Brevet FR2569765A1 — publié le 19860307

PROCEDE DE CONSOLIDATION D'UN AMAS ROCHEUX ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. La présente invention concerne un procédé de consolidation d'un amas rocheux et l'appareil pour la miseen oeuvre de ce procédé. Lors de l'exécution de travaux souterrains notamment en galeries, on a souvent recours à~ - des procédés permettant de consolider la roche dans laquelle on travaille. Dans les sytèmes de types connus, qui sont d'usage peu aisés, la consolidation est obtenue soit au moyen de cartouches de résine ou de ciment, soit au moyen d'un mortier à base de ciment. Les systèmes appartenant au premier type évoqué ci-dessus, c'est à dire basés sur l'utilisation de cartouches de résine ou de ciment, nécessitent pour obtenir un résultat efficace, qu'on réalise au préalable un alésage satisfaisant de l'orifice pratiqué dans la roche, et que la tige que l'on introduit dans ledit orifice soit de dimensions appropriées. Ce type d'opérations doit souvent être repris dans un second temps, pour arriver à un colmatage complet de la partie d'extrémité de l'orifice. Les systèmes appartenant au second type évoqué ci-dessus, c'est à dire consistant dans l'utilisation de mortier à base de ciment, nécessitent beaucoup de temps pour leur mise en oeuvre. Il est nécessaire là aussi, de compléter l'opération de consolidation par un colmatage de l'orifice dans un second temps. Ce type de systèmes nécessite en outre une main-d'oeuvre nombreuse. Enfin, les systèmes du type décrit ci-dessus, ne permettent pas de colmater immédiatement les orifices que l'on a pratiqués dans la roche, ce qui comporte le risque de fausser les mesures effectuées au niveau du front d'avancement, et donc, représente un danger certain. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un procédé de consolidation d'un type nouveau, lequel offre un résultat particulièrement fiable dès sa mise en oeuvre et permet en outre un colmatage complet des orifices pratiqués dans la roche, sans risque d'effritement ou de décollement, et permettant en outre d'obtenir des effets de consolidation en continu sur les roches lorsque celles-ci sont soumises à déformation, par exemple lorsque le front d'avancement est déplacé ou à cause de tout autre action naturelle ou due à l'homme. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de réaliser un procédé de consolidation, lequel met en oeuvre un élément à tige métallique, qui tout en présentant une section résistante inférieure à celle des éléments similaires utilisés dans les systèmes de type traditionnel, permet néanmoins de limiter l'action des facteurs de déformation autour de l'orifice pratiqué dans la roche. Le comportement de l'ensemble tige/roche ne dépend pas de la résistance de la tige métallique, mais plutôt des facteurs de déformation de la roche dans laquelle ladite tige est engagée, ainsi que de la capacité d'adhérence de ladite tige dans l'orifice pratiqué dans la roche. Le procédé de consolidation selon la présente invention limite l'importance de la tige métallique, en réduisant sa section et en adoptant une tige à structure creuse, mais privilégie par contre les susbstances utilisées pour le colmatage de l'orifice. La présente invention a également pour but de réaliser un procédé facile à mettre en oeuvre, notamment en ce qui concerne l'injection des sub stances utilisées pour le colmatage, et permettant d'effectuer la consolidation dans un plan vertical ou horizontal avec un colmatage parfait des orifices pratiqués dans la roche, même lorsque ceux-ci sont de forme irrégulière ou sont pratiqués dans une roche fissurée ou friable. La présente invention a également pour but de réaliser un procédé facilement adaptable à chaque type de situation, par modification des para mètres, tel le diamètre de l'orifice et celui de la tige creuse, ce qui permet de faire varier la surface de contact entre la roche et le mélange injecté pour le colmatage ou entre ledit mélange et la tige centrale. La présente invention a également pour but de réaliser un procédé pouvant etre mis en oeuvre très rapidement, et donc particulièrement économique, et permettant en outre d'obtenir un effet de consolidation de la roche irnmédiat. Ceci est particulièrement important dans le cas où l'on rencontre des roches fissurées ou présentant des lignes de fissures parallèles à la direction de la tige. Les buts exposés ci-dessus sont atteints par un procédé de consolidation d'un amas rocheux, caractérisé en ce que - I'on fore un orifice dans l'amas rocheux, - I'on introduit dans ledit orifice une tige creuse de diamètre exté ricur inférieur à celui de l'orifice. - I'on injecte dans la tige un rnortier composé de substances liantes naturelles organiques et/ou non organiques additionné de sub stances ayant des propriétés de thixotropicité, - l'ot' refoule le mortier injecté dans ltespace séparant la tige et les parois de l'orifice, jusqu'à colmatage complet de celui ci par durcissement rapide du mélange injecté. