Brevet FR2587408A1 — publié le 19870320

L'invention concerne Un dispositif de détection des conditions existant en sous-sol à proximité de la tête de coupe d'une machine comprenant un bouclier de protection dite aussi machine de protection. Un facteur important pour La protection Lors du percement d'un tunnel réside dans la stabilisation du front de coupe. On noteraen particulier, que Le sol à proximité du front de coupe est susceptible de s'affaisser en cours d'évacuation et dans des conditions particulières de travail, tel que par exemple dans le cas d'une couche de sable ayant un faible coefficient d'uniformité, c'est-à-dire non homogène, ou laminé en un certain nombre de couches ayant chacune des propriétés différentes. Puisque des cavités naturelles, formées par des éboulements ou des affaissements, peuvent effectivement être comblés par un matériau de remplissage, de façon à éviter l'effondrement du sol en surface, il est important de détecter aussi vite que possible cet affaissement, de préférence dès ses prémices. En comparaison des autres méthodes de travail, le procédé de creusement de tunnel utilisant un bouclier -présente un degré élevé de stabilité du front de coupe mais a pour défaut qu'un éventuel éboulement du sol n'est pas mesurable de façon visible. De façon à détecter ou à surveiller les terrains à proximité du front de coupe, on a utilisé, en recherche physique ou pour la localisation de canalisations enter- rées, une méthode du type à impulsions électromagnétiques, telle que divulguée au brevet japonais N. 18199 (1983). Selon cette méthode, une impulsion électromagnétique est émise d'une antenne de transmission disposée au sommet du revêtement de la machine de protection et une partie des ondes électromagnétiques est réfléchie au niveau de l'interface entre deux matériaux de qualités électriques différentes, lesdites ondes électromagnétiques étant reçues par une antenne réceptrice de façon à détecter l'état du front de coupe en fonction de la nature des ondes électromagnétiques reçues, ce qui permet de confirmer une variation de strates, l'existence d'une cavité souterraine, et l'ampleur de l'éboulement. Cependant, puisque ces mesures ne peuvent être réalisées qu'avec les méthodes précédentes, il a été jusqu'à présent impossible d'apprécier correctement la taille et la forme de la cavité, ainsi que l'ampleur de cette cavité, sans recourir à l'expérience de l'opérateur ou du conducteur de la machine de protection. En outre, aucune méthode efficace n'a été jusqu'à présent proposée pour monter l'antenne de transmission sur ladite machine de -. protection. - Un objet de cette invention est de prévoir un nouvel appareil apte à détecter de façon continue, à mesurer et à afficher l'étatdu terrainà proximité du front de coupe o travaille la machine de protection. Un autre objet de cette invention est de prévoir une structure ou un bâti adapté, destiné au montage de l'antenne sur le revêtement de la machine de protection. Dans le but d'une détection continue, ce dispositif consiste en un émetteur et un récepteur d'ondes électromagnétiques monté vers le sommet de la machine de protection de façon à délivrer des impulsions électromagnétiques vers la partie du sous-sol à creuser et afin de recevoir les ondes électromagnétiques réfléchies par ladite partie du sous-sol, le dispositif consistant en outre en un détecteur de position collectant les informations en fonction de la position occupée par l'émetteur et le récepteur d'ondes électromagnétiques; une unité de prétraitement du signal destinée à contrôler les signaux de sortie transmis par l'émetteur et le récepteur électromagnétique ainsi que par le détecteur de positions; un dispositif de transmission de signal associé à un signal de sortie transmis par L'unité de prétraitement de façon à délivrer des signaux; et une unité de traitement de données destinée à analyser les signaux de façon à délivrer, en continu, des informations relatives à l'état du sous-sol à proximité du front de coupe de la machine de protection. Dans les dessins d'accompagnement: La figure 1. est une coupe longitudinale illustrant schématiquement L'invention; La figure 2. est un un organigramme du circuit électrique utilisé selon l'invention; La figure 3. est un diagramme illustrant l'ampleur d'une cavité détectée au moyen du dispositif présenté à la figure 1.; La figure 4. est une vue en coupe illustrant un exemple de structure ou de bâti destiné au montage de l'antenne présentée à la figure 1.; La figure 5. est une vue en coupe illustrant une variante de réalisation du bâti; La figure 6. est une coupe longitudinale schématique montrant un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 7. est un graphique montrant un exemple d'informations délivrées relatives à l'état du sous-sol, détecté au moyen du dispositif présenté à la figure 6. et La figure 8. est une coupe longitudinale schématique illustrant une variante de réalisation supplémentaire de l'invention. Si l'on se reporte tout d'abord à la figure 1., on voit une machine de protection 1 qui creuse le sous-sol 2 vers la gauche. Cette machine est constituée notamment d'une tête de coupe ou de creusement rotative 11, d'une plaque de 258740O8 revêtement 12, et de supports de protection 13. Un émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques 101 délivrant