Brevet FR2304769A1 — publié le 19761015

L'invention concerne la construction des tunnels et a notamment pour objet un bouclier pour le percement de tunnels. Les boucliers pour le percement des tunnels donnent la possibilité de mener en toute sécurité et avec un grand rendement les travaux de percement dans des roches de diverses catégories, et surtout dans les sols pulvérulents et peu stables. On connaft des boucliers pour le percement de tunnels, dont la trousse coupante est équipée de cloisons tranchantes horizontales et verticales pour l'abattage du sol et le maintien du front d'attaque dans un état stable. Pour la régulation du débit d'admission et d'évacuation de la terre abattue quand les propriétés physico-mécaniques du sol varient au front d'attaque et le long du tracé du tunnel, les boucliers sont équipés de plans ou paliers de conceptions extrêmement variées, fixés en règle générale aux cloisons tranchantes horizontales de la trousse coupante. Ainsi, par exemple, on connatt largement une conception de bouclier dans laquelle les plans sont fixés aux cloisons tranchantes horizontales à l'aide de supports à rouleaux permettant leur déplacement sur les cloisons tranchantes. On connatt des conceptions de boucliers dans lesquelles les paliers ou plans sont articulés sur les cloisons tranchantes horizontales. Une telle fixation rend possible le changement forcé de l'inclinaison des plans, pour lequel on prévoit des liaisons verticales spéciales accouplées à des mécanismes d'inclinaison des plans. la commande de la position des plans pendant le fonctionnement d'un tel bouclier ne peut être assurée que par un opérateur ayant une grande expérience du percement dans des conditions géologiques analogues et qui doit être suffisamment qualifié pour pouvoir apprécier à chaque instant l'état du front d'attaque afin qu'il soit maintenu stable et que l'effort de progression du bouclier soit minimal. Dans la pratique, les propriétés physico-mécaniques du sol à abattre varient au front d'attaque, surtout quand le percement s'effectué avec des boucliers de grand diamètre. Pour cette raison, même un opérateur qualifié n'est pas en mesure de conduire l'abattage à des régimes optimaux, c'est-à-dire de donner l'inclinaison voulue aux plans inclinables simultanément sur toute la surface du front d'attaque, aussi s' ensuit-il des perturbations dans la stabilité du front d'attaque et une surcharge des vérins hydrauliques du bouclier et du soutenement du tunnel. Pour la suppression complète des opérations manuelles de commande des processus d'abattage au front d'attaque, on a mis au point et on connaît des dispositifs automatiques spéciaux pour la commande individuelle de l'inclinaison des plans inclinables. L'asservissement des plans inclinables, lors du fonctionnement du bouclier, est assuré par des capteurs et des consignateurs d'après les volumes de terre. Les capteurs et les consignateurs sont liés aux organes de manoeuvre des plans inclinables par une channe de dispositifs mécaniques, électriques et hydrauliques. L'inconvénient d'un tel bouclier consiste en ce que les dispositifs automatiques en association avec les organes de manoeuvre, qui sont par exemple des vérins hydrauliques, ont de l'inertie et ne peuvent assurer l'exécution rapide des signaux des capteurs. Cette circonstance prend une importance particulière quand au front d'attaque le sol peu stable change en sol pulvérulent. Dans de tels cas, l'exécution insuffisamment rapide des signaux peut provoquer une admission catastrophique de terre dans le bouclier. En outre, comme l'a montré la pratique, de tels systèmes sont compliqués, peu fiables dans les conditions du fond, et leur fabrication et exploitation sont coûteuses. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés plus haut. On s'est donc proposé de créer un bouclier pour le percement de tunnels, dans lequel la conception du plan recevant et déversant les excès de terre abattue serait telle, qu'elle rendrait possible l'auto-régulation de son inclinaison lors du déversement des excès de terre en fonction du volume de terre, ce qui assurerait la fiabilité du bouclier dans diverses conditions de percement dans les sols pulvérulents et peu stables. la solution consiste en un bouclier pour le percement de tunnels dans des sols pulwérulents et peu stables, comportant un anneau porte-lames dans lequel sont disposées des cloisons tranchantes verticales et horizontales pour la désagrégation du sol, ainsi que des plans articulés sur lesdites cloisons tranchantes horizontales, avec possibilité de changement de leur inclinaison assurant le déversement des excès de terre abattue qu'ils reçoivent, ledit bouclier étant caractérisé, d'après l'invention, en ce que chaque plan inclinable s'appuie sur des ressorts produisant un effort tel, que lorsqu'il reçoit les déblais,-le poids de ces déblais l'incline vers le bas et, au fur et à mesure que la terre se déverse, le même effort le rappelle à sa position initiale. Une telle réalisation du dispositif permet d'augmenter le rendement du bouclier et la vitesse d'avancement. Chaque plan inclinable peut s'appuyer sur un ressort à lames, dont un bout est fixé à la cloison tranchante horizontale de façon qu'il puisse osciller dans le plan vertical, et dont le second bout porte un galet coopérant avec le plan inclinable quand celui-ci change d'inclinaison, une traverse fixée à la cloison tranchante horizontale servant d'appui à la partie médiane du ressort afin de limiter son déplacement dans le plan vertical. Une telle conception est de réalisation simple ; elle est fiable et assure la sécurité du travail. Chaque plan inclinable peut aussi s'appuyer sur un ressort cylindrique dont un bout est engagé sur un guide cylindrique doté d'une rainure longitudinale et fixé à la cloison tranchante horizontale avec possibilité d'oscillation dans le plan vertical et le second bout duquel s'appuie contre une butée cylindrique ayant un alésage fileté dans lequel est vissé un taquet passant à travers la rainure du guide cylindrique, le plan inclinable s'appuyant sur la butée cylindrique à l'aide d'un levier coudé fixé au plan inclinable de façon à pouvoir osciller dans le plan vertical ; un bout du levier coudé s' appuie contre la butée cylindrique à l'aide d'une rotule, et son second bout est doté d'une vis permett-antde régler la position initiale du plan inclinable. Un appui ainsi conçu permet de changer l'élasticité du ressort pour une position déterminée du plan inclinable, ce qui permet de régler la position initiale du plan inclinable dans une plage étendue, selon les conditions de percement du tunnel. D'après l'invention, les plans inclinables peuvent entre réalisés avec des feuilles d'un matériau élastique fixées en porte-à-faux aux cloisons tranchantes horizontale, de manière que quand les déblais arrivent sur les plans, sous l'action du poids de la terre ces plans s'inclinent vers le bas et, au fur et à mesure du déversement de la terre, reviennent à leur position initiale. Une telle réalisation des plans assure le fonctionnement sûr du bouclier dans diverses conditions de percement de sols pulvérulents et peu stables. Plus bas sont décrits des exemples concrets maís non limitatifs de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, dans laques : - la figure 1 représente la partie porte-lames au bouclier conforme à l'invention (vue en coupe longidutinale) - la figure 2 représente le système à ressort à awes7 conforme à l'invention, sur lequel s'appuie le plan inclinable (vue en coupe longitudinale) - la figure 3 représente une vue en coupe suivant I III de la figure a ; ; - la figure 4 représente le système à ressort cy1inrfrtqe conforme à l'invention, sur lequel s'appuie le plan inclinable (vue en coupe longitudinale) - la figure 5 représente la partie porte-lames du bouclier, comportant des plans constitués par des feuilles de matériau élastique, conformément à l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure 6 représente les plans constitués par des feuilles de matériau élastique et liés aux cloisons tranchantes horizontales, conformément à l'invention (vue en coupe longitudinale). EXEIIPLE 1. Un bouclier pour le percement de tunnels de 2 à 6 m de diamètre dans des sols pulvérulents et peu stables comprend la carcasse 1 (figure 1) du bouclier, les vérins hydrauliques 2 du bouclier, un anneau porte-lames 3 à arête tranchante 4, des cloisonstames tranchantes horizontales 5 et des cloisonslames tranchantes verticales 6, rigidement fixées à l'anneau porte-lames 3 du bouclier. Des plans ou paliers inclinables 7 pour la réception et le déversement des excès de terre abattue sont liés aux cloisons tranchantes horizontales 5 du côté opposé au front d'attaque. Ta liaison des plans 7 aux cloisons tranchantes horizontales 5 est réalisée à l'aide d'articulations 8. Chaque plan 7 s'appuie sur un ressort qui produit une force telle que, lorsque les excès de terre abattue arrivent sur le plan, celui-ci, sous l'action du poids de la terre, s'incline vers le bas. Au fur et à mesure que les excès de terre se déversent, l'effort du ressort rappelle le plan 7 vers sa position initiale. Pour l'appui du plan 7 sur le ressort, au côté inférieur de chaque cloison tranchante horizontale 5 (figure 2), à l'aide d'une chape 9 et d'un axe 10, est articulée une tête 11 à laquelle un goujon 12 et un étrier 13 fixent rigidement un bout du ressort à lames 14, dont le second bout porte un rouleau d'appui 15. Le ressort à lames 14 s'appuie sur une traverse cylindrique 16 engagée librement sur deux goujons 17 (figure 3), dont un bout est vissé dans le côté inférieur de la cloison tranchante horizontale 5 et sur le second bout desquels est vissé un écrou 18. La rotation des écrous 18 fait déplacer la traverse 16 sur les goujons 17 et modifie ainsi l'inclinaison du ressort à lames 14. Le plan inclinable 7 s'appuie librement, par la face inférieure de son côté opposé à l'articulation 8, sur le galet 15 se trouvant sur le bout du ressort à lames 14. Le dispositif de l'invention fonctionne de la, façon suivante. Quand le bouclier de percement pénètre dans le massif, le sol pulvérulent et peu stable se désagrège sous l'action des arêtes tranchantes 4 de l'anneau porte-lames 3 (figure 1) et des cloisons tranchantes horizontales 5 et verticales 6, ainsi que sous l'action de son propre poids. Ia terre s'abat d'elle-même et forme sur les cloisons tranchantes horizontales 5 et les plans inclinables 7 (figure 2) des éboulis de divers volumes, dont les angles de talus sont fonction des caractéristiques physico-mécaniques du sol. La charge verticale du plan inclinable 7 avec la terre est transmise par le galet 15 au ressort à lames 14 (dont la flexion est fonction du volume de l'éboulis, des caractéristiques et de l'état de la terre) et incline le plan 7 d'un certain angle. Plus le volume des dboulis est grand, plus la charge verticale sur le plan inclinable 7 est élevée et plus la flexion des ressorts à lames 14, ainsi que l'angle d'inclinaison du plan 7, sont grands, d'où un déversement plus intense des excès de terre. Au fur et à mesure que la terre se déverse, la charge verticale sur le plan inclinable 7 diminue et, par suite de l'élasticité du ressort 14, le plan 7 revient à sa position initiale. De la sorte, pendant le fonctionnement du bouclier, le régime d'abattage au front d'attaque est réglé en permanence en fonction des caractéristiques physico-mécaniques variables du sol sans participation de l'opérateur, par maintien sur les cloisons tranchantes horizontales 5 et sur les plans inclinables 7 d'éboulis de volumes optimaux, c'est-à-dire de volumes assurant la retenue du front d'attaque dans un état stable et une résistance minimale à la progression du bouclier de percement. EXEEPIE 2. Le plan inclinable 7 (figure 4) peut s'appuyer sur le ressort de la façon suivante. Au c8té inférieur de la cloison tranchante horizontale 5, sur un oeillet 19, à l'aide d'un axe 20, est articulé un guide 21 sur lequel est engagé un ressort cylindrique 22. Le ressort 22 s'appuie par un bout contre le guide 21, et son second bout est engagé sur une butée cylindrique 23. La butée 23 a un alésage fileté dans