Brevet FR2548729A1 — publié le 19850111

Appareil de commande de creusement pour le percement de tunnels par bouclier hydraulique. La présente invention concerne un appareil de commande de creusement appliqué à un dispositif de percement de tunnel par bouclier hydraulique, et destiné à commander effectivement le dispositif en réponse a des variations dans la couche du sol creusé et autres. Au cours du percement d'un tunnel en utilisant un dispositif à bouclier hydraulique, une machine de creusement faisant partie d'un bouclier cylindrique en acier avance dans le sol tout en faisant tourner un outil de taille disposé dans la partie frontale de la machine pour creuser le sol au front de taille, la paroi du tunnel apparaissant derrière la machine lorsqu' elle avance est renforcée et le tunnel est percé dans le sol en effectuant successivement ces travaux. De plus, dans un dispositif de percement de tunnel à bouclier hydraulique, de la boue sous pression est amenée de l'extérieur sur la partie frontale de la machine de creusement par un dispositif d'alimentation et elle est mélangée sur la partie frontale avec les déblets provenant du sol au front de taille et un mélange de boue et de déblais (qui sera appelé ci-après simplement "boue mélangée") est déchargé vers l'extérieur par un dispositif de décharge. La boue mélangée ainsi déchargée contient des éléments so- lides du sol qui se déposent et qui sont éliminés dans un réservoir de séparation, et la boue qui subsiste est à nouveau amenée à la partie frontale de la machine de creusement par le dispositif d'alimentation. En pratique, la boue ainsi amenée contre la machine de creusement par le dispositif d'alimentation contient encore une certaine quantité d'éléments solides et un débitmètre électromagnétiqRe et un densimètre àrayons T sont disposés dans chacun des circuits d'alimentation et de décharge ain que la teneur en éléments solides dans la boue amenée par le circuit d'alimentation soit comparée avec celle de la boue mélangée dé chargée par le circuit de décharge, la quantité dés ma trières solides réellement déchargées depuis la machine de creusement étant ainsi détectée comme cela a déjà été décrit dansle Brevet des Etats Unis d'AmériqRe NO 4 040 666. Les quantités de déblais ainsi détectées varient momentanément mais ne sont généralement pas très différentes d'une valeur prédéterminée. Plus particulièrement, quand le creusement progresse de chaque distance prédéterminée, les quantités détectées des déblais (quantités de sol sec) sont échantillonnées pour préparer une population. La valeur mo yenne et l'écart standard de cette population sont calculées pour déterminer une limite de contrôle. Lorsqu'une valeur détectée diffère de la valeur moyenne de plus d'un multiple prédéterminé de l'écart standard, il est déterminé ou'un état anormal existe et la machine de creusement est arrêtée pour prendre des mesures appropriées afin de rechercher et d'éliminer la cause de l'anomalie. Mais avec un tel système de contrôle, même une population basée sur les dernières données, par exemple cent échantillonnages des creusements précédents, ne peut représenter exactement et fidèlement l'état exact du front de taille. Autrement dit, même si le front de taille ou son voisinage a changé en pratique, en devenant comparativement mou et instable dans son exemple, l'in-fluen- ce des populations précédentes subsiste dans la population utilisée à ce moment et il est difficile de décider d'une variation de l'état du front de taille, notamment un effondrement possible du sol au front de taille, sur la base de cette population. Un objet essentiel de l'invention est donc de proposer un appareil de commande de creusement pour un dispositif de percement de tunnel à bouclier hydraulique, comprenant un dispositif susceptible de représenter de façon sdre toute variation du sol au front de taille avec la progression du creusement du tunnel.Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil de commande de creusement pour un dispositif de percement de tunnel hydrau lique, permettant que la quantité des déblais creuses et déchargés soit soumise Èt un échantillonnage pour chaque distance unitaire prédéterminée d.e creusement quand la machine de creusement avance, chaque valeur d' échantillonnage de la dernière quantité de déblais. obtenue étant soumise successivement à une décision prédeter- minée si la valeur appartient ou non à la même population que celle de la valeur d'échantillonnage précédente pour une distance d'avance précédente. dn autre objet encore de l'invention est de proposer un appareil de commande de creusement pour un dispositif de percement de tunnel hydraulique, qui permet d'effectuer un échantillonnage macroscopique pour détecter avec précision toute variation géologique macroscopique du front de taille, ainsi qu'un échantillonnage microscopique pour détecter ausg-i avec précision toute variation géologique microscopique afin de connaître immédiatement toute variation rapide, comme un effondremett du sol. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrOnt au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et- se référant aux dessins annexés sur lesquels La Figure 1 est un schéma de principe destiné à expliquer un appareil de commande de creusement ou un dispositif de percement de tunnel à boucler hydraulique selon l'invention, la Figure 2 est un ensemble de courbes pour expliquer un échantillonnage macroscopique effectué par l1ap- pareil de la Fig. 1, la Figure 3 est un ensemble de courbes pour expliquer un échantillonnage microscopique effectué par le même appareil de la Figure 1. La Figure 1 montre donc un appareil de commande de creusement selon l'invention, comprenant un tube 1 formant un circuit d'alimentation de boue depuis l'extérieur vers l'intérieur d'une machine de creusement à bouclier (non représentée) plus particulièrement à sa partie frontale lorsqu 'un outil de coupe est mis en rotation pour creuser le front de taille, le tube 1 comportant un débitmètre électromagnétique 2 et un densimètre 3 à rayons Y et un tube 4 formant un circuit de décharge pour élftiiner la boue mélangée depuis la partie frontale de la nachine de creusement vers l'extérieur1 le tube 4 étant également muni d'un débitmètre électromagnétique 5 et d'un densimètre 6 à rayons T , comme dans le circuit d'alimentation.Les appareils de mesure 2, 5 et 3, 6 sont connectés à des entrées d'un circuit 7 de mémoire arithmétique faisant partie d'un processeur d'informations. une autre entrée du circuit de mémoire 7 est connectée à un détecteur 8 qui détecte la distance avance de la machine de creusement et qui fournit des signaux dé tectés au circuit 7,tandis que la sortie de ce dernier circuit est connectée à un circuit d'affichage 9 qui affiche de façon appropriée le contenu mémorisé dans le circuit 7. Plus particulèrement, des signaux indiquant la teneur en solides de la boue qui arrive à la partie frontale de la machine de creusement sont produits par les appareils de mesure 2 et 3 dans le circuit d'alimenta tion pour le circuit de mémoire 7 et des signaux indiquant la teneur en solides de la boue mélangée déchargée vers l'extérieur sont fournis par les appareils de mesure 5 et 6 dans le circuit de décharge. En fonction de ces signaux reçus, le circuit 7 de mémoire arithmétique calcule les teneurs en solide respectivement dans les circuits d'alimentation et de décharge 1 et 2, et sur la base de la différence entre les deux valeurs calculêes, la quantité de déblais réellement extraits au front de taille est calculée dans le circuit 7 et- elle y est mémorisée. Par ailleurs, les signaux détectés provenant du détecteur 8 sont agencés respectivement pour être produits par une distance uniforme prédéterminée de l'avance de la machine de creusement, de préférence 25 mm . de sorte que la quantité de déblais réellement enlevée, basée sur la différence entre les deux teneurs en solides calculées est déterminée dans le circuit 7 de mémoire arithmétique pour chaque avance de 25 mm pour l'échantillonnage, et les valeurs successives sont additionnées comme une quantité totale, et sont mémorisées. Le circuit 7 calcule égalenent une valeur mo yenne X et un écart standard # par rapport à la quantité totale des déblais produits pour chaque distance unitaire (valeur unitaire de creusement Xi) et des signaux correspon dant sont produits pour le circuit d'affichage 9 afin entre affichés comme les valeurs X et #. Quand la dernière quantité unitaire de creusement Xi correspond à des conditions qui sont énumérées ciaprès, il est décidé si cette quantité n'est pas incluse dans la population comprenant la quantité unitaire de creusement précédent Xi, c'est-à-dire si elle est incluse dans une population différente de la population particulière comprenant la quantité unitaire de creusement Xi et la machine de creusement est arrêtée pour déterminer la cause d'une anomalie et prendre les mesures nécessaires. Condition de décision I: Si |X1 - #| > 2# et |Xi+1 - #| > 2 # Xi+1 appartient à une population différente. Condition de décision II: Si Xi - 4 - # > 0 Xi - 3 - # > 0 Xi - 2 - # > 0, Xi - 1 - # > 0,Xi - # > 0 et Xi # 1 - # > 0 ou Xi - 4 - # X@ @ - # Xi + 1 appartient à une population différente. Condition de décision III: Si # + # Xi - 1, Xi, Xi + 1 # # + 2# ou # - 2## Xi - 1 et Xi, Xi + 1 # # - #, Xi + 1 appartient à une population différente. Condition de décision IV: Si Xi - 4 - Xi - 5 > 0, Xi - 3 - Xi - 4 > 0, Xi - 2 - Xi - 3 > 0, Xi - 1 - Xi - 2 > 0, Xi - Xi - 1 > 0, et Xi+1 - Xi > 0 ou Xi - 4 - Xi - 5 Xi - 2 - Xi - 3 Condition de décision V: Si # - 2# # Xi - 2, Xi - 1, Xi, Xi + 1 # X - Xi + i appartient à une population différente. Condition de décision VI: Si R = |Xi - Xi + 1| > 2,83#. Xi + 1 appartient à une population différente. Pour prendre la décision ci-dessus, il est clair qu'au moment du commencement du creusement, la quantité unitaire des creusements précédents X. n'est pas encore connue et par conséquent, les quantités unitaire de creusement X s et un écart standard # - doivent être d'abord déterminés