Brevet FR2278950A1 — publié le 19760213

Dans les travaux d'établissement de galeries dans des roches solides, par exemple pour exploiteur un gisement souter rain ou pour construire un tunnel, on est souvent obligé de sceller dans la roche constituant la paroi de la galerie des barres d'ancrage ou de boulonnage du toit. Le plus souvent, on fore des trous de quelques centimètres de diamètre dans lesquels on insère les barres qui y sont scellées par le durcissement d'un produit introduit dans le trou et qui bloque la barre dans le trou. Deux catégories de produits sont actuellement employés largement: des compositions contenant les constituants de résines polyester et des coulis à base de liants hydrauliques tels que des ciments. Les compositions contenant les constituants de résines polyester sont des produits chers qui donnent souvent satisfaction mais qui présentent néanmoins quelques rnconvinients très gênants dans certains travaux. Les compositions sont condition- nées dans des récipients de petits diamètres que l'on introduit tels guels dans le trou foré. Mais ces compositions sont fournies sous forme de deux compositions partielles, contenues dans deux récipients différents dont le mélange est suivi du durcissement de la composition totale.Or ce mélange doit être fait dans des conditions précises sous peine de diminuer les caractéristiques 6caniquos de la composition totale après la prise. in particulier, les irrégularités du trou de forage, les fissures de la roche en zonant le mélange des composants sont des causes d' échec au moins relatif , Conime les produits utilisés sont chers, leur emploi économique est limité aux trous de petits diamètres; or certaines roches ne peuvent être forées en petit calibre. Les coulis à base de liants hydrauliques sont bien meilleur marché et on peut, par conséquent, les employer en quantités plus Importantes. On a déjà injecté des coulis formés d'eau, de liants hydrauliques et de sable dans les trous de forage. On pousse ensuite la barre d'ancrage ou de consolidation dans le coulis encore fluide et on attend la prise en masse du coulis. L'injection a été réalisée par des pompes spéciales à piston ou à vis adaptées aux bétons liquides contenant des particules solides abrasives. Ces pompes sont lourdes, encombrantes et généralement mal adaptées aux travaux souterrains. On a remplacé les pompes par des cuves pneumatiques fonctionnant à la manière des ballons monte-jus. Mais si an supprime les inconvénients propres aux pompes, on en subit d'autres tels que des bouchages de canalisations ou de robinets, la ségrégation du mélange encore liquide en couches de propretés très différentes et une certaine percolation des eaux de malaxage dans le trou de forage. Le rendement pratique des chantiers est donc assez faible et les frais de main-d'oeuvre croissent en proportion. Pour remédier à ces diverses difficultés, l'invention propose un dispositif d'injection pneumatique de coulis de liant hydraulique dans un trou foré de petit diamètre caractérisé en ce qu'il comprend deux pistons disposés aux extrémités d'une tige commune dans deux cylindres co-axiaux, l'un des deux ensembles piston-cylindre servant d'une part de pompe aspirante et foulante du coulis respectivement dans un récipient contenant ledit coulis et dans le trou foré où doit être injecté le coulis et d'autre part, d'organe moteur pour le refoulement du coulis par la pompe et l'autre ensemble piston-cylindre servant de moteur pour l'aspiration du coulis par la pompe, les deux ensembles étant alimentés alternativement en air comprimé à partir d'une même source. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La figure 1 représente une vue en coupe verticale d'une réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe partielle d'une variante de réalisation de l'invention. le dispositif Il d'inåection pneumatique de coulis de liant hydraulique de l'invention comprend deux pistons 13, 15 disposés par des moyens connus aux extrémités d'une tige commune 17 dans deux cylindres à section circulaire, 19, 21. Dans l'exemple représenté au dessin, les deux cylindres 19 et 21 sont constitués de deux parties d'un même corps cylindrique séparées par une cloison étanche 23. Dans cet exemple, les deux cylindres ont le même diamètre et par suite c'est aussi le cas pour les deux pistons. Les tubes constituant les cylindres peuvent être réalisés en différents matériaux par exemple : acier sans soudure, aluminium, complexe résine polyester renforcée par des fibres de ver. Les pistons,équipés d'organes d'étanchéité connus, peuvent avoir, eux aussi, plusieurs compositions par exemple : bronze ou stières plastiques telles