SOUTERRAIN DE LA TOUR DE LONDRES PREMIERS BOUCLIERS AMÉRICAINS

Premiers brevets. — Pendant la longue interruption de sept ans des travaux du tunnel sous la Tamise, un brevet n° 6018 fut pris en 1830 par l'amiral Lord Cochrane, depuis comte de Dundonald. A en croire les termes du brevet, qui dit « qu'il s'agit d'une « entreprise semblable à celle en cours d'exécution sous la Tamise « à Rotherhilhe », on est en droit de penser que Lord Cochrane avait en vue le travail môme de Brunel *. Le brevet est conçu dans

les termes suivants: un appareil pour comprimer « l'air et

« maintenir la pression dans les fouilles souterraines afin que

« le supplément d'élasticité obtenu par l'air et maintenu par lui à

« l'aide de l'appareil pût compenser la tendance de l'eau, qui

« se trouve au-dessus de la fouille, à y couler sous l'action de la « gravité... ; cet appareil est en même temps disposé de manière « à permettre aux ouvriers d'exécuter leur travail comme d'habia tude, pour foncer un puits, exécuter une fouille ou une galerie

a dans l'espace rempli d'air comprimé et aussi de passer faci-

« lement de l'air comprimé à l'air libre et réciproquement. »

Le texte et le dessin (fig. 46) annexé au brevet montrent d'abord un puits foncé à l'air comprimé avec un sas à air au sommet, une chaîne à godets pour l'extraction des déblais et une écluse à air en

1 On a dit également que l'ingénieur français Colladon avait proposé, dès 1828, à Brunel de combattre l'eau par l'air comprimé.

bas. Ils indiquent également une galerie ou uo souterrain horizontal, avec un sas à l'entrée, prolongé jusque sous la rivière. Lord Cochrane pensait qu'il serait possible ainsi, sans autre précaution, de construire un tunnel sous une rivière, quelle que soit la nature du terrain traversé ; il disait « que dans certains cas la pression de « l'air devrait être suffisante pour équilibrer une colonne d'eau de « même hauteur que celle de la surface de l'eau dans la rivière

« au-dessus du souterrain mais qu'il ne serait pas nécessaire

» de maintenir toujours une pression aussi forte dans la fouille, « mais seulement quand le terrain rencontré serait assez meuble « pour faire craindre une irruption de la rivière dans le souterrain.

Fiy. 46. — Brevet Cochrane.

« Quand le sol est ferme et sûr, on peut considérablement réduire ii la pression de l'air. «

Le problème n'était pas si simple que le pensait Lord Cochrane et les accidents du souterrain de l'Hudson montreront que l'air comprimé sans le bouclier n'est qu'un palliatif insuffisant qui n'assure que bien rarement le succès et que, même avec le bouclier, il y a bien des accidents à redouter et des précautions à prendre. Il était toutefois intéressant de rappeler ce brevet antérieur de quelques années au premier emploi de l'air comprimé à Chalonnes-sur-Loire en France en 1839 et d'environ quarante ans au premier emploi de l'air comprimé dans une galerie horizontale, qui fut fait en 1879 au port d'Anvers par l'entrepreneur français bien connu, M. Hersent.

Avant de commencer l'examen du second travail exécuté par

la méthode du bouclier,. il est indispensable de rappeler deux brevets pris par Peter William Barlow, qui ont été les premières esquisses de la méthode employée dans la construction du souterrain de la tour de Londres {Tower Subwatj). Eu I8li3, cet ingénieur était occupé à diriger le fonçage des cylindres de fondation du pont de Lambeth. Il pensa qu'il serait tout aussi facile de faire progresser un cylindre horizontal pour la construction d'un souterrain. En conséquence, il prit en 1863 un brevet pour la construction des souterrains sous les rivières, dans les villes et en général dans tous les endroits où l'on ne peut sans graves dommages attaquer ni occuper la surface. Il prévoyait l'emploi d'un cylindre en fer ou en acier, d'un diamètre un peu plus grand que le souterrain à construire. L'arête d'avant du cylindre était amincie et les ouvriers déblayaient à l'intérieur ce qu'elle découpait. Le cylindre était avancé, dès que le déblai étail terminé sur une longueur suffisante pour permettre la pose dans la partie arrière d'un anneau métallique; cet anneau devait être assez fort pour constituer le revèlementpeimanenl du souterrain. Il fallait avoir soin de ne donner à l'enveloppe métallique du

cylindre mobile qu'une épaisseur aussi faible que possible, afin que le vide laissé entre l'extérieur des anneaux et le sol ne pût amener un tassement ultérieur qui se fit sentir à la F , i7

Surface. Coupe en long. — Premier brevet Barlow.

