DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne la réalisation d'ouvrages enterrés et en particulier de tunnels.

Elle concerne, en particulier, l'amélioration par consolidation du sol situé au voisinage d'un tel ouvrage enterré. Encore plus spécialement, l'invention concerne un procédé pour consolider le sol au cours de la construction de l'ouvrage, au fur et à mesure de l'abattage (procédé aussi dit « à l'avancement »).

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION

Dans la construction d'ouvrages souterrains, il est courant de mettre en œuvre des systèmes de pré-soutènement destinés à renforcer le sol en avant et en arrière du front de taille, avant la mise en place du soutènement et du revêtement définitif du tunnel.

Ces systèmes de pré-soutènement consistent à renforcer le sol par des inclusions notamment en acier mises en place dans des forages et liaisonnées au sol environnant par un coulis de scellement.

On connaît par exemple la technique des voûtes de présoutènement, mieux connues sous le nom de « voûtes parapluie » (en anglais « pipe umbrella » ou encore « piperoof »), qui consistent à introduire dans le sol une pluralité de tubes creux disposés parallèlement et relativement serrés les uns aux autres, généralement métalliques, et d'injecter dans ces tubes un coulis de scellement pour les sceller au sol environnant. L'assemblage de ces tubes forme une arche en-dessous de laquelle le sol peut être excavé sans risque d'effondrement, avant la réalisation des parois du tunnel.

L'action des inclusions de pré-soutènement s'exerce à différents niveaux. La résistance du sol à la traction et au cisaillement peut être améliorée, de même que la raideur du massif de sol environnant, mais les méthodes de pré-soutènement connues ne permettent pas d'éviter de façon suffisante l'endommagement du massif, notamment les problèmes de décompression du sol et de tassements en surface. OBJET ET RESUME DE L'INVENTION

L'invention a pour but de fournir un procédé pour consolider de façon aisée le sol situé au voisinage d'un tunnel et, en particulier, éviter le phénomène de tassements lié aux travaux d'excavation.

Ce but est atteint avec un procédé de consolidation d'un sol encaissant un tunnel excavé par tronçons, dans lequel chaque tronçon dudit tunnel est surmonté d'une voûte de pré-soutènement constituée d'une pluralité de tubes scellés au sol par un coulis de scellement, et comprenant les étapes suivantes :

a) on introduit dans le sol une pluralité de tubes de façon à former la voûte de pré-soutènement de profil correspondant à celui souhaité pour le tunnel, chaque tube présentant une extrémité proximale ouverte et au moins un premier orifice de sortie sur sa portion distale enfoncée dans le sol, et

b) on introduit un coulis de scellement dans le sol, par ledit premier orifice de sortie dudit tube, de sorte que le coulis de scellement vient sceller le tube au sol avoisinant,

le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape suivante :

c) après que le coulis de scellement a durci, on injecte un coulis de consolidation dans le sol par ledit premier orifice de sortie dudit tube ou par au moins un deuxième orifice de sortie formé sur sa portion distale.

Le procédé selon l'invention permet d'améliorer les caractéristiques mécaniques du sol situé au voisinage du tunnel, de façon rapide et simple. Le coulis de consolidation est injecté directement par les tubes constituant la voûte de pré-soutènement (ou voûte parapluie), de sorte qu'il n'est pas nécessaire de réaliser des forages complémentaires spécifiques à l'injection. Le sol traité par injection est écroui. La structure du sol injecté est modifiée pour augmenter sa rigidité apparente, qui sera mobilisée pendant les phases d'excavation ultérieures.

Classiquement, le sol situé au droit d'une zone excavée est fragilisé. A ces endroits, le sol a subi des tassements. De tels tassements surviennent également en avant de la zone excavée, sur une courte portion de sol subissant indirectement les effets de l'excavation adjacente. Les tubes de la voûte de pré-soutènement s'étendent depuis la zone excavée mais leur extrémité distale débouche dans une zone de sol située en avant du front de taille, autrement dit dans une zone non encore excavée. Selon une disposition avantageuse de l'invention, le forage atteint une zone de terrain non fragilisé et l'injection est ainsi réalisée dans une zone de sol potentiellement intacte de tout tassement. Le procédé de consolidation permet ainsi d'anticiper les tassements à venir, en modifiant les caractéristiques du sol au droit d'un futur tronçon de tunnel, avant que ledit tronçon ne soit excavé. Autrement dit, l'injection du coulis de consolidation est destinée, au moins dans une certaine mesure, à précontraindre le sol, c'est-à-dire à en modifier l'état de contrainte avant qu'il ne subisse les désordres (tassements, décompression notamment) liés à l'excavation du tunnel.