lequel est vissé un taquet 24 passant à travers une rainure débouchante longitudinale 25 du guide 21. Le taquet 24 retient le ressort cylindrique 22 sur le guide ?1 et sur la butée 23 à l'état assemblé.Au côté inférieur du plan inclinable 7 est articulé, à l'aide d'une chape 26 et d'un axe 27, un levier coudé 28 dont le bout côté butée 23 porte une rotule 29 coopérant avec la surface sphérique correspondante d'un évidement réalisé dans la butée 23. Le second bout du levier 28 est doté d'une vis de réglage 30 sur laquelle s'appuie le plan inclinable 7. le dispositif fonctionne de la façon suivante. Quand le bouclier de percement pénètre dans le massif, le sol pulvérulent et peu stable se dasagrège sous 1 'action de l'arête tranchante 4 de l'anneau porte-lames 3 (figure 1) et des cloisons tranchantes horizontales 5 et verticales 6, ainsi que sous l'action de son propre poids. La terre s'abat d'elle-même et forme sur les cloisons tranchantes horizontales 5 et les plans ir.clinables 7 (figure 2) des éboulis de divers volumes, dont les angles de talus sont fonction des caractéristiques physico-mécaniques du sol. La charge verticale du plan inclinable 7 (figure '4) avec la terre est transmise par le levier coudé 28 à la butée 23, puis au ressort cylindrique 22. La compression du ressort cylindrique 22 et, par conséquent, l'angle d'inclinaison du plan 7 sont déterminés par la valeur de la chArge verticale indiquée, laquelle est fonction du poids et de l'état des éboulis se trouvant sur la paroi tranchante horizontale 5 et le plan inclinable 7. Plus la charge verticale sur le plan inclinable 7 est élevée, plus l'angle d'inclinaison de ce plan est grand et plus le déversement des excès de terre du plan 7 est intense. Au fur et à mesure que les excès de terre se déversent du plan inclinable 7, la charge verticale diminue et le plan inclinable 7 revient à une position proche de sa position initiale sous l'action des forces élastiques du ressort 22. La position initiale du plan incliné 7 se règle avant le commencement du percement à l'aide de la vis de réglage 30 se trouvant sur le levier coudé 28, ainsi qu'en modifiant la précontrainte du ressort 22. le précontrainte du ressort 22 se règle selon les caractéristiques physico-mécaniques du sol par rotation de la butée cylindrique 23, qui, selon le sens de rotation, se visse ou se dévisse sur le taquet 24 passant à travers la rainure débouchante longitudinale 25 du guide 21, en comprimant ou détendant respectivement le ressort 22. Pour faire tourner la butée 23 on se sert d'une dé spéciale s'engageant dans les trous 31 de la butée 23. EXEMPLE 3. les plans inclinables 7 (figure 5) pour la réception de la terre abattue sont réalisés avec des feuilles d'un matériau élastique tel que, par exemple, un acier pour ressorts ayant n module d'élasticité d'environ 2,1.106 kg/cm2. Dans ce cas, les plans 7 sont fixés rigidement aux cloisons tranchantes horizontales 5 du coté opposé au front d'attaque. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Quand le bouclier de percement fonctionne, le sol pulvérulent et peu stable est désagrégé par l'arête coutritt? de la trousse coupante 3 (figure 5), par les arêtes coupantes des cloisons tranchantes horizontales 5 (figure 65 et dca cloisons tranchantes verticales 6, ainsi que sous l'action (le son propre poids. En s'éboulant, il forme sur les cloisons tranchantes horizontales 5 et sur les plans inclinables 7 (figure 6) des éboulis de divers volumes, dont l'angle de t est tributaire des propriétés physico-mécaniques du sol. le charge verticale produite par la terre (dont la valeur dépend des dimensions de l'éboulis de terre, de propriétés et de l'état du sol) est appliquée sur le plan inclinable 7 qui fléchit et s'incline (comme montré en traits interrompus sur la figure 6). Plus l'excès de terre des éboulis est grand, plus la charge verticale sur les plans 7 est élevée et plus leur flexion et leur inclinaison, ainsi que le déverserent des excès de terre se trouvant sur eux, sont importants. Au fur et à mesure que la terre se déverse, la