Brevet FR2623562A1 — publié le 19890526

Cadre de soutènement déPlovable et Procédé et aPPareil de mise en Place d'un tel cadre. La présente invention concerne les cadres de soutènement permettant de constituer, par juxtaposition de cadres1 un tunnel continu au fur et à mesure de l'avancement d'une galerie. I1 est souvent nécessaire de conforter les galeries de mine ou de travaux publics au fur et à mesure de leur avancement. Lorsque la tenue des terrains est mauvaise, la mise en place des soutènements classiques est délicate et coûteuse1 souvent même dangereuse pour le personnel. C'est le cas notamment en terrain fracturé où des blocs risquent de se détacher immédiatement après le marinage, et en terrain non cohérent, où il est nécessaire de conforter la roche aussi rapidement que possible. L'emploi d'éléments raccordables sur place implique la présence de personnel dans une zone non -protégée et l'utilisation de moyens -dle- manutention permettant d'ajuster la position relative des éléments en vue du raccordement, ce qui est peu désirable. L'invention vise notamment à fournir un cadre de soutènement constituant un module préfabriqué manipulable en bloc, regroupant tous les éléments nécessaires pour conforter un tronçon de galerie de longueur déterminée, susceptible d'être mis en place rapidement en assurant la sécurité du personnel ; elle vise également à procurer un procédé et un appareil de mise en place des cadres permettant un montage rapide et garantissant la sécurité du personnel. Pour cela l'invention propose notamment un cadre de soutènement déployable caractérisé en ce qu'il comprend au moins cinq éléments en béton armé solidaires et articulés les uns aux autres pour constituer un ensemble manipulable en bloc, dont l'un constitue voute et les autres constituent des côtés, en ce que lesdits éléments sont de longueur telle que le cadre replié a un encombrement transversal égal ou peu supérieur à celui de la voute et en ce que les éléments sont munis de moyens permettant une liaison mutuelle des éléments interdisant le repliement sous les charges subies en service. Le terme "béton armé" utilisé ci-dessus doit etre inteprété de façon large. Si en effet les éléments sont en général constitués en béton armé classique associant des armatures métalliques à un liant hydraulique et à des agrégats, il reste possible dans certains cas d'utiliser des matières différentes et notamment des matières thermo-durcissables contenant des charges de renforcement fibreuses, le coût plus élevé de ces matériaux pouvant être justifié pour des applications particulières. Dans le cas où les éléments sont en béton armé, les éléments peuvent être articulés les uns aux autres par des charnières constituées par des boucles terminales des armatures, faisant saillie horswdW héton, et des tiges traversant les boucles appartenant à deux éléments coopérants. I1 faut remarquer au passage que, si ces tiges sont soumises au poids des éléments qui y sont suspendus lors du montage, les efforts de poussée de terrain sont transmis par appui direct des éléments les uns sur les autres lorsque le cadre est en place. Les surfaces d'appui auront une orientation choisie pour que les efforts de poussée soient transmis essentiellement par compression. Pour les formes courantes de galerie, une constitution de cadre en cinq éléments constituera en général le meilleur compromis entre d'une part la recherche d'un encombrement minimal dans le sens transversal, facilitant le passage à travers le cadre déjà en place et les manoeuvres, d'autre part la simplicité de fabrication et la résistance mécanique. Dans ce cas de cinq éléments, le cadre peut être constitué d'une voute, de pieds-droits verticaux et d'épaulements constituant la transition entre la voute qui représente une fraction seulement de la largeur totale du cadre (souvent entre 55 et 70 ç) et les pieds-droits. Les éléments destinés à prendre appui sur le fond de la galerie sont avantageusement munis de moyens de longueur réglable permettant de mettre le cadre d'aplomb. On peut notamment utiliser quatre pieds constitués par des vérins à sable et terminés par des platines d'appui au sol. L'invention propose également un procédé de mise en place d'un cadre du genre décrit ci-dessus, suivant lequel on amène le cadre replié à l'emplacement longitudinal définitif en le soutenant à l'aide d'un érecteur