Dans la présente demande, les termes avant et arrière sont utilisés en référence à l'axe du tunnel, la zone excavée étant située en arrière du front de taille et la zone non excavée étant située en avant du front de taille.

Le coulis de scellement doit être entendu comme un produit durcissable. On utilisera généralement, pour le scellement des tubes, un coulis de ciment.

Le coulis de consolidation doit être entendu comme un produit durcissable, adapté à être pompé dans le sol. Le coulis de consolidation peut être identique ou différent du coulis de scellement. On pourra utiliser, selon la nature du terrain, un coulis liquide (mélange d'eau et d'un liant, notamment du ciment, éventuellement additionné de bentonite) ou un mortier plus rigide (coulis additionné de granulats, notamment du sable).

De façon avantageuse, les paramètres de mise en place du coulis de consolidation, notamment le volume injecté et/ou la pression d'injection, sont maîtrisés de manière à provoquer un déplacement de terrain, notamment une compression ou une déformation dudit terrain, dans le but de modifier son état de contrainte de sorte que sa rigidité apparente est augmentée.

Selon un mode de mise en œuvre, le coulis de consolidation est injecté à une pression et un débit faible. Le volume total est éventuellement injecté en plusieurs étapes séparées par un temps de repos. Le volume total injecté est choisi de sorte que la raideur apparente du sol située autour du ou des point(s) d'injection est augmentée.

Selon un autre mode de mise en uvre, particulièrement avantageux dans les terrains de type plutôt argileux, l'injection du coulis de consolidation est une injection de fracturation (aussi dite « par claquage ») dans laquelle la pression d'injection du coulis est choisie supérieure à la pression de confinement du sol résultant de l'état des contraintes existant dans le terrain. Le coulis de consolidation utilisé est généralement un coulis fluide, et l'objectif est de créer dans le sol une fracture pouvant renfermer une lentille de coulis.

Selon un autre mode de mise en œuvre, particulièrement avantageux dans les terrains de type plutôt sableux, l'injection du coulis de consolidation est une injection solide dans laquelle le coulis (par exemple un mortier) est visqueux, et dans laquelle ledit coulis reste à proximité immédiate du forage et génère une contrainte de compression sur le sol environnant.

Selon les besoins, l'injection peut se faire dans l'ensemble des tubes de la voûte de pré-soutènement, ou dans seulement certains de ces tubes. Par exemple, on pourra injecter du coulis de consolidation dans seulement un tube sur deux ou trois, ou uniquement dans les tubes situés à l'extrémité supérieure de la voûte ou à ses extrémités latérales.

De préférence, toutefois, on procédera à une injection de consolidation dans au moins 50%, de préférence au moins 75% des tubes de la voûte de pré-soutènement.

Pour faciliter et accélérer la mise en place, les tubes formant la voûte de pré-soutènement peuvent servir à la fois d'organe de forage et de tube d'injection du fluide de forage, du coulis de scellement et, le cas échéant, du coulis de consolidation.

Classiquement, la voûte parapluie comprend une seule couche de tubes disposés les uns à côté des autres. Dans certains cas toutefois, on disposera les tubes selon deux couches superposées.

Les tubes d'une voûte de pré-soutènement sont sensiblement parallèles entre eux et à l'axe du tunnel. Généralement, les tubes d'une voûte de pré-soutènement présentent une légère inclinaison par rapport à l'axe du tunnel, permettant aux tubes d'une voûte parapluie d'un tronçon de rang N de chevaucher partiellement, c'est-à-dire sur une certaine longueur, les tubes des voûtes au moins des tronçons de tunnel de rang N-l et N+l. On dit que les voûtes successives du tunnel sont emboîtées partiellement les unes dans les autres.

Selon un exemple de mise en œuvre, avant l'étape c), l'intérieur du au moins un tube de la voûte de pré-soutènement dans lequel on souhaite réaliser l'injection du coulis de consolidation est nettoyé.

Chaque tube d'une voûte de pré-soutènement présente au moins une ouverture à chacune de ses extrémités. L'étape de nettoyage consiste à dégager le tube du coulis de scellement contenu à l'intérieur, par exemple avec de l'eau, de manière à faire communiquer les deux ouvertures du tube et permettre la réutilisation du dit tube pour l'injection du coulis de consolidation.

Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé selon l'invention comprend en outre les étapes suivantes :

d) on excave, dans l'espace délimité par les tubes de la voûte de présoutènement, un tronçon de sol de longueur inférieure à la longueur de la voûte, et

e) on réalise la paroi du tronçon de tunnel.

Les tubes constituent, sur la longueur excavée, une structure de protection provisoire, qui empêche l'éboulement du sol en arrière du front de taille.

La réalisation de la paroi du tronçon de tunnel peut comprendre la pose de cintres provisoires ou définitifs et/ou la réalisation du revêtement définitif du tronçon, par exemple mais non exclusivement par la technique du béton projeté.

Selon un exemple de mise en œuvre, les étapes a) à e) sont répétées jusqu'à ce que le tunnel soit excavé sur toute sa longueur. Si les étapes a) à e) correspondent à la réalisation d'un tronçon du tunnel de rang N, ces mêmes étapes sont réitérées pour la réalisation d'au moins un tronçon de rang N+l, et éventuellement une pluralité de tronçons de rang N+n, n variant selon la longueur du tunnel. Dans le procédé selon l'invention, de préférence, une étape d'injection est réalisée dans les tubes de la voûte d'un tronçon de tunnel de rang N, avant l'excavation dudit tronçon de rang N.

Selon un exemple, l'étape d) d'excavation peut être réalisée une fois que l'injection de coulis de consolidation a été stoppée.

Selon un autre exemple, l'étape d'injection du coulis de consolidation peut se poursuivre pendant l'étape d) d'excavation et, éventuellement, pendant des étapes ultérieures de réalisation du tunnel.

Comme indiqué précédemment, la zone injectée par les tubes de la voûte du tronçon de rang N, avant le début de l'excavation dudit tronçon, est avantageusement une zone de sol qui n'aurait théoriquement pas été endommagée du fait des travaux d'excavation des tronçons de rang N, N- 1, etc., notamment par des phénomènes de décompression, de tassements, etc.

Le sol peut ainsi être traité avant que des désordres n'apparaissent du fait de l'excavation. L'injection réalisée dans le sol situé au droit d'un tronçon de rang N+2 vient prévenir les tassements qui auraient été engendrés, sinon, par l'excavation du tronçon de rang N. L'injection réalisée dans le sol situé au droit d'un tronçon de rang N+3 vient prévenir les tassements qui auraient été engendrés par l'excavation du tronçon de rang N+l. Et ainsi de suite. On peut ainsi parler d'injection de précontrainte du sol.

Pour cela, on peut choisir la longueur des tubes de la voûte de présoutènement d'un tronçon de rang N de sorte que la zone de sol injectée par lesdits tubes soit située en avant du tronçon de tunnel de rang N+l, notamment au droit du tronçon de tunnel de rang N+2.

Généralement, les différents tronçons d'un même tunnel présenteront une longueur (ci-après longueur excavée, mesurée le long de l'axe principal A du tunnel) identique. Dans ce cas, de façon préférentielle, chaque tube de la voûte de pré-soutènement présente une longueur au moins 2,5 fois supérieure à cette longueur excavée.

De façon particulièrement avantageuse, le procédé peut comprendre une étape de modélisation prévisionnelle des tassements du sol à l'avancement de l'excavation. Cette modélisation prévisionnelle peut être obtenue soit à l'aide de modèles numériques aux éléments finis, soit à l'aide de modèles empiriques (en particulier, le 'modèle de Peck - De façon particulièrement avantageuse, ces modèles peuvent être actualisés régulièrement en fonction des observations effectuées sur les phases précédentes de travaux.

De façon avantageuse, la pression d'injection et/ou le volume de coulis de consolidation injecté sont déterminés en fonction des tassements prévisionnels.

De façon avantageuse, on évalue le tassement unitaire du sol situé au droit d'un tronçon N+2 engendré par l'excavation du tronçon de tunnel de rang N, et on détermine les paramètres de l'injection (pression, volume de coulis, phasage des opérations d'injection) réalisée par au moins un tube de la voûte de soutènement du tronçon de rang N dans la zone de sol situé au droit du tronçon de rang N+2 de sorte que le coulis de consolidation applique sur le sol injecté des contraintes permettant de neutraliser ledit tassement unitaire.

