Brevet FR2077520A1 — publié le 19711029

La présente invention a pour objet un procédé de guidage automatique de canalisations souterraines qui sont mises en place par la méthode dite 21de fonçage horizontal" ou encore de "poussage". Depuis plusieurs années déja, la pose sous chaussées, pistes d'déviation ou sous voies ferrées de cabales, de gaines pour passage de cabales, de tuyaux de toute nature, s'effectue au moyen de procédés dits "horizontaux". Certains de ces procédés sont des forages exécutés au moyen de tarières ou appareils similaires qui pratiquent en général des avant-trous dans lesquels sont ensuite passés les réseaux ou canalisations. D'autres utilisent des installations de poussée horizontale hydraulique qui enfoncent directement dans le sol, par pression statique, les canalisations. On conçoit que l'utilisation de tels procédés est très avantageuse. Elle permet notamment de ne troubler en aucune manière, comme cela est le cas pour les procédés traditionnels qui nécessitent des ouvertures de tranchées, les circulations de surface (circulation routière ou ferroviaire), et d'éviter de la sorte des pertes économiques parfois fort importantes (tels les frais de ralentissement imposés à la circulation ferroviaire). Ces nouvelles méthodes permettent de plus, du fait qu'elles peuvent titre mises en oeuvre à des profondeurs quelconques, d'échapper, lorsquton le désire, à tous les réseaux qui encombrent déjà le sous-sol, dans les zones urbaines notamment, ce qui constitue dgalement, à la fois une simplification technique et une source dtéconomies. I1 convient enfin de signaler que dans certains cas, ces procédés sont les seuls qui pourront titre utilisés, en particulier lorsque la nature des terrains conduirait, dans le cas des procédés traditionnels à une incomptabilité entre le maintien de la circulation et la sécurité qui est nécessaire à ce maintien. On conçoit donc que ltutilisation de ces procédés connaSt actuellement un grand développement. Il en est ainsi plus particulièrement du procédé dit "de fonçage horizontal" ou de "poussage". Ce procédé, qui utilise une ou plusieurs installations de pression hydraulique horizontales permet en effet d'installer dans le sol, par poussage, des tubes, voire mEme des cadres (de section polygonale quelconque) en métal ou en béton armé de très grandes dimensions (de plusieurs mètres de diamètre intérieur pour les tubes par exemple) et sur des longueurs importantes (plusieurs centaines de mestres). Schématiquement, une telle installation est conçue comme il est indiqué sur la figure 1, où: - 1 figure la surface du sol; - 2, figure la butée arrière; - 3, figure l'installation de poussage; - 4, figure la pompe d'alimentation de l'installation de poussage; - 5, figure les vérins hydrauliques; - 6, figure le casque de répartition des pressions; - 7, figure les éléments de la canalisation à mettre en place; - 8, figure les joints compressibles entre éléments; - 9, figure les vérins correcteurs de direction; - 10, figure le bouclier ou trousse coupante. La compréhension de ce schéma est simple et l'on conçoit aisément que : la force totale de poussée est fonction de la dimension transversale de la canalisation et de son poids, mais aussi des caractéristiques du sol et de la longueur de canalisation déji engagée dans le sol. Que la butée doit résister à la force totale de poussée. I1 est facile de prendre ces précédentes considérations en compte. En effet, on peut d'une part titre maRtre de la force totale de poussée en jouant sur le nombre de vérins, leur pression d'alimentation et leur section et, d'autre part, liron pourra toujours, théoriquement, construire la butée adéquate. I1 nten est pas de meme du contrôle de la planimétrie et de llaltiWnetrie de l'ouvrage engagé dans le sol, et qui constitue une difficulté fondamentale du système. En effet, l'utilisation du procédé doit permettre de construire des ouvrages qui ont une direction bien définie, et une altimétrie rigoureuse- ment préétablie (telle la pente dans un ouvrage d'assainissement). Or, il est évident que les contraintes différentielles qui s'appliquent sur un tel système placé dans un milieu non homogène, peuvent provoquer des dérivations dont l'amplitude et ltorientation ne sont pas connues à priori.Les constructeurs et utilisateurs de ce procédé se sont forcément rendus compte de cette diffi cuitée Cependant, l'état actuel de la technique ne permet que des interventions manuelles et postérioriv En effet, en cas de déviation, on agit manuellement sur les vérins correcteurs 9 et l'on peut ainsi, par tatonnement, redresser l'ouvrage Une amélioration, qui ne constitue en fait qutun simple contre a été trouvée dans ltutilisation du rayon laser. Le rayon est en effet calé suivant les données planimétriques et altimétriques à obtenir.Ce rayon vise une cible placée en truste à hauteur du bouclier et l'on saura ainsi chaque fois que le spot lumineux sera en dehors de l'objectif, que la canalisation dévie, I1 s'agit donc là d'un certain progrès, qui supprime l'intervention manuelle d'un géomètre par exemple mais qui ne corrige aucunement le défaut constaté, lequel devra toujours être rectifié par une nouvelle intervention manuelle. Aucun