Brevet FR2623849A1 — publié le 19890602

5. Bouclier de creusement à front de taille soutenu par liquide L'invention concerne un bouclier de creusement à front de 1 0 taille soutenu par liquide, en particulier pour le percement de tunnel, avec une enceinte de travail recevant une machine de percement, isolée par rapport au côté sous pression du bouclier au moyen d'une paroi transversale, enceinte pourvue d'une alimentation en fluide de soutènement et d'un dispositif d'évacuation pour le 1 5 matériau de déblaiement et située en liaison de communication avec une chambre d'air sous pression du bouclier, présentant une alimentation d'air sous pression destinée à obtenir un coussin d'air sous pression agissant sur le niveau du liquide de soutènement. Des boucliers de creusement pour lesquels le front de taille est fixé par un liquide de soutènement, par exemple de l'eau ou de préférence une suspension de bentonite, sont connus dans différentes réalisations (DE-PS 22 27 083, revue "Tiefbau" 1981, page 392). Une paroi immergée est prévue à l'intérieur de l'espace de travail ouvrant vers le front de taille, recevant une tête de coupe entraînée ou une roue de coupe entraînée ou similaire et isolée vers l'arrière par la paroi transversale. Cette paroi immergée subdivise l'enceinte de travail en une double chambre et forme dans la zone supérieure une chambre d'air sous pression,-dont le coussin d'air agissant sur le niveau du liquide de soutènement compense les variations de volume dans le liquide, de sorte qu'il s'ensuit en permanence un soutènement fiable du front de taille au moyen de la pression hydrostatique du liquide de soutènement. La pression d'air dansla.chambre d'air sous pression est réglée au moyen d'un système de réglage d'air à une valeur de pression prédéterminée adaptée à chaque état du sol. Par l'arrangement de la paroi immergée à l'intérieur de l'enceinte de travail du bouclier, il résulte ici une chambre double avec des dimensions axiales relativement importantes, faisant entre autres que le déplacement de la machine de creusement dans le bouclier et surtout également l'évacuation du matériau du sol hors de l'enceinte de travail de bouclier sont rendues difficiles. Dans le cas des boucliers de creusement pour la construction de tunnel on sait comment réaliser l'enveloppe de bouclier cylindrique au voisinage de l'extrémité avant de bouclier avec une double paroi, en formant unetrousse de bouclier périphérique (DE-AS 1534642). La paroi transversale isolant l'enceinte de travail forme l'extrémité arrière de la trousse du bouclier. La machine de creusement se compose d'une roue de coupe tournant autour de l'axe de bouclier, disposée à l'intérieur de l'enceinte de travail entourée par la trousse du bouclier et porte une couronne dentée intérieure devant la paroi transversale, avec laquelle des pignons entraînés des moteurs d'entraînement montés sur la paroi transversale, disposés de manière répartie sur la périphérie, son' en prise avec leurs dents. En partant d'un dispositif de cra.isement à bouclier du type évoqué au début, l'invention a pour but de réaliser celui-ci de telle sorte que l'espace intérieur df bouclier soit moins resserré par la chambre d'air sous pressa - se trouvant ici pour la sollicitation du liquide de soutène. z, de façon à ce qu'également le stockage de la machine de perçage t/ou l'évacuation du matériau de déblaiement hors de l'enceinte 'e travail de bouclier soit facilité. Le problème précédent est rE i filon l'invention, en ce que la chambre d'air sous pression -.I en forme d'anneau ou de segment annulaire, sur la périphér.rn4rieure du bouclier. Avec cet arrangement de, la - - re d'air sous pression à la 1 5 périphérie intérieure du bouclier,:- vite la chambre double de grandes dimensions axiales résult autrement de l'arrangement d'une paroi immergée. La chambre: ir sous pression reliée de manière communicante à l'enceinte dv travail du bouclier recevant le liquide de soutènement est dis.- ee en présentant un faible encombrement à la périphérie intér re du bouclier cylindrique et s'étend, en direction périphé que, sur l'enveloppe, sans restreindre de manière désavantageuse l'enceinte intérieure. L'arrangement est de préférence tel que la chambre d'air sous pression entoure la tête de coupe de la machine de creusement, tournant autour de l'axe du bouclier. Dans une autre réalisation avantageuse de l'invention, la chambre d'air sous pression s'étend en forme d'anneau sur la périphérie intérieure du bouclier, jusqu'au dessous de l'axe, o elle est à cette occasion ouverte à ses extrémités inférieures, vers l'enceinte de déblaiement. Dans cet arrangement, la chambre d'air sous pression en forme d'anneau entoure en conséquence l'enceinte de travail du bouclier recevant la machine de creusement, à l'occasion de quoi, pour établir la liaison de communication elle est en liaison ouverte vers l'enceinte de déblaiement à ses deux extrémités placées au-dessous du centre du bouclier. Selon l'invention, un arrangement particulièrement avantageux consiste en ce que la section radiale de la chambre d'air sous pression se rétrécit vers l'extrémité avant du bouclier, de façon à ce que du côté du front de taille, la tête de coupe tournante puisse être réalisée avec un tel diamètre, que l'ensemble de la section de 1 5 bouclier balaie et découpe autant que possible avec un certain dépassement. