Brevet FR2513309A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne une machine foreuse à bouclier et a trait notamment à une telle machine comprenant un appareil efficace pour l'enlèvement des matériaux excavés. Lorsqu'on réalise des tunnels à l'aide d'une machine d'excavation à bouclier, la terre située en avant est excavée à l'aide d'une tête foreuse fixée sur une extrémité du corps principal du bouclier et les matériaux exca- vés sont évacués vers une chambre sous pression située derrière la tête fo- reuse avant de passer sur un appareil pour enlever les matériaux excavés avant de gagner une chambre à la pression atmosphérique située à l'arrière de la chambre sous pression Pour un appareil classique d'enlèvement des matériaux excavés, ces matériaux sont transportés par un convoyeur à vis qui comprend une lame en spirale autour d'un axe rotatif, de sorte que la taille des pierres ou des roches pouvant être transportées est limitée par l'axe, ce qui constitue un inconvénient Par conséquent, lorsqu'on diminue le diamètre du corps princi- pal du bouclier (pour excaver un tunnel de plus petite dimension, par exemple), l'appareil d'enlèvement de matériau excavé doit avoir un diamètre également réduit et ne peut transporter de manière satisfaisante et évacuer des matériaux excavés qui contiennent des fragments solides importants, tels que de gros galets ou cailloux. Le but de la présente invention est de réaliser un appareil d'enlève- ment de matériaux excavés apte à évacuer de manière efficace des fragments de dimension importante, même lorsqu'il est associé à un corps principal de bou- clier de petit diamètre. Pour atteindre ce but, la présente invention a pour objet une machine foreuse à bouclier qui comprend un corps principal de bouclier creux; une tête foreuse disposée à rotation sur une extrémité du corps principal; une chambre sous pression située dans le corps principal immédiatement à l'arrière de la tête foreuse; un compartiment à la pression atmosphérique réalisé dans le corps principal à l'arrière de la chambre sous pression; et un appareil d'en- lèvement de matériaux excavés prévu à l'intérieur du corps principal et com- prenant la chambre sous pression en communication avec le compartiment à pression atmosphérique; l'appareil d'enlèvement des matériaux excavés compre- nant une enveloppe tubulaire comportant, à son extrémité avant, un orifice d'admission de matériaux excavés ouvert à la chambre sous pression et, à son extrémité arrière, un orifice de sortie des matériaux excavés pouvant être fer- mé et en communication avec le compartiment à pression atmosphérique, et un convoyeur de matériaux excavés monté à rotation à l'intérieur de l'enveloppe et comprenant une bande enroulée en hélice. Du fait que ce convoyeur des matériaux excavés ne comporte aucun axe rotatif, l'appareil peut transporter et évacuer des matériaux contenant des fragments solides relativement importants (par exemple, ceux ayant un diamètre les deux tiers de celui de l'enveloppe) même si le corps principal du bouclier ou l'enveloppe tubulaire a un plus petit diamètre En outre, la bande, qui est enroulée en hélice de manière continue, n'apose pas une résistance importante à ces matériaux et est moins sujette à l'abrasion. Selon un mode préféré de l'invention, l'extrémité arrière de l'enve- loppe comporte une tige de manoeuvre pouvant se déplacer dans l'enveloppe et permettant de faire tomber la masse de terre entassée dans la partie arrière. La tige de manoeuvre est creuse et est raccordée à un tube d'injection de boue à travers lequel de la boue peut être introduite dans l'extrémité arrière de l'enveloppe lorsqu'il s'avère souhaitable de donner à la terre se trouvant dans cette partie une moindre perméabilité à l'eau et une meilleure fluidité. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, une pale de malaxage de terre comprenant une bande enroulée en hélice est prévue tournan- te dans la chambre sous pression, ce qui permet de malaxer à fond la terre ex- cavée et la boue à l'intérieur de la chambre sous pression et la rendre de ce fait moins perméable à l'eau et facilement transportable avant d'être introduite à force dans l'appareil d'évacuation de terre Par conséquent, la terre peut être transportée de manière efficace sans provoquer l'usure du convoyeur, alors que les meilleures propriétés d'étanchéité de la terre autorisent une augmenta- tion de la pression interne de la chambre sous pression, ainsi que celle de l'appareil d'évacuation de terre, suffisamment pour empêcher de manière sure l'effondrement de la terre, en avant du bouclier, poussée par la pression du terrain. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine foreuse à bouclier selon un premier mode de réalisation de l'invention; les figures 2 a à 2 c sont des vues en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 et représentant un orifice de sortie de terre en di- verses positions; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une modification apportée au premier mode de réalisation; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale représentant un se- cond mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figu- re 4; la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une modification apportée au second mode de réalisation; la figure 7 est une vue partielle en coupe, à plus grande échelle, de cette modification; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une autre modifi- cation apportée au second mode de réalisation; et la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une autre modifi- cation apportée au second mode de réalisation. Dans toutes les figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. Sur la figure 1, qui représente un premier mode de réalisation de l'invention, un corps principal de bouclier creux est indiqué en 1, dont la forme conforme au tunnel à excaver Une tête foreuse 12, pouvant être entraînée en rotation par des moyens d'entraînement, est montée à rotation sur une extré- mité (extrémité avant) du corps principal 1 A l'intérieur du corps principal , de bouclier 1, sont prévus une chambre sous pression 4 située immédiatement derrière la têtes foreuse 2, et un compartiment à pression atmosphérique 5, si- tué à l'arrière de la chambre 4 La chambre 4 est en communication avec le com- partiment 5 par l'intermédiaire d'un appareil d'enlèvement de terre 6 La terre excavée gagnant la chambre sous pression 4 par des fentes réalisées dans la tête foreuse 2 est transportée d'un bout à l'autre de l'appareil 6 vers le com- partiment 5 L'appareil d'enlèvement de terre 6 se compose essentiellement d'une enveloppe tubulaire 7 comprenant, à son extrémité avant, un orifice d'admission de terre 7 a ouvert à la chambre sous pression 4 et, à son extrémité arrière, un orifice d'évacuation de terre 7 b en communication avec le compartiment à pres- sion atmosphérique 5, et un convoyeur transporteur de terre 8 monté à rotation dans l'enveloppe 7 et comprenant une bande enroulée en hélice Le convoyeur 8 a une extrémité portée à rotation par l'extrémité avant de l'enveloppe 7 par l'intermédiaire d'un palier 9 tandis que l'autre extrémité comporte un axe extrême creux 10 qui est monté à rotation sur un palier 1 i prévu à l'extrémi- té arrière de l'enveloppe 7 Le convoyeur 8 est relié à des moyens d'entraîne- ment 14 par un pignon mené 12 monté sur l'axe extrême 10 et un pignon menant 13- en prise avec le pignon 12 Une porte 15, permettant de fermer l'orifice d'éva- cuation de terre 7 b, est actionnée par un vérin 16 Comme on le voit sur les figures 2 a à 2 c, l'orifice d'évacuation de terre 7 b peut être prévu dans une partie inférieure latérale de l'enveloppe 7 pour permettre d'évacuer la terre tangentiellement de l'enveloppe. La chambre sous pression 4 comprend des tuyaux d'injection 19 en com- munication avec elle pour injecter de la boue dans la chambre 4 Une tige de manoeuvre 18, montée coulissante dans l'axe extrême 10 du convoyeur 8, peut être introduite dans l'enveloppe 7 par un vérin 17 pour permettre de faire tomber la masse de terre tassée à l'arrière de l'enveloppe 7 La tige de manoeuvre 18 est raccordée à un tube 20 par lequel la boue est injectée dans l'enveloppe 7 La boue évoquée sert à donner à la terre une nature glissante, à réduire sa résistance au cisaillement et à obstruer les interstices entre les particules de terre. La terre excavée par la tête foreuse 2 de cet appareil passe dans la chambre 4 par les fentes de la tête 2, est introduite à force dans l'enveloppe tubulaire 7 avec la boue injectée par les conduites 19, transportée