EP0127518A1 - Dispositif d'assemblage de voussoirs adjacents d'un revêtement de tunnel - Google Patents

Dispositif d'assemblage de voussoirs adjacents d'un revêtement de tunnel Download PDF

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EP0127518A1
EP0127518A1 EP84400990A EP84400990A EP0127518A1 EP 0127518 A1 EP0127518 A1 EP 0127518A1 EP 84400990 A EP84400990 A EP 84400990A EP 84400990 A EP84400990 A EP 84400990A EP 0127518 A1 EP0127518 A1 EP 0127518A1
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EP
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segments
wedge
sides
curvature
angle
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Jean-Claude Hauer
Jacques Oger
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Pont a Mousson SA
Original Assignee
Pont a Mousson SA
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/15—Plate linings; Laggings, i.e. linings designed for holding back formation material or for transmitting the load to main supporting members
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
    • E21D11/083—Methods or devices for joining adjacent concrete segments
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/75—Joints and connections having a joining piece extending through aligned openings in plural members

Definitions

  • the present invention relates to a device for assembling two adjacent segments of a tunnel lining, in particular a railway tunnel.
  • French patent 79 00 884 describes a device for assembling the segments of a tunnel lining, constituted by cylinder segments whose opposite flanks have a certain curvature. This device consists of two pairs of corners, each disposed at one end of the segments, placed in corresponding housings of these connected radially by bolts which bring each corner closer to one another while tightening them in contact with the sides adjacent to the segment.
  • French patent 73 29 114 also discloses a segment assembly system consisting of a series of prismatic wedges chosen from one. range of dihedral angles suitable for the angle according to which the segments are to be assembled, these shims being superimposed between the segments and the assembly being blocked by bolts and nuts.
  • This assembly device requires having a whole range of shims.
  • the object of the invention is to propose a device for assembling segments that does not have these drawbacks.
  • the device for assembling the segments comprises a shim extending substantially over the entire length of the flanks opposite the segments, and the opposite faces of which have curvatures conjugated with the curvature of the corresponding sides of the segments, as well as means for fixing the segments together and to the wedge interposed between their sides.
  • the faces of the wedge have concavities whose radii of curvature are equal to the radii of curvature of the associated sides of the segments, and the width of the wedge is practically equal to that of the sides.
  • FIG. 1 There is shown in Figure 1 two adjacent segments 1, 2, intended for the constitution of a tunnel lining in particular rail, and a device for assembling these segments according to the invention.
  • the segments 1, 2 are constituted by cylinder segments made of cast iron or another suitable material, each comprising end veils 3 belonging to the upper surface of the covering, an intermediate veil 4 belonging to the lower surface of the covering, thus that two end walls 5 and radial ribs 6, 6a.
  • the ribs 6 connect the sails 3 to the sails 4, the rib 6a projecting radially between the two sails 4 of the lower surface.
  • Each segment 1, 2 has a side 7, 8 having a convexity of appropriate radius of curvature, these convexities being directed towards one another.
  • the sides 7, 8 are each pierced, in the vicinity of their ends, with two pairs of holes 11 adapted to receive bolts 14 associated with fixing nuts 16, each bolt 14 passing through holes 11 opposite each other to a segment 1.2.
  • the segments 1,2 can be assembled by means of a device which comprises a calel2 which extends over practically the entire length of the sides 7, 8 and over their entire width.
  • the opposite faces 12a of the wedge 12 have curvatures conjugated with the curvature of the corresponding sides 7, 8, and therefore have concavities extending from one end to the other of the wedge.
  • the radii of curvature of these concave flanks 12a are equal to the radii of curvature of the convex flanks 7, 8.
  • the shim 12 is pierced with a pair of oblong slots 13, suitable for allowing the introduction of the bolts 14 which therefore each pass through two holes 11 located opposite and the corresponding oblong opening .13
  • the nuts 16, screwed onto the threaded rods of the bolts 14, make it possible to block together the segments 1, 2 and the wedge 12.
