[0011] L'appareillage pour la mise-en-oeuvre du procédé selon l'invention de revêtement d'un ouvrage souterrain comprend un coffrage de faible longueur, monté sur un chariot mobile dans la direction de l'axe longitudinal de la paroi, le profil du dit coffrage correspondant au profil transversal de la paroi à revêtir, des moyens de commande du déplacement du chariot, un moyen mobile robotisé de projection de béton à prise rapide associé à des moyens d'alimentation en béton et en adjuvants chimiques, et des organes de commande et de guidage assurant sélectivement le déplacement du dit moyen mobile de projection à l'intérieur de la chambre annulaire en suivant le profil de celle-ci, et une cabine de pilotage à distance de l'appareillage.

[0012] Ledit moyen de projection du béton, avantageusement constitué par une lance, est robotisé. Des dispositifs de contrôle appropriés sont prévus pour permettre de contrôler la bonne continuité et la compacité du remplissage. Ainsi une caméra vidéo permet de contrôler la bonne adéquation de la vitesse de déplacement de la lance au débit de béton projeté, en vue de commander une éventuelle correction. Un poste de pilotage peut ainsi être maintenu à distance, dont l'occupant se trouve préservé des poussières et des odeurs toxiques régnant au voisinage immédiat du coffrage.

[0013] La structure du coffrage selon l'invention est articulée et commandée par vérins à vis de façon à permettre un réglage de la géométrie de son parement afin, par rétraction, de pouvoir écarter légèrement celui-ci du béton frais avant de procéder au déplacement du coffrage. Une fois le coffrage en place pour une nouvelle opération de projection, sa structure revient en position initiale par commande automatique des vérins.

[0014] Egalement avant le déplacement du coffrage on peut, par commande inverse des vérins, exercer une pression radiale sur le béton frais dans le but d'augmenter légèrement sa compacité.

[0015] Selon une variante du procédé selon l'invention, dans le cas de revêtements de forte épaisseur, on peut procéder en deux phases successives avec, dans une première phase la réalisation d'une coque mince en béton projeté fibré puis, dans une seconde phase, la mise en place dans l'espace annulaire du béton projeté constituant un revêtement monolithique de grande longueur.

[0016] Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, des formes préférées de mise-en-oeuvre du procédé en référence au dessin schématique annexé dans lequel :

la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale transversale d'un système de coffrage mobile équipé d'un dispositif de projection de béton, réalisant selon l'invention le parement intérieur d'un tunnel ;

la figure 2 est une vue de côté, partiellement en coupe, montrant le système de coffrage mobile de la figure 1 ; et

les figures 3 et 4 sont des vues schématiques de face et de côté de l'application du procédé selon l'invention à la réalisation d'un mur de soutènement dans une fouille.

[0017] En référence au dessin on a représenté en 1 la paroi d'un tunnel dont on désire effectuer le revêtement intérieur, et en 2 le radier qui a été réalisé. Sur des rails 3 fixés au radier 2 et orientés selon l'axe longitudinal du tunnel, peut se déplacer, par l'intermédiaire de bogies 4, un chariot désigné de façon générale en 5.

[0018] Le chariot 5, constitué d'une structure métallique réticulée, a une forme de portique et est conçu de façon à ménager axialement un passage aussi grand que possible pour des hommes et/ou du matériel. Ce chariot 5 porte un coffrage 6 de forme incurvée à surface extérieure lisse, présentant au moins deux articulations 7 qui permettent un réglage de sa forme. Des vérins hydrauliques 8,9 agissant entre le châssis du chariot 5 et le coffrage 6 permettent de réaliser un réglage fin, en direction latérale et en hauteur, de la position du coffrage.

[0019] Une buse 10 de projection de béton, avec ses accessoires (non représentés au dessin) d'alimentation en air comprimé, béton et adjuvants divers, est solidaire d'un ensemble comprenant un moteur hydraulique Il et une roue dentée 12 entraînée en rotation par ce moteur. La roue dentée 12 est assujettie à une crémaillère 13 fixée à la face intérieure du coffrage 6 de façon que, lors du fonctionnement du moteur 11, la roue 12 décrive la crémaillère 13 en déplaçant la buse 10 de projection de béton en suivant le contour de l'espace annulaire 14 ménagé entre la paroi 1 et le coffrage 6. La direction principale du remplissage de l'espace annulaire est parallèle à l'axe de l'ouvrage, et la buse 10 s'introduit plus ou moins profondément dans l'espace annulaire 14.

[0020] La mise-en-oeuvre du procédé selon l'invention se comprend immédiatement à partir de la description qui précède. Pour la réalisation du revêtement intérieur de la paroi 1, on procède donc par passes de projection de béton à prise rapide sur des zones transversales successives de la paroi 1. A cet effet, le chariot 5 ayant été déplacé le long des rails 3 pour venir en regard de la zone transversale de paroi 1 à revêtir, on règle par les vérins 8,9 la position latérale et en hauteur du coffrage 6 pour ménager entre la paroi 1 du tunnel et le coffrage un espace annulaire 14 dont la hauteur correspond à l'épaisseur de revêtement désiré.