introduit sous la voute1 on soulève la voute en laissant les éléments inférieurs prendre appui sur le sol de façon que le déploiement s'effectue par gravité jusqu'à ce que la voute ait atteint son emplacement définitif, et on complète le déploiement des éIémep;tS. en exerçant un effort d'écartement sur eux avant d'immobiliser les éléments les uns par rapport aux autres. L'invention propose enfin un appareil de mise en place d'un cadre tel que défini ci-dessus, destiné à être monté sur un transporteur. Cet appareil est fixé sur des moyens de levage dont est équipé le transporteur et il comporte un érecteur ayant un longeron longitudinal en porte-à-faux par rapport au véhicule et insérable sous la voute et deux peignes tournant sur le longeron autour d'axes longitudinaux parallèles ayant un écartement inférieur à la largeur de la voute, munis de moyens moteurs permettant de les déplacer indépendamment depuis une position de repos où ils permettent à l'érecteur de s'engager dans le cadre plié, dans l'espace limité par la voute et les côtés repliés, et une position d'ouverture où ils- imposent à l'ensemble des éléments de prendre leur position de déploiement complet. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 montre un cadre suivant l'invention, en coupe suivant un plan vertical médian - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est un schéma, similaire à une fraction de la figure 1, montrant une répartition possible du ferraillage dans l'un des épaulements - la figure 4 est un schéma de principe montrant un cadre en sept éléments, constituant une variante de celui de la figure i - la figure 5 est schéma montrant un appareil de levage suivant l'invention, monté sur un engin de transport, en élévation - la figure 6 est une vue de faocW,de l'appareil de la figure 5 - la figure 7 est une vue de détail à grande échelle montrant l'articulation et les moyens d'entrainement des peignes de l'appareil des figures 5 et 6, en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 8 - la figure 8 est une vue de détail en coupe longitudinale de l'appareil de mise en place soutenant la voute - la figure 9 est une vue en perpective montrant les peignes de l'appareil des figures 7 et 8 en cours de déplacement. Le cadre en place sur les figures 1 et 2 peut être regardé comme constitué d'une voute 10 en forme de dièdre très obtus, de deux épaulements 12 en forme de coude et de deux pieds-droits 14. La voute 10 a une largeur peu supérieure à la moitié de la largeur totale de la galerie. Deux faces d'appui 16 dont l'inclinaison constitue un compromis entre- la recherche d'un angle aussi faible que possible entre les forces à transférer et la perpendiculaire à la surface et la nécessité d'éviter des parties terminales en biseau trop aigu prennent appui sur des épaulements 12. Un angle d'environ 45 sera fréquemment satisfaisant. Les surfaces d'appui des charnières seront en matériaux de répartition des efforts. Les épaulements 12 sont reliés à la voute par une articulation située côté intrados. Des embrèvements peuvent être prévus pour laisser la place à des charnières d'articulation. Lorsque les éléments constitutifs du cadre sont en béton armé, ce qui sera le cas le plus fréquent, une solution simple pour constituer les charnières consiste à prévoir un armement comportant, sur quelques dizaines de centimètres de chaque côté des articulations, des rangées d'épingles régulièrement réparties. Ces épingles 18 sont solidaires du ferraillage de la pièce (treillis métallique). Les ép+'ngles 18 sont placées dans le béton aux emplacements susceptibles d'être mis en traction, par exemple suivant la disposition montrée en figure 3.On utilisera en général un béton à dosage élevé en ciment (par exemple 400 kg/m3 environ) et un ferraillage important (d'environ 170 kg/m3 en général). L'axe d'articulation peut alors être matérialisé par une tige 20 enfilée dans les boucles. La face inférieure de chaque épaulement 12, prévue pour reposer à plat et horizontalement sur le pieddroit correspondant 14, est munie d'une charnière de même constitution que la charnière de raccordement avec la voute. Des moyens de raccordement entre cadres successifs peuvent être constitués par deux brides latérales 22 constituées de surépaisseurs de béton, percées de trous de passage 24. Du fait que les tolérances d'alignement doivent être larges, les trous 24 dans