  • Openings 10 are formed in the vicinity of the ends of the wedge 12 between the lights 13, as well as openings 15 in the central region of the wedge 12, to lighten the latter.
  • the assembly of the assembly device for the segments 1; 2 constituted by the shim 12 and the bolt 14-nut systems 16 is carried out as follows.
  • the segments 1, 2 are first held with their sides 7 and 8 facing one another so that the pins 24 of the segment 1 are opposite corresponding housings 25 of the segment?, But remaining separated by a sufficient interval. Is introduced between them the wedge 12, whose openings 10 are crossed by the pins 24, then the bolts 14 are mounted through the holes 11 and the slots 13, and the corresponding nuts 16 are screwed without fully tightening.
  • the angle ⁇ between the planes tangent to the wings 3 of the respective upper surfaces of the segments 1 and 2, at the level of their interface materialized by the sides 7, 8, depends on the 'radial position of the wedge 12 between the segments.
  • FIG. 4 illustrates a first example of angular positioning of the segments 1 and 2 relative to one another, in which the angle ⁇ 1 is equal to 180 °, the planes tangent to the webs 3 thus being combined.
  • the shim 1 2 is pushed towards the upper surface of the covering, by lightly striking the lower edge 12b of this shim, until this edge 12b as well as the opposite edge 12c are practically located in the planes tangent respectively to the lower surface sails 4 and to the upper surface sails 3 ( Figure 4).
  • the extension of the slots 13 in the radial direction of the cylinder segments constituting the segments 1, 2 allows the radial sliding of the wedge 12 relative to the rods of the bolts 14 in these slots 13.
  • the nuts 16 are then fully tightened on the bolts 14, whose hexagonal heads come to bear on washers 17 engaged in the holes 11, as well as the nuts 16 are supported on washers 17 analogs engaged in the corresponding holes 11.
  • the angle ⁇ 1 can be slightly varied on either side of the value of 180 °, as illustrated in Figures 5 and 6.
  • this angle which has become 0 (2 is equal to 184 °, and was obtained by moving the shim 12 towards the underside of the covering by the desired value so that the planes tangent to the sails 3 of extrados make between them this angle of 184 °.
  • This operation requires first loosening the nuts 16, starting from the position of the segments 1, 2 shown in Figure 4.
  • the average radius of the segment assembly is obtained by placing them in their relative position in Figure 4, the minimum radius corresponds to their angular position in Figure 5, and the maximum radius corresponds to the position in Figure 6 .
  • the assembly device constituted by the single wedge 12 and its fixing members 14, 16 to the segments 1, 2 has the advantage of allowing easy and rapid adjustment of the angular position of the segments. Indeed, it suffices to place the shim 12 in the correct position with respect to the sides 7, 8 by exerting sufficient pressure on one of its edges 12b, 12c, then tightening the bolts 14 and the nuts 16 completely.
  • the wedge 12 is first installed in its position in FIG. 5 where the radius of curvature of the segments is minimal (angle ⁇ 2 equal to 184 °), then the wedge 12 is pushed back by striking lightly on its lower edge 12b .
  • this single wedge 12 Another advantage of this single wedge 12 is linked to the fact that it distributes almost uniformly over its entire length the stresses undergone by the segments 1,2, which prevents the appearance of significant plasticization of said wedge and segments 1, 2 in the load area. Indeed, the forces being distributed over practically the entire surface of the wedge 12, there is great "flexibility” in the connection between the segments 1 and 2 provided by this wedge. This connection can even be considered as “elastic", tests having shown that after application of significant efforts, the segments 1, 2 could resume their initial shape.
  • the tightening of the bolts 14 has a significant influence on this flexibility: the shim 12 better taking up the forces undergone, the bolt connection of the segments is less stressed.
  • the forces mentioned above are in practice bending forces due to the weight of the ground, and compression by arch effect between the adjacent segments.