La figure 47 est une coupe longitudinale, dans laquelle sont représentés une série d'anneaux du revêtement du souterrain, assembles avec des boulons, ainsi que le cylindre à l'intérieur et à l'abri duquel devait se faire le déblai.

Dans ce projet se retrouvaient les mômes éléments de protection contre la poussée des terres tout autour de la fouille du souterrain, que dans le bouclier de Brutiel. Il avait la grande supé-

riorité apparente d'être d'une seule pièce et par suite beaucoup plus simple ; mais rien ne prouve que ce cylindre, aux parois minces, sans aucun entreloisement, ne se fût pas écrasé et que les vis eussent suffi à le mouvoir. Pour qui connaît les difficultés contre lesquelles avait eu à lutter Brunel et les efforts auxquels avait été soumis son bouclier, il ne saurait y avoir de doute que celui de Barlow était trop faible. Le progrès n'est donc qu'apparent et tout au plus peut-on y voir l'indication de la voie dans laquelle il convenait de s'engager pour éviter les difficultés qu'avaient entraînées l'emploi d'un bouclier composé de pièces séparées. On ne saurait non plus considérer, comme une innovation, le recouvrement de la partie terminée du revêtement par l'extrémité arrière ou queue du bouclier ; Brunel avait déjà muni ses douves de plaques minces de recouvrement. Enfin l'enveloppe en fonte avait été imaginée par cet ingénieur dès 1818.

Si Barlow avait peu innové sur tous les points qui précèdent, il avait complètement négligé d'étudier le blindage du front d'attaque, objet de soins si méticuleux de la part de Brunel ; il se contentait en effet de dire, sans autre indication, que, si le terrain l'exigeait, on emploierait des planches de blindage. Il semble donc qu'on ne devrait voir dans le brevet dont il s'agit que l'expression d'un désir de simplification, sans élude bien sérieuse des moyens pratiques d'y arriver et que par suite on pourrait passer sans s'y arrêter sur un projet qui, heureusement pour son auteur, n'a pas été réalisé. Cependant on y trouve aussi une innovation importante, appelée plus tard à jouer un grand rôle ; Barlow émet en effet l'idée, si brillamment mise en pratique par Greathead, de remplir le vide laissé par l'avancement du bouclier, entre le terrain et la paroi extérieure du tunnel, avec du ciment liquide.

Quoi qu'il en soit, Barlow avait confiance en son idée et il n'hésita pas en 18G7 à proposer un système qu'il appela « souterrains pour omnibus » composé de souterrains avec revêlement métallique de 8 pieds (2,44 m.) de diamètre. Dans ces tubes devaient circuler des omnibus en acier, à 12 places, mus à bras d'hommes sur une pente. Les points d'arrêt ne pouvaient par suite être qu'à un niveau fixe ; aussi, pour arriver à desservir les quartiers élevés, était-il prévu trois séries de tubes à des niveaux

différents et des ascenseurs pour faire passer omnibus et voyageurs de l'un à C autre. On ne peut s'empêcher de faire un rapprochement entre ces tubes à omnibus et le réseau de tubes pour tramways électriques actuellement en cours d'exécution ; il est bien évident que les chemins de fer électriques souterrains de faible diamètre dérivent directement du projet à peine esquissé par Barlow. Ce fut dans le but d'établir se service que cet ingénieur demanda la concession du tunnel de la Tour de Londres, qui lui fut accordée par acte du Parlement en 1868.