par le con- voyeur 8 tout en étant malaxée de manière efficace et évacuée par l'orifice d'évacuation de terre 7 b Du fait que les interstices entre les particules de terre excavées sont obstrués par suite du malaxage de la terre et de la boue, la terre est rendue moins perméable à l'eau en vue d'empêcher la fuite d'eau sou - terraine En outre, du fait que la pression interne de la chambre 4, ainsi que celle de l'enveloppe 7, peut augmenter en limitant la quantité de terre évacuée à l'aide de la porte 15, cette augmentation de pression empêche la terre en avant du bouclier de s'effondrer sous la pression du terrain Si la terre excavée se tasse dans la partie arrière de l'enveloppe 7, on peut faire tomber cette masse de terre à l'aide de la tige de manoeuvre 18 Lorsqu'il s'avère souhaitable de donner des propriétés d'étanchéité à la terre à proximité de la porte 15, on in- jecte la boue dans l'enveloppe à travers le tube 20 et la tige de manoeuvre 18. Lorsque la bande transporteuse 8 est en service, les dimensions des gros cailloux ou fragments de roche pouvant être évacués peuvent aller jusqu'à la hauteur d de l'extrémité supérieure de la périphérie intérieure de la bande trans- porteuse 8 à partir de la surface inférieure intérieure de l'enveloppe 7, comme le montre la figure 2 c Ainsi, ce convoyeur peut transporter des fragments de dimension beaucoup plus importante qu'un convoyeur à vis classique muni d'un axe rotatif. La modification représentée sur la figure 3 diffère du mode de réali- sation de la figure 1 seulement en ce qui concerne les moyens d'entraînement du convoyeur 8 La bande transporteuse 8 comporte à son extrémité arrière un disque rotatif 21 d'un diamètre extérieur sensiblement égal à celui du con- voyeur 8 Un organe annulaire 22, fixé sur la périphérie extérieure du disque 21, comporte un pignon mené 23 Le convoyeur 8 est relié à des moyens d'entraî- nement 25 par l'intermédiaire de la roue dentée 23 et d'un pignon d'entraînement 24 Un palier 26 est disposé dans un évidement annulaire de l'enveloppe 7 pour loger l'organe annulaire 22 et comporte des joints étanches 27 sur ses côtés opposés Du fait que le disque 21 tourne, la tige de manoeuvre 18 est montée sur un palier 28. En se référant aux figures 4 et 5, on va décrire un deuxième mode de réalisation de l'invention La machine foreuse à bouclier de ce mode de réali- sation diffère essentiellement de ceux des figures 1 et 3 en ce qu'il est prévu, en plus du convoyeur transporteur de terre 8, une pale de malaxage de terre 29 destinée à malaxer de manière plus efficace la terre et la boue provenant des conduites d'injection 19 à l'intérieur de la chambre 4 Plus précisément, la pale de malaxage 29 se présente sous forme de bande enroulée en hélice entourant l'extrémité avant du convoyeur 8 La pale 29 a une extrémité montée à rotation dans un palier 30 au centre de rotation de la tête foreuse 2 tandis que l'autre extrémité est portée par un organe annulaire 31 fixé sur la périphérie extérieu- re de la bande 29 et par un palier 32 prévu sur une paroi tronconique 33 délimi- tant la chambre 4 La pale de malaxage 29 est entraînée en rotation par les moyens d'entraînement 36 par l'intermédiaire d'un pignon mené 34 fixé sur l'or- gane annulaire 31 et un pignon menant 35 Le convoyeur 8 est monté à rotation sur l'enveloppe 7 par l'intermédiaire d'un organe annulaire 22 qui est fixé di- rectement sur la périphérie extérieure de l'extrémité arrière du convoyeur 8. L'extrémité arrière de l'enveloppe 7 comprend un orifice d'évacuation de terre 7 b Bien qu'elle ne soit pas représentée sur les figures 1 et 3, une bande transporteuse ou, convoyeur de transfert similaire 37 est disposée à la suite de l'appareil d'enlèvement de terre 6 pour évacuer la terre excavée de l'orifice d'évacuation 7 b vers un emplacement prévu. Grâce à la pale de malaxage de terre 29 de ce second mode de réalisa- tion, la terre peut être malaxée à fond avec la boue avant de pénétrer dans l'appareil 6, ce qui permet une augmentation de la pression à l'intérieur de la chambre 4 et de l'enveloppe 7 pour empêcher l'effondrement de la terre en avant de l'appareil. La figure 6 représente une modification qui diffère du mode de réali- sation de la figure 4 en ce qui concerne le mode de support de la pale de