les épaulements doivent être ovalisés. Dans le mode de réalisation montré en figures 1 et 2 ils sont ovalisés trans versalement dans l'une des brides, verticalement dans l'autre bride. Les trous 24 ovalisés dans le sens horizontal sont en nombre suffisant pour permettre de fixer deux cadres successifs dans des positions décalées verticalement l'une de l'autre, par exemple dans le cas de galerie en pente. Chaque pied-droit 14 est constitué par un panneau vertical muni à sa partie inférieure de deux pieds 26 de hauteur ajustable. Ces pieds peuvent constituer les pistons de vérins à sable de type connu, dont la chambre est définie par une chemise bloquée dans le béton. Une fois que du sable a été déversé dans la chambre du vérin, au dessus du pied formant piston, par un tube de remplissage 28, le pied se trouve immobilisé. Eventuellement ce sable peut etre remplacé par du ciment: Pour mieux répartir les efforts au sol, chaque pied pourra etre muni d'une platine d'appui 30. En prévoyant quatre pieds 26 sur chaque cadre, il est possible de compenser les irrégularstés du sol et de maintenir l'aplomb des cadres et d'assurer une bonne liaison entre eux. Comme les épaulements 12, les pieds-droits 14 sont munis de brides 22 d'assemblage de cadres adjacents. Des moyens sont prévus pour bloquer l'un sur l'autre chaque épaulement 12 et le pied-droit 14 correspondant dans leur position définitive. Dans le mode de réalisation montré en figures 1 et 2, ces moyens sont constitués par des rebords horizontaux 31 ménagées dans les parties terminales en regard du pied droit 14 et de l'épaulement 12, percés de trous de passage de vis de blocage 33. Il sera souvent utile de prévoir, à travers le cadre, des trous et/ou des tubes d'injection de béton de remplissage et/ou de passage de boulons d'ancrage dans la paroi, surtout dans le cas où la galerie a une section irrégulière et/ou le terrain est peu cohérent. La longueur des différents éléments constituant le cadre est choisie de façon telle que le cadre replié, c'est-à-dire dans la disposition montrée en traits mixtes sur la figure 1, ait un encombrement transversal qui ne dépasse pas notablement celui de la voute. Sur la figure 1, le pied-droit de gauche est replié complète ment contre l'épaulement correspondant et l'ensemble ramené vers l'intérieur en ne laissant libre que le passage destiné à l'érecteur d'un appareil de mise en place qui sera décrit plus loin. Le second épaulement prend appui à plat sur le pied-droit déjà replié. Une cale 32 placée entre le dernier pied-droit et l'épaule- ment correspondant a une hauteur telle que, lorsque le cadre replié est posé sur un sol horizontal, le plan médian de la voute 10 est vertical.L'ensemble replié constitue ainsi un colis, qui peut etre manipulé en bloc s'il est sanglé. Le sanglage peut être XrEalisé à l'aide de tirants reliant la voute à l'extrémité du pied-droit portant sur la cale 32. A titre d'exemple numérique, on peut indiquer qu'un cadre ayant une hauteur de 5,20 m (à laquelle s'ajoute éventuellement la hauteur des pieds) et une largeur de 5 m peut être subdivisé de façon à constituer un colis plié de 2,65 x 3,10 m laissant subsister, sous la voute de 3 m de large, un passage de dimensions suffisantes pour y glisser l'érecteur. La subdivision en cinq éléments montrée en figures 1 et 2 n'est pas la seule possible. Un plus grand nombre d'éléments peut être adopté, surtout dans le cas de galeries de grande hauteur. On peut par exemple subdiviser le cadre en sept éléments, comme cela est montré schématiquement en figure 4. Par contre, il sera généralement peu avantageux d'utiliser moins de cinq éléments : pour réaliser un cadre en quatre éléments il faudrait soit couper la voute en son milieu, ce qui est peu favorable, soit adopter une répartition dissymétrique avec avec trois éléments il serait difficile de réaliser un colis pouvant passer à travers des cadres déjà en place. On décrira maintenant, en faisant référence aux figures 5 à 8, une constitution possible d'un appareil 42 de mise en place d'un cadre de soutènement. L'appareil est destiné à être monté sur un engin de transport 34 à roues ou à chenille, muni d'un élévateur placé en porte-à-faux à l'avant ou l'arrière. L'engin peut être d'un des nombreux types classiquement utilisés pour le travail en galerie. La figure 5 montre, respectivement en traits pleins et en tirets, la