Brevet FR2642469A1 — publié le 19900803

PROCEDE DE SOUTENEMENT, PAR INJECTION DE BOUE, D'UN FRONT DE TAILLE D'UN TERRAIN, OUTIL ET BOUCLIER D'INJECTION EN FAISANT APPLICATION La présente invention concerne le domaine technique du soutènement d'un front d'avancement et de taille d'une galerie souterraine, telle qu'un tunnel, réalisée dans un terrain ébouleux, de nature et de granulométrie diverses, aquifère ou non. L'invention vise, plus précisément, le soutènement d'un front de taille et d'avancement, lors du creusement d'une galerie souterraine, par la méthode dite à bouclier pressurisé. Selon cette méthode, il est connu de déplacer en translation, à l'intérieur du terrain à creuser, une machine appelée tunnelier et comportant, notamment, un bouclier de soutènement placé en avant de la machine. D'une manière générale, le bouclier comporte une chambre d'abattage délimitée par le front du terrain taillé par un outil tournant, une virole externe et une cloison transversale étanche placée à distance de l'outil de taille. Dans une technique connue de soutènement, la chambre d'abattage est destinée à contenir de l'air comprimé assurant la stabilisation du front de taille. Les applications de cette technique du soutènement par air comprimé s'avèrent, en pratique, très limitées, dans la mesure o le terrain creusé doit être homogène et présenter une fine granulométrie. De plus, la mise en oeuvre de cette technique impose de laisser subsister une couverture de terrain au moins égale au diamètre du tunnel creusé. Une autre technique connue de soutènement consiste à injecter, dans la chambre d'abattage, une boue sous pression présentant des caractéristiques de stabilisation déterminées en relation avec le terrain rencontré lors du creusement. La boue, par exemple du type bentonitique, est destinée à revêtir le front de taille et à pénétrer le terrain correspondant sur une profondeur donnée pour constituer un cake de stabilisation du front de taille. Les déblais, qui se trouvent en suspension dans la boue à l'intérieur de la chambre d'abattage, sont évacués de cette dernière avec une partie de La boue, vers une station de traitement permettant de récupérer La boue et de l'injecter de nouveau dans la chambre d'abattage. Cette technique de soutènement par pression de boue présente un inconvénient majeur qui est celui d'imposer la mise en oeuvre d'rune stato- de traitement et, par suite, de canalisations d'amenée et de retour, nécessitant l'utilisation d'une importante quantité de boue qui est très onéreuse. Un autre inconvénient de cette technique réside dans le fait que la présence de la boue dans la chambre d'abattage ne permet pas d'examiner le front de taille de l'outil pendant l'abattage du terrain. La présente invention vise à remédier aux inconvénients énoncés c4-dessus er proposant un procédé de soutènement par injection de boue, Ad'u front de taille d'un terrain, permettant de limiter La consommation de boue, tout en assurant la formation correcte d'un cake de stabilisation du front de taiLle. L'invention vise aussi à proposer un procédé de soutenement offrant la possibilité d'examiner le front de taille pendant l'abattage du terrain par l'outil de taille. L'inventiar vise, également, à offrir un procédé de soutènement permettant de s'affranchir de la mise en oeuvre d'une station de traitement des déblais et de boue. Pour atteindre les buts ci-dessus, le procédé de soutènement, par injection de boue, d'un front de taille d'un terrain dans lequel est déplacé en translation un bouclier d'injection, du type comportant une chambre d'abattage délimitée par une virole externe, une cloison étanche et par le front du terrain taillé par un outil entraîné en rotation, est caractérisé en ce qu'il consiste: - à injecter de la boue en aval du front de taille dans le sens de progression du bouclier, en traversant l'outil de taille, pour former, au moins en relation de l'outil, un cake de préstabilisation du front de taille imprégné et revêtu de boue, - et à injecter de L'air comprimé dans La chambre d'abattage, de manière à maintenir, dans cette -dernière, une pression déterminée assurant la stabilité du front de taille. La présente invention vise, également, à proposer un outil de taille permettant de-mettre en oeuvre le procédé seLon l'invention et comportant: - un conduit d'amenée de boue prolongé par une buse - 10 comportant'au moins un orifice d'injection, - et au moins deux porte- outils montés de façon diamétralement opposée sur le conduit, entraînés en rotation et supportant au moins chacun un fer dont l'extrémité libre s'étend dans un plan de taille placé en retrait de l'orifice d'injection de boue. