Brevet FR2280748A1 — publié le 19760227

L'invention concerne la construction des ouvrages souterrains, notamment les dispositifs pour le percement du sol, en particulier ceux opérant par serrage du sol sans extraction de terre. Dans l'art antérieur selon cette technique on réalise des trous de diamètre allant jusqu'à 500 mm, à l'aide de machines à percussion qui ont pris une grande extension ces derniers temps. Ces machines ont un carter coniforme dans lequel est placé un mécanisme à percussion assurant le déplacement de la machine dans le sol qui est écarté et serré par les parois du carter de la machine. On réalise des trous du même genre en forçant à travers le sol un élément conique, à l'aide de vérins hydrauliques placés en surface. La pratique a montré qu'à l'aide des dispositifs décrits il s'avère impossible de réaliser des trous de diamètre supérieur à 500 mm, par suite de la forte croissance de la résistance du sol qui conduit pratiquement à la destruction de la machine. On connais aussi le percement du sol sans extraction de terre par serrage progressif obtenu en forant le trou à l'aide d'un corps conique parcourant une hélice autour d'un axe qui est pratiquement l'axe longitudinal du trou réalisé. les dispositifs utilisés pour un tel percement sont constitués par un carter cylindrique à l'avant duquel est monté, sur un vilbrequin, un corps conique exécutant le mouvement décrit plus haut suivant une hélice. Dans le carter cylindrique du dispositif est placée la commande assurant la rotation du vilebrequin, ainsi que le déplacement longitudinal du dispositif. L'inconvénient de ces dispositifs est le déséquilibre des forces agissant sur l'organe actif, ce qui rend de tels dispositifs pratiquement inutilisables. On connaît aussi des dispositifs pour le percement du sol sans extraction de terre, par serrage, comportant à l'avant une fraise pénétrant dans le sol et 1 'émiettant. Derrière la fraise, ces dispositifs comportent des rouleaux coniques disposés les uns le long des autres et répartis sur la circonférence autour de l'axe longitudinal du dispositif. Ces rouleaux sont montés fous sur des axes, lesquels peuvent eux-mtmes se déplacer autour de l'axe longitudinal du dispositif, eoincidant avec l'axe du trou exécuté. Le dispositif est actionné par une commande installée en surface et assurant la rotation de la fraise et le mouvement q circulaire indiqué des rouleaux coniques, ainsi que l'avance longitudinale du dispositif. La fraise pénètre dans le sol et le foisonne, tandis que les rouleaux coniques ont vraisemblablement pour fonc-tion de serrer la terre émiettée contre la paroi du trou. L'inconvénient de ces dispositifs consiste en ce qu'ils n'assurent pas la formation de parois stables dans le trou, par suite du diamètre trop faible de leurs rouleaux coniques de serrage par rapport au diamètre du trou foré. Cela résulte du fait que, selon l'idée de l'inventeur, il doit y avoir plusieurs rouleaux de serrage dans la section transversale du trou. Le petit diamètre des rouleaux coniques conditionne la présence d'importants vides entre eux, vides qui sont la cause d'éboulements du sol. On connaît aussi des dispositifs pour ltélargissement de trous verticaux pré-forés. Dans ces dispositifs, l'organe actif est un corps cylindrique pointu, monté sur un arbre à cardans et entrainé en rotation par une commande en surface. Le déplacement longitudinal du dispositif s'effectue sous l'action de son propre poids. L'élargissement du trou a lieu, dans ce cas, sous l'action des forces centrifuges apparaissant lors de la rotation du cylindre pointu. Ces dispositifs n'ont pas trouvé d'applications pratiques dans l'élargissement des trous, car ils requièrent des vitesses de rotation de l'organe actif élevées, afin d'assurer des forces centrifuges suffisantes, capables de serrer le sol au degré voulu. Or, aux grandes vitesses de rotation de l'organe actif la résistance du sol augmente fortement, ce qui rend le dispositif pratiquement inapte à la fonction. En outre, on connait des dispositifs pour l'exécution de trous verticaux. Ces dispositifs comportent une fraise forant le trou et un rouleau conique disposé derrière la fraise pour serrer la terre émiettée par la fraise. Ce rouleau est monte sur le maneton d'un vilebrequin faisant tourner la fraise, dont l'axe de rotation co9ncide pratiquement avec l'axe longitudinal du trou. Le déplacement longitudinal du dispositif dans le trou s'effectue sous l'actif de son propre poids. L'inconvénient de ces dispositifs réside dans leur faible efficacité résultant elle aussi du déséquilibre des forces agissant sur ltorgane actif : fraise et rouleau conique. Be but de l'invention est de supprimer les inconvenients des dispositifs connus pour le percement du sol par serrage, sans extraction de terre. On s'est proposé de perfectionner l'organe actif du dispositif