ma- laxage de terre 29 La pale de malaxage 29 comprenant une bande enroulée en hé- lice a une extrémité montée à rotation dans un palier 38 à l'extrémité avant de l'enveloppe tubulaire 7 et s'étendant dans la chambre sous pression 4, tan- dis que l'autre extrémité est montée à rotation sur la périphérie extérieure de l'enveloppe 7 par l'intermédiaire d'un organe annulaire 31 fixé sur la périphé- rie intérieure de la bande 29, d'un palier avant 39 et d'un palier arrière 40. Comme on le voit sur la figure 7, le palier arrière 40 est constitué par un palier de butée comprenant une bague extérieure 40 a fixée sur l'organe annulaire 31 et une bague intérieure 40 a dont une partie périphérique extérieure est réa- lisée sous forme de pignon mené 34 Le pignon 34 est en prise avec un pignon menant 35 des moyens d'entraînement 36 pour entraîner la pale 29 en rotation. La bague intérieure 40 b du palier arrière 40 est montée sur un support 41 de l'enveloppe 7 Par contre, le convoyeur 8 a une extrémité montée à rotation sur un palier 9 à l'extrémité avant de l'enveloppe 7 tandis que l'autre extrémité est montée à rotation sur une partie d'extrémité arrière de l'enveloppe 7 par l'intermédiaire d'un organe annulaire 22 fixé sur la périphérie extérieure de la bande 8 Sur la figure 6, on voit en outre un joint étanche 42 interposé entre l'enveloppe 7 et l'organe annulaire 31, un palier 43 prévu entre l'organe annu- laire 31 et une paroi délimitant la chambre sous pression 4, des joints étanches 44 prévus de part et d'autre du palier 43, un support 45 destiné à porter l'appa- reil 6 sur le corps principal de bouclier 1 et une pale racleuse 46 disposée dans la chambre 4. La figure 8 représente une autre machine foreuse à bouclier modifiée, dans laquelle l'enveloppe 7 et le convoyeur transporteur de terre 8 ne pénètrent pas dans la chambre 4 La pale de malaxage 29 n'est supportée qu'à une seule ex- trémité par un organe annulaire 31 monté sur l'enveloppe tubulaire 7. La figure 9 représente une autre modification, selon laquelle l'organe annulaire 31 fixé sur la périphérie intérieure de la pale de malaxage 29 est porté à rotation par une bague porteuse 47 fixée sur la périphérie extérieure de l'enveloppe 7 Un tuyau d'amenée d'huile 49 est disposé dans un espace annulaire 48 prévu entre la bague porteuse 47 et l'enveloppe 7. Les machines foreuses à bouclier représentées sur les figures 6 à 9 fonctionnent, bien entendu de la même manière que celles représentées sur la figure 4 Bien que les machines représentées sur les figures 4 à 9 ne compor- tent pas de tube d'injection de boue ni de tige de manoeuvre à l'extrémité arrière de l'enveloppe 7, ces éléments peuvent 9 tre prévus si nécessaire La pale d'un malaxage 29, ainsi que le convoyeur 8, peuvent être supportés par une seule extrémité ou par deux points selon le besoin. REVENDICATIONS 1 Machine foreuse à bouclier pour réaliser des tunnels comprenant un corps principal de bouclier creux; une tête foreuse montée à rotation à une extrémité du corps principal; une chambre sous pression formée dans le corps principal immédiatement derrière la tête foreuse; un compartiment à la pression atmosphérique formé dans le corps principal à l'arrière de la chambre sous pression; et un appareil d'enlèvement de terre disposé dans le corps principal et renfermant la chambre sous pression encommunication avec le compar- timent à pression atmosphérique, caractérisée en ce que l'appareil d'enlèvement de terre ( 6) comprend une enveloppe tubulaire ( 7) comportant à son extrémité avant un orifice d'admission de terre( 7 a) ouvert vers la chambre sous pression ( 4) et, à son extrémité arrière, un orifice d'évacuation de terre ( 7 b) pouvant être fermé et en communication avec le compartiment à pression atmosphérique ( 5), et un convoyeur transporteur de terre ( 8) monté à rotation à l'intérieur de l'enveloppe ( 7) et comprenant une bande enroulée en hélice. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie d'extrémité avant de l'enveloppe ( 7) pénètre dans la chambre sous pression ( 4) avec l'extrémité avant du convoyeur transporteur ( 8), et celui-ci est porté à son extrémité avant par l'extrémité avant de l'enveloppe ( 7) et, à son extrémité arrière, par une partie d'extrémité arrière de l'enveloppe ( 7). 