  • the initial shape of the segments 1, 2 is, more precisely, that obtained at the assembly level. This is how, for example, when using segments to consolidate a tunnel with a radius smaller than that of the ring formed by the segments, the application of forces has the effect of opening the angle ⁇ initially planned. If these efforts cease, the angle returns to its initial value.

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Abstract

]Dispositif d'assemblage de deux voussoirs (1, 2) adjacents d'un revêtement de tunnel notamment ferroviaire, comprenant une cale (12) s'étendant surtoute la longueur des flancs (7, 8) des voussoirs (1, 2) et sur toute leur largeur, présentant des faces concaves (12a) dont le rayon de courbure est égal à celui des flancs convexes (7,8), la fixation des voussoirs (1, 2) et de la cale (12) entre eux étant assurée par des systèmes boulons (14)-écrous (16). L'angle entre les voussoirs (1, 2) est déterminé par la position de la cale (12) par rapport aux flancs (7,8). La cale d'assemblage (12) permet de régler facilement l'angle entre les surfaces d'extrados des voussoirs (1, 2) au droit de leur interface, et répartit les efforts subis sur toute la surface de la cale.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif d'assemblage de deux voussoirs adjacents d'un revêtement de tunnel, en particulier d'un tunnel ferroviaire.
  • Le brevet français 79 00 884 décrit un dispositif pour l'assemblage des voussoirs d'un revêtement de tunnel, constitués par des segments de cylindre dont les flancs en regard présentent une certaine courbure. Ce dispositif est constitué de deux paires de coins disposées chacune à une extrémité des voussoirs, placées dans des logements correspondants de ceux-ci reliés radialement par des boulons qui rapprochent chaque coin l'un de l'autre tout en les serrant au contact des flancs adjacents du voussoir.
  • Ces coins ou clavettes donnent toute satisfaction mais il est parfois difficile d'obtenir l'angle exact voulu entre les voussoirs, c'est-à-dire l'angle entre des plans tangents aux surfaces d'extrados des voussoirs, au droit de leur interface. En effet, pour ce faire, il faut positionner les deux coins séparément et simultanément dans la direction radiale à l'emplacement voulu, compte tenu de l'angle recherché entre les voussoirs. De plus, les efforts supportés par les voussoirs sont localisés sur les coins, ce qui peut entraîner une certaine plastification de ceux-ci par écrasement du métal.
  • On connaît également par le brevet français 73 29 114 un système dassemblage de voussoirs constitué par une série de cales prismatiques choisies dans une . gamme d'angles dièdres appropriés à l'angle suivant lequel les voussoirs doivent être assemblés, ces cales étant superposées entre les voussoirs et l'ensemble étant bloqué par des boulons et des écrous.
  • Ce dispositif d'assemblage nécessite de disposer de toute une gamme de cales.
  • L'invention a pour but de proposer un dispositif d'assemblage de voussoirs ne présentant pas ces inconvénients.
  • Suivant l'invention, le dispositif d'assemblage des voussoirs comprend une cale s'étendant sensiblement sur toute la longueur des flancs en regard des voussoirs, et dont les faces opposées présentent des courbures conjuguées avec la courbure des flancs correspondants des voussoirs, ainsi que des moyens de fixation des voussoirs ensemble et à la cale interposée entre leurs flancs.
  • Le fait de mettre en oeuvre une cale unique au lieu de plusieurs coins d'entretoisement ou de plusieurs cales prismatiques superposées facilite considérablement le réglage de l'angle entre les voussoirs. En effet, il suffit de déplacer légèrement la cale pour obtenir l'angle exact voulu, opération qui ne présente pas de difficulté.
  • Suivant un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les voussoirs ont des flancs qui présentent une convexité déterminée, les faces de la cale ont des concavités dont les rayons de courbure sont égaux aux rayons de courbure des flancs associés des voussoirs,et la largeur de la cale est pratiquement égale à celle des flancs.