expérimentalement par la précision de mesure des débitmètres électromagnétiques 2 et 5, des densimètres 3 et 6 aux rayons &gamma; et du détecteur 8, de la vitesse de creusement de la machine à creuser et des conditions géologiques. La Figure 2 est un diagramme illustrant un exemple de l'opération de décision ci-dessus dans le circuit de mémoire arithmétique 7, tel qu'affiché par le circuit d'affichage 9. Cet affichage montre un état dans lequel 112 échantillonnages ont été traités après des avances correspondantes de la machine de creusement et la dernière quantité unitaire de creusement X112 a été obtenue, et la décision est prise que cette quantité unitaire de creusement X112 appartientà la même population que les quantités unitaires précédentes X100 à X111 correspondant aux échantillonnages du centième au cent onzième.La valeur moyenne X100 - 112 et l'écart standard # 100 - 112 pour les quantités unitaires de creuse ment X100 à X112 sont calculées et la limite de contrôle 100 112 supérieure X100 - 112 + 2# 100 - 112 et la limite de contrôle inférieure iOO - 112 - 2#100 - 111 sont affichées en pointillés dans le diagramme. Si maintenant d'autres quantités unitaires de creusement X113 et X114 correspondant respectivement aux 113ème et 114ème échantillonnages font apparaître des valeurs anormales détectées, le circuit de mémoire arithmétique 7 effectue séquentiellement des opérations arithmétiques similaires à celles des valeurs précédentes X100 à -X112 et les résultats sont affichés par le circuit d'affichage 9. En raison de la condition de décision I, il est clair que les quantités unitaires de creusement X113 et X114 répondent à la condition I et, plus particulièrement, il est décidé que la quantité X114 correspondant au 114ème échantillon n'appartient pas à la population contenant les quantités unitaires de creusement précédentes X100 à X112.Cette décision entraîne qu'un dispositif associé interrompt l'avance de la machine de creusement; cette dernière est donc arrêtés pour déterminer la cause de 1 'anomalie et, si cette cause n'est pas su-specte, la suite du creusement est reprise. La Figure 2 montre également d'autres résultats du creusement suivant, dans lesquels les quantités unitaires respectives de creusement X113 à X127 et X128 à X122 forment respectivement des populations différentes de la population X100 à X112. Il est cependant bien évident que la décision d'établir des zones à partir des valeurs moyennes et des écarts standard des population respectives peut varier de la manière illustrée; et le creusement peut se poursuivre sans aucun problème. Ce procédé de décision est appelé "le procédé 2 ". Non seulement le procédé 2# mais également le procédé suivant "analyse de variance par tracé simple" peut être adopté pour faire fonctionner l'appareil de commande selon l'invention en utilisant par exemple les informations de quantités de creusement tracées sur la Figure 2. Autrement dit, Si la quantité unitaire de creusement X113de niveau anormal vient d'être détectez, les quantités unitaires de creusement déjà calculées sont divisées en un premier groupe d'informations des premières valeurs obtenues X109, X110 et X111 et en un second groupe d'informations des dernières valeurs obtenues X112 et X113. L'analyse de variance par tracé simple est effectuée entre ces deux groupes pour les comparer entre eux.Ainsi, dans le cas présent, il est confirmé qu'une uniformité existe entre les deux groupes et le creusement correspondant au 114ème échantillonnage suivant progresse, pour lequel une quantité unitaire de creusement X114 est calculée. Ensuite, les quantités de creusement déjà connues sont divisées de façon similaire en un premier groupe d'informations des premières valeurs obtenues X110, X111 et X112 et un second groupe d'informations des dernières valeurs obtenues X113 et X114, puis l' analyse de variance par tracé simple est effectuée entre ces groupes pour les comparer entre eux, leur uniformité étant @ refusée dans le présent cas et une anomalie ensuite détectée. A ce moment, la machine de creusement est arrêtée pour contrôler et éliminer toute cause possible d'anomalie. Comme cela a été décrit, cet échantillonnage macroscopique selon le "procédé 2 " ou " analyse de variance par tracé simple" peut se faire pour détecter une condition anPrmale ourla base des informations calculées par le circuit de mémoire arithmétique 7 et affichées par le circuit d'affichage 9 comme le montre la figure 2. De plus, l'échantillonnage microscopique peut également être adopté pour le fonctionnement de l'appareil de commande de creusement selon l'invention. Cela peut se faire en décidant si les quantités creusées ci-dessus, mémorisées dans le circuit de mémoire arithmétique 7 à chqque avance de 25 mm de la machine de creusement se situent ou non dans une plage normale. Plus particulèrement, il sera supposé que le creusement correspondant au Nème échantillonnage est main tenant effectué, que la ième quantité de creusement de la distance unitaire de l'échantillonnage de 2 > @m est