perçant le sol en le serrant. L'invention propose donc un dispositif pour le percement du sol par serrage à l'aide d'un élément conique monté à l'avant sur un vilebrequin et enfoncé dans le sol pendant le déplacement longitudinal du dispositif, caractérisé en ce que derrière l'élément conique sont montés fous sur les manetons respectifs du vilebrequin des rouleaux coniques successifs, qui sont dans l'essentiel les tronçons d'un corps coniforme. Un tel dispositif permet de serrer le sol efficacement et au degré voulu, grâce au rovAage progressif du trou par les rouleaux coniques successifs de diamètre croissant suivant une loi prédéterminée. En outre, comme dans chaque section transversale du trou il n'y a qu'un seul rouleau de serrage, chacun des rouleaux succes sif s pouvant avoir un diamètre suffisamment grand, et, en occupant presque entièrement la section transversale du trou, un tel rouleau supprime lléboulement du sol au cours du roulage de la paroi du trou, et assure un haut degré de serrage du sol attenant à la paroi du trou. Afin d'alléger la pénétration du dispositif dans le sol, il est avantageux d'orienter angulairement les manetons du vilebrequin par rapport à l'axe longitudinal du dispositif, dans un plan sensi- blement parallèle à cet axe. Pour assurer un équilibrage maximal des pièces tournantes du dispositif et supprimer leur battement, il est avantageux que les manetons du vilebrequin soient répartis autour de 1 'axe longitudinal du dispositif et en opposition deux par deux. Une telle réalisation du vilebrequin rend pratiquement insignifiantes les oseillations de l'axe longitudinal du dispositif pendant sa marche et, par cela-même, elle permet de charger plus régulièrement chaque rouleau et d'augmenter la vitesse d'avancement. Afin d'assurer l1auto-déplacement du dispositif, il est avantageux de réaliser le vilebrequin avec deux éléments coaxiaux, les rouleaux coniques devant être montés sur les deux éléments coaxiaux; les manetons de l'un des éléments coaxiaux du vilebrequin sont disposés par rapport à l'axe du dispositif sous un angle de sens contraire à celui de l'angle sous lequel sont disposés les manetons de l'autre élément coaxial, l'élément coaxial extérieur du vilebrequin étant rigidement fixé au carter de la commande. L'auto-déplacement du dispositif peut aussi être obtenu en dotant la commande, assurant la rotation du vilebrequin et montée tout près du carter du dispositif, d'un système interdisant sa rotation en le bloquant dans la paroi du trou. 3'une manière concrète, le système interdisant la rotation de la commande peut être constitué par des saillies disposées radialement sur le carter de la commande. Ledit système peut être constitué par des roues disposées radialement sur la commande. Afin d'assurer l'auto-déplacement du dispositif non pas seulement dans le sens d'action, mais aussi en retour (renversement de marche) il est avantageux dtaccoupler cinématiquement la commande du vilebrequin à des rouleaux cylindriques dont les axes sont orientés sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal du dispositif, dans des plans différents, sensiblement parallèles audit axe longitudinal, ces rouleaux cylindriques étant à leur tour cinématiquement accouplés au vilebrequin. Afin d'éviter le décollement du sol de la paroi du trou, il est avantageux de réaliser la surface des rouleaux coniques contactant la paroi du trou avec un matériau élastique. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'illustation et dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté qui représente un dispositif de percement du sol conforme à l'invention, au moment du forage d'un trou - la figure 2 représente une variante du dispositif, dans laquelle le vilebrequin est réalisé de telle façon que ses manetons soient disposés par rapport à l'axe longitudinal du dispositif suivant un certain angle - la figure 3 repre'sente schématiquement, en perspective, la disposition des rouleaux coniques dans l'espace, en opposition deux par deux ;; - la figure 4 représente une variante du méme dispositif, dans la uelle le vilebreluin est réalisé avec deux éléments coaxiaux - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V figure 9, dans laquelle on peut voir une variante du système bloquant le carter de la commande dans la paroi du trou - la figure 6 représente une autre variante du système de blocage - la figure 7 représente encore une variante du dispositif conforme à I'invntion, rendant possible le retour (renversement de marche) - la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VITI-VITI de la figure 7;; - la figure 9 représente un des rouleaux cylindriques montrés en figure 7, en faisant apparaître son angle d'orientation par rapport à l'axe longitudinal du dispositif - la figure 10 représente encore une variante du dispositif de percement du sol conforme à