  • On peut donc faire varier l'angle entre les surfaces d'extrados des voussoirs au droit de leur interface, par déplacement radial de la cale entre les flancs des voussoirs et blocage de ceux-ci ainsi que de la cale dans la position angulaire choisie par des organes appropriés.
  • D'autre part, le fait d'utiliser une cale unique répartit les efforts sur toute la longueur de la cale et des voussoirs, de sorte que l'on n'observe plus de plastification notable dans la zone de charge.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation.
    • La Figure 1 est une vue en perspective éclatée avec arrachements,de deux voussoirs adjacents et d'un mode de réalisation du dispositif d'assemblage de ces voussoirs.
    • La Figure 2 est une vue en élévation longitudinale de la cale des dispositifs d'assemblage visibles à la Figure 1.
    • La Figure 3 est une vue en élévation en coupe suivant III-III de la cale de la Figure 2.
    • La Figure 4 est une vue en coupe transversale partielle des deux voussoirs et de leur dispositif d'assemblage, la cale étant positionnée de manière que l'angle entre les plans tangents aux surfaces d'extrados respectives des voussoirs au droit de leur interface, soit égal à 180°.
    • La Figure 5 est une vue en coupe analogue à la Figure 4, dans laquelle la cale est positionnée radialement de manière que l'angle précité entre les plans tangents aux surfaces d'extrados des voussoirs soit sensiblement supérieur à 180°.
    • La Figure 6 est une vue en coupe analogue aux Figures 4 et 5 dans laquelle la cale e.st positionnée radialement de manière que l'angle précité entre les plans tangents aux surfaces d'extrados des voussoirs soit sensiblement inférieur à 180° -
  • On a représenté à la Figure 1 deux voussoirs adjacents 1, 2, destinés à la constitution d'un revêtement de tunnel notamment ferroviaire, ainsi qu'un dispositif d'assemblage de ces voussoirs conforme à l'invention.
  • Les voussoirs 1, 2 sont constitués par des segments de cylindre en fonte ou en un autre matériau convenable, comportant chacun des voiles d'extrémité 3 appartenant à l'extrados du revêtement, un voile intermédiaire 4 appartenant à l'intrados du revêtement, ainsi que deux parois d'extrémité 5 et des nervures radiales 6, 6a. Les nervures 6 raccordent les voiles 3 aux voiles 4, la nervure 6a faisant saillie radialement entre les deux voiles 4 d'intrados.
  • Chaque voussoir 1, 2 présente un flanc 7, 8 présentant une convexité de rayon de courbure approprié, ces convexités étant dirigées l'une vers l'autre.
  • Les flancs 7,8 sont chacun percés, au voisinage de leurs extrémités, de deux paires de trous 11 adaptés pour recevoir des boulons 14 associés à des écrous de fixation 16 , chaque boulon 14 traversant des trous 11 en vis - à - vis appartenant chacun à un voussoir 1,2.
  • Conformément à l'invention, les voussoirs 1,2 peuvent être assemblés au moyen d'un dispositif qui comprend une calel2 qui s'étend sur pratiquement toute la longueur des flancs 7, 8 et sur toute leur largeur. Les faces opposées 12a de la cale 12 présentent des courbures conjuguées avec la courbure des flancs correspondants 7, 8, et ont donc des concavités s'étendant d'une extrémité à l'autre de la cale. Les rayons de courbure de ces flancs concaves 12a sont égaux aux rayons de courbure des flancs convexes 7, 8.
  • A chacune de ses extrémités, en regard des trous 11 des voussoirs 7, 8, la cale 12 est percée d'une paire de lumières oblongues 13, aptes à permettre l'introduction des boulons 14 qui traversent donc chacun deux trous 11 situés en regard et la lumière oblongue correspondante .13 Les écrous 16 , vissés sur les tiges filetées des boulons 14, permettent de bloquer ensemble les voussoirs 1, 2 et la cale 12. Des ouvertures 10 sont ménagées au voisinage des extrémités de la cale 12 entre les lumières 13, ainsi que des ouvertures 15 dans la région centrale de la cale 12, pour alleger cette dernière.