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe en élévation d'un bouclier d'injection en cours de creusement d'une galerie souterraine. La fig. 2 est une vue en perspective d'un outil de taille permettant de mettre en oeuvre le procédé de soutènement selon l'invention. La fig. 3 est une vue de face de l'outil de taille conforme à la fig. 2. La fig. 4 est une vue en coupe prise, sensiblement, selon les lignes IVIV de la fig. 3 et montrant le procédé de soutènement selon l'invention. La fig. 5 est une vue de dessus prise selon la ligne V de la fig. 4 et montrant un détail caractéristique de l'outil de taille. La fig. 6 est une vue de face d'une autre variante de réalisation d'un outil de taille. La fig. 7 est une vue en coupe prise sensiblement selon les lignes VII-VII de la fig. 6. La fig. 1 illustre un terrain 1 de nature et de granulométrie diverses, aquifère ou non, et dans lequel est déplacé, en translation dans le sens de la flèche a, une machine 2 appelée, genéralement, tunnelier et destinée à creuser une galerie souterraine, telle qu'un tunnel. De façon classique, le tunnelier 2 est équipé, à sa partie avant, d'un bouclier d'injection 4 comportant une chambre d'abattage 5 et, à sa partie arrière, d'appareils et de dispositifs, non représentés, mais connus en soi, assurant le fonctionnement du tunnelier. La chambre d'abattage 5 est délimitée par une viroLe externe 6, une cloison transversale étanche 7 située à distance de l'extrémité libre de la virole 6 et par le front T du terrain 1 Dlacé à l'intérieur de la virole et destiné à être abattu à l'aide d'un outil de taille 8. Dans l'exemple illustré, le bouclier d'injection 4 est du type à attaque ponctuelle, dans la mesure o la surface découverte par l'outil ne constitue qu'une faible portion du front de taille T. Dans cet exemple, l'outil de taille 8 est porté par un bras télescopique 9 entraîné en rotation et articulé sur une rotule 11 permettant à L'outil d'atteindre toute la surface du terrain placée en relation de la virole. Le procédé de soutènement selon l'invention consiste, à partir d'une canalisation 12 traversant le bras 9, à injecter, en aval ou en avant du front de taille T, selon le sens de progression a du bouclier et en traversant l'outil de taille 8, une boue présentant des caractéristiques déterminées de stabilisation du terrain rencontré. La boue, qui est représentée par les flèches f1 sur les fig. 1 et 4, pénètre à l'intérieur du terrain sur une profondeur déterminée et recouvre le front de taille sur une surface au moins égale à celle placée en relation de l'outil, de sorte qu'un cake C de préstabilisation du front de taille est formé, préalablement à l'attaque proprement dite de l'outil. Simultanément à l'injection de boue, de l'air comprimé, représenté par la flèche f2 sur la fig. 1, est introduit, par un tuyau d'injection 13, dans la chambre d'abattage 5, de manière à assurer la stabilité du front de taille T. L'air comprimé est OS partiellement retenu à l'intérieur de la chambre d'abattage, en ra sor de la présence du cake C qui limite la sortie de l'air à l'intérieur du terrain. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir la stabilisation d'un front de taille T par l'injection localisée de boue en relation et en aval de l'outil de taille 8. Le procédé de l'invention permet donc de réduire au minimum la consommation de boue stabilisatrice utilisée. De plus, la chambre d'abattage 5, qui contient de l'air comprimé, permet d'observer constamment le - front de taille T par des hublots 14 ménagés dans la cloison étanche 7. Par ailleurs, les déblais peuvent être évacués de la chambre d'abattage par tout moyen convenable mais, de préférence, mécanique, tel qu'une vis d'Archimède 15. Les fig. 2 à 5 illustrent, plus précisément, un outil de taille permettant de mettre en oeuvre le procédé de soutènement conforme à l'invention. L'outil de taille 8 comporte un conduit 16 d'amenée de boue destiné à être raccordé à la canalisation 12 traversant le bras 9. Le conduit 16 est prolongé par une buse d'injection 17 et comporte, par exemple, sur sa surface externe, une vis V d'évacuation des déblais. Avantageusement, la buse 17 est constituée par un tronc de cône et comporte au moins un trou d'injection 18 débouchant dans la petite base 171 du tronc de cône. De préférence, des trous d'injection 181 débouchent dans la surface latérale de la buse, de manière à assurer une injection suffisante de boue à l'intérieur du terrain pour constituer un cake de stabilisation adapté au terrain. Avantageusement encore, la buse d'injection 17 est pourvue, extérieurement, d'au moins deux dents héLicoldales 19 montées de façon diamétralement opposée et destinées à faciliter l'engagement de l'outil dans le terrain. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 3, chaque dent 19 s'étend, par exemple, à partir de la petite base 171, jusqu'à la grande base 172 du tronc de cône, selon une plage angulaire l sensiblement égale à 90 degrés. L'outil de taille 8 comporte, également, au moins deux porte-outils 20 fixes solidement, de façon diamétralement opposée, sur le conduit 16. Chaque porte-outil 20 est destiné a supporter, par tout organe de fixation approprie, tel que des vis 21, au moins un et, par exemple, trois fers 22. Selon l'invention, chaque fer 22 présente une extrémité libre 23 s'étendant dans un plan de taille P placé en retrait ou en amont par rapport aux orifices d'injection de boue 18, 181 (fig. 4). Dans l'exemple illustré d'un outil à attaque ponctuelle, chaque porteoutil 20 supporte, d'une part, deux fers 221 constitués par des dés et, d'autre part, un fer extérieur 222 formé par une dent Qui présente une surface extérieure 22'2 incurvée et tournée vers l'intérieur de l'outil pour faciliter l'engagement de ce dernier dans le terrain, quelle que soit l'inclinaison du bras porteur 9. Bien entendu, les fers 221, 222, qui sont ménagés dans l'exemple illustré dans une pièce unique, peuvent être constitués par des pièces indépendantes les unes des autres. Avantageusement, l'extrémité libre de chaque fer 221 est aménagée pour comporter une rainure 24 en "V" déterminant deux arêtes tranchantes 25. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 5, le profil des rainures s'étend dans un plan Q perpendiculaire au plan de rotation R de l'outil, de préférence à une mesure angulaire d près, décrit ci-après. Les fers 22 de l'outil sont décalés symétriquement, par rapport à un plan U perpendiculaire au plan R de rotation de l'outil, d'une mesure angulaire d comprise entre 20 et 40 degrés et, de préférence, égale à 30 degrés. Le décalage des fers permet d'obtenir une coupe nette du terrain et non un arrachement de ce dernier. Les fig. 6 et 7 illustrent une autre variante de réalisation d'un outil de taille 8 permettant de mettre en oeuvre un procédé préféré de soutènement. L'outil de taille 8 comporte des canaux 26 d'amenée de boue, débouchant sur L'extémité Libre 23 des fers 22, de manière à-injecter de la boue dans le terrain, au moins en relation avec les parties actives de l'outil. AdditionneLLement à la formation du cake dû à l'injection de boue dans la partie centrale de l'outil, par les orifices 18, 181, il peut être obtenu un surcake de statitisation du front de taille. Il est à noter que l'injection de boue dans la partie centrale de l'outil contribue, également, à la formation du surcake de stabilisation, par surgissement partiel de la boue sur le front de taille. De préférence, les canaux 26 débouchent dans le fond des rainures 24 qui, par leur forme en "V", permettent d'éviter l'obturation des canaux par des fragments de terrain. Dans l'exemple illustré, les canaux 26 communiquent avec le conduit principal 16 d'amenée de boue qui présente une section de passage réduite en relation avec le départ des canaux, de manière à favoriser l'amenée de la boue dans les canaux 26. La description qui précède de l'outil de taille concerne, principalement, un outil d'attaque ponctuelle du terrain. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser un plateau de taille assurant une attaque ponctuelle multiple et/ou une attaque pleine face du terrain, tout en permettant de mettre en oeuvre le procédé de soutènement selon l'invention. Selon cette variante, le plateau de taille comporte, d'une part, un nombre déterminé de buses d'injection en relation avec la taille du plateau et, d'autre part,. des fers judicieusement placés sur le plateau et dont leur extrémité libre s'étend en retrait des orifices d'injection des buses. De préférence, l'amenée de la boue à l'extrémité libre des fers peut être obtenue par la mise en oeuvre de tuyaux raccordés chacun à un canal ménagé dans un fer. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de soutènement, par injection de boue, d'un front de taille (T) d'un terrain (1) dans lequel est déplacé en translation un bouclier d'injection (4), du type comportant une chambre d'abattage (5) deélimitée par une virole externe (6), une clzisor étanche (7) et par le front (T) du terrain taillé par un cutil (8) entrain; en rotation, caractérisé en ce qu'il consiste: - à injecter de la boue en aval du front de taille (T) dans le sens de progression du bouclier, en traversant l'outil de taille (8), pour former, au moins en relation de l'outil, un cake (C) de oréstabilisation du front de taille imprégné et revêtu de boue, - et à injecter de l'air comprimé dans la chambre d'abattage (5), de manière à maintenir, dans cette dernière, une pression déterminée assurant la stabilité du front de taille. 2 - Procédé de soutènement selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'il consiste à injecter de la boue au moins dans la partie centrale de l'outil. 3 - Procéaé de soutènement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à conduire, au travers de l'outil de taille, de la boue qui est injectée en relation avec les fers (22) de l'outil réalisant le front de taille, de manière à former un surcake de stabilisation du front de taille. - 4 - Procédé de soutènement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à évacuer mécaniquement, de la chambre d'abattage, tes déblais du terrain abattus. 5 - Outil de taille pour la mise en oeuvre du procédé de soutènement selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte: - un conduit (16) d'amenée de boue prolongé par une buse (17) comportant au moins un orifice d'injection (18, 181), - et au moins deux porte-outils (20) montés de façon diamétralement opposée sur le conduit, entraînés en rotation et supportant au moins chacun un fer (22) dont l'extrémité libre (23) s'étend dans un plan de taille (P) placé en retrait de l'orifice d'injection de boue. 6 - Outil de taille selon la revendication 5, caractérisé en ce que la buse d'injection (17) est constituée par un tronc de cône. 7 - Outil de taille selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la buse d'injection (17) comporte un orifice d'injection (18) débouchant dans la petite base (171) du tronc de cène. 8 - Outil de taille selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la buse d'injection (17) comporte des orifices d'injection (181) débouchant sur la surface latérale du tronc de cône. 9 - Outil de taille selon l'une des revendications 5 à 8, caractrérisé en ce que la buse d'injection (17) est pourvue, extérieurement, d'au moins deux dents hélicoîdales (19) d'aide à la pénétration dans le terrain. - Outil de taille selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux dents hélico5dales (19) sont diamétralement opposées et s'étendent chacune à partir de la petite base (171) jusqu'à la grande base (172) du tronc de cône, selon une plage angulaire (l) sensiblement égale à 90 degrés. 11 - Outil de taille selon la revendication 5, caractérisé -en ce que l'extrémité libre (23) d'au moins un fer comporte une rainure (24) en "Y" orientée sensiblement selon un plan perpendiculaire au plan de rotation (R) de l'outil. 12 - Outil de taille selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en- ce qu'il comporte des canaux (26) d'amenée de boue débouchant à l'extrémité libre des fers (22). 13 - Outil de taille selon les revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les canaux (26) débouchent au fond des 1C rainures (24) des fers. 14 - Outil de taiLLe selon La revendication 5, caractérisé en ce que les fers (22) sont décaLés symétriquement par rapport à un plan (U) perpendiculaire au plan de rotation (R) de l'outil d'une mesure angulaire (d). - Plateau de taille, caractérsée en ce qu'il comporte au moins deux outils de taille conformes aux revendications 5 à 14, permettant d'assurer une attaque ponctuelle multiple et/ou une attaque pleine face du terrain. 16 - Bouclier d'injection, caractérisé en ce qu'il comporte un outil de taille selon l'une des revendications 5 à 14. 17 - Bouclier d'injection, caractérisé en ce qu'il comporte un plateau de taille selon la revendication 15. 2C