Brevet FR2447455A1 — publié le 19800822

Dispositif de creusement, en Particulier Pour le creusement de-tunnels, galeries et cavités analogues à l'aide d'un bouclier. La présente invention concerne un dispositif de creusement utilisable pour le creusement de tunnels, galeries ou cavités analogues, par un procédé de creusement au bouclier, de fonçage de tubes ou de type équivalent, comprenant une machine réalisant une coupe partielle dont un bras de coupe portant une tête de coupe entrainée positi vement est relié de façon pivotante au moyen dtune articulation ddca è radialement par rapport à l'axe longitudinal du tunnel ou analogue à un support qui est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un axe coïncidant avec l'axe lon- gitudinab du tunnel ou analogue sur un palier prenant appui et guidé sur un système de guidage de la machine, de façon à pouvoir subir un mouvement de translation dans la direction de creusement. Un dispositif de creusement de ce type a été décrit dans la demande de brevet allemand nQ 2 437 669. I1 est possible, à l'aide de la machine réalisant une coupe partielle, d'ouvrir des tunnels ou d'autres cavités souterraines de section droite circulaire en decoupant des anneaux concentriques grâce à des positions de pivotement différentes du bras de coupe. Afin de pouvoir obtenir sur la section de dégagement une surface en grande partie lisse et sans gradins, les deux cylindres ou tambours de coupe formant la tête de coupe sont garnis d'outils aussi bien sur leur surface périphérique que sur leurs deux faces latérales.Le palier portant le support pivotant destiné au bras de coupe est muni de bras de support et de guidage horizontaux diamétralement opposés, par lesquels l'ensemble de la machine réalisant une coupe partielle prend appui et est guidé dans des rails de guidage qui sont fixés sur le revêtement du tunnel ou de la cavité analogue. I1 est nécessaire de prévoir, pour l'alimentation du dispositif d'entraî- nement de la tête de coupe disposé par exemple dans le bras de coupe, du vérin assurant le pivotement de ce bras de coupe et d'autres appareils utilisateurs éventuels, comme par exemple les buses de pulvérisation prévues pour la précipitation des poussières, un grand nombre de conduits aboutissant aux appareils d'utilisation, qui doivent rejoindre le bras de coupe dans des conditions telles qu'ils ne gênent pas ses déplacements lors du travail. Le grand nombre des conduits plue ou moins dégagés représente une source de danger et gêne l'exploitation dans la zone de creusement, qui le plus souvent est de toute manière étroit te. L'invention part en particulier d'un dispositif de creusement équipé d'une machine réalisant une coupe partielle du type mentionné ci-avant. Elle a pour but d'agencer le dispositif de creusement, par une construction d'ensemble ramassée et de faible encombrement, de telle sorte que le guidage axial du palier de la machine réalisant une coupe partielle, qui est muni du support pivotant destiné au bras de coupe, soit amélioré, cet agencement permettant également de préférence de protéger les conduits de raccordement destinés à l'alimentation de la tête de coupe, des dispositifs assurant le pivotement du bras de coupe et des autres appareils d'utilisation éventuels, en les montant à l'intérieur des organes supportant la machine, dans des conditions telles que le travail ne soit pas gêné par ces conduits. On parvient à ce résultat, suivant l'invention, par le fait que le guide destiné à la machine est constitué par un tube de guidage central qui traverse le palier et le support du bras de coupe. Grâce à cet agencement de la machine réalisant une coupe partielle, le bras de coupe est monté avec son support rotatif et son palier sur le tube de guidage axial, ce qui permet d'obtenir un appui et un guidage fiables de la machine réalisant une coupe partielle et donne la possibilité de faire passer les conduits alimentant les appareils d'utilisation et rejoignant le bras de coupe à travers le tube de guidage, de sorte qu'on dvite la présence de conduits librement exposés et gênant le travail, au moins dans la zone de travail du bras de coupe. L'agencement peut être judicieusement réalisé en prévoyant, à l'intérieur du tube de guidage servant au montage de la machine, un passage rotatif destiné