  • Le montage du dispositif d'assemblage des voussoirs 1;2 constitué par la cale 12 et les systèmes boulons 14 -écrous 16 s'opère de la manière suivante.
  • Les voussoirs 1, 2 sont d'abord maintenus avec leurs flancs 7 et 8 tournés l'un vers l'autre de façon que des tétons 24 du voussoir l soient en regard de logements correspondants 25 du voussoir ?, mais en restant séparés par un intervalle suffisant. On introduit entre ceux-ci la cale 12, dont les ouvertures 10 sont traversées par les tétons 24, puis on monte les boulons 14 à travers les trous 11 et les lumières 13, et on visse les écrous correspondants 16 sans serrer à fond. L'angle α entre les plans tangents auxvoiles 3 d'extrados respec- tifsdes voussoirs 1 et 2, au droit de leur interface matérialisée par les flancs 7, 8, dépend de la' position radiale de la cale 12 entre les voussoirs.
  • La Figure 4 illustre un premier exemple de positionnement angulaire des voussoirs 1 et 2 relativement l'un à l'autre, dans lequel l'angle α1 est égal à 180°, les plans tangents aux voiles 3 étant ainsi confondus. Pour amener les voussoirs 1, 2 dans cette position, on repousse la cale 12 vers l'extrados du revêtement, en frappant légèrement sur le bord inférieur 12b de cette cale, jusqu'à ce que ce bord 12b ainsi que le bord opposé 12c soient pratiquement situés dans les plans tangents respectivement aux voiles d'intrados 4 et aux voiles d'extrados 3 (Figure 4). L'allongement des lumières 13 dans la direction radiale des segments de cylindre constituant les voussoirs 1, 2 autorise le coulissement radial de la cale 12 par rapport aux tiges des boulons 14 dans ces lumières 13. On serre ensuite à fond les écrous 16 sur les boulons 14, dont les têtes hexagonales viennent s'appuyer sur des rondelles 17 engagées dans les trous 11, de même que les écrous 16 prennent appui sur des rondelles 17 analogues engagées dans les trous 11 correspondants.
  • On peut faire varier légèrement l'angle α1 de part et d'autre de la valeur de 180°, comme illustré aux Figures 5 et 6.
  • A la Figure 5, cet angle devenu 0(2 est égal à 184°, et a été obtenu en déplaçant la cale 12 vers l'intrados du revêtement de la valeur voulue pour que les plans tangents aux voiles 3 d'extrados fassent entre eux cet angle de 184°.Cette opération nécessite au préalable de desserrer les écrous 16, si l'on part de la position des voussoirs 1, 2 représentés à la Figure 4.
  • Inversement, dans la position de la Figure 6, l'angle entre les plans tangents aux voiles d'extrados 3 au droit de l'interface entre les flancs 7, 8 est réduit à 176°, après que la cale 12 ait été remontée vers l'extrados d'une distance d à partir de sa position de la Figure 4.
  • Le rayon moyen de l'assemblage des voussoirs est obtenu en plaçant ceux-ci dans leur position relative de la Figure 4, le rayon minimal correspond à leur position angulaire de la Figure 5, et le rayon maximal correspond à la position de la Figure 6.
  • Comme indiqué précédemment, le dispositif d'assemblage constitué par la cale unique 12 et ses organes de fixation 14, 16 aux voussoirs 1, 2 présente l'avantage de permettre un réglage aisé et rapide de la position angulaire des voussoirs. En effet, il suffit de placer la cale 12 dans la position correcte par rapport aux flancs 7, 8 en exerçant une pression suffisante sur l'un de ses bords 12b, 12c, puis de serrer à fond les boulons 14 et les écrous 16. De préférence on installe tout d'abord la cale 12 dans sa position de la Figure 5 où le rayon de courbure des voussoirs est minimal (angle α2 égal à 184°), puis on repousse la cale 12 en frappant légèrement sur son bord inférieur 12b.