Selon un exemple de mise en œuvre, les mouvements du sol sont contrôlés en continu pendant l'injection. Le contrôle peut par exemple se faire au niveau de la surface du sol (i.e. la surface supérieure du massif excavé), par exemple au moyen d'un niveau laser. Il peut également se faire au moyen d'un extensomètre inséré directement dans le volume du sol au moyen d'un forage, par exemple exécuté à partir du front de taille.

La détection d'une amplitude de déplacement du sol supérieure à une valeur prédéterminée, par exemple par les tolérances de déplacement imposées pour le projet, peut par exemple déterminer le moment de l'arrêt de l'injection. Le contrôle des mouvements du sol permet, par exemple, d'éviter d'endommager, du fait des soulèvements, les habitations fondées sur le massif de terrain excavé.

Selon un exemple de mise en œuvre, après l'étape d) d'excavation du tronçon de tunnel de rang N, on nettoie au moins un tube de la voûte de pré-soutènement d'un tronçon de rang N-n, n étant compris entre 1 et N-l, et on réalise une nouvelle injection de coulis de consolidation dans le sol, à travers ledit tube nettoyé. Plus généralement, un coulis de consolidation peut être injecté dans un ou des tubes d'une voûte de pré-soutènement de rang N à tout moment de la réalisation du tunnel, pour corriger des déformations excessives en avant ou en arrière du front de taille ou en surface. Dans ce cas, il faudra veiller à maintenir l'accès aux extrémités débouchantes des tubes d'injection, même après les opérations de cintrage et/ou de pose de revêtement sur les parois du tunnel.

Hormis l'injection de précontrainte réalisée dans les tubes du tronçon de rang N avant l'excavation dudit tronçon, il est possible de procéder à de nouvelles injections, dans les mêmes tubes, pendant le terrassement du tronçon N (injection pilotée en fonction du coefficient de perte de volume calculé au préalable), et/ou pendant la mise en place des tubes du tronçon de rang N+l (pour compenser les pertes de volume liées au forage), et/ou pendant les différentes phases de pose des cintres et/ou du revêtement définitif, et/ou après la pose du revêtement définitif.

Les tubes utilisés pour la réalisation de la voûte de présoutènement et pour l'injection peuvent être des tubes perforés. Un tube perforé permet de réaliser avec précision des injections localisées en plusieurs zones à traiter qui sont distantes les unes des autres.

Par tube perforé, on entend un tube muni d'ouvertures de forme quelconque, par exemple un tube à manchettes, bien connu par ailleurs. Traditionnellement, dans un tube à manchettes, les ouvertures sont obturées par des manchons en caoutchouc qui s'ouvrent lorsque la pression dans le tube à manchettes est supérieure à la pression extérieure au tube.

Avantageusement, le tube perforé est un tube à manchettes et, pour l'injection de coulis de consolidation notamment, on introduit dans le tube à manchettes un tube obturateur, de préférence un tube obturateur double, afin de réaliser l'injection à travers certaines des ouvertures.

Selon un aspect de l'invention, une injection de coulis de consolidation peut également être réalisée dans le front de taille.

Ainsi, selon un exemple de mise en œuvre, on fore au moins un trou de forage dans le front de taille, on dispose un tube d'injection dans ledit trou de forage et on le scelle au sol à l'aide d'un coulis de scellement, ledit tube d'injection présentant une extrémité proximale ouverte et au moins un orifice de sortie sur sa portion distale enfoncée dans le sol, et on injecte un coulis de consolidation dans le sol, par ledit tube.

De préférence, le tube d'injection est scellé au sol à l'aide d'un coulis de scellement avant que le coulis de consolidation soit injecté.

De préférence, on choisit la longueur du tube d'injection introduit dans le front de taille d'un tronçon de rang N de sorte que la zone de sol injectée par ledit tube soit située axialement en avant du tronçon de tunnel de rang N+2.

En complément des voûtes parapluie renforçant la section supérieure des zones excavées, il est courant de renforcer le front de taille, pour en limiter les déformations, par la technique dite de clouage du front, qui consiste à sceller dans le sol des armatures jouant un rôle de renforcement passif. Ces armatures sont scellées et injectées pour assurer une bonne transmission des efforts de traction et de cisaillement entre l'armature et le terrain. Ces armatures étant ensuite excavées, on utilise généralement des éléments friables, notamment en fibre de verre : barres crénelées, tubes, ou bien lames.