aux conduits de raccordement mentionnés. Ce passage rotatif est agencé de telle sorte que le bras de coupe puisse effectuer ses mouvements de pivotement et de rotation sans être gêné par les conduits de raccordement. Suivant un mode de réalisation préféré, ce passage rotatif comporte un organe rotatif s'engageant dans l'ex- trémité avant de l'organe de guidage et relié à rotation au support du bras de coupe, les conduits de sortie de cet organe rotatif rejoignant le support du bras de coupe par l'intermédiaire d'une chambre de passage des conduits prévue à la périphérie du palier. De préférence, les conduits de sortie sont alors disposés dans cette chambre de passage en formant une boucle de réserve de longueur. Cette réserve de longueur des conduits, résultant de ce guidage en forme de boucle, est calculée de telle sorte que les conduits puissent sans difficulté suivre les mouvements de rotation et de pivotement du bras de coupe.L'organe rotatif mentionné, faisant partie du passage rotatif, est alors relié judicieusement, par un élément intercalaire placé devant l'extrémité avant de l'organe rotatif et formé par exemple par une plaque d'extrémité ou analogue, à un carter étroit en forme de secteur, qui ne s'étend que sur une petite partie de la périphérie du tube de guidage et dont la cavité intérieure forme la chambre de passage des conduits. Ce carter en forme de secteur peut être relié angulairement à une partie en forme de carter du support rotatif du bras de coupe, par exemple par venue en prise de parties de formes complémentaires, de sorte que lors de la rotation du support dn bras de coupe, ce carter en forme de secteur, et, par l'intermédiaire de l'élément intercalaire l'organe rotatif du passage prévu, sont entrainés. L'élément de carter servant au passage des conduits et faisant partie du support du bras de coupe se présente de même également sous la forme d'un carter étroit en forme de secteur, qui peut coulisser axialement sur le tube de guidage avec le palier. Afin de pouvoir fermer la chambre de passage des conduits relativement à l'extérieur malgré les dimensions axiales relatives des deux carters en forme de secteurs mentionnés, ces carters sont judicieusement munis de paroia ou analogues se chevauchant et pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre, sensiblement de façon télescopique. Dans le cas du dispositif de creusement suivant l'invention, le support de bras de coupe pouvant tourner autour du palier est, de préférence, placé en retrait par rapport à l'extrémité du tube de guidage orientée vers le front de taille. Ceci permet d'obtenir, tout en conservant un guidage axial satisfaisant du support du bras de coupe et de son palier et une course d'avance axiale suffisamment grande de ces éléments, une longueur comparativement grande pour le support du bras de coupe, de sorte qu'on peut, à l'aide de la machine réalisant une coupe partielle suivant l'invention, creuser également des tunnels de grand diamètre, sans que le dispositif de creusement lui-même doive avoir nécessairement des dimensions excessives. I1 est judicieux de guider le palier sur le tube de guidage d'une manière réalisant une solidarisation angulaire mais permettant toutefois un coulissement axial, au moyen d'une denture longitudinale ou analogue. Le support du bras de coupe peut porter, sur son coté orienté vers l'extrémité arrière du tube de guidage, une couronne à denture int6- rieure qui est attaquée par au moins un pignon mené du palier, au moyen duquel on peut faire tourner le support du bras de coupe autour de l'axe du tube de guidage. Le tube de guidage mentionné peut, d'une manière avantageuse, être fixé sur une console ou un organe analogue, de manière à s'étendre en porte-à-faux en direction du front de taille, cette console étant montée rigidement ou bien de façon à pouvoir coulisser dans la direction de creusement dans le bouclier ou analogue recevant le dispositif de creusement. La console formant portée peut consti tuer en même temps une plate-forme de travail à l'intérieur du bouclier. On peut prévoir, entre cette console et le palier, des dispositifs à pistons de poussée pour assurer les mouvements d'avance axiaux de la machine réalisant une coupe partielle. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue en coupe horizontale à travers le bouclier dans le cas d'un dispositif de creusement du type objet de l'invention monté à l'intérieur dtun bouclier. La Fig. 2 est une vue de profil avec coupe verticale partielle du dispositif de creusement, le bouclier ayant été supprimé. La Fig. 3 est une vue d'extrémité prise en regardant dans la direction de la flèche III en Fig. 2, le brgs de coupe ayant été représenté en section droite selon la ligne 111-111. le dispositif de creusement représenté comporte un bouclier de creusement cylindrique 10 à l'intérieur duquel est montée une machine 11 réalisant une coupe partielle. Le bouclier 10, qui est équipé d'une double enveloppe renforcée pour augmenter sa frigidité, porte une trousse coupante 12 à son extrémité orientée vers le front de taille. L'ensemble du bouclier 10, avec la machine réalisant une coupe partielle 11 montée à l'intérieur de celui-ci, peut être avancé par poussée dans la direction de creusement V au moyen de vérines hydrauliques 13. Les vérins 13, qui sont protégés à l'intérieur de la double enveloppe du bouclier 10, prennent appui par exemple sur un bouclier arrière ou sur le revêtement définitif du tunnel, qui est formé par exemple par un soutènement constitué par des voussoirs ou par un soutènement en béton coulé sur place, d'une manière en soi connue. I1 est prévu, à l'intérieur du bouclier 10, une console formant portée 14, qui est constituée par des sun- ports 15, 16, 17 et 18. La console 14 se présente en même temps sous la forme d'une plate-forme de travail qui est montée horizontalement sensiblement à mi-hauteur dans le bouclier. La plate-forme de travail peut être fixée rigidement sur la paroi intérieure du bouclier.Dans le cas du mode de réalisation représenté, la console de support 14 servant de plate-forme de travail prend toutefois appui tout en étant guidée dans le bouclier, d'une manière permettant son coulissement dans la direction de creusement V. Â cet effet, il est prévu sur la paroi intérieure du bouclier, sur des côtés diamétralement opposés, des guides 19 orientés dans la direction de creusement V et sur les quel s les supports de guidage 18 de la console 14 reliant les supports 15 et 17 à leurs extrémités prennent appui de façon coulissante. L'avance de la console 14 est assurée au moyen de dispositifs hydrauliques à pistons de poussée qui sont montés à articulation entre le bouclier 10 et la console 14 et qui sont protégée à l'intérieur des éléments de guidage de cette console. Un tube de guidage axial 22 s'étendant en porte-àfaux et dont l'axe coïncide avec l'axe du bouclier est relié au moyen d'une plaque de montage 21 aux supports 15 et 16 de la console 14, qui sont reliés entre eux de manière à former un double profilé en I. Un palier cylindrique annulaire 23 peut coulisser axialement sur ce tube de guidage cylindrique 22, ce palier portant une bride 24 à son extrd- mité opposée au front de taille. Les tiges de pistons 25 de dispositifs hydrauliques à pistons de poussée 26 attaquent cette bride 24 par des articulations 27. Les dispositifs à pistons de poussée 26 prennent appui par des articulations 28 sur la console 14.En conséquence, le palier 23 peut être déplacé au moyen de ces dispositifs à pistons de pous sée 26 sur le tube de guidage fixe 22, dans la direction d'avance V et dans la direction opposée. Le tube de guidage 22 présente sur son enveloppe cylindrique extérieure des nervures ou dents 29 s'étendant axialement, qui sont en prise avec des dents correspondantes 30 du palier 23. Sn raison de cette venue en prise des dents, le palier 23 est guidé sur le tube de guidage 22 d'une manière réalisant une solidarisation angulaire. Les dents 30 du palier 23 sont prévues sur un organe de guidage annulaire 31 qui fait partie du palier. La machine 11 réalisant une coupe partielle présente un bras de coupe 32 qui porte à son extrémité libre une tête de coupe 33 entrainee positivement, dont les deux cylindres de coupe 34 tournent autour d'un axe commun perpendiculaire à l'axe du bras de coupe. Les deux cylindres de coupe 34 ont d'une façon en soi connue une forme sensiblement tronconique, et ils sont garnis d'outils à la fois sur lens surface périphérique et sur leurs faces terminales. L'entrainement des deux cylindres de coupe 34 de la tête de coupe 33 est assuré par des organes