Entre temps, Barlow avait cherché à perfectionner son engin d'exécution et pris un second brevet en 1868. Dans ce brevet, il déclarait vouloir mettre dans le cylindre de son premier projet

une cloison transversale, avec une ouverture soit au milieu soit au-dessous de l'axe, qui pourrait être fermée en totalité ou en parlie. De cette manière, en cas d'irruption d'eau, il serait encore possible de continuer à alimenter la partie supérieure du souterrain en air sous pression sans qu'il put s'échapper, puisque la voûte formerait avec la partie haute de la cloison une véritable cloche à air. Aussitôt que le souterrain aurait été avancé suffisamment pour arrêter l'écoulement d'eau, rien n'empêcherait de laisser tomber la pression. L'idée était excellente et se retrouvera sous des formes diverses dans les plus beaux ouvrages modernes. Cependant, si la cloison renforçait un peu le cylindre, rien n'était fait pour remédier aux défauts du premier projet. Ce n'est toujours qu'un engin théorique, dessiné avec une inconscience absolue des dan-

de Londres, ainsi qu'il résulte des prospectus qui furent lancés. Toutefois le diamètre était prévu un peu plus grand, de 8 pieds (2,44 m.) sur une longueur de 1 200 yards (1 097,26 m.). Il devait y avoir des ascenseurs pour 20 voyageurs à chaque extrémité et des voitures remorquées par un câble au moyen de deux machines fixes. L'échec du projet d'omnibus souterrains pour lesquels le souterrain de la Tour avait été creusé fit, pour le moment du moins, renoncer à ce travail et en 1873 le Parlement adopta l'acte d'abandon de concession.

Projet Greathead. — A cette période se rattache immédiatement un projet de 1876 pour la construction d'un souterrain sous la Tamise, le North and South Woolwich Subway. Un bouclier et un grand nombre de segments en fonte furent construits sur les dessins de Greathead; mais les entrepreneurs durent, pour des motifs étrangers à ce travail, résilier leur contrat. Feu M. T.-A. Walker, qui ne croyait pas au bouclier, offrit d'exécuter le souterrain par les moyens ordinaires; mais, après avoir foncé un puits, il ne put arriver à construire le souterrain, même à l'air comprimé, et le travail fut abandonné. Il aurait été très intéressant de retrouver les dessins de ce bouclier que Greathead avait conçu pour la traversée des sables et des graviers et qui était bien différent de ceux qui ont été employés sur ses conseils dans l'argile compacte de Londres; malheureusement ces dessins faisaient partie des papiers personnels de cet ingénieur et depuis sa mort il a été impossible d'en avoir communication. On ne possède qu'un croquis et quelques indications données par lui dans une communication à la Société des Ingénieurs civils de Londres.

Dans ce croquis (tig. 51) la cloison verticale élail beaucoup plus éloignée de l'arête du couteau ; elle avait une forme courbe et ne possédait qu'une ouverture tout à fait en bas. En arrière, à la hauteur des presses hydrauliques destinées à l'avancement, il y avait deux autres cloisons destinées à servir de sas à air. Cette dernière disposition n'a été reproduite qu'au grand bouclier du souterrain de Blackwall. Celle de ces cloisons qui était le plus près du front d'allaque parlait du bas et montait plus haut que l'ouverture du diaphragme d'avant de manière à empêcher tout échappement d'air,

tant que sa pression ne dépassait pas celle de l'eau ou toute rentrée d'eau tant que sa pression n'excédait pas celle de l'air sur la sur* face horizontale comprise entre la cloison et l'ouverture. Ce bouclier parait avoir la plus grande analogie avec celui qui a été employé au tunnel sous la Mersey, dont il sera parlé plus loin.

Fig. 51. — Projet Greathcad.

Grealhead avait en outre introduit quelques autres innovations, notamment une grue mécanique pour lever et mettre en place les segments en fonte du revêtement, appareil fort ingénieux qui se retrouvera dans divers souterrains. C'était donc un projet à tout point de vue remarquable et on ne peut que regretter vivement qu'il n'ait pas eu de suite et qu'il ait fallu de longues années pour voir mettre en pratique les idées excellentes qu'il contenait.