Selon une disposition avantageuse de l'invention, le clouage du front est complété par un traitement du sol par injection. Dans ce cas, les forages réalisés pour le clouage peuvent être utilisés également pour la réalisation des opérations d'injection.

Ainsi, selon un exemple, une armature, notamment un boulon de fibres de verre, est introduite dans le trou de forage foré dans le front de taille et destiné à recevoir le tube d'injection, et l'armature est scellée au sol à l'aide d'un coulis de scellement.

Selon un exemple de mise en œuvre, après l'injection du coulis de consolidation dans le sol à travers le tube d'injection inséré dans le front de taille, on insère l'armature à l'intérieur du tube d'injection, on retire le tube, et on scelle l'armature au sol au moyen d'un coulis de scellement.

Selon un autre exemple de mise en œuvre, on introduit le tube d'injection et l'armature dans le trou de forage, côte à côte dans la direction radiale du trou de forage, on injecte un coulis de scellement dans le sol pour sceller ledit tube d'injection et l'armature au sol, et on injecte le coulis de consolidation dans le sol à travers le tube d'injection.

Plusieurs modes de réalisation et de mise en œuvre sont décrits dans le présent exposé. Toutefois, sauf précision contraire, les caractéristiques décrites en relation avec un mode de réalisation ou de mise en œuvre quelconque peuvent être appliquées à un autre mode de réalisation ou de mise en œuvre.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue transversale d'un tunnel en cours d'excavation, juste avant le début de la réalisation du tronçon de rang N ;

les figures 2 à 7 illustrent les étapes de réalisation du tronçon de tunnel de rang N et le procédé de consolidation de sol selon un mode de mise en œuvre de l'invention ;

les figures 8 à 12 illustrent une variante du procédé de consolidation selon l'invention ;

la figure 13 montre le front de taille de la figure 12 ;

la figure 14 montre la zone de sol consolidée par le procédé selon l'invention et la courbe prévisionnelle des tassements après excavation du tronçon de rang N-l, en l'absence de consolidation du sol ;

la figure 15 illustre une deuxième variante de mise en œuvre du procédé de consolidation selon l'invention.

La figure 1 illustre un tunnel 10 en cours d'excavation. Sur cette figure, plusieurs tronçons du tunnel, de même longueur L _T , ont d'ores et déjà été excavés et revêtus.

Dans la suite de la description, on désigne chaque tronçon R du tunnel selon son rang, le premier tronçon excavé étant de rang un, le second, de rang deux, et le Nième, de rang N, et ainsi de suite. La réalisation d'un tronçon de tunnel R _N de rang N va être décrite en détail en référence aux figures 2 à 7. Ce procédé étant réitéré pour chaque tronçon du tunnel de façon systématique, il n'est décrit qu'une fois.

Comme il ressort de la figure 1, chaque tronçon Ri,... _fN de tunnel 10 est surmonté par une portion d'une voûte parapluie Vi,..., _N de type classique, constituée d'un assemblage de tubes 12 introduits dans le sol depuis le tronçon précédent, l'assemblage présentant, en coupe, un profil en arc de cercle d'axe principal A, correspondant au profil souhaité pour le tunnel. Le profil général de la voûte parapluie est visible notamment sur la figure 13.

Dans le présent exposé, une direction axiale est une direction parallèle à l'axe principal A du tunnel 10. En outre, une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe A.

Sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. De la même manière, un plan axial est un plan parallèle à l'axe du tunnel et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe.

Dans le présent exposé, on considère que la voûte parapluie V _N de rang N est constituée par les tubes situés à la périphérie du tronçon de tunnel de rang N en étant les plus proches de l'axe A du tunnel 10 dans la direction radiale.

Par ailleurs, dans la suite, on désigne par front de taille F _N du tronçon de rang N la tranche de terrain marquant la fin de l'excavation du tronçon de rang N. Le front de taille F _N forme un mur de terrain, défini dans un plan sensiblement radial, et marquant la limite avec le tronçon suivant R _N+ i.

Dans une première étape de réalisation du tronçon de tunnel R _N de rang N illustrée sur la figure 2, le sol est foré et les tubes 12 sont introduits dans le sol, l'un après l'autre, de façon à former la voûte V _N du tronçon R _N de rang N.