logés- à l'intérieur du bras de coupe 32, d'une manière également connue en soi. Le dispositif d'entrainement peut être de type électrique ou hydraulique. Le bras de coupe 32 est relié par une articulation 35 à un support annulaire 36. l'articulation 35 est décalée radialement par rapport à l'axe du bouclier et à l'axe du tube de guidage 22 ; son axe d'articulation est perpendiculaire à ltaxe du bouclier et du tube. Il est prévu, pour faire pivoter le bras de coupe 32 autour de l'articulation 35, des vérins de pivotement hydrauliques 97 qui sont montés de façon articulée entre le support 36 et le bras de coupe 32. le support 36 entoure la périphérie extérieure 23' du palier 23; il peut tourner autour de l'axe du bouclier et du tube par rapport au palier 23 et au tube de guidage 22. Sn même temps, le support 36 du bras de coupe peut coulisser dans la direction de creusement V et dans la direction opposée avec son palier 23 par rapport au tube de guidage 22, ce déplacement pouvant etre assuré au moyen des dispositifs à pistons de poussée 26. Le support annulaire 36 porte, sur son coté orienté vers la bride 24, une couronne dentée 57 dont la denture intérieure est en prise avec au moins un pignon 38 qui est entrainé à partir d'un moteur 39 monté sur cette bride 24. Les moteurs 39 sont de préfdrence des moteurs hydrauliques. Une liaison pivotante à rotule 41 est prévue entre la couronne dentée 57 et une bague de portée 40 de la bride 24. I1 est prévu à l'intérieur du tube de guidage 22 un passage rotatif 42 destiné aux conduits de raccordement aboutissant au support 36 et au bras de coupe 32 et par lesquels le dispositif d'entraînement de la tête de coupe 33, monté dans le bras de coupe, ainsi que les vérins de pivotement 37 et le cas échéant d'autres appareils utilisateurs, comme les buses de pulvérisation servant à la précipitation des poussières et prévues sur la tête de coupe ou le bras de coupe, sont alimentés. Ce passage rotatif 42 présente un organe rotatif 43 s'engageant dans 1'extrdmité avant du tube de guidage 22, cet organe 43 étant fixé sur une pièce intercalaire 44 obturant l'extrémité du tube à la manière d'une plaque d'extrémité et étant monté à rotation dans le tube de guidage 22 au moyen d'un palier 45.L'alimentation des appareils utilisateurs mentionnés est assurée à partir d'un poste central qui se trouve sur la console 14 ou bien dans la partie arrière du bouclier et qui est constitué par exemple par une station de pompage hydraulique. Les conduits de raccordement s'étendent depuis la console 14 à l'intérieur du tube de guidage 22 ; ils traversent ce tube de guidage jusqu 'à l'organe rotatif 43, auquel ils sont raccordés d'une manière connue par un accouplement rotatif, de telle sorte que lors d'un mouvement de rotation de l'organe 45 autour de l'axe du tube de guidage 22, aucun déplacement en rotation capable de provoquer une torsion ne soit transmis aux conduits logés dans le tube de guidage. Les conduits de sortie 46 à 49 (Fig. 3) prévus de l'autre côté de l'organe rotatif 43 s'étendent radialement vers l'extérieur le long de la pièce intercalaire en forme de plaque 44 et parviennent par des perçages 50 dans une chambre de passage 51 dans laquelle les conduits de sortie constituent des réserves en forme de boucles 52. La chambre de passage 51 est constituée par la chambre intérieure d'un carter en forme de secteur 53, qui est relié à la pièee intercalaire 44 et qui, comme visible sur la Fig. 3, entoure le palier cylindrique 23 sur une petite partie de sa périphérie, à l'extrémité du tube de guidage 22 orientée vers le front de taille. Le support 36, qui porte le bras de coupe 32 au moyen de l'articulation 35, est monté sur le tube de guidage 22 entre le carter en forme de secteur 53 et la bride 24 et est en conséquence décalé par rapport à l'extrémité avant du tube de guidage. Ce support 36 comporte de même une partie de carter en forme de secteur 54 dont la cavité intérieure 55 sert également au passage des conduits. Cette partie formant carter 54 est munie d'une jupe 56 s'engageant dans le carter en forme de secteur 53 et dont la forme et les dimensions sont adaptées à ce dernier carter, de sorte que le carter en forme de secteur 53 est rendu angulairement solidaire de la partie de carter 54 et du support 36 par la