[0021] On commande alors le fonctionnement du moteur 11 et l'alimentation de la buse 10 de façon que celle-ci décrive de façon continue le profil de l'espace 14 en projetant dans celui-ci du béton à prise rapide. Lorsque, au moyen de capteurs (non représentés) l'opérateur est averti du remplissage de l'espace 14 par le béton projeté, il commande l'arrêt de l'alimentation et du déplacement de la buse 10 puis dès que le béton est pris, c'est-à-dire après quelques minutes, il commande le déplacement du chariot 5 le long des rails 3 d'une longueur L égale à celle de la passe réalisée, puis procéde à une nouvelle opération de projection de béton.

[0022] De préférence, après projection du béton et avant déplacement du chariot 5 pour effectuer la passe de projection suivante, on rétracte légèrement le coffrage 6 au moyen des vérins 8,9 de façon à l'écarter du béton frais, pour ne pas dégrader le lissage ou la compacité du revêtement mis en place. Après déplacement du chariot, le recalage hydraulique du coffrage 6 s'effectue automatiquement.

[0023] On peut aussi, avant déplacement du chariot 5, commander l'extension des vérins 8,9 afin d'exercer, par le coffrage 6, une pression radiale sur le béton frais dans le but d'augmenter légèrement sa compacité. Une énergie vibratoire éventuelle transmise au coffrage 6 n'aurait comme unique but que de lubrifier la peau du béton pour améliorer son aspect uni après décoffrage. Une trop forte énergie vibratoire risquerait de fluidifier le béton de manière excessive au voisinage de la surface libre du béton.

[0024] Des dispositifs de contrôle appropriés portés par l'appareil permettent de contrôler la bonne continuité et la compacité du remplissage. Une caméra vidéo (non représentée) permet de contrôler à distance l'adéquation entre la vitesse de déplacement de la buse 10 et le débit de béton projeté, en vue d'une correction éventuelle. Le poste de pilotage est avantageusement maintenu à distance et un contrôle supplémentaire direct peut être réalisé par l'opérateur avant déplacement du chariot. Le déplacement du chariot 5 est télécommandé depuis la cabine de pilotage, qui est fermée, automotrice et à grande visibilité.

[0025] Pour un ouvrage neuf et pour de fortes épaisseurs de béton qui pourraient poser des problèmes de stabilité avant durcissement, on peut selon le procédé de l'invention réaliser deux phases de bétonnage successives. Dans la première phase on réalise une coque mince en béton projeté fibré puis, dans une seconde phase, on met en oeuvre dans l'espace annulaire du béton projeté destiné à constituer des revêtements monolithiques de grande longueur. Dans ce cas, pour réaliser la première phase, il est nécessaire de disposer à l'endroit de la buse de projection du béton un coude qui permet une projection radiale et un balayage longitudinal.

[0026] Le première phase du procédé mentionné ci-dessus, réalisant une coque mince continue en béton projeté coffré, peut aussi être mise-en-oeuvre pour obtenir, dans des tunnels non revêtus, des coques minces en béton pour protéger les véhicules de chutes de blocs de pierre ou d'arrivées d'eau.

[0027] En référence aux figures 3 et 4, on a décrit une autre application du procédé selon l'invention, pour la réalisation provisoire ou définitive de murs de soutènement dans des fouilles à parements verticaux, réalisées notamment en site urbain.

[0028] Un coffrage plan 15 est maintenu vertical, et en appui sur les bords du mur à construire, par les bras hydrauliques 16 d'un engin (non représenté) tel qu'une pelle hydraulique montée sur chenilles. L'extrémité latérale avant du coffrage 15 est équipée d'une chaîne sans fin 17 sur laquelle est fixée l'extrémité d'une lance 18 de projection de béton. La buse 19 équipant l'extrémité de la lance 18 est coudée pour entrer à l'intérieur de l'espace 20 ménagé entre le coffrage 15 et la paroi de fouille.

[0029] On projette du béton à prise rapide dans l'espace 20, au moyen de la lance 18 entraînée en va-et-vient par la circulation de la chaîne 17 puis, une fois l'espace 20 rempli et le béton pris, on déplace le coffrage 15 d'une distance égale à la longueur qui vient d'être bétonnée, pour procéder en continu à une nouvelle opération de projection de béton.

[0030] Comme représenté à la figure 4, pour faciliter le déplacement du coffrage 15, une glissière 21 est fixée à la paroi de fouille, au-dessus de la zone de réalisation du mur, et le coffrage 15 est suspendu à cette glissière 21 par une console articulée 22. La longueur de la glissière 21 est de quelques mètres et correspond à la longueur de débattement des bras 16 pour une position fixe de la pelle hydraulique.