exprimée par (nX)i, et que les valeurs creusées jusqu'au(N-1)ème échantillon sont groupées par la notation "k". Des statistiques sont effectuées parmi les quantités creusées (nX)k, où "k" est le même et la valeur moyenne ((N - 1) X)k et l'écart standard # (N-1)2k sont déterminés. ((N - 1 ) x)k # 2#(N - 2)k # A # ((N - 1) X)k A et A , présentés groupés par simplifier, sont calculés dans le circuit de mémoire aritbmétinue 7 et sont émis vers le circuit d'affichage 9 où ils sont tracés comme le montre la Figure 3. Ensuite, sont calculés de façon similaire par le circuit de mémoire arithmétique 7 et affichés dans le circuit d'affichage 9 comme le montre la Fig.3; et il est décidé si la relation est respectée ou non. La formule de décision ci-dessus est satisfaite dans la mesure où les valeurs calculées sont tracées comme le montre la Figure 3, et le creusement se poursuit. S'il est détecté une quantité unitaire de creusement sur laquelle la formule n'est pas satisfaite, le creusement est interrompu, la cause de l'anomalie est déterminée et des mesures appropriées sont entreprises.Dans le cas de cet échantillonnage microscopique également, une quantité de creusement pour une distance d'avance de 25 mm et un écart standard doivent être déterminés expérimentalement avant le début du creusement. Il apparait ainsi que l'appareil de commande de creusement pour un dispositif de percement de tunnel à bouclier hydraulique selon l'invention, et agencé de la ma nière décrite, permet de détecter un état anormal au front de taille, immédiatement et avec une haute précision, au moment où une nouvelle quantité de creusement est détectée, de sorte que la sécurité du dispositif de percement et par conséquent, la sécurité de l'environnement pour les tra valeurs, sont élevées et bien assurées. Pour la détermination de la cause d'une anomalie sur la base des échantillons macroscopiques ou microscopiques pour appareil de commande se]on l'invention, un ensemble de fluctuations des valeurs ainsi calculées théoriquement dues à des variations des couches du sol et des effondrements du sol est considéré , comme cela est bien évident. -Ew CATIONS i - Appareil de commande de creusement pour un dispositif de percement de tunnel à bouclier hydraulique dans lequel un outil de taille à la partie frontale d'une machine de creusement à bouclier est mis en rotation pour creuser le sol du front de taille pendant qu'unie boue est amenée par un dispositif d'alimentation depuis l'extérieur jusqu'àlapartie frontale de la machine de creusement, un mélange de boue contenant des constituants solides sous l'effet du creusement étant déchargé par un dispositif de décharge vers l'extérieur, les constituants solides étant éliminés du mélange de boue, et la boue qui reste étant ramenée à la partie frontale de la machine de creusement, cette dernière étant avancée tout en répétant ces travaux, appareil caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un.::premier dispositif de détection (2, 3) prévu dans ledit dispositif d'alimentation (1) pour détecter la quantité des constituants solides que contient ladite boue amenée, un second dispositif de détection (5, 6) prévu dans ledit dispositif de décharge (4) pour détecter la quantité de constituants solides dans le mélange de boue déchargée, et un processeur d'informations (7) qui reçoit les signaux de sortie desdits premier et second dispositifs de détection, des quantités réelles de creusement pour chaque .avance de la machine de creusement d'une distance unitaire de creusement étant séquentiellement cellules et mémorisées dans ledit processeur d'informations sur la base de la différence entre ladite quantité des constituants solides dans le mélange de boue déchargée et la quantité de constituants solides dans la boue fournie, une valeur moyenne et un écart standard étant calculés pour plusieurs desdites quantités réelles de creusement mémorisées dans le processeur, une zone de décision prédéterminée étant formée en utilisant ladite valeur moyenne et ledit écart standard et une décision étant prise pour déterminer si une quantité réelle de creusement correspondant à la dernière distance unitaire appartient ou non à ladite zone de décision. 2 - Appareil se) on la revendication 7, caractérisé en ce que ledit processeur d'informations (7) comporte un dispositif à mémoire arithmétique qui reçoit directement lesdits signaux de sortie des premier et second dispositifs de détection (2, 3, 5, 6) et un dispositif (9) connecté audit dispositif à mémoire arithmétique pour afficher son contenu. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit processeur d'informations (7) est connecté à un dispositif destiné à arrêter ladite machine de creusement quand la dernière quantité réelle de creusement n'appartient pas à ladite zone de décision prédéterminée. 4 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif à mémoire arithmétique (7) dudit processeur d'informations est connecté à un dispositif (8) destiné à détecter ladite distance d'avance de ladite machine de creusement.