n' a songé à associer ce contre à un système de correction automatique.I1 va sans dire qu'un tel système serait extr & ement complexe car il ferait appel à un calculateur qutil ne serait pas, dans l'état actuel de la technique, possible d'alimenter en paramètres représentatifs (l'un des nombreux paramlStres serait par exemple la teneur en eau instantanée en un point donné du sol entourant la canalisation). De plus un tel calculateur devrait se référer à une base type, ctest-à-dire, à à un étalonnage, ce qui nécessiterait le recours à un sol type inexistant. La présente invention vise au contraire à obvier à ces inconvénients en fournissant une correction ou guidage automatique, ne dépendant pas de la nature du terrain et ne nécessitant par conséquent aucun étalonnage. De plus il fait appel à une technique très simple et ne nécessite que des investissements minimes. Pour expliciter le procédé, il convient d'abord d'examiner les données mécaniques du problèmes Le système considéré est constitué par des éléments articulés entre eux. Ce système subit différentes contraintes : forces de poussée, réactions du sol, frottements. Signalons tout de suite qu'un tel système ne peut flam ber au sens de la résistance des matériaux. En effet, le phonémène de flamboiement se développe lorsque la fivre neutre prend une forme de sinosoide dont l'amplitude va croissant. Or, dans le cas présents le solautour de la canalisation oppose au développement de cette amplitude une réaction croissante de butée. Les déviations ne sont donc introduites que par des efforts différentiels de pointe et de frottement latéral. On sait par ailleurs que les forces de frottement latéral sont considérablement diminuées par le fait qutil est pratiqué des injections périphériques de matière non adhérente (bentonite) et qui ont d'ailleurs pour but essentiel de diminuer les forces totales de poussée. I1 s'ensuit que ces forces de frottement peuvent titre considérées comme équipotentielles, le terrain lui-mEme ne présentant pas, dans la pratique courante une hétérogénéité suffisante pour que la manifestation de ces forces se traduise, en partie, parades flexions. On peut déduire de ce qui précède que les forces qui peuvent faire dévier l'ouvrage, sont avant tout les efforts différentiels de pointe, ctest-à-dire, les réactions de butée rencontrées en texte du bouclier. Des qu telle réac- tion différentielle se produit, en un point du bouclier, le phénomène de déviation est alors aggravé très rapidement par les réactions de frottement opposées dont l'inclinaison, par rapport au sens de marche, diminue.Le phéno mène de déviation se manifeste ainsi par un raccourcissement général (surtout au niveau des joints compressibles qui séparent les éléments de la canalisation entre eux) de la fibre longitudinale (génératrice) qui est concernée par la réaction de butée rencontrée. 1l convient donc de rétablir cette longueur afin quelle redevienne égale à celle de la génératrice diamétralement opposée. Ce résultat est obtenu actuellement par une action manuelle ou à déclenchement manuel, sur le vérin correcteur intéressé, action qui se manifeste par le rétablissement du bouclier suivant la direction pilote. Le procédé objet de l:invention opère cette correction automatiquement. Sur la figure II sont représentés - 1, un dynamomètre transformateur différentiel; - 2, un vérin mécanique à vis; Le dynamomètre transformateur différentiel peut transmettre électriquement et à distance la composante axiale des efforts qui lui sont appliqués, cette composante étant justement dans le cas présent, la réaction de butée qui nous intéresse. L'appareil comprend un ressort dont on mesure la dbfor- mation et qui provoque, sous l'effet des charges qui lui sont appliquées, le déplacement du noyau mobile d1un transformateur différentiel. L'appareil délivre ainsi, lorsqu'il est alimenté en tension ert fréquence fixes, un signal électrique qui est une fonction linéaire de l'effort appliqué au ressort.Il est donc possible d'utiliser la force électromotrice ainsi produite pour commander, par lrintermédiaire d'un système potentiométrique, les vérins mécaniques, cette commande pouvant au surplus & re aussi "fine" luron le désire. Chacun des systèmes correcteurs sera donc constitué par un vérin mécanique auquel-sera associé un palpeur ou dynamomètre transformateur différentiel, la force électromotrice délivrée à chaque instant par chacun des dynamomètres agissant sur le vérin correspondant. Cependant, il convient en plus de déterminer le sens et l'intensité de cette action et l'on verra plus loin que ce procédé supprime le problème de ltétalonnage auquel aurait conduit toute solution classique. Afin de déterminer le sens et l'intensité de cette action, il convient de comparer les indications fournies à chaque instant par les dynamomètres palpeurs à une donnée ou un ensemble de données de base. Il faut à ce sujet faire remarquer que ces données de base ne peuvent pas étre constituées par les indications de l'un quelconque des dynamomètres mais qu'elles doivent cons tituer une référence qui soit la mtme pour tous les palpeurs.Les considérations suivantes ont conduit à choisir le syEldeme de référence qui sera explicité