Dans l'exemple, chaque tube 12 comprend une extrémité proximale ouverte 14 et une extrémité distale ouverte 16 présentant un bord périphérique annulaire qui est pourvu de dents de coupe 24. Par dents de coupe, on entend les outils de forage en général, comme les picots, les boutons, les pastilles de carbure de tungstène, etc. pour excaver le sol S lors de la réalisation du forage. Les dents de coupe 24 sont dimensionnées pour excaver le sol, de sorte que le tube 12 est utilisé également comme outil de forage, avant d'être laissé en place dans le sol. Les étapes de forage et d'introduction du tube dans le sol sont donc réalisées concomitamment (on parle couramment de forage tubé à l'outil perdu).

Selon une variante de mise en œuvre, le sol est foré tout d'abord avec un outil de forage indépendant, non destiné à rester en place dans le sol (on parle dans ce cas de forage non tubé), puis, après que l'outil de forage a été retiré, le tube est introduit dans le trou de forage ainsi foré.

Dans l'exemple, les tubes 12 sont, plus particulièrement, des tubes à manchettes. De manière classique, un tube à manchettes 12 est muni d'ouvertures 20 qui sont formées à différentes hauteurs du tube, ainsi que de manchons flexibles 22 qui entourent le tube à manchettes 12 de façon à obturer les ouvertures 20 lorsque la pression à l'intérieur du tube à manchettes est inférieure ou égale à la pression à l'extérieur du tube à manchettes. Ces manchons flexibles 22 sont agencés pour se déformer vers l'extérieur afin de permettre un écoulement à travers les ouvertures 20 lorsque la pression à l'intérieur du tube à manchettes est sensiblement supérieure à la pression à l'extérieur du tube à manchettes.

Dans l'exemple illustré, les ouvertures 20 recouvertes de manchons flexibles 22 sont réparties sur la portion distale du tube, en particulier sur le dernier tiers du tube 12.

Pour son introduction dans le sol, chaque tube 12 est relié, par son extrémité proximale 14, à des moyens 18 d'entraînement en rotation, qui comprennent ici un moteur hydraulique 19.

Comme illustré sur la figure 2, chaque tube 12 est introduit dans le sol par son extrémité distale 16, en étant mis en rotation grâce aux moyens d'entraînement 18. Chaque tube 12 est inséré sur la couronne (i.e. à la périphérie) du front de taille du tronçon R _N-1 de rang N-l, en longeant sensiblement la partie supérieure de ce tronçon R _N- i. Une fois en place, le tube 12 s'étend selon une direction définie dans un plan sensiblement axial et légèrement inclinée par rapport à l'axe principal A, par exemple d'un angle β compris entre 5° et 10°. L'inclinaison des tubes 12 par rapport à l'axe A du tunnel 10 permet le chevauchement des voûtes parapluie V successives du tunnel. Comme illustré sur la figure 1, chaque nouvelle voûte parapluie V _N formée est pour ainsi dire encastrée ou emboîtée partiellement dans la voûte parapluie V _N- i du tronçon précédent.

Pendant le forage, un fluide de forage, de l'eau par exemple, est injecté par l'intérieur de chaque tube 12 et ressort dans le forage par l'extrémité distale du tube 12. Les débris excavés par les dents de coupe 24, mélangés au fluide de forage, sont évacués par l'extérieur du tube 12 à travers un espace étroit, habituellement de quelques millimètres d'épaisseur, défini tout autour du tube (ci-après espace annulaire).

Le forage est réalisé de manière à amener l'extrémité distale 16 de chaque tube 12 jusqu'à une profondeur prédéterminée à laquelle est située la zone de sol à consolider Z.

Lorsque chaque tube 12 est en place, un coulis de scellement, notamment un coulis de ciment, référencé ici CS, est introduit dans ledit tube 12 de la voûte parapluie V _N , notamment à l'aide d'un tube obturateur simple 25 inséré dans chaque tube 12 comme illustré sur la figure 3. En s'échappant à faible pression par l'extrémité distale ouverte 16 et éventuellement les ouvertures latérales 20 du tube 12, le coulis de scellement CS vient imprégner le sol autour du tube 12, combler l'espace annulaire, et ainsi sceller le tube 12 au sol et aux tubes 12 adjacents.

Si nécessaire, en particulier si le coulis de scellement a souillé l'intérieur du tube, chaque tube 12 est nettoyé dans une deuxième étape (non représentée), par exemple à l'eau, de sorte que certaines au moins des ouvertures 20 à la périphérie du tube 12 et à son extrémité distale 16 communiquent avec l'ouverture du tube à son extrémité proximale 14.

