Brevet FR2565290A1 — publié le 19851206

Procédé et dispositif de creusement de puits La présente invention a trait a un dispositif de creusement de puits, applicable notamment au creusement de puits dans des conditions où le puits est rempli partiellement ou totalement d'eau pendant son creusement. L'invention a également trait à un procédé de creusement mettant en oeuvre ce dispositif. II existe déjà un certain nombre de dispositifs destinés à creuser des puits verticaux dans des terrains divers pendant que I'on procède simultanément à la mise en place d'un cuvelage du puits. Ceux de ces dispositifs qui possèdent un certain degré d'automatisation et un certain niveau de performance demandent I'utilisation d'une puissance très élevée, présentent un poids et un encombrement de matériel très importants et demandent d'arrêter les opérations de creusement pendant la mise en place d'un élément de cuvelage en tête du puits, de sorte que, pour des puits de quelques mètres à une dizaine de mètres de diamètre, les vitesses de creusement qui peuvent être atteintes sont à peine de l'ordre d'un mètre par jour. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un procédé et un dispositif de creusement de puits qui permettent d'augmenter notablement la vitesse de creusement pour des puits de grand diamètre tout en diminuant considérablement le poids et l'encombrement du matériel et par là le coût de l'investissement. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui permette de travailler dans des puits inondés ou sous l'eau. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui permette la construction du cuvelage à la surface sans provoquer d'interruption du creusement dans la construction du cuvelage. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif capable d'être utilisé dans toutes sortes de terrains. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif qui puisse être automatisé. Un autre objectif encore de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit économique et faciie à utiliser. L'invention a pour objet un dispositif de creusement de puits verticaux, caractérisé en ce qu'il comporte, sur un équipage susceptible de tourner autour de l'axe du puits, au moins deux têtes de havage rotatives dont les axes de rotation sont sensiblement horizontaux, lesdites têtes étant montées sur des supports respectifs tels que de préférence des bras pivotants montés sur ledit équipage pour pouvoir être déplacés, chaque fois dans un plan radial, entre une position centrale proche de l'axe du puits et une position périphérique attenante à la paroi du puits en cours de formation, des moyens pour soulever et abaisser les têtes de havage, et des moyens pour faire tourner ledit équipage pour changer le plan radial de déplacement, les différentes têtes étant réparties autour de l'axe du puits de façon que les composantes horizontales des réactions produites par leur travail s'annulent réciproquement. De préférence, L'équipage rotatif est monté sur un support fixe susceptible d'être calé en rotation par rapport à la paroi du puits ou un cuvelage. On peut ainsi faire travailler les têtes chaque fois dans un plan de déplacement radial puis, après avoir soulevé les têtes, changer de plan radial et ceci jusqu'à ce que toute la surface du fond du puits ait été travaillée, le déplacement simultané des têtes pendant leur travail dans leur plans radiaux respectifs supprimant ou minimisant les réactions qui tendraient à décentrer le dispositif, lequel peut donc être relativement léger et fonctionner avec une puissance réduite. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le dispositif de havage est associé à un cuvelage progressant simultanément, et les têtes de havage, dans leur position périphérique, viennent opérer sous la trousse coupante du cuvelage pour venir s'effacer vers l'intérieur lorsque le cuvelage se met à descendre. De préférence, le support de l'équipage mobile est supporté par l'élément inférieur du cuvelage, présentant par exemple à cet effet un rebord ou une nervure interne. De façon avantageuse, le dispositif comprend encore, dans les cas où il est destiné à fonctionner sous l'eau, une ou plusieurs conduites d'évacuation de déblais débouchant au niveau des têtes de havage, des moyens étant prévus pour créer un flux ascendant entrainant les déblais vers la surface. Ces moyens peuvent comprendre des pompes traditionnelles ou un dispositif de pompage par émulsion d'air dans l'eau. Les têtes de havage, qui peuvent être par exemple au nombre de deux ou plus, tournent comme cela a été dit ci-dessus, autour d'axes horizontaux et peuvent avantageusement consister en des tambours rotatifs munis de pics d'une façon usuelle. Les têtes