plus loin : - le système de révérence doit titre unique, - le système de référence ne doit pas dextre lié à un sol type car l'étalonna- ge en serait impossible. ') - la correction apportée en tette doit tenir compte de la situation des contraintes sur ensemble de l'ouvrage, c'est-à-dire sur la totalité de la canalisation engagée dans le sol, car le raccourcissement dTune fibre rencontrant une butée différentielle intéresse naturellement toute la longueur de cette fibre. Les données de base qui remplisserrt ces conditions sont fournies dans notre procédé de la manière suivante : - les dynamomètres palpeurs délivrent chacun une force électromotrice o au démarrage du poussage (engagement du bouclier dans le sol). - les dynamomètres palpeurs délivrent chacun des forces électromotrices b 1 etc... soit - au cours du poussage dont la variation est linéaire et lton pourra avoir : t = I o ou @ o ou - en outre un dynamometre différentiel sera intercale dans l'installation de poussée même. Ce dynamomètre délivrera une force électromotrice V. Cette indication sera éminemment fonction de la pression totale de poussée. Or la pression totale de poussée est elle-m8me fonction des caractéristiques du sol et de la longueur total de l'ouvrage déjà engagée dans le sol. Il s'ensuit que V sera également fonction de ces données et que sa variation sera linéaire. Signalons que lton pourra faire agir indifféremment sur ce dynamomètre, soit la pression totale soit une fraction de la pression totale de poussée. On sera ainsi amené à comparer ces différentes données, qui sont toutes de morne nature, entre elles. A cet effet, on utilise un système potentiométrique à alimentation variable dont le schéma de fonctionnement est indiqué sur le schéma no 3 - le réglage initial du potentiomètre sera effectué avec ltindication tto connue (démarrage du poussage). - les indications V seront introduites dans le potentiomètre par son entrée variable. - les indications V seront introduites dans l'alimentation fi xe extérieure du potentiomètre de sorte que l'alimentation de ce dernier variera comme V. De la compréhension de ce système, il ressort: - que le sens de l'action sur les vérins correcteurs sera donné par la comparaison de - à o. - que l'amplitude de cette action dans un sens ou l'autre et qui devra varier linéairement comme V, sera déterminée par la variation mEme de V introduit dans l'alimentation. Ajoutons enfin que si la valeur de l-o change au cours de l'opération les corrections restent strictement identiques et en sens et en intensité puisque V tient forcément compte d'une éventuelle variation de Wn. En conclusion, le procédé qui fait l'objet de la présente invention permet une correction automatique de guidage qui est strictement indépendante du sol et qui élimine en conséquence tout étalonnage. REVENDICATIONS 1) Procédé de guidage automatique de canalisations souterraines mises en place par la méthode dite "de fonçage horizontal" ou de "poussage", caractérisé par le fait qu'il est indépendant de la nature du sol donc de tout étalonnage. 2) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendicationl caractérisé par le fait qu'il est constitué par un ensemble d'au moins deux dynamomètres transformateurs différentiels liés électriquement à un vérin mécanique correcteur. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le ait que chaque dynamomètre différentiel palpeur fournit une force électromotrice dont la variation est linéaire. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le dynamomètre différentiel intégré dans l'installation de poussée fournit une force électromotrice dont la variation est linéaire. 5) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 4, caractérisé par le fait que la force électromotrice fournie par le dynamomètre intégré à l'instal- lation de poussée est fonction des caractéristiques du sol et de la longueur de la canalisation engagée dans le sol. 6) Dispositif selon les revendications 1,2,4 et 5, caractérisé par le fait que la force électromotrice fournie par le dynamomètre différentiel intégré à l'installation de poussée tient compte d'une éventuelle variation de la force électromotrice fournie initialement par les dynanomètres palpeurs. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on compare dans un système potentiométrique les différentes force électromotrices entre elles. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le système potentiométrique délivre un signal de sortie qui agit sur les vérins correcteurs. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le sens de l'action sur les vérins correcteurs est donnée par la comparaison, dans le système potentiométrique, entre la force électromotrice instantanée délivrée par les dynamomètres palpeurs et la force électromotrice initiale délivrée par ces mimes dynamomètres. 10) Dispositif selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'amplitude de l'action sur les vérins correcteurs est déterminéepar la variation de la force électromotrice délivrée par le dynamomètre intégré à l'installation de poussée laquelle force électromotrlque est introduite dans l'alimentation du système potentiom étrique. Description de 8 pages certifiée conformes