des impulsions électromagnétiques en direction du terrain 2 environnant, est monté sur la plaque de revêtement 12. Un détecteur de position 102 collectant les informations de positionnement de l'émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques 101, est monté sur la machine de protection. L'émetteur/récepteur 101 et le détecteur de positions 102 sont connectés à une unité de prétraitement du signal 103 disposée dans un endroit adapté. L'unité de prétraitement du signal 103 est reliée à un dispositif de transmission du signal 104 qui est lui-même relié à une unité de traitement des données 3 disposée à l'extérieur du tunnel, un câble 105 assurant la liaison entre le dispositif de transmission 104 et l'unité de traitement 3. L'émetteur/récepteur 101, le détecteur de positions 102, l'unité de prétraitement du signal 103, le dispositif de transmission du signal 104, le câble 105 et l'unité de traitement des données 3 constituent l'appareil de l'invention destiné à détecter l'état du sous-sol au niveau de la machine de protection, lesdits éléments constituant aussi l'organigramme de L'appareil tel que présenté à la figure 2. De façon plus spécifique, l'impulsion électromagnétique A délivrée par L'antenne émettrice de l'émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques 101, est réfléchie de façon à constituer une impulsion réfléchie de retour B représentant l'état du terrain 2 à creuser, l'impulsion de retour B étant reçue par un récepteur via une antenne réceptrice. Le signal de sortie du récepteur est transmis à l'unité de prétraitement du signal 103. Par ailleurs, au cours de L'opération de creusement, le détecteur de position 102 collecte de temps en temps un signal représentant la position de l'émetteur/récepteur 101, du fait que ce dernier est relié au support de protection avancé 13 et est fixé sur la plaque de revêtement 12, le signal collecté étant transmis vers l'unité de prétraitement 103. L'unité de prétraitement 103 soumet les deux signaux d'entrée à des conversions de type analogiques-numériques et series/parallèles, et les signaux convertis sont envoyés vers le dispositif de transmission 104. Le dispositif de transmission des signaux 104 comprend un circuit transmetteur et récepteur qui amplifie et module le signal converti, et délivre le signal modulé à l'unité de traitement des données 3 disposée à l'extérieur du tunnel, et ce par intermédiaire du câble 105. La figure 2. présente en détails l'organigramme de l'unité de traitement 3. Ainsi, le signal transmis par l'intermédiaire du câble 105 est reçu par un dispositif de transmission du signal 106 qui est du même type que le dispositif 104, ledit signal étant ensuite envoyé vers une unité centrale de traitement (CPU) 107. L'unité CPU 107 est constituée d'un calculateur, par exemple un micro-ordinateur, destiné à calculer les différentes informations nécessaires selon un programme déterminé en fonction des signaux représentant l'état du terrain et la position del'antenne. En réponse à une instruction tapée sur un clavier 110, l'unité CPU 107 transmet différentes données à une imprimante 108, à une unité de visualisation ou d'affichage 109 et à une mémoire externe 111. La figure 3. illustre un exemple d'informations délivrées, sur lequel exemple l'abscisse représente la position d'avance de la machine comprenant le bouclier de protection 1, et l'ordonnée représente la distance séparant la machine de protection 1 et le sous-sol 2, en d'autres termes, la dimension d'une cavité ou d'un éboulement, ladite représentation étant obtenue au moyen de l'émetteur/récepteur électromagnétique 101. La figure 4. illustre un exemple d'une structure ou d'un bâti utilisé pour le montage de l'émetteur/récepteur 101 sur la plaque de revêtement 12. Telle qu'illustrée, une ouverture 12a d'un diamètre déterminé est formée à travers une partie proche de L'extrémité avant de La plaque de revêtement 12, de façon à recevoir une enveloppe support 14. L'enveloppe 14 a la forme d'une soucoupe dont Le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur de L'ouverture 12a et est fixée ou maintenue sur la plaque de revêtement 12, sa forme en creux étant dirigée vers le sous-sol 2. Une couche absorbante de l'onde électromagnétique 15, réalisée par exempte en ferrite, est collée sur l'ensemble de la surface intérieure de l'enveloppe 14. En outre, le creux est rempli avec une résine 16, par exemple du type FRP, laquelle résine n'absorbe pas l'onde électromagnétique. La surface supérieure de la résine 16 est sensiblement de niveau avec les surfaces supérieures de l'enveloppe 14 et de la plaque de revêtement 12. La résine 16 maintient solidement l'antenne 17 reliée aux connecteurs 20 par l'intermédiaire des fils de liaison 19. Un émetteur/récepteur 21 est logé sous l'enveloppe 14 et est relié à l'antenne 17 par l'intermédiaire des connecteurs 20. La référence numérique 22 correspond aux Lignes sources et signal. L'enveloppe 14, l'unité émetteur/récepteur 21, ainsi que les autres éléments qui viennent d'être cités, sont recouverts d'un capuchon de protection 12b. Grâce à cette construction, l'antenne 17 est protégée de la pression extérieure appliquée par le sous-sol 2, et ce au moyen de la résine 16. En outre, puisque l'antenne est supportée par l'enveloppe 14, on peut assurer une fiabilité et une durée de