gue des polyamides. Ces pistons doivent avoir une partie latérale relativement grande par exemple une hauteur de tordre de 50 mm pour un alésage du cylindre de l'ordre de 30 à 50 mm. La cloison 23 est percée d'une ouverture 25 pour le passage de la tige 17. Cette ouverture 25 joue le rôle de palier de la tige 17 et elle comporte des dispositifs d' étanchéi- té connus non figurés. De part et d'autre de la cloison 23 arrivent deux conduites dtair comprimé 27, 29 par des orifices 31, 33. Dans 1 'exemple représenté, les deux conduite s 27, 29 sont branchées aux sorties d'une vanne à trois voies 35 alimentée à son entrée, symbolisée par une flèche 37, par une source d'air comprimé non représentée. Les deux conduites 27, 29 sont respectivement percées d'une petite ouverture par exemple un trou de clarinette 39, 41. La pression de l'air comprimé utilisé est de l'ordre de 4 à 6 bars. Le débit d'air comprimé est faible, quelques litrss pour chaque opération individuelle. La section des conduites 27, 29 est donc faible et des tubes analogues à ceux utilisés pour le gonflage des pnellmstiques de véhicules automobiles sont satisfaisants.Ces tubes sont légers et il est parfois commode, bien que cela ne soit pas figuré au dessin de placer la vanne à trois voies 35 assez loin des cylindres 19,21. De l'autre c8té des orifices 31, 33 par rapport à la cloison 23, les cylindres 19, 21 portent des butées 131, 133 qui limitent les courses des pistons 13, 15 comme décrit cidessous. Ces butées peuvent autre, par exemple, un anneau circulaire fixé par des moyens connus à l'intérieur des cylindres 19, 21. Le dispositif de l'invention Il fonctionne comme suit: On relie le dispositif Il à une source d'air comprimé et on place la vanne à trois voies iX dans l'orientation qui alimente la conduit 27. Les pistons 13 et 15 sont chassés dans le sens de la flèche 43 jusqu'à une position inférieure où ils sont arrêtés par la butée 133. Dans cette position, le piston 15 laisse ouvert l'orifice 33. On place alors l'extrémité inférieure 45 du cylindre 19 dans une capacité 47 contenant un coulis 49 prit à l'emploi formé d'un mélange en proportions convenables de liant hydraulique, d'eau, d'agrégat et, éventuellement, de produits d'addi- tion. On manoeuvre la vanne à trois voies 35 pour gue l'air comprimé arrivant par la conduite 29 pousse le piston 15 dans le sens de la flèche 51, ce gui entrain le piston 13. I1 en résulte un mouvement d'aspiration du coulis 49 à l'intérieur du piston 19, gui s'arrête guand l'ensemble des pistons 13, 15 est arrêté par la butée 131. Dans cette position, le piston 13 laisse dégagé l'orifice 31. Le dispositif Il étant chargé de eoulis est inséré par son extrémité 45 dans le trou foré à garnir de coulis ce gui impligue gue le diamètre extérieur du cylindre 19 soit inférieur au plus petit diamètre du trou foré. Puis on manoeuvre la vanne 35 pour gue l'air comprimé agisse sur le piston 13 qui chasse le coulis dans le trou foré, l'air contenu dans le trou s'échappant entre la paroi du trou et la paroi du cylindre 19. Quand le piston 15 vient en appui sur la butée 133, l'injection est terminée et le dispositif est prêt pour un nouveau cycle d'aspiration de coulis puis d'injection. Les orifices ou trous de clarinette 39, 41 servent d'une part à la décompression de l'air gui est enfermé entre la cloison 23 et un piston 13 ou 15 dans leurs mouvements de va et vient, et d'autre part à moduler par un moyen d'obturation partielle ou totale non figuré, par exemple un doigt du préposé à la manoeuvre, les vitesses de déplacement des pistons lors de l'aspiration et du refoulement du coulis. Quand le trou foré, y compris ses élargissements locaux et les fissures de la roche gui y débouchent, est suffisamment rempli de coulis, on y pousse par des moyens connus la barre d'ancrage que l'on désire y fixer et le coulis par son durcissement assure le blocage de la barre. Le cycle complet d'une opération d'injection de coulis et de mise en place de la barre est très court. Un personnel convenablement entravé et approvisionné en matériaux assure la mise en place de plus de 100 ancrages par poste. Il faut noter que le dispositif de 1 l'invention est auto-nettoyant et qu'il ne se forme pas de dépots ou de concrétions le long de la course des pistons 13 et 15 dans leurs cylindres. Il existe de nombreuses variantes de réalisation du dispositif de l'inxrention selon les modes et conditions d'emploi prévus. Tout d'abord plusieurs variantes ont été expérimentées pour limiter la course des pistons 13, 15 solidarisés. Par exemple la butée 131 limitant le déplacement dans le sens de la flèche 51 du piston 13 peut etre remplacée par une