charge verticale sur les plans inclinables 7 diminue et, grâce à leur élasticité, ces plans en feuilles de matériau élastique se redressent en revenant vers leur position initiale. De la sorte, quand le bouclier fonctionne, le régime d'abattage au front d'attaque est régulé continuellement (sans intervention de l'opérateur) lors des changements des propriétés physico-mécaniques du sol, par maintien sur les cloisons tranchantes horizontales 5 et sur les plans inclinables 7 d'éboulis de terre de volumes optimaux, ctest-à-dire de volumes tels que le front d'attaque soit reteMJ à l'état stable et que la résistance à la progression du bouclier de percement soit minimale. Le bouclier proposé pour le percement de tunnels a une partie porte-lames de conception simplifiée. Tous ses organes assurant le déversement des excès de terre abattue des plans inclinables ont une haute fiabilité. L'application de la conception proposée permet d'assurer en permanence la commande de l'abattage des sols instables et pulvérulents avec des temps de réponse pratiquement insignifiants quand les conditions de stabilité varient au front d'attaque par suite du changement des caractéristiques physico-mécaniques du sol, par exemple de l'humidité ou de la cohésion. Bien entendu, l'invention n'est nullement linnitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 executées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REV!3PlD ICATIONS 1. Bouclier pour le percement de tunnels dans des sols pulvérulents et peu stables, du type comportant un anneau porte-lames dans lequel sont disposées des lames-cloisons tranchantes verticales et horizontales pour la désagrégation du sol, ainsi que des paliers ou plans assemblés auxdites cloisons tranchantes horizontales avec possibilité de changement de la position de chacun desdits paliers dans un plan vertical pour assurer le déversement des excès de terre abattue de dessus lesdits paliers, caractérisé en ce que chacun desdits paliers est sollicité par un ressort avec un effort tel, que lorsque le palier reçoit les déblais de terre abattue, le poids de ces déblais l'incline vers le bas et, au fur et à mesure que la terre s'en déverse, le même effort le rappelle à sa position initiale. 2. Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque palier ou plan précité est sollicité par un ressort à lames, dont une extrémité est fixée à la lame-cloison tranchante horizontale correspondante de façon que ledit palier puisse pivoter dans un plan vertical, et dont l'autre extrémité porte un galet coopérant avec ledit palier lors du pivotement de ce dernier, et en ce que sur lame-cloison tranchante horizontale est fixée une traverse servant d'appui à la partie médiane du ressort afin de limiter son déplacement dans le plan vertical. 3. Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque palier ou plan précité est sollicité par un ressort cylindrique engagé d'un côté sur un guidage cylindrique comportant une rainure longitudinale et fixé à la lame-cloison tranchante horizontale correspondante avec possibilité de pivotement dans un plan vertical, ledit ressort cylindrique prenant appui de l'autre côté sur une butée cylindrique ayant un alésage fileté intérieurement et dans lequel est vissé un taquet passant à travers la rainure précité du guidage cylindrique, tandis que sur ledit palier est fixé, avec possibilité de pivotement dans ledit plan vertical, un levier coudé dont une extrémité prend appui contre ladite butée cylindrique par l'intermédiaire d'une rotule, et dont l'autre extrémité est pourvue d'une vis permettant de régler la position initiale dudit palier. 4. Bouclier selon la revendicqtion 1, caractérisé en ce que chacun des paliers ou plans précités est constitué par une feuille de matériau élastique fixée en porte-à-faux à la lamecloison tranchante horizontale correspondante, de sorte que sous l'action du poids des excès de terre abattue arrivant sur ledit palier, celui-ci s'incline vers le bas et ensuite, au fur et à mesure du déversement de la terre, revient à sa position initiale.