vie allongée malgré la pression extérieure. Bien que l'impulsion électromagnétique soit propagée vers le sous-sol 2, via l'intérieur de la machine de protection 1, cette onde est absorbée par l'absorbeur d'ondes électromagnétiques 15. Pour cette raison, l'impulsion électromagnétique se propage vers le sous-sol 2 à travers la résine 16; c'est pourquoi une partie de l'énergie d'impulsion est réfléchie vers l'antenne 17 au niveau de l'interface entre ces deux matériaux 2 58 7408 -7 solides, ce qui rend possible La détection en continu de l'état du front de coupe et permet une réaction de correction rapide qui peut consister par exemple à couler du mortier dans la cavité. Dans une variante de réalisation illustrée à la figure 5., une antenne (non représentée) noyée dans une enveloppe de protection 17a, est reliée et maintenue sur l'enveloppe support 14 au moyen de la résine 16. On notera qu'il est plus aisé de monter l'antenne dans cette construction que dans la construction présentée à la figure 4. La figure 6. illustre un autre mode de réalisation de l'invention, dans Laquelle figure, les éléments, organes ou pièces identiques à ceux illustrés figure 1., ont été repérés de la même façon. Dans cette réalisation, l'émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques 101 est relié ou maintenu sur la périphérie de la tête de coupe 11. Une structure ou un bâti de montage de l'antenne identique à celui illustré figure 4. ou figure 5. peut être utilisé. Un générateur d'informations de positionnement 102 est relié à un arbre 23 pour commander ou entraîner la tête de coupe 11, ainsi que pour détecter la position angulaire de l'arbre 23. Le signal de sortie transmis par l'émetteur/récepteur d'ondes 101 est dérivé par l'intermédiaire d'un dispositif 24 assurant la transmission d'un signal de rotation. La figure 7. illustre un exemple de visualisa- tion montrant une vue en coupe d'un tunnel en cours de creusement au moyen de la machine comprenant le bouclier de protection présentée à la figure 6. La figure 8. illustre une variante supplémentai- re de réalisation de l'invention, dans laquelle variante l'émetteur/récepteur 101 est monté au niveau de la surface avant de la tête de coupe 11 au moyen d'un bâti de montage similaire à ceux déjà décris. Les autres éléments, organes ou pièces illustrés à la figure 8. sont identiques à ceux illustrés à la figure 6. Selon l'invention, le câble 105 peut notamment comporter une fibre optique (non représentée). REVENDICATIONS 1. Dispositif pour détecter l'état d'un terrain au niveau d'une machine comprenant un bouclier de protection, Ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un émetteur/récepteur (101) d'ondes électromagnétiques monté vers le sommet de la machine comprenant le bouclier de protection (1) pour émettre des impulsions électromagnétiques vers le sous-sol (2) à creuser, et pour recevoir les impulsions électromagnétiques réfléchies au niveau de l'interface entre deux matériaux de propriétés électriques différentes; un détecteur de position pour collecter une information concernant la position de l'émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques (101); une unité de prétraitement de signal (103) pour contrôler les signaux de sortie issus de l'émetteur/récepteur (101) et du détecteur de position (102); un dispositif de transmission de signaL (104) alimenté par un signal de sortie issu de l'unité de prétrai- tement du signal (103), pour transmettre des signaux; une unité de traitement des données(3)anaLysant les signaux délivrés par Le dispositif de transmission de signal (104), de façon à déLivrer en continu l'état du sous-sol (2) à proximité du front de coupe de la machine de protection (1). 2. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur d'ondes éLectro- magnétiques (101) et le détecteur de position (102) sont montés sur une plaque de revêtement (12) de la machine comprenant le bouclier de protection (1). 3. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur d'ondes électro- magnétiques (101) est monté au niveau de la périphérie ou 25874O8 de la surface avant d'une tête de coupe (11) de la machine de protection (1), le détecteur de position (102) étant monté sur un arbre de commande (23) de la tête de coupe (11). 4. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1. à 3., caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques (101) est disposé dans une enveloppe.formée en creux (14) à proximité du sommet de la machine de protection (1), ledit creux étant rempli par une substance (16) qui n'absorbe pas l'énergie des ondes électromagnétiques, la surface de ladite substance (16) étant disposée de niveau avec la surface extérieure de l'enveloppe (14). 5. Dispositif selon la revendication 4. caractérisé en ce qu'il comprend une couche (15) en matériau absorbant l'onde électromagnétique, ladite couche étant fixée notamment par collage vers le fond de l'enveloppe (14). 6. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité de prétraitement du signal (103) comprend un câble électrique (105). 7. Dispositif selon la revendication 6. caractérisé en ce que ledit câble comporte une fibre optique. 8. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) comprend un calculateur (107), une unité d'affichage (109), une imprimante (108), une mémoire externe (111) et un clavier (110).