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la chambre d'air sous pression est formée par l'enveloppe du bouclier, de section approximativement triangulaire ou trapézoïdale, constituant la trousse du bouclier. Dans ce cas, la section intérieure de l'enceinte de travail n'est pas rétrécie par l'arrangement de la chambre d'air sous pression, du fait que pour cela, l'espace mort existant de toute manière dans la trousse du bouclier peut être utilisé. La réalisation de l'enceinte d'air sous pression sous forme de 2 5 chambre en anneau, respectivement en segment annulaire présente de plus l'avantage de ce que dans ce cas on peut également utiliser sans problème des machines de creusement dont la tête de coupe tournante n'est par montée de manière centrale dans le bouclier, mais au contraire dans la zone périphérique et peut être entraînée par plusieurs moteurs d'entraînement décalés dans le sens périphérique, dont les pignons entraînés-viennent en prise dans la denture intérieure d'une couronne dentée disposée sur la tête de coupe. L'invention est expliquée ci- dessous en détail en rapport avec l'exemple de réalisation préféré montré- sur le dessin ci-joint, dans lequel: La Fig. 1 représente un bouclier de creusement selon l'invention dans la zone de son extrémité côté front de taille, en coupe verticale; la Fig. 2 représente le bouclier de creusement selon la Fig. 1 dans une vue prise du front de taille, en direction de la flèche II de la Fig. 1. Le bouclier de creusement 1 représenté dans le dessin présente une enveloppe 2 cylindrique et est pourvu à son extrémité côté front de taille d'une trousse 3. Dans l'exemple de réalisation représenté, le bouclier de creusement 1 est de manière connue réalisé en plusieurs parties. Il se compose de plusieurs sections, montées les unes derrière les autres dans le sens de l'avancement et se recouvrant avec leurs surfaces d'enveloppe cylindriques, sections dont seule est représentée sur la Fig. 1 la section avant 4 et une section 5 montée en aval. Des presses hydrauliques 6 sont situées entre les deux sections 4 et 5 pour réaliser un processus pousse-tubes de la section avant 4 avec la machine de creusement montée à l'intérieur. La section 5 qui suit et forme la butée pour les presses 6 peut être guidée en suivant la la section 4 s'avançant à l'aide de presses spéciales. S Les boucliers de creusement à une ou plusieurs parties sont connus et ne nécessitent de ce fait aucune explication supplémentaire. Ici, il est important que le bouclier de creusement 1, respectivement sa section avant 4, soit pourvu(e) d'une paroi transversale 7,8 étanche à la pression, isolant l'enceinte de travail 10 ouverte vers le front de taille 9, à l'extrémité côté front de taille du bouclier 1, par rapport au côté sous pression du bouclier. La paroi transversale 7,8 peut être réalisée en plusieurs parties. Dans l'exemple représenté, elle se compose de parties de paroi 7 en forme d'anneau rigidement reliées à l'enveloppe de 1 5 bouclier 2 cylindrique et d'une partie de paroi intérieure 8, obturant l'ouverture intérieure de cette partie de paroi en forme d'anneau, pouvant être disposée de manière démontable et/ou pouvant être pourvue d'un sas 11, de telle sorte que l'enceinte de travail soit accessible depuis l'enceinte intérieure du bouclier, par exemple pour exécuter des travaux d'entretien et de réparation sur la machine de creusement. La machine de creusement est également connue dans sa construction de principe. Elle se compose d'une tête de coupe 12, ou similaire, qui est munie d'outils de coupe, ici de trépan à galet 13, dont seuls quelques uns sont visibles à la Fig. 1, par raison de simplicité. La tête de coupe 12 est montée sur la paroi transversale 7,8, tournant autour de l'axe du bouclier. Elle présente une couronne dentée intérieure 15 à l'intérieur d'une enceinte 14 étanche située dans la paroi transversale, couronne 15 dans laquelle engrènent les pignons des moteurs d'entraînement 16, qui sont réalisés par exemple sous forme de moteurs hydrauliques et répartis sur la périphérie de la paroi transversale. Lors de l'utilisation du bouclier de creusement à front de taille 9 soutenu par liquide, l'ensemble de l'enceinte de travail 10 du bouclier est remplie de liquide de soutènement, se composant en général d'un liquide thixotrope, de préférence une suspension de bentonite. Le liquide de soutènement est introduit dans l'enceinte de travail 10 par une conduite d'alimentation (non représentée) située dans la paroi transversale 7,8 étanche à la pression, à l'occasion de quoi on remplace chaque fois la partie de liquide qui 1 5 est évacuée lors de l'évacuation du matériau de déblaiement. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'évacuation du matériau de déblaiement s'effectue par voie hydraulique, par une conduite d'évacuation 17 qui débouche dans l'enceinte de travail 10, dans la zone de radier, en 18. Il y a toutefois également possibilité d'extraire hors de l'enceinte de travail 10 le mélange de matériau de déblaiement et de liquide de sol à l'aide d'un autre moyen, par exemple d'une vis de transport, ou similaire. La trousse du bouclier 3 s'étend en forme d'anneau sur -la zone de faite et les deux zones latérales du bouclier s'étendent jusqu'à un point 3' (Fig.2) situé au-dessous de l'axe central du bouclier cylindrique 1. Sur cette zone périphérique, la trousse 3 est formée par une double paroi de l'enveloppe, de section approximativement en forme de triangle ou de trapèze, à l'occasion de quoi la paroi intérieure 19 est inclinée vers l'axe et fixée par son extrémité avant à l'extrémité de l'enveloppe qui forme le trousse et est fixée par soudure par son extrémité arrière à la partie de paroi 7 de la paroi transversale. De cette manière, on obtient à l'intérieur de la trousse 3 une chambre intérieure en forme d'anneau ou de segment annulaire, tournant sur la périphérie intérieure du bouclier, formant une chambre d'air sous pression 20 et placé à ses deux extrémités inférieures en 3', en liaison de communication avec l'enceinte de travail 10. La chambre d'air sous pression 20 entoure en conséquence l'enceinte de travail 10; elle est fermée à l'arrière par la partie de paroi 7 de la paroi transversale 7,8. La chambre d'air sous pression 20 est raccordée dans la zone 1 5 supérieure par une ou plusieurs conduites d'air sous pression 21 à une source d'air sous pression (Fig.2), de façon à ce que la pression dans la chambre d'air sous pression puisse être réglée. Le coussin d'air se trouvant dans la chambre d'air sous pression 20 agit sur la surface 22 du liquide de soutènement 23 montant par le bas dans la chambre d'air sous pression et veille, d'une manière connue, à un équilibrage de pression et à la compensation des variations de volume dans le liquide de soutènement. Du fait que la chambre d'air sous pression 20 ne s'étend que sur une périphérie partielle du bouclier et finit en 3' dans la zone inférieure du bouclier, selon la Fig. 1, la trousse 3,2 est réalisée dans la zone de radier comme un simple tranchant 3". Toutefois, il y a possibilité de réaliser la trousse 3 à double paroi sur l'ensemble de la périphérie intérieure du boucli r, à l'occasion de quoi la chambre en forme d'anneau 20 est reliée ie manière communicante dans la zone située au-dessous du centre du bouclier avec l'enceinte de travail 10 proprement-dite, par une ou plusieurs ouvertures qui peuvent se trouver sur la paroi de la -rousse 19. Toutefois, dans ce cas, le dispositif d'évacuation 17 d être déplacé, par rapport à l'arrangement de la Fig. 1. Le bouclier de creusement -.3c l'invention peut, comme mentionné, être subdivisé ou non dar sa direction longitudinale. Il est utilisé de préférence dans le cem-ent de tunnel et n'est pas seulement utilisé dans le-cas de 6::mEnt dans des sols désagrégés ou des roches désagrégées, maie u ontraire dans le cas de creusement dans une roche dure. Le ar-ils de coupe disposés sur la tête de coupe tournante sont à cet e. refroidis par le liquide de soutènement. REVENDICATIONS 1. Bouclier de creusement à front de taille soutenu par liquide, en particulier pour le percement de tunnels, avec une enceinte de travail recevant une machine de percement, isolée par rapport au côté sous pression du bouclier au moyen d'une paroi transversale, enceinte pourvue d'une alimentation en fluide de soutènement et d'un dispositif d'évacuation pour le matériau de déblaiement et située en liaison de communication avec une chambre d'air sous pression du bouclier, présentant une alimentation d'air sous pression destinée à obtenir un coussin d'air sous pression agissant sur le niveau du liquide de soutènement, caractérisé en ce que la chambre d'air sous pression (20) s'étend en forme d'anneau ou de segment annulaire, sur la périphérie intérieure du bouclier (1). 2. Bouclier de creusement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'air sous pression (20) entoure la tête de coupe (12) de la machine de percement tournant autour de l'axe du bouclier. 3. Bouclier de creusement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre d'air sous pression (20) s'étend jusqu'au dessous de l'axe du bouclier, en forme d'anneau sur la périphérie intérieure du bouclier et est également ouverte à ses deux extrémités inférieures (en 3') vers l'enceinte de travail (1.0). 4. Bouclier de creusement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dimension de la section radiale de la chambre d'air sous pression (20) rétrécit vers l'extrémité avant du bouclier. 5. Bouclier de creusement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre d'air sous pression (20) est formée au moyen de 'l'enveloppe du bouclier, formant la trousse du bouclier (3) et réalisée en forme de triangle ou de trapèze. 6. Bouclier de creusement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre d'air sous pression (20) est délimitée à l'arrière par la paroi transversale (7,8). 7. Bouclier de creusement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tête de coupe (12) est montée dans la paroi transversale (7,8) et est entraînée par plusieurs entraînements (16) disposés derrière la paroi transversale, répartis les uns à côté des autres sur la périphérie, entraînements dont les pignons sont en prise sur une couronne dentée (15) de la tête de coupe.