position basse et la position haute d'un élévateur de type classique. Cet élévateur comporte'un un quadrilatère défor- mable ayant une poutre verticale 36, un ou plusieurs vérins de levage 38 et un col de cygne 40. L'appareil peut être regardé tomme constitué d'un tablier 36 destiné à être relié par des articulations au col de cygne 40 et au vérin et d'un érecteur 44 fixé au tablier. Cette constitution permet de maintenir le tablier 36 dans une orientation pratiquement invariable, proche de la verticale, lors du levage, l'érecteur étant en porte-à-faux de façon à ne pas se trouver au dessus de l'engin. L'érecteur 44 comporte une charpente présentant un dièdre vers le haut, destiné à soutenir la voute 10. Un vérin 46 longitudinal d'appui sur un flasque 48 permet de bloquer longitudinalement le cadre sur l'érecteur. Dans des paliers portés par la charpente de l'érecteur et par le tablier 36 tournent deux arbres longitudinaux parallèles 50, disposés symétriquement par rapport au plan médian de l'érecteur. Chacun de ces arbres porte un peigne constitué de plusieurs bras 52 (sept par exemple) fixés à l'arbre. Les bras 52 d'un peigne sont décalés longitudinalement par rapport aux bras de l'autre, de façon que les deux peignes puissent s'imbriquer l'un dans l'autre et venir dans la position relative ou ils sont représentés sur la figure 7. Chaque peigne est muni d'un moteur d'entraînement propre constitué1 dans le cas illustré en figures 7 et 8, par un vérin hydraulique 54 dont le cylindre est fixé sur le tablier 36 par une broche 56 et dont le piston est muni d'une crémaillère 58 engrenant un pignon 60 calé sur l'arbre 50 correspondant. Les bras des peignes ont une longueur et une forme telles qu'ils puissent prendre appui contre les épaulements et exercer sur eux un effort tendant à les écarter du plan médian. Le procédé de mise en d'un cadre à laide de l'appareil qui vient d'être décrit peut être le suivant. L'engin de transport équipé de l'érecteur en position basse est avancé jusqu'à ce que l'érecteur 42 soit complètement engagé sous la voute-10 du cadre. Celui-ci peut être stocké posé au sol, muni de tirants ou sangles 62 interdisant sont déploiement (figure 6). L'élévateur de l'engin est actionné pour dégager le cadre du sol (figures 5 et 6). Puis l'engin amène le cadre à son emplacement longitudinal définitif, éventuellement en traversant une galerie déjà équipée de cadres identiques. Le cadre plié est mis au sol, les sangles 62 sont enlevées et l'élévateur est de nouveau actionné pour lever la voute jusqu'à la position montrée en tirets sur les figures 5 et 6. Pendant la levée de la voute, les forces de gravité provoquent le déploiement progressif du cadre. Lorsque la voute se rapproche de sa positi,on définitive, les vérins 54 sont alimentés et déploient les bras 52 (figure 9). La force exercée par les bras achève d'écarter les épaulements 12 et les met en appui contre la voute par leurs surfaces de butée relatives. La position définitive de la voute peut être ajustée à l'aide de l'élévateur. Les peignes 52 permettent d'ajuster la verticalité des côtés du cadre. Jusqu'à ce moment, toutes les manoeuvres sont effectuées par du personnel resté à l'abri sous les cadres déjà en place, donc ne pouvant être blessé par des blocs se détachant de la paroi ou du front de taille. Les pieds 26 sont alors descendus jusqu'au sol, puis les vérins remplis de sable ou de béton. Les vis et boulons de solidarisation du cadre avec ceux déjà en place et des éléments du câble entre eux sont insérés et bloqués. Eventuellement, les parties métalliques sont revêtues de peinture anti-corrosion. L'élévateur est alors descendu et l'engin est Otêtre reculé pour dégager' la galerie et permettre l'avancée de l'engin de forage. Chacun des cadres peut être muni de rails (non représentés) de circulation d'une visièlPI-c protection, amenée en avant du dernier cadre en place lors du forage des trous de mine. Cette visière peut être suffisamment robuste pour protéger les ouvriers contre la chute de blocs se détachant de la voute de la galerie. Une fois le forage effectué, l'engin est retiré. La visière est reculée. Puis le tir et le marinage peuvent s'accomplir de façon classique. Dans la pratique, des considérations de poids conduiront à limiter la longueur des cadres à 3 m environ. Mais souvent on aura intérêt à utiliser des cadres plus