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention ressortiront mieux de la description ci-après d'un exemple de réali sation, donné à titre d'illustration, d'un procédé de consolidation d'un amas rocheux et d'un appareil pour la rnise en oeuvre de ce procédé, et en référence aux dessins annexées, dans lesquels Les figures 1, 2, et 3 représentent les différentes étapes du procédé selon l'invention, La figure 4 est une vue en coupe selon un axe longitudinal d'une roche dans laquelle est introduite une tige creuse, La figure 5 est une vue en coupe selon un axe transversal de la roche représentée à la figure 4, et La figure 6 représente un appareil permettant l'injection d'un mortier dans une tige creuse introduite dans la roche. En se référant aux figures annexées, et plus particulièrement à la figure 4, le procédé selon l'invention met en oeuvre une tige I creuse, laquelle a de préférence, mais pas exclusivement, un diamètre extérieur sensiblement égal à 30 rnillimètres, une épaisseur comprise entre 2 et 6 millimètres, et une longueur comprise entre 2 et 6 mètres. La surface de la tige I a été préformée de manière à présenter un profil évasé, afin d'augmenter la surface d'adhérence avec le mortier injecte. La tige I cornporte en outre, au moins deux couples d'ailettes 2 disposées sur sa surface extérieure, et permettant de maintenir ladite tige dans une position adéquate à l'intérieur d'un orifice 3 pratiqué dans la roche, préalablement à l'opération d'injection du mortier. La tige I coopère avec une plaque 4 supportant un réseau électrosoudé 5. La plaque 4 est rnaintenue bloquée contre la paroi rocheuse par défor mation mécanique de la tête de la tige 1. Selon une variante de la réalisation, on peut utiliser une tige creuse réalisée en fibre de verre. A l'intérieur de la tige 1, on injecte un mortier, composé de substances liantes naturelles, organiques et/ou non organiques, auxquelles on ajoute des substances artificielles ayant des propriétés de thixotropicité. Cette propriété particulière donne au mortier une fois injecté, la consistance nécessaire pour se rnaintenir dans des orifices verticaux, sans risque de décollement ou d'effritement. L'utilisation d'un mélangeur, lequel sera décrit en détail ci-après, pour l'incorporation desdits produits dans les substances liantes, permet de moduler le ternps de prise du rnortier, lequel peut varier entre 30 et 90 secondes. En se référant plus particulièrement à la figure 6, l'injection du mortier dans la tige creuse 1 est réalisée par un dispositif 10 comportant des moyens pour le malaxage des composants, leur entraînement et leur mélange avant injection. Le dispositif 10 comporte deux unités d'alimentation 11 dans lesquelles on introduit les composants du mortier. Ces unités d'alimentation 11 coopèrent chacune avec un malaxeur 12 muni de trémie. Les malaxeurs 12 sont reliés à des circuits d'entraînement à vis sans fin, débouchant sur un mélangeur 13 placé dans la partie terminale de l'appareil, au niveau du dispositif d'injection. Les opérations de malaxage, d'entraînement et de mélange des cornposants sont snchronisées,en fonction d'un dosage quasi constant. Le dispositif 10 comporte en outre un réservoir 15 de sous-pression perrnettant de laver les éléments à un moment quelconque du processus. Les différentes étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention vont à présent être décrites, en référence aux figures I, 2, 3 et 4. Dans un premier ternps, on fore un orifice 3 à l'intérieur de la roche. Une tige creuse I est ensuite introduite à l'intérieur de l'orifice ainsi formé. Ladite tige a un diamètre extérieur sensiblement inférieur à celui du trou de manière à définir un espace entre la surface extérieure de la tige et la paroi intérieure de l'orifice. L'opération d'introduction de la tige est particulièrement rapide, en raison de son faible poids. La tige I est maintenue dans la position adéquate à l'intérieur de l'orifice, grâce à des couples d'ailettes 2. Une fois la tige introduite dans l'orifice, on injecte le mortier dans sa partie creuse, au moyen par exemple, d'un pistolet injecteur de faible poids et d'usage facile, lequel constitue la partie finale du dispositif 10 décrit