Les tubes 12 de la voûte parapluie V _N forment, une fois nettoyés, des tubes d'injection par lesquels un coulis de consolidation, référencé ici CC, va être injecté dans la zone de sol à activer (ci-après injection de consolidation).

L'injection de consolidation selon l'invention a pour objectif d'amener le sol de la zone à activer dans un état de contraintes différent de son état initial. En particulier, l'injection est destinée à précontraindre cette zone de sol avant qu'elle ne subisse les désordres (tassements, décompression notamment) liés à l'excavation des tronçons précédents. Sur la figure 14, on a par exemple illustré la courbe prévisionnelle de tassements du sol, à la surface du massif, à l'issue de l'excavation des tronçons jusqu'au rang N-l et en l'absence de toute consolidation du sol. On observe, sur cette courbe, que les tassements T les plus importants sont mesurés au droit des zones excavés et que l'amplitude de tassement décroît progressivement jusqu'à devenir quasi-nulle à une distance D du front de taille F _N- i, en avant de ce dernier.

La longueur L _A des tubes 12 est choisie de sorte qu'au moins un orifice d'injection de chaque tube 12, prévu sur sa portion distale, est situé dans la zone à activer Z dans laquelle les tassements liés aux travaux d'excavation du tronçon N sont évalués de façon théorique comme étant inférieurs à une valeur limite (valeur faible caractérisant une quasi- absence de tassements) en cas d'absence de consolidation préalable du sol. Dans l'exemple, la distance D est environ deux fois supérieure à la longueur L _T d'un tronçon. La longueur L _A des tubes est donc choisie supérieure à deux fois et demi la longueur L _T d'un tronçon, ici environ trois fois cette longueur.

Chaque projet de construction fait l'objet de spécifications techniques en amont. Dans le cas d'un tunnel, un coefficient de perte de volume maximal est usuellement fixé par contrat de façon globale, pour le tunnel ou pour une zone du tunnel. Ce coefficient de perte de volume, qui correspond au ratio entre le volume de la cuvette de tassement à la surface du massif et le volume théorique de terrain excavé pour le tunnel, caractérise le maximum de tassement admissible sur la longueur du tunnel ou de la zone considérée.

Par calcul, il est possible de déterminer la contribution de l'excavation de chaque tronçon de tunnel au tassement global, et, ainsi, de définir le coefficient de perte de volume correspondant à chaque tronçon particulier du tunnel.

L'objectif de l'injection est de compenser, au fur et à mesure du creusement du tunnel, les tassements induits par l'excavation de chaque tronçon. Le traitement par injection est d'autant plus efficace qu'il est appliqué à la source des tassements, et qu'il comprend une composante préventive (précontrainte du sol). A partir du coefficient de perte de volume correspondant à un tronçon du tunnel, on peut déduire un programme d'injection au niveau de ce tronçon, et notamment une consigne en volume et en pression, pour l'injection aux abords de ce tronçon. Chaque passe d'injection peut être modélisée par un soulèvement. On peut ainsi déterminer, en général de façon automatique, une répartition optimale des points d'injections et des quantités de substance à injecter pour que les soulèvements théoriques liés à l'injection neutralisent les tassements théoriques liés à l'excavation.

Dans certains cas, il pourra être prévu que la consigne d'injection au droit d'un tronçon de rang N+2, notamment en volume, soit atteinte en une seule phase d'injection dans les tubes de la voûte de présoutènement d'un tronçon de rang N, en amont de l'excavation dudit tronçon de rang N. Dans d'autres cas, il pourra être prévu que la consigne soit atteinte en plusieurs phases d'injections successives, réalisées, dans les tubes de la voûte de rang N, à différents moments au cours de l'excavation du tunnel.

Comme illustré sur la figure 5, le coulis de consolidation CC est donc injecté dans chaque tube 12 par l'intermédiaire d'un tube obturateur double 26 qui est introduit dans le tube 12 afin d'isoler une ou certaines ouverture(s) 20.

Comme cela est représenté sur la figure 5, lors du pompage du coulis de consolidation dans le tube à manchettes 12, l'augmentation de la pression du coulis CC dans le tube à manchettes 12 a pour effet d'ouvrir le manchon ce qui permet au coulis de consolidation CC de s'écouler dans le sol S afin de traiter la zone Z.

Dans une nouvelle étape illustrée sur la figure 7, le sol est excavé sous la voûte parapluie V _N , sur une longueur L _T inférieure à la longueur L _v de la voûte mesurée dans la direction axiale.