  • Un autre avantage de cette cale unique 12 est lié au fait qu'elle répartit à peu près uniformément sur toute sa longueur les efforts subis par les voussoirs 1,2, ce qui empêche l'apparition d'une plastification sensible de ladite cale et des voussoirs 1, 2 dans la zone de charge. En effet, les efforts étant répartis sur pratiquement toute la surface de la cale 12, on observe une grande "souplesse" dans la liaison entre les voussoirs 1 et 2 assurée par cette cale. Cette liaison peut même être considérée comme"élastique", des essais ayant montré qu'après application d'efforts importants, les voussoirs l, 2 pouvaient reprendre leur forme initiale. Le serrage des boulons 14 influe notablement sur cette souplesse: la cale 12 reprenant mieux les efforts subis, le boulonnage de jonction des voussoirs est moins sollicité.
  • Les efforts mentionnés ci-dessus sont en pratique des efforts de flexion dus au poids du terrain, et de compression par effet de voûte entre les voussoirs adjacents. La forme initiale des voussoirs 1, 2 est, plus précisément, celle obtenue au niveau de l'assemblage. C'est ainsi que, par exemple, lors de l'utilisation des voussoirs pour consolider un tunnel de rayon inférieur à celui de l'anneau constitué par les voussoirs, l'application des efforts a pour effet d'ouvrir l'angle α initialement prévu. Si ces efforts cessent, l'angle revient à sa valeur initiale.

Claims (4)

1.- Dispositif d'assemblage de deux voussoirs (1, 2) adjacents d'un revêtement de tunnel, en particulier d'un tunnel ferroviaire, les voussoirs (1, 2) étant constitués par des segments de cylindre dont les flancs en regard présentent une certaine courbure, caractérisé en ce qu'il comprend une cale (12) s'étendant sur sensiblement toute la longueur des flancs (7, 8) en regard des voussoirs (1, 2) et dont les faces opposées (12a) présentent des courbures conjuguées avec la courbure des flancs correspondants (7., 8) des voussoirs (1, 2), ainsi que des moyens de fixation des voussoirs (1, 2) ensemble et à la cale (12) interposée entre leurs flancs (7, 8).
2.- Dispositif selon la revendication 1, pour l'assemblage de voussoirs (1, 2) dont les flancs (7, 8) présentent une convexité déterminée, caractérisé en ce que les faces (12a) de la cale (12) ont des concavités dont les rayons de courbure sont égaux aux rayons de courbure des flancs (7, 8) associés des voussoirs (1, 2) et la largeur de la cale (12) est pratiquement égale à celle des flancs (7, 8), de telle sorte que l'on peut faire varier l'angle (α)entre les plans tangents aux surfaces d'extrados (3) respectives des voussoirs (1, 2), au droit de leur interface, par déplacement radial de la cale (12) entre les flancs (7, 8) des voussoirs (1, 2) et blocage de ceux-ci ainsi que de la cale (12) dans la position angulaire choisie.
3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation de la cale (12) aux voussoirs (1, 2) adjacents sont constitués par des systèmes boulons(14)-écrous (16) traversant des lumières correspondantes (13) agencées dans la cale (12) et des trous (11) dans les flancs (7, 8) des voussoirs (1, 2), par exemple deux paires de boulons (14) et d'écrous (16) positionnés chacune à une extrémité de la cale (12).
4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lumières (13) de la cale (12) sont oblongues dans la direction radiale pour permettre le coulissement de la cale ( 12) par rapport aux flancs (7, 8) des voussoirs (1, 2).
EP84400990A 1983-05-27 1984-05-15 Dispositif d'assemblage de voussoirs adjacents d'un revêtement de tunnel Expired EP0127518B1 (fr)

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FR8308860 1983-05-27

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