Boucliers américains Beach. — Pendant que ces tentatives se poursuivaient en Angleterre, les Américains essayaient de leur côté des applications un peu différentes de la méthode du bouclier. Il est fort probable que M. Beach, qui appliqua le premier bouclier, avait eu connaissance de ce qu'avait fait Greathead à Londres; mais soit qu'il eût des renseignements incomplets et qu'il ait dû s'en rapporter sur bien des points à sa propre inspiration, soit que ce fût un esprit réellement original, il créa un outil, peutêtre critiquable à certains points de vue, mais qui, à d'autres, était un véritable pas en avant.

et un de ses embranchements. La profondeur moyenne est d'environ 20 pieds (6,10 m.). Comme à New- York, le revêtement est fait en maçonnerie de briques.

Ce travail s'exécuta à sec dans d'excellentes conditions, sans apporter aucun trouble dans la circulation, si ce n'est l'entrée et la sortie des terres et des matériaux par le puits.

Cleveland lake tunnel. — Une dernière application du bouclier Beach fut faite dans la construction de la prise d'eau de la ville de Cleveland sous le lacErié.

Les projets de ce travail furent faits en 1869 par l'ingénieur M. Whitelaw. Ils comportaient une prise d'eau par un puits dans le lac, réuni à la rive par un souterrain de 6606 pieds (2 013 m.) de longueur. Ce souterrain avait 5 pieds (1,53 m.) de largeur et

5 pieds 2 pouces (1,59 m.) de hauteur avec une pente de 1 p. 100. Le puits du lac descendait à 90 pieds 2/10 (27,49 m.) tandis que sur la rive le souterrain était attaqué par un puits de 67 pieds 5/10 (20,57 m.) de profondeur.

Le travail fut adjugé au prix de 18 dollars (90 fr.) par pied. Il se poursuivit d'abord très régulièrement par des procédés analogues à ceux qui ont réussi pour beaucoup de souterrains de prise d'eau sous les lacs (Chicago, Millwaukee, etc.). Mais dans la partie exécutée en partant du puits du lac, le souterrain rencontra une argile très mauvaise dans laquelle il fut impossible d'avancer. Il fallut condamner provisoirement la galerie par une cloison en bois.

Les entrepreneurs firent alors construire un bouclier de

6 pieds 1/2 (1,98 m.) de diamètre intérieur, avec de fortes tôles à chaudière, renforcées par deux anneaux de fonte carrés de 4 pouces (0,10 m.). Ces anneaux étaient élargis à l'emplacement des presses hydrauliques. Le constructeur avait prévu l'installation de cloisons verticales et de planches horizontales de 9 pouces (0,23 m.) d'épaisseur, de manière à diviser le front d'attaque en cellules de 18 pouces (0,46 m.) de côté; mais les entrepreneurs crurent pouvoir se dispenser de les mettre en place quand ils eurent reconnu que deux planches suffisaient pour ralentir l'écoulement de l'argile. L'arrière du bouclier était conservé lisse sur 2 pieds

Les Américains ne voulurent pas tenir compte de la difficulté du travail et des imperfections faciles à voir et à corriger du bouclier. Il est bien certain que, si les constructeurs avaient mis les divisions verticales comme elles étaient prévues, le bouclier ne se serait pas déformé; et il est fort probable qu'en employant des injections de mortier les fissures de la maçonnerie auraient été évitées. Enfin, laisser le front d'attaque ouvert dans un aussi mauvais sol, c'était s'exposer à enlever un cube supérieur au vide, ce qui certainement explique les tassements qui se sont produits. Les ingénieurs, et surtout M. Ghesborough ne se souvinrent que des inconvénients, et après quelques années d'engouement ils abandonnèrent le bouclier qui, suivant eux, était impuissante supporter la poussée des terres et impossible à diriger. Ils persistèrent dans cette erreur, et ce n'est qu'après de longues années de lutte et des échecs coûteux qu'à la rivière de l'Hudson et à la rivière Saint-Clair ils consentirent à employer un bouclier. Encore, sur le premier point, fallut-il qu'il fût réimporté par une compagnie anglaise, comme il sera expliqué plus loin.