jupe- 56, ce support 36 pouvant-toutefois être déplacé dans la direction longitudinale avec les éléments montés sur lui par rapport au carter en forme de secteur 53.Etant donné que les deux parties de carter 54, 56 s'engagent télescopiquement l'une dans l'autre, la chambre de passage des conduits 51 du carter 53 est fermée en direction de I'extérieur dans toutes les positions en translation du support 36. Les conduits de sortie 46 à 49 de l'organe rotatif 43 pénètrent chaque fois en arrière de la boucle de conduit 52 placée dans la chambre de passage 51, par l'intermédiaire des passages prévus pour ces conduits, dans la chambre 55 de la partie en forme de carter 54 du support 36. Ils s' étendent à l'intérieur de ce support jusqu'à la partie en forme de chape 36' comportant l'articulation 35 du bras de coupe 32 et, à partir de cet endroit, en direction des divers appareils d'utilisation de ce bras de coupe 32. Les conduits de raccordement sont en conséquence guidés dans les organes de montage de la machine en étant protégés, et en raison de la réserve constituée par les boucles de con duits 52, ces conduits peuvent suivre sans difficulté les différents déplacements du bras de coupe 32 lors du travail. I1 est possible de monter, dans la chambre 51 du carter en forme de secteur 53 servant au passage des conduits, des dispositifs de tension ou analogues, qui rappellent chaque fois dans cette chambre 51 les longueurs de conduits en excès, tout en libérant la longueur de conduit requise par chaque déplacement du bras de coupe lors du travail. On peut utiliser à cet effet de simples dispositifs élastiques ou analogues. Pendant le travail de creusement, le bras de coupe 32 tourne autour de l'axe du tube de guidage fixe 22 et la tête de coupe entrainée 33 fournit une coupe annulaire sur le front de taille. Des débattements angulaires différents du bras de coupe 32, obtenus à l'aide du vérin de pivotement 37, permettent d'attaquer le front de taille selon des couronnes concentriques, pour former une paroi lisse et sans gradins. Lors de la rotation du support 36 portant le bras de coupe 32 autour de ltaxe longitudinal du tube de guidage 22, assurée à l'aide du dispositif d'entrainement en rotation 57, 38, 39, l'organe rotatif 43 du passage 42 est entraîné par suite de la liaison par venue en prise de parties de formes complémentaires prévue entre les parties de carter 53, 56. L'avance du bras de coupe 32 dans la direction de creusement V est assurée à l'aide des dispositifs à pistons de poussée 26, qui prennent appui sur la console 14. Lors de ce mouvement d'avance, le support 36 est entrainé par le palier 23, qui est guidé en étant calé angulairement sur le tube de guidage fixe 22. La Fig. 2 montre le palier 23 dans sa position limite vers l'avant, dans laquelle les dispositifs à pistons de poussée 26 sont complètement sortis. Etant donné que la console 14 est montée de son côté dans le palier 10 de façon à pouvoir être déplacée dans la direction d'avance V au moyen des dispositifs à pistons de poussée 20, on obtient pour la machine réalisant une coupe partielle une course d'avance particulièrement grande.Comme indiqué, il est toutefois possible sans diffi culte de monter la console 14 et le tube de guidage 22 fixé sur elle dans une position axialement fixe à l'intérieur du bouclier. On voit que la machine de creusement et ses organes de montage présentent un très faible encombrement et qu'en conséquence il demeure au-dessous de la machine de creusement un espace suffisant pour l'évacuation des matériaux formant le terrain et des roches. I1 est possible de loger à l'intérieur du tube de guidage 22 la pompe servant à l'alimentation des appareils d'utilisation hydrauliques. L'entraînement en rotation de la machine assurant une coupe partielle permet une rotation continue du bras de coupe 32 dans l'un ou l'autre sens. Mais le système d'entraînement en rotation pourrait également être agencé de telle sorte que le bras de coupe 32 puisse effectuer une révolution com plète dans chaque sens de rotation. L'ensemble de la machine de creusement peut également être utilisé dans le cas du fonçage de tubes à l'intérieur d'une trousse coupante ou bien d'un tuyau muni d'une arête coupante. D'autres modifications encore peuvent être appor tées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. pTr T DItzTIONS 1.