deuxième butée montée dans le cylindre 21 limitant le déplacement du piston 15 dans le sens de la flèche 51. Cette butée, comme les butées 131, 133 peuvent Etre démontables et réglables pour adapter la course des pistons aux quantités de coulis à injecter. La cloison 23 peut être assez longue et incorporer les butées 131, 133. La cloison 23 qui a alors la forme d'un asses long cylindre est évidée au droit des orifices 29 et 31 en direction des pistons 13 et 15 pour que l'air comprimé puisse agir stir ces pistons. Une solution équivalente mais plus légère est représentée à la figure 2. Les butées 131, 133 sont remplacées par des cloisons 231, 233, arr8tant les pistons 13 et 15 col9me le font les butées 131, 133, et jouant en outre le r81e de paliers supplémentaires pour la tige 17, percées par des ouvertures 235, 237 pour le passage étanche de la tige 17 et par des orifices 239, 241 qui permettent l'arrivée de l'air comprimé respectivement sur les pistons 13 ou 15. Selon d'autres variantes de l'invention, les pistons 13 et 15, et les cylindres 19 et 21 correspondants, sont de diamètres différents, soit pour augmenter la force d'injection, et dans ce cas le piston 15 a une surface plus grande gue le piston 13, soit pour disposer de tubes de diamètres adaptés aux différents tubes forés en gardant la même partie motrice. Dans ce dernier cas en particulier le cylindre 21 peut être indépendant du cylindre 19 et la tige 17 etre constituée de deux demi-tiges ajustables, On peut aussi prévoir que le cylindre 19 soit fixé au tube 21 par vissage direct ou indirect. engin, le piston 15 peut servir également de piston moteur en coopération sur le piston 13 lors de 1'inåection du coulis. Dans ce dernier cas le cylindre 21 est fermé par une cloison à son extrémité représentée libre sur la figure 1 et une conduite, non figurée, branchée sur la conduite 27 amène l'air comprimé pour entraîner au moment et dans le sens convenables le piston 15. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modiîica- tions peuvent y autre apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D i C Â T i O N S 1. Dispositif d'injection pneumatique de coulis de liant hydraulique dans un trou foré de petit diamètre, caractérisé en ce qu'il comprend deux pistons disposés aux extrémités d'une tige commune dans deux cylindres coaxiaux l'un des deux ensembles piston-cylindre servant d'une part de pompe aspirante et foulante du coulis respectivement dans un 1récipient contenant ledit coulis et dans le trou foré où doit autre injecté le coulis et d'autre part, d'organe moteur pour le refoulement du coulis par la pompe et l'autre ensemble piston-cylindre servant de moteur pour l'aspiration du coulis par la pompe, les deux ensembles étant alimentés alternativement en air comprimé à partir d'une mOrne source. 2. Dispositif d'injection pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble piston-cylindre servant de moteur pour l'aspiration du coulis sert également de moteur pour le refoulement du coulis. 3. Dispositif d'injection pneumatique suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les vitesses de déplacement des pistons sont réglables. 4. Dispositif d'injection pneumatique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les vitesses de déplacement des pistons sont réglées par le réglage de la section de sortie d'un orifice percé dans la canalisation d'alimentation en air comprimé du piston correspondant. 5. Dispositif d'injection pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce gue les deux ensembles piston-cylindre sont de diamètres différents, 6. Dispositif d'injection pneumatique suivant l'une des revendications 1 å 4, caractérisé en ce que les deux ensembles piston-cylindre sont de m8me diamètre. 7. Dispositif d'injection pneumatique suivant la revendication 6, caractérisé en ce gue les deux cylindres sont des parties du même corps cylindrique. 8. Dispositif d'injection pneumatique suivant 1 'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux cylindres sont indépendants l'un de l'autre et que la tige reliant les deux positions est formée de deux demi-tiges assemblables et désassemblables, 9. Dispositif d'injection pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les courses des deux pistons sont limitées par des cloisons formant butées etLpercées d'orifices d'admission de l'air comprimé actionnant les pistons. 10. Dispositif d'injection pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce gue les courses des deux pistons sont limitées par un boudin interposé entre les deux cylindres et présentant à ses extrémités des évidements permettant l'admission de l'air comprimé actionnant les pistons.