sont entrainées en rotation de préférence par un moteur individuel propre à chaque tête, de type électrique ou hydraulique, de façon à supprimer l'existence de moyens de transmission encombrants entre les têtes. Les têtes sont disposées sur des supports tels que des bras en étant montées à une extrémité du bras, l'autre extrémité du bras étant montée, de préférence par une articulation pivotante, sur l'équipage mobile, des moyens étant en outre prévus pour soulever le bras avec sa tête soit dans l'équipage mobile, soit par soulèvement de l'équipage mobile lui-même. Des moyens moteurs sont également prévus pour assurer le déplacement radial, des têtes, par exemple par pivotement des bras, ces moyens pouvant être par exemple des vérins. Enfin le dispositif comporte avantageusement des moyens d'entraînement en rotation de l'équipage mobile, ces moyens pouvant consister par exemple en des vérins ou un ensemblemoteur crémaillère. De préférence, L'équipage mobile est conçu pour ne pas pouvoir faire un tour entier mais se déplacer en rotation sur un certain angle de part et d'autre d'une position initiale. Ainsi dans le cas d'un dispositif avec seulement deux têtes, I'amplitude de rotation permise à l'équipage peut être limitée à 900 de part et d'autre d'une position centrale. De façon avantageuse, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens pour détecter le mouvement de descente d'un cuvelage et provoquer, des l'amorce de ce mouvement de descente, le retrait vers l'intérieur par basculement des bras qui portent les têtes pour laisser le champ libre à la trousse coupante du cuvelage. De façon avantageuse, les conduits d'évacuation de déblais débouchent au niveau de leurs têtes respectives, à la partie arrière de ces têtes, ctest-à-dire à la partie la plus proche de l'axe cèntral du puits, pour récupérer les déblais qui sont amenés en cet endroit par la tête de havage. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour le creusement de tous puits verticaux d'usages variés, tels que par exemple puits de mine, puits de stockage, ainsi que pour les fouilles de fondation, par exemple fondation de pile de pont en mer ou en rivière, fondation de mur de quai etc. L'invention a également pour objet un procédé de creusement de puits, notamment de puits inondés, caractérisé en ce qu'à l'aide d'au moins deux têtes de havage disposées autour de l'axe du puits d'une façon telle que les composantes horizontales des réactions produites par leur travail s'annulent réciproquement, on creuse par déplacement simultané des têtes dans leurs plans radiaux, entre une première position centrale et une deuxième position périphérique, des tranchées dans le fond du puits, que l'on soulève les têtes et qu'on les amène par rotation autour de l'axe du puits dans des deuxièmes plans radiaux pour creuser de nouvelles tranchées et ainsi de suite. Dans le cas préféré du creusement d'un puits à cu.velage, I'on descend simultanément le cuvelage et l'on amène les têtes dans leurs positions périphériques sous la trousse coupante du cuvelage, I'on détecte la descente du cuvelage et, en cas de descente, on dégage les têtes de sous la trousse coupante. Dans le cas du creusement d'un puits inondé, on évacue les déblais par aspiration et élévation dans une ou plusieurs canalisations, simultanément au creusement du fond du puits. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue schématique de dessus du dispositif. La figure 3 représente une vue schématique en coupe axiale du dispositif lors de l'opération de levage. La figure 4 représente une vue schématique d'une tête d'attaque avec son bras. Le dispositif représenté est destiné à permettre le creusement d'un puits 1 vertical inondé, d'axe 2, à partir de la surface 3. De préférence, le diamètre du puits peut être de l'ordre de 3 mètres, jusqu'à 12 à 15 mètres. Le dispositif comporte un équipage mobile 4, présentant par exemple une forme cylindrique et destiné à pouvoir tourner autour de l'axe 2 à l'intérieur d'un support fixe 5 sur lequel l'équipage 4 repose au moyen d'un chemin de roulement circulaire convenable (non représenté). A l'intérieur de l'équipage mobile et autour de deux axes d'articulation 6 portés par un coulisseau guidé verticalement dans l'équipage 4, peuvent pivoter deux bras 7 ayant par exemple la forme de caissons allongés et portant à leur extrémité inférieure un axe vertical 8 autour duquel peut tourner une tête d'attaque 9, formée d'un tambour à la périphérie duquel sont montés des pics 10 usuels. Le nombre des pics, leur disposition et leur inclinaison par rapport à la surface cylindrique du tambour peuvent être déterminés par un homme de l'art en fonction de ses connaissances usuelles en