[0031] On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et des adjonctions ou des modifications constructives pourraient lui être apportées sans sortir du cadre de la présente invention.

[0032] On comprendra en particulier qu'on à décrit le système de déplacement et de guidage de la buse de projection comme étant constitué par une roue dentée engrenant avec une crémaillère solidaire du coffrage, mais que ce système de déplacement et de guidage pourrait avoir toute structure équivalente. Il pourrait par exemple comprendre un chariot portant la buse de projection et se déplaçant le long du profil du coffrage au moyen d'une double cablette avec treuil enrouleur d'extrémité. On comprendra aussi qu'on a décrit le chariot 5 comme se déplaçant sur des rails par l'intermédiaire de bogies, mais qu'on pourrait utiliser tout moyen équivalent. Ainsi, si le radier n'a pas été préalablement réalisé, on peut prévoir de déplacer le chariot 5 à partir d'un pont roulant sur un câble ou un rail suspendu.

Revendications

1. Procédé de réalisation d'une paroi ou d'un revêtement de paroi en béton, consistant à placer un coffrage mobile (6) en regard d'une partie d'appui (1) pour la paroi ou le revêtement de paroi, à introduire du béton à l'intérieur de l'espace (14) ménagé entre la dite partie d'appui et le coffrage (6), puis à déplacer ledit coffrage (6) dans le sens de la longueur de la dite partie d'appui (1) d'une distance sensiblement égale à la longueur de la zone précédemment bétonnée, à effectuer une nouvelle introduction de béton , et à recommencer cette succession d'opérations jusqu'à réalisation de la paroi complète ou du revêtement de paroi complet, caractérisé en ce qu'on réalise, à l'intérieur de l'espace (14) entre la partie d'appui (1) et le coffrage (6), une projection de béton à prise rapide, et en ce que le dit déplacement du coffrage (6) s'effectue dès la prise du béton projeté.

2. Procédé selon la revendication 1 pour la réalisation d'une paroi ou d'un revêtement de paroi en béton dans un ouvrage souterrain, caractérisé en ce que le coffrage mobile (6) est placé en regard d'une portion transversale de la longueur de la paroi (1) de l'ouvrage à revêtir et présente un profil correspondant à celui de cette portion transversale, la projection de béton à prise rapide s'effectuant dans l'espace annulaire (14) ménagé entre le coffrage (6) et la dite portion transversale de la longueur de la paroi (1) ou entre le coffrage (6) et le terrain, et le déplacement du coffrage (6) après prise du béton projeté s'effectuant sur une distance égale à la longueur de la dite zone transversale.

3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, après projection du béton dans le dit espace annulaire (14) et avant déplacement du coffrage pour l'opération de projection suivante, on procède à une légère rétraction du dit coffrage (6) pour ne pas dégrader le lissage ou la compacité du béton.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le béton projeté est mis en place dans une direction principale parallèle à l'axe de l'ouvrage, le moyen (10) de projection du béton étant introduit plus ou moins profondément dans l'espace annulaire à remplir et étant animé d'un mouvement de balayage longitudinal associé à un mouvement alternatif de déplacement le long du profil du coffrage (6).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la réalisation d'un revêtement de forte épaisseur, caractérisé en ce qu'on réalise dans une première phase une coque mince en béton projeté fibré puis, dans une seconde phase, le revêtement en béton projeté.

6. Appareillage pour la mise-en-oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend un coffrage (6) de faible longueur monté sur un chariot (5) mobile dans la direction de l'axe longitudinal de la paroi (1), le profil du dit coffrage ( 6) correspondant au profil transversal de la paroi (1) à revêtir, des moyens de commande du déplacement du chariot (5), un moyen mobile robotisé de projection de béton à prise rapide(10) associé à des moyens d'alimentation en béton et en adjuvants chimiques, et des organes de commande (11) et de guidage (12,13) assurant sélectivement le déplacement du dit moyen mobile de projection (10) à l'intérieur de la chambre annulaire (14) en suivant le profil de celle-ci, et une cabine de pilotage à distance de l'appareillage.

7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des vérins hydrauliques (8,9) disposés entre le châssis du chariot (5) et le coffrage (6) pour permettre une rétraction du dit coffrage (6).

8. Appareillage selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande et de guidage de l'organe de projection de béton (10) comprennent un moteur (11) entraînant en rotation une roue dentée (12) engrenant avec une crémaillère (13) solidaire du profil intérieur du coffrage (6).

9. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend dans une cabine fermée, automotrice à grande visibilité, des moyens de commande automatique à distance du déplacement du chariot (6) et du fonctionnement de l'organe de projection de béton (10).

10. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend, en bout du moyen de projection (10), un système de dosage d'accélérateur de prise synchronisé avec le pompage du béton.

Dessins