courts, ayant une longueur correspondant à l'avancée pour chaque tir, c' est-à-dire à environ 1,50 m en terrain difficile. L'invention est applicable dans des conditions très variées. Elle peut être mise en oeuvre pour creuser des galeries minières dans un terrain encaissant très difficile où le soutènement doit encaisser des poussées importantes et éventuellement des percussions-en cas de formation de cavité, aussi bien que pour réaliser une descenderie artificielle au travers d'un remblayage de mine à ciel ouvert ou pour conforter légèrement des galeries en terrain moins difficile (les cadres étant alors légers). Les cadres suivant l'invention permettent également toutes les opérations complémentaires de confortage ou de finissage quelquefois nécessaires ou utiles, par exemple l'injection de béton ou le revetement du sol par une chape, qui peut éventuellement etre relevé sur les bords pour noyer les pieds. REVENDICATIONS 1. Cadre de soutènement déployable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins cinq éléments (10,12,14) en béton armé solidaires et articulés les uns aux autres pour constituer un ensemble manipulable en bloc, dont l'un (10) constitue voute et les autres constituent des côtés, en ce que lesdits éléments sont de longueur telle que le cadre replié a un encombrement transversal égal ou peu supérieur à celui de la voute et en ce que les éléments sont munis de moyens permettant une liaison mutuelle de ces éléments interdisant le repliement sous les charges subies en service. 2. Cadre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont articulés les uns aux autres par des charnières constituées par des boucles terminales des armatures, faisant saillie hors du béton, et des tiges (20) traversant les boucles appartenant à deux éléments coopérants. 3. Cadre selon la revendication"l'u 2, caractérisé en ce que les éléments comportent des surfaces d'appui mutuelles dont l'orientation est choisie pour que les efforts de poussée et de gravité soient transmis essentiellement par compression. 4. Cadre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent des trous ménagés dans des renflements internes (33) en regard des zones d'appui relatif des éléments constitutifs des côtés. 5. Cadre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les côtés sont munis de pieds (26) de hauteur réglable, avantageusement constitués par des vérins à sable. 6. Cadre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments (10,12,14) comportent des brides latérales (22) percées de trous ovalisés destinés à des boulons de solidarisation de cadres successifs. 7. Cadre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque côté comporte un pied-droit (14) et un épaulement présentant une surface horizontale d'appui sur le pied-droit et une surface à environ 45 sur l'horizontale d'appui de la voute (10). 8. Cadre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la voute porte des tronçons de rails de circulation d'une visière de protection jusqu'à une position en porte-à-faux à l'avant du cadre. 9. Procédé de mise en place d'un cadre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que on on'amène le cadre replié à l'emplacement longitudinal définitif en le soutenant à l'aide d'un érecteur introduit sous la voute (10) ; on soulève la voute en laissant les éléments iné'zieurs (12,14) prendre appui sur le sol de façon que le déploiement s'effectue par gravité, jusqu'à ce que la voute ait atteint son emplacement définitif ; et on complète le déploiement des éléments en exerçant un effort d'écartement sur eux ; et on.immobilise les éléments les uns par rapport aux autres. 10. Appareil de mise en place d'un cadre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, destiné à etre fixé sur des moyens de levage équipant un véhicule transporteur, caractérisé en ce qu'il comporte un érecteur longitudinal ' en porte-à-faux par rapport au véhicule et insérable sous la voute (10) et deux peignes tournant sur l'érecteur autour d'axes longitudinaux parallèles ayant un écartement inférieur à la largeur de la voute, munis de moyens moteurs permettant de les déplacer indépendamment depuis une position de repos où ils permettent à l'érecteur de s'engager dans le cadre, dans l'espace limité par la voute (10) et les côtés (12,14) repliés, et une position d'ouverture où ils déploient complètement l'ensemble des éléments du cadre.