Les tunneliers permettent des progressions de 10 à 30 m par jour suivant la nature géologique du terrain, dans des galeries de 3 à 15 m de diamètre et plus.
Dans la grande majorité des cas, la paroi des tunnels est constituée d'éléments préfabriqués appelés voussoirs organisés en anneau. Les anneaux ont un rôle multiple :
» ils assurent la résistance de la galerie à la pression extérieure. La zone située entre la paroi brute de creusement et les voussoirs est comblée par injection de béton.
» les voussoirs réalisent la finition intérieure de la galerie.
» ils offrent un appui axial à la partie active du tunnelier et assure son avancement.
» dans certains cas, ils assurent la constitution du chemin de roulement au fur et à mesure de l'avancement grâce à la pose d'un voussoir spécial en partie basse (voussoir appelé radier)
Le système de pose des voussoirs est situé dans la partie arrière du tunnelier. Après forage d'une distance équivalente à la largeur d'un anneau, la tête de coupe est stoppée et la pose de l'anneau est effectuée.
Durant la phase de forage, les voussoirs constituant l'anneau sont transportés depuis le train suiveur jusqu'à une table de convoyage sur laquelle ils sont déposés, dans l'ordre de leur montage.
L'anneau universel
En règle générale, l'anneau de voussoir universel est constitué de plusieurs voussoirs de tailles similaires et d'un dernier voussoir plus petit, la clé, qui ferme l'anneau. Les faces de l'anneau universel ne sont pas parallèles mais font entre elles un angle qui permet de donner une courbure à la galerie en jouant sur la position angulaire relative des voussoirs successifs.
Pour les parties courbes on place les anneaux en alignant la clé, pour les parties droites, on alterne les anneaux, clé en haut, clé en bas. On joue sur la position relative des clés pour faire varier le rayon de courbure.
Le voussoir et son moule
La géométrie d'un voussoir est assez complexe, elle nécessite une grande précision ainsi qu'une planéité parfaite. En effet, l'anneau constitué de ces différents voussoirs doit pouvoir s'assembler parfaitement dans le tunnel.
Sur un diamètre de plusieurs mètres, la précision de l'ensemble est de quelques millimètres. Ramené au voussoir celle-ci est de l'ordre du dixième de millimètre. La finition du voussoir donnera la finition du revêtement du tunnel. Sur ce point l'exigence des maîtres d'ouvrage est de plus en plus drastique.
C'est la qualité du moule qui va donner sa précision et sa finition au voussoir. Une bonne planéité des surfaces d'appui est également indispensable pour éviter les effets de pression excessive lors des phases de poussée du tunnelier.
Fixation des voussoirs entre eux
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Pour permettre la réalisation de courbes dans le tunnel, il existe plusieurs types d'anneaux : les anneaux à gauche, les anneaux à droite et les anneaux universels.
Bien que de conception plus complexe, ces derniers sont de plus en plus utilisés pour des raisons économiques, car ils permettent d'utiliser un seul type d'anneau quelle que soit la courbure à réaliser dans le tunnel.
Galerie de tunnel réalisée par anneaux de voussoirs
L'anneau et ses moules
L'anneau est généralement constitué d'un nombre variable de voussoirs (de 6 à 11) selon la géométrie et les contraintes du tunnel.
Il y a toujours la clé plus petite, ainsi on compte le nombre de voussoirs sur l'anneau comme suit pour indiquer la clé : 5+1, 6+1, 7+1, 8+1, 9+1.
Repère 1, 2, 3, 4 : voussoirs standards
Repère 6 et 7 : contre clés
Repère 8 : la clé.
Les voussoirs de chaque côté de la clé, sont les contre-clés. Pour un anneau complet, selon la géométrie, il faut donc plusieurs moules différents : le voussoir courant, les contre-clés et la clé.
L'ensemble des moules nécessaires pour réaliser un anneau complet est appelé un anneau-moule.
Le voussoir dispose également de fonctions ou dispositifs spécifiques. Ainsi, les voussoirs sont assemblés entre eux par un système de vis spéciale. Le voussoir doit donc intégrer les alésages nécessaires au passage des vis. Il intègre également les dispositifs pour permettre leur préemption lors de la pose dans le tunnel.
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