l'invention, dans laquelle la surface des rouleaux coniques est recouverte d'une couche de matériau élastique. Be dispositif pour le percement du sol comprend un vilebrequin 1 (figures 1, 2, 7, 8, 10) sur les manetons correspondants duquel sont montés fous, à l'avant, un élément conique 2 (figures 1, 2, 3, 4, 7, 10) et derrière celui-ci, une succession de rouleaux 3, 4, 5, 6 et 7, sensiblement coniques se présentant chacun sous la forme d'un tronçon de corps coniforme. La rotation du vilebrequin 1, ainsi que l'avance longitudinale du dispositif, peuvent être assurée par une commande autonome installée en surface (non représentée sur le dessin). Si les manetons du vilebrequin 1 sont disposés sous un certain angle i (figure 2) par rapport à l'axe longitudinal géométrique 8 (figures 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9) du dispositif, dans des plans parallèles audit axe 8, la pénétration du dispositif dans le sol sera notablement allégée (sur la figure 2, 1 'angleQ( est représenté conventionnellement comme étant 1 'angle entre la normale N à l'axe longitudinal géoRétrique 8 et le vecteur V de la vitesse linéaire de roulage du trou par le rouleau correspondant 4). Si le vilebrequin 1 est entraîné en rotation dans le trou 10 à partir d'une commande 9 (figures 1, 6) placée tout près du dispositif, et que cette commande 9 est dotée d'un système interdisant sa rotation en la bloquant dans la paroi du trou 10 (figures 1, 5, 6), le dispositif devient à auto-déplacement dans la direction d'action. En particulier, un tel système interdisant la rotation de la commande peut être constitué par des saillies radiales Il (figures 1 et 5) réalisées sur le carter de la commande, ou bien par des roues 12 (figure 6) montées radialement. Sous l'action de la commande, les saillies 11 ou les roues 12 interdisent la rotation du carter de la commande. En conjugaison avec la réalisation sus-indiquée du vilebrequin 1, lorsque les manetons de celui-ci sont orientds sous un angle Oc par rapport à l'axe longitudinal gzométrique 8 du dispositif on obtient l'autovissage du dispositif dans le sol, sans avancement axial forcé à partir de ltextérieur. L'angle 4 est d'environ i0. t'auto-déplacement du dispositif peut être assuré en réalisant le vilebrequin la (figure 4) en deux éléments coaxiaux 13 et 14, les rouleaux coniques 5, 6 et 7 étant montés sur l'élément 13, l'élément conique 2, ainsi que les rouleaux coniques 3 et 4 étant montés sur l'élément 14 du vilebrequin la. L'élément coaxial 13 est dans ce cas rigidement fixé au carter de la commande 9a et tourne en commun avec lui.Les manetons 15 de l'élément coaxial 13 et les manetons 16 de l'élément coaxial 14 doivent être orientés par rapport à l'axe longitudinal 8 du dispositif de telle façon qu'ils le croisent sous des angles respectif1 1 et &alpha; 2 (figure 4) ; les angles ont une même valeur, mais ils sont de sens contraires (les angle &alpha;1 etc?2) sont indiqués sur la figure 4 conventionnellement, d'une manière analogue à celle employée pour indiquer L'angle sur la figure 2 ). Quand le dispositif ainsi réalisé est en marche, les éléments 13 et 14 du vilebrequin la tournent à contresens, en assurant de la sorte l'auto-vissage du dispositif dans le sol et son deplacement longitudinal dans le trou, dans le sens d'action. Toutes les variantes du dispositif décrites ci-dessus requièrent, pour être sorties du trou après l'achèvement du travail, l'emploi de moyens techniques connus appropriés. Afin d'assurer l'auto-déplacement du dispositif non seulement dans le sens d'action, mais aussi en sens inverse, les auteurs proposent d'accoupler le vilebrequin 1 à la commande 9a à l'aide de rouleaux cylinlriques 17 (figure 7), disposés longitudinalement et repartis sur une circonférence autour de l'axe 8 du dispositif, coïte renrésent-- sur les figures 7 et 8. Les rouleaux 17 sont mortes fous sur des ates 18 et entraînés en rotation dans le même sens par la commande réversible 9a, par l'intermédiaire de roues dentées 19. Les extrémités les axes 18 des rouleaux 17 sont rigidement fixées dans des flasques 20 et 21. Le flasque 21 est solidaire du carter de la commande réversible 9a.La rotation est ainsi tran mi se au vilebrequin 1. Les axes 18 des rouleaux t7 sont orientées suivant un anglet par rapport à l'axe longitudinal géométrique 8 du dispositif (figure 9), dans des plans différents parallèles à cet axe 8. L'angle fi a sensiblement, de même que l'ante 4 1 une valeur ne dépassant pas 10. Gce à une telle réalisation du dispositif, quand le vilebrequin 1 tourne dans un sens, du fait de l'orientation indiquée des axes 18 suivant un angle 9 , les rouleaux 17 servent d'appui pour la création d'un couple actif au vilebrequin 1. Quand la commande tourne en sens inverse, les mêmes rouleaux cylindriques assurent l'auto-dévissage du dispositif dans le trou, grâce auquel le