- ispositif de creusement utilisable pour le creusement de tunnels, galeries on cavités analogues, rar un procéde de creusement au bouclier, de fonçage de tubes ou de type équivalent, comprenant une machine réalisant une coupe partielle dont un bras de couoe portant une ta te de coupe entraînée positivement est relié de façon pivotante au moyen d'une articulation décollée radialement par rapport à 11 axe longitudinal du tunnel ou analogue à un support qui est monté de façon à pouvoir tourner autour 'un axe coinci- dant avec l'axe longitudinal du tunnel ou analogue sur un palier prenant appui et guidé sur un système de guidage de la machine, de façon à pouvoir subir un mouvement de translation dans la direction de creusement, caractérisé en ce que le guidage prévu pour la machine est constitué par un tube de guidage central (22) nui traverse le palier (23) et le support (36) du bras de coupe. 2.- Dispositif de creusement suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, à l'intérieur au tube de guidage (22), un passage rotatif (42) destiné aux conduits de raceordement aboutissant au support (36) et au bras de coupe (32) porté par celui-ci. 3.- Dispositif de creusement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le passage rotatif (42) comprend un organe rotatif (43) s'engageant dans l'extrémité avant du tube de guidage (22) et relié de façon rotative au support (36) du bras de coupe, les conduits de sortie (4649) provenant de cet organe rotatif rejoignant le support du bras de coupe par une chambre de passage (51) prévue à la périphérie du palier (23). 4.- Dispositif de creusement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les conduits de sortie (46-49) sont disposés dans la chambre de passage (51) en formant une boucle constituant une réserve de longueur de conduit (52). 5.- Dispositif de creusement suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le support (36) du bras de coupe pouvant tourner autour du palier (23) est décalé vers l'arrière par rapport à l'extrémité du tube de guidage (22) dirigée vers le front de taille. 6.- Dispositif de creusement suivant l'une quelconque des revendications 5 à 5, caractérisé en ce que l'or- gane rotatif (43) du passage (42) est relié par une pièce intercalaire (44) prévue devant l'extrémité avant du tube de guidage (22) à un carter en forme de secteur (53) s'étendant seulement sur la petite partie de la périphérie du tube de guidage, la cavité intérieure de ce carter constituant la chambre (51) de passage des conduits, ledit carter étant relié angulairement à une partie formant carter (56) du support (36) du bras de coupe. 7. Dispositi! de creusement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la partie formant carter (54, 56) servant au passage des conduits se présente sous la forme d'un carter en forme de secteur fixé sur le support (36) du bras de coupe et pouvant se déplacer axialement avec le palier (23), les deux carters en forme de supports (53, 54, 56) étant munis de parties se chevauchant et pouvant coulisser télescopiquement l'une par rapport à l'autre. 8.- Dispositif de creusement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le palier (23) est guidé sur le tube de guidage (22) de manière à être angulairement solidaire de celui-ci, mais toutefois à pouvoir coulisser axialement au moyen d'une denture lon- gitudinale (29, 30). 9.- Dispositif de creusement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le s;xp- port (36) du bras de coupe porte, sur son côté orienté vers l'extrémité arrière du tube de guidage (22), une couronne à denture intérieure (57) avec laquelle vient en prise au moins un pignon mené (38). 10.- Dispositif de creusement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le tube de guidage (22) est fixé sur une console de portée (14) ou analogue, de manière à s'étendre en porte-h-faux à partir de celle-ci. 11.- Dispositif de creusement suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la console de portée (14) est montée dans le bouclier (10) ou analogue d'une manière fixe ou permettant son déplacement dans la direction de creusement. 12.- Dispositif de creusement suivant la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la console de portée (14) constitue une plate-forme.