3 Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémi- té arrière du convoyeur ( 8) est portée sur une paroi d'extrémité arrière de l'en- veloppe ( 7) par un axe d'extrémité ( 10) fixé à l'extrémité arrière du convoyeur ( 8). 4 Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémi- té arrière du convoyeur ( 8) est fixée à un disque rotatif, et en ce que le disque rotatif ( 21) est porté par rotation sur la périphérie intérieure de l'enveloppe ( 7) par l'intermédiaire d'un organe annulaire ( 22) fixé sur la périphérie exté- rieure du disque ( 21). 5 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie d'extrémité arrière de l'enveloppe ( 7) est munie d'une tige de manoeuvre ( 18) pouvant pénétrer dans l'enveloppe ( 7). 6 Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que la tige de manoeuvre ( 18) est creuse et est raccordée à un tube d'injection de boue ( 20). 7 Machine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pale de malaxage de terre ( 29) constituée d'une bande enroulée en hélice est montée à rotation à l'intérieur de la chambre sous pression ( 4). 8 Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le con- voyeur ( 8) comprend une partie d'extrémité avant qui pénètre dans la chambre sous pression ( 4) et qui est entourée par la bande de malaxage de terre ( 29). 9 Machine selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la bande de malaxage de terre ( 29) est montée à rotation sur une paroi délimitant la chambre sous pression ( 4) par l'intermédiaire d'un organe annulaire ( 31) fixé sur la périphérie extérieure d'une partie d'extrémité arrière de la bande de malaxage de terre ( 29). 10 Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'extré- mité avant de la bande de malaxage de terre ( 29) est montée à rotation au cen- tre de rotation de la tête foreuse ( 2). 11 Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que la bande de malaxage de terre ( 29) est montée à rotation sur la périphérie extérieure de l'enveloppe ( 7) par l'intermédiaire d'un organe annulaire ( 31) fixé sur la pé- riphérie intérieure d'une partie d'extrémité arrière de la bande de malaxage de terre ( 29). 12 Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que la par- tie d'extrémité avant de l'enveloppe ( 7) pénètre dans la chambre sous pression ( 4) avec une partie d'extrémité avant du convoyeur ( 8) et est entourée par la bande de malaxage de terre ( 29), et en ce que l'extrémité avant du convoyeur ( 8) est portée à rotation par l'extrémité avant de l'enveloppe ( 7) avec l'extrémité avant de la bande de malaxage de terre ( 29). 13 Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'extré- mité avant de l'enveloppe ( 7) et l'extrémité avant du convoyeur ( 8) se terminent au niveau de l'extrémité arrière de la chambre sous pression ( 4). 14 Machine selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, carac- térisée en ce que le convoyeur ( 8) est porté à rotation sur l'enveloppe ( 7) par un organe annulaire ( 31) fixé sur la périphérie extérieure de l'extrémité arriè- re du convoyeur ( 8). Machine selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caracté- risée en ce qu'un palier avant ( 39) et un palier arrière ( 40) sont prévus entre la périphérie extérieure de l'enveloppe ( 7) et l'organe annulaire ( 31) 'fixé sur la bande de malaxage de terre ( 29), et en ce que le palier arrière ( 40) est constitué par un palier de butée comprenant une bague extérieure ( 40 a) fixée à l'organe annulaire ( 31) et une bague intérieure ( 40 a) fixée à la périphérie ex- térieure de l'enveloppe ( 7) et pouvant tourner mais étant bloquée axialement par rapport à la bague extérieure ( 40 a), la bague extérieure comprenant une partie périphérique extérieure jouant le r 6 le de pignon mené ( 34) en prise avec un pignon menant ( 35)des moyet d'entraînement ( 36). 16 Machine selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 carac- térisée en ce qu'une bague porteuse ( 47) fixée sur l'enveloppe ( 7) est prévue entre la périphérie extérieure de l'enveloppe ( 7) et l'organe annulaire ( 31) fixé sur la bande de malaxage de terre ( 29) pour ménager un espace annulaire ( 48) entre la bague porteuse ( 47) et la périphérie extérieure de l'enveloppe ( 7), cet espace annulaire étant doté d'un tuyau d'alimentation en huile ( 49).