dispo- sitif sort du trou en se déplaçant lui-même, sans recours à aucun autre moyen technique. Dans toutes les variantes de réalisation du dispositif, les manetons du vilebrequin i et ta sont avantageusement répartis autour de l'axe longitudinal géométrique 8 du dispositif en opposition deux par deux, ce qui permet de supprimer complètement les battements des éléments actifs tournants du dispositif, des rouleaux 3, 4, 5, 6 et 7 et de l'élément conique 2. Afin de prévenir le risque de décollement et d'éboulement du sol de la paroi du trou dans le cas de travail dans des terrains insuffisamment stables et, par celà-même, d'augmenter la densité et la résistance de la paroi du trou, il est avantageux de recouvrir~ la surface de tous les rouleaux coniques contactant la paroi de la galerie avec une couche 22 (figure lO) de matériau élastique, notam- ment de caoutchouc ou autre matériau analogue. Avant la mise en place du dispositif dans le sol, à l'aide d'un mécanisme approprié, par exemple d'une tarière à vis, on exécute un avant-trou de profondeur suffisante pour que trois ou quatre rouleaux coniques du dispositif puissent s'y angager. Ceci fait, on met en marche la commande, qui fait tourner le vilebrequin 1 ou la. Les rouleaux 3 à 7 et l'élément conique 2 commencent à tourner autour de leurs propres axes, qui coincident avec les axes des manetons du vilebrequin, et à exécuter un mouvement circulaire d'évolution autour de l'axe longitudinal géométrique 8 du dispositif. Ledit mouvement circulaire d'évolution des rouleaux coniques se transforme en mouvement hélicoTdal, glace au déplacement longitudinal du dispositif (par auto-avancement ou à l'aide d'autres dispositifs d'avancement) dans le trou. Le corps conique 2 pénètre alors dans le sol et assure le forage primaire du trou. tel rouleaux suivants 7 à 7 élargissent progressivement le trou l'un après l'autre. En roulant chacun sur une bande détermi nfe. Les rouleaux serrent le sol en formant dans le trou une paroi suffisamment dense et robuste. A l'aide du dispositif décrit ci-dessls on peut percer des trous de diamètre allant jusqu'à 800 mm dans n'importe 4uel sol se prêtant au serrage avec des parois suffisament résistantes et stables. Les trous réalisés peuvent être utilisés pour la pose de conduites, de cabales, pour aménager des voies, etc. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représente qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICÂTIONS 1. Dispositif pour le percement du sol par serrage à l'aide d'un élément conique monte à l'avant sur un vilebrequin et enfoncé dans le sol pendant le déplacement longitudinal du dispositif, caractérisé en ce que derrière l'élément conique sont montés fous sur les manetons respectifs du vilebrequin des rouleaux coniques successifs, qui sont essentiellement des tronçons d'un corps coniforme. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manetons du vilebrequin sont orientés angulairement par rapport à l'axe longitudinal du dispositif, suivant des plans sensiblement parallèles à cet axe. 3. Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que les manetons du vilebrequin sont répartis autour de l'axe longitudianl du dispositif et en opposition deux par deux. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vilebrequin est réalisé avec deux éléments coaxiaux, les rouleaux coniques étant montés sur les deux élements coaxiaux ; les manetons de l'un des éléments coaxiaux du vilebrequin sont disposés par rapport à l'axe du dispositif sous un angle de sens contraire à celui sous lequel sont disposés les manetons de l'autre élément coaxial, l'élément coaxial extérieur du vilebrequin étant rigidement fixé au carter de la commande. 5. Dispositif selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une commande réversible, assurant la rotation du vilebrequin et montée tout près du dispositif, et comprenant un système interdisant la rotation de son carter et le bloquant dans la paroi du trou. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qe le système interdisant la rotation du carter de la commande est constitué par des saillies réalisées radialement sur le carter. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système interdisant la rotation du carter de la commande est constitué par des roues disposées radialement sur le carter. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la commande du vilebrequin est accouplée cinématiquement à des rouleaux cylindriques dont les axes sont orientés sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal du dispositif, dans des plans différents,sens-blement parallèles audit axe longitudinal, ces rouleaux cylingrizues etant à leur tour cinématiquement accouplés au vilebrequin. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface des rouleaux coniques contactant la paroi du trou est constituée par un matériau élastique.