Après excavation d'un tronçon de tunnel, on mesure généralement l'écart entre le tassement réel du massif de terrain au droit du tronçon excavé et la tolérance imposée par les spécifications techniques du projet et on ajuste le coefficient de perte de volume du tronçon et ceux des tronçons suivants pour tenir compte de cet écart dans la détermination des consignes d'injection. Le cas échéant, l'injection est complétée sur le tronçon concerné.

Après l'étape d'excavation, et comme illustré sur la figure 7, des cintres 60 sont posés sur les parois latérales du tronçon de tunnel et le tronçon est revêtu de béton 62, par exemple par la technique du béton projeté.

Comme il ressort de la figure 7, il y a une continuité entre les différentes zones injectées le long des tubes 12 des voûtes de présoutènement successives. Le traitement du terrain est ainsi continu le long du tracé du tunnel.

Au préalable de la réalisation de la voûte parapluie V _N destinée à renforcer la section supérieure du tronçon R _N , il est courant de renforcer le front de taille F _N -i du tronçon RN-I pour en limiter les déformations.

Un premier mode de mise en œuvre selon l'invention, permettant un tel renforcement, est illustré sur les figures 8 à 12.

Comme illustré sur la figure 8, des tubes, par exemple des tubes à manchettes 42, du même type que ceux décrits précédemment sont introduits dans le front de taille F _N puis scellés au sol au moyen d'un coulis de scellement CS (le coulis de scellement venant remplir l'espace annulaire entourant le tube d'injection).

Les tubes d'injection 42 présentent une longueur avantageusement supérieure à 2,5 fois la longueur d'un tronçon. De cette façon, les tubes 42 permettent de consolider le front de taille mais également, dans une certaine mesure, la zone de sol à activer Z située au droit du tronçon de tunnel de rang N+2.

L'intérieur des tubes 42 est ensuite nettoyé, par exemple à l'aide d'une lance d'injection d'eau 41, puis, comme illustré sur la figure 9, un coulis de consolidation CC est injecté dans le sol, par les tubes 42, éventuellement au moyen d'un tube obturateur double 26.

Comme illustré sur la figure 10, les tubes 42 sont nettoyés une nouvelle fois et une armature en fibres de verre 44 est introduite dans chacun d'entre eux.

Les tubes 42 sont ensuite retirés (figure 11), et l'armature 44 est scellée au sol au moyen d'un coulis de scellement CS, introduit autour de l'armature 44 (figure 12). Un deuxième mode de mise en œuvre selon l'invention, permettant le renforcement du front de taille F _N -i du tronçon de rang N-l, est illustré sur la figure 15.

Selon ce mode de mise en œuvre, un trou de forage 50 est tout d'abord réalisé dans le front de taille F _N , ledit trou de forage étant suffisamment large pour recevoir l'un à côté de l'autre, une armature 44 telle qu'un boulon en fibre de verre et un tube d'injection 70. Dans l'exemple illustré, le trou de forage 50 est un forage tubé à l'outil perdu. En d'autres termes, l'organe de forage est un tube de forage 52 qui est conservé dans le sol lorsque, au cours d'une deuxième étape, l'armature 44 et, à côté d'elle, le tube d'injection 70 sont introduits dans le trou de forage 50. Dans l'exemple illustré, le diamètre du tube d'injection 42 est évidemment inférieur au diamètre du trou de forage 50 et du tube de forage 52 et la longueur du tube d'injection 70 est par ailleurs supérieure à la longueur de l'armature 44. Dans ce mode de réalisation, le tube d'injection 70 est avantageusement réalisé dans une matière plastique, permettant sa destruction aisée lors de l'excavation du tronçon de rang N.

Dans une troisième étape, le tube de forage 52 est retiré du trou de forage 50.

Dans un quatrième temps, un coulis de scellement CS est injecté à travers le tube d'injection 70 pour sceller ledit tube d'injection 70 et l'armature 44 au sol.

Le tube d'injection 70 est ensuite nettoyé, dans une cinquième étape.

Enfin, dans une sixième étape, un coulis de consolidation CS est injecté dans le sol, à travers le tube d'injection 70.

Selon une variante de mise en œuvre adaptée au cas d'un terrain cohérent, le trou de forage 50 est réalisé à l'aide d'un outil de forage retiré avant l'introduction, dans le trou de forage 50, de l'armature 44 et du tube d'injection 70. Du fait qu'il est cohérent, le sol se tient sans tubage.