matière de creusement de terrain. Les têtes 9 sont entraînées par l'intermédiaire de pignons et axes d'entraînement schématiquement représentés sur la figure 4, par chaque fois un moteur électrique 11, I'ensemble du moteur et de la transmission étant chaque fois contenu dans le bras 7 correspondant. Les bras 7 peuvent être pivotés dans un même plan vertical et diamétral, à partir d'une position centrale représentée en traits interrompus sur la figure 1 vers une position périphérique représentée en traits pleins sur cette figure et vice versa et, ceci sous l'action de vérins (non représentés) portés par l'équipage mobile 4.Compte tenu du sens de rotation des têtes 9, représenté par la flèche sur la figure 1, le travail de havage s'effectue en partant de la position centrale représentée en traits interrompus vers la position périphérique représentée en traits pleins. A l'arrière et le long des bras 7 se trouve disposé chaque fois une canalisation ou un conduit 12 qui aboutit au voisinage de la tête d'attaque 9 où il présente un déflecteur 13 disposé de façon à permettre au flux de liquide, qui remonte à travers le conduit 12 sous l'effet de moyens de pompage (non représentés), d'entraîner les déblais provenant du travail des têtes 9. La paroi interne du puits est recouverte d'un cuvelage 14 dont l'élément inférieur présente une trousse coupante usuelle 15. L'élément inférieur de cuvelage présente encore, vers l'intérieur, un ou plusieurs rebords internes 16 sur lesquels vient reposer le support fixe 5. Le support 5 peut être soulevé par des moyens de levage 17 permettant de descendre le dispositif dans le puits, et de le faire remonter Le support 5 présente également des moyens (non représentés) lui permettant, après avoir été amené dans la position représentée sur la figure 1, au fond du puits en cours de creusement, d'être solidarisé du cuvelage de façon à empêcher qu'il ne se mette à tourner sur sa nervure de support 16. Ces moyens peuvent être par exemple des patins qui s'étendent radialement pour s'appliquer contre la face interne du cuvelage, et qui peuvent être rétractés lorsque l'on désire soulever le support 5. Le fonctionnement est le suivant Au début d'une passe, L'équipage rotatif 4 est rendu solidaire en rotation du support 5 et ne peut pas tourner par rapport à ce dernier. Les deux bras 7 sont dans la position représentée en traits interrompus sur la figure 1, les têtes d'attaque étant donc en position centrale. Les moteurs 11 sont mis en marche de sorte que les têtes d'attaque 9 commencent à fouiller le fonds du puits et, simultanément, les deux bras 7 s'écartent d'un mouvement symétrique et ceci toujours dans le même plan diamétral de début A1-A1 que l'on voit sur la figure 2.Lorsqu'elles sont arrivées dans leur position périphérique dans le plan A1-A1, position dans laquelle elles sont disposées sous la trousse coupante 15 du cuvelage, les têtes 9 ont creusé une tranchée diamétrale représentée en traits interrompus sur la figure 2 et ayant comme plan de symétrie le plan vertical A1-A1. Pendant ce temps, les déblais ont été aspirés dans les canalisations 12 et remontés à la surface pour être dégagés. Une fois la position périphérique atteinte, le mouvement de rotation destêtes 9 est arrêté et les bras 7 sont soulevés à l'intérieur de l'équipage mobile 4 en même temps que les bras sont basculés vers l'axe 2 pour dégager les têtes de sous la trousse coupante. A ce moment, équipage 4 est mis en rotation, par exemple de 900. Les bras sont alors redescendus et le même cycle recommence, cette fois-ci dans le plan A2-A2. Les têtes creusent ainsi une nouvelle tranchée perpendiculaire à la première.Une fois ces deux tranchées creusées, les mêmes opérations recommencent et l'on amène l'équipage mobile dans une autre position angulaire intermédiaire A3-A3, entre les positions Al-Al et A2-A2, et ceci en autant de positions qu'il est nécessaire pour travailler toute la surface du fonds du puits. Lorsque l'essentiel de la surface du fonds du puits a été creusée, en général vers la fin de la dernière passe correspondant à la dernière position angulaire, par exemple A5-A5, le cuvelage qui n'est plus retenu par le terrain se met à glisser vers le bas. Un détecteur convenable disposé en surface, par exemple, détecte le début de ce glissement et provoque alors immédiatement le basculement des bras 7 vers l'axe 2 et de préférence simultanément le soulèvement des bras de façon à éviter que la trousse coupante ne vienne au contact des têtes 9. Le nombre de passes à un niveau déterminé, c'est-à-dire le nombre de plans verticaux A1- Al ... A5-A5, dépend bien entendu du diamètre du puits et de la largeur des têtes d'attaque 9. On comprend par ailleurs