ci-dessus. Le pistolet injecteur, placé en correspondance de l'extrémité extérieure de la tige creuse 1, permet d'injecter le mortier sous une pression variable, comprise entre 4.105 Pa et 12.105 Pa. La tige joue ainsi le rôle d'une lance à injecter, jusqu'a obtention d'un colmatage complet de l'orifice 3. Le colmatage est obtenu grâce au mortier injecté, lequel après avoir été refoulé dans l'espace séparant la tige 1 et les parois intérieures de l'orifice 3, durcit rapidement, sans risque d'effritement ou de décollement. Enfin, dans une étape ultérieure, on peut appliquer sur la tête de la tige I une plaque 4 comportant un réseau électrosoudé 5. La plaque 4 est engagée sur l'extrémité saillante de la tige I, puis poussée contre la paroi rocheuse. Le blocage de ladite plaque est obtenu par déformation mécanique de l'extrémité de la tige I. La description qui précède permet d'apprécier les avantages du procédé selon l'invention. En effet, la tige I peut être utilisée facilement et selon une orientation quelconque. En outre, il est possible de déterminer au préalable le diarnètre de l'orifice et celui de la tige creuse en fonction de la force exercée par la roche sur ladite tige, et des capacités de résistance du mortier, ainsi que de la longueur de la tige. Ainsi, en modifiant le diamètre de l'orifice, on augmente ou on diminue la surface de contact entre la roche et le mortier. On peut également agir sur les capacités de résistance de l'ensemble en modifiant le diamètre extérieur de la tige, ou en usinant sa surface extérieure de manière appropriée. En outre, dans le procédé selon l'invention, le diamètre de l'orifice réalisé peut varier légèrement par rapport à la valeur prédéterminée, sans que cela n'affecte le résultat final ce qui n'est pas le cas dans les systèmes de type traditionnel, utilisant par exemple des cartouches de résine. En outre, le procédé selon i'invention peut être utilisé même en présence d'eau. L'injection du mortier sous pression provoque soit l'expulsion de l'eau présente dans la roche, soit ut le amélioration de l'adhérence dti mortier sur les parois de ~ l'orifice. Lorsque l'on fore des orifices dans un terrain argileux, l'injection sous pression permet d'expulser de l'intérieur de l'orifice les débris de roche tendre et friable qui pourraient s'y accumuler. Le procédé de consolidation selon l'invention permet une mise en oeuvre très rapide des opérations de consolidation, et est donc particulièrement efficace quelles que soient les caractéristiques particulières du terrain dans lequel on creuse. En outre, en contrôlant la quantité de mortier injecté, on peut obtenir des indications quant à la présence éventuelles de fissures à l'intérieur de l'amas rocheux. II suffit pour cela de déterminer au préalable la quantité théorique de ciment à injecter, en fonction de chaque diamètre de l'orifice. La description ci-dessus, donnée à titre d'exemple non lirnitatif, a pour but de démontrer les avantages et les caractéristiques générales du procédé selon la présente invention, laquelle s'étend à toutes modifications et variantes évidentes pour l'homme de l'art. En particulier, il va de soi que les substances utilisées, pourvu qu'elles soient compatibles avec le but poursuivi, peuvent être quelconques et varier selon les exigences. Revendications 1. Procédé de consolidation d'un amas rocheux, caractérisé en ce que l'on - fore un orifice (3) dans un amas rocheux, - introduit dans ledit orifice une tige (I) creuse de diamètre exté rieur sensiblement inférieur à celui de l'orifice, - injecte dans la tige (I) un mortier composé de substances liantes naturelles organiques et/ou non organiques, additionné de substan ces ayant des propriétés de thixotropicité, - refoule le mortier injecté dans l'espace séparant la tige et les parois de l'orifice, jusqu'à colmatage complet de celui-ci. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le mortier est injecté dans la tige (1) sous une pression comprise entre4.105 Pa et 12.105 Pa. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on engage une plaque (4) supportant un réseau électrosoudé (5) sur l'extrémité saillante de la tige (1), laquelle plaque (4) est bloquée contre la roche par déformation mécanique de ladite extrémité saillante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (1) comporte sur sa surface extérieure au moins deux couples d'ailettes (2). 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux unités d'alimentation (11) coopérant avec des malaxeurs (12) reliés à des circuits d'entraînement débouchant sur un mélangeur (13) placé dans la partie terminale de l'appareil.