que le creusement par havage se poursuit sans aucune interruption, l'évacuation des déblais ne prenant pas davantage de temps, contrairement au cas où l'on est obligé de remonter les déblais au treuil, du fait que la longueur de la remontée augmente avec la profondeur du puits. Le bord supérieur du cuvelage 14 est évidemment libre d'accès puisque les moyens de levage peuvent être conçus pour prendre appui sur le sol 3 et dégager complètement le bord supérieur du cuvelage. On peut donc prolonger en 18 de façon continue le cuvelage à sa partie supérieure au fur et à mesure qu'il descend, soit par mise en place d'éléments préfabriqués en béton ou en métal, sous forme par exemple de deux demi-coquilles, soit en coulant le cuvelage en béton. Du fait que l'on ne rencontre pratiquement pas de réaction tendant à faire tourner l'équipage mobile 4 dans son support 5, le dispositif selon l'invention peut être très léger et, à l'aide d'un dispositif pesant en tout environ 5 tonnes, on peut creuser des puits de 3 à-5 mètres de diamètre et ceci à une vitesse de l'ordre d'un mètre par heure, du fait que l'on exécute simultanément, sans utiliser de personnel au fonds, ie creusement du puits, I'évacuation des déblais et la surélévation du cuvelage. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications de forme ou de matériaux sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de creusement de puits verticaux, caractérisé en ce qu'il comporte, sur un équipage (4) susceptible de tourner autour de l'axe (2) du puits, au moins deux têtes de havage 9) rotatives dont les axes de rotation sont sensiblement horizontaux, lesdites têtes étant montées sur des supports respectifs (7) montés sur ledit équipage (4) pour pouvoir être déplacées chaque fois dans un plan radial, entre une position centrale proche de l'axe du puits et une position périphérique attenante à la paroi du puits en cours de formation, des moyens pour soulever et abaisser lesdites têtes de havage (9), et des moyens pour faire tourner ledit équipage (4) pour changer le plan radial de déplacement, les différentes têtes (9) étant réparties autour de l'axe du puits de façon que les composantes horizontales des réactions produites par leur travail s'annulent réciproquement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage rotatif (4) est monté sur un support t fixe (5) susceptible d'être calé en rotation par rapport à la paroi ou à un cuvelage du puits. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support fixe (5) est agencé de façon à être solidarisé avec la partie inférieure d'un cuvelage, dans une position permettant auxdites têtes (9) de venir travailler sous la trousse coupante t153 clu cuvelage. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de a descente du cuvelage pour commander un mouvement de dégagment des têtes (9) de sous la trousse coupante du cuvelage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs canalisations (12) d'évacuation de déblais et des moyens pour créer un flux de liquide ascendant dans lesdites canalisations. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites canalisations (12) aboutissent au voisinage immédiat des têtes (9). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les supports des têtes (9) sont des bras (7) portant leur tête à une extrémité et ayant leur autre extrémité pivotée sur une pièce ou coulisseau susceptible de se déplacer verticalement dans l'équipage (4). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque bras (7) contient les moyens (11) d'entralnement de sa tete (9). 9. Procédé de creusement de puits, notamment de puits inondés, caractérisé en ce qu'à l'aide d'au moins deux têtes de havage disposées autour de l'axe du puits d'une façon telle que les composantes horizontales des réactions produites par leur travail s'annulent réciproquement, on creuse par déplacement simultané des têtes dans leurs plans radiaux, entre une première position centrale et une deuxième -position périphérique, des tranchées dans le fond du puits, que l'on soulève les têtes et qu'on les amène par rotation autour de l'axe du puits dans des deuxièmes plans radiaux pour creuser de nouvelles tranchées et ainsi de suite. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on descend simultanément un cuvelage et que l'on amène les têtes dans leurs positions périphériques sous la trousse coupante du cuvelage, que l'on détecte la descente du cuvelage et quten cas de descente, on dégage les têtes de sous la trousse coupante. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que, dans un puits inondé, on évacue les déblais par aspiration et élévation dans une ou plusieurs canalisations, simultanément au creusement du fond du puits.