Brevet FR2651531A1 — publié le 19910308

Machine de percement à bouclier L'invention concerne un perfectionnement à une machine de percement à bouclier et se rapporte en particulier au soutènement du front de taille. On connaît une machine de percement à bouclier, dont la tête de forage ou couronne de coupe comporte un grand nombre de barres de coupe radiales, sur lesquelles sont disposées des dents de scarifiage et d'écroûtage. Dans cette tête de forage connue, les secteurs circulaires entre les barres de coupe sont dans une large mesure fermés pour le soutènement du front de taille, mais ils présentent des ouvertures par lesquelles les matériaux arrachés peuvent arriver dans l'espace situé derrière les barres de coupe, d'o ils sont évacués au moyen d'une vis sans fin s'avançant approximativement au centre de cet espace. Cet espace et sa paroi annulaire arrière font encore partie de la tête de forage rotative, de telle sorte que les matériaux tombés sous la vis sans fin arrivent dans l'auge de la vis sans fin par soulèvement. L'ensemble de la tête de forage est monté sur une paroi de pression dans le corps du bouclier sur lequel agissent les presses d'avance. Dans cette installation connue, les ouvertures doivent être ajustées dans les surfaces sectorielles entre les barres de coupe en fonction de la vitesse d'avancement ainsi que de la nature et de la quantité des matériaux arrachés. Cela est effectué à l'aide de cylindres hydrauliques qui sont montés sur le côté postérieur des surfaces. Ces cylindres sont toujours exposés aux matériaux qui pénètrent par les ouvertures dans la chambre de la tête de forage et qui, dans celle-ci, sont amenées, par suite de la rotation de la tête de forage, vers la vis sans fin. A cause de la poussière qui s'élève alors, mais aussi à cause de morceaux plus gros, de l'eau, de la boue ou de l'argile qui pénètrent, les cylindres peuvent aisément perdre leur capacité de fonctionnement, de telle sorte qu'un dosage des matériaux qui pénètrent, par modification des ouvertures, n'est plus possible. Dans EP-Al-0 299 952 est décrite une machine de percement à bouclier qui présente un axe central et, entre les outils de coupe et une structure porteuse constituant une paroi d'étanchéité, une cloche de pression mobile et orientable ayant approximativement la forme d'une écuelle. La cloche de pression est déplacée par des ensembles pistons-cylindres qui s'appuient sur la structure porteuse et qui sont reliés à des indicateurs de pression. La circonférence de la cloche comporte une arête coupante circulaire et mord en partie sur l'enveloppe du bouclier. L'arbre de commande des outils de coupe tourne dans un carter monté de fagon mobile et orientable dans la structure porteuse, et sur lequel la cloche est montée mobile de la même manière. La cloche est munie en dessous d'une ouverture en entonnoir pour un convoyeur d'évacuation des déblais. La cloche doit rendre étanche la chambre d'excavation qui est mise sous une pression élevée, et être pressée contre les matériaux dans cet espace. Différents points de cette proposition connue sont considérés comme désavantageux du moins pour certains buts de l'utilisation: - La force de coupe et le frottement à la circonférence de la cloche agissent de la même manière que les matériaux dans la chambre d'excavation sur les ensembles pistons-cylindres et les indicateurs de pression qui leur sont liés, de telle sorte qu'il n'est pas évident de savoir quelle pression agit effectivement sur les matériaux dans la section de la chambre d'excavation. - En outre, à cause de la force de coupe et du frottement périphérique, les ensembles pistons-cylindres doivent être plus largement dimensionnés que ce qui serait nécessaire pour seulement soutenir le front de taille. - Les déplacements longitudinaux, indépendants l'un de l'autre, des outils de taille et de la cloche de pression ne sont pas possibles de fagon non restreinte à cause de la configuration de la cloche de pression jouant le rôle d'une paroi de pression avec arête coupante, car l'avance influence en permanence un dosage présumé. - Une large fermeture des surfaces présumées libres entre les bras de la couronne de coupe n'est pas possible, car les pans obliques de la paroi de pression ne peuvent pas se placer contre les outils de taille verticaux. Par conséquent, entre autres, le dosage des matériaux à évacuer n'est possible que dans les limites restreintes. Dans ces conditions, la poussée et le déplacement de la couronne de coupe n'apparaissent significatifs que conjointement avec la cloche de pression et l'axe central, à l'aide de l'ensemble hydraulique, ce qui laisse supposer un écartement approximativement constant entre la couronne de coupe et la cloche de pression. - Le montage mobile de l'axe central est à considérer comme une solution onéreuse et susceptible d'entraîner des incidents. - La chambre d'excavation est certes accessible par l'intermédiaire d'un sas, mais une personne qui y effectue un changement d'outils de coupe n'est pas protégée contre les matériaux qui y pénètrent. Dans DE-PS 35 33 425 on décrit, dans le cas d'un bouclier hydraulique, que le volume de la cavité de la chambre d'excavation est variable en direction de la couronne de coupe. Pour ce faire, une paroi de séparation annulaire reliée à une arête coupante est mobile par rapport au corps du bouclier sur lequel elle s'appuie. Cette paroi de séparation constitue toutefois une cloison d'étanchéité séparant le tunnel de la chambre d'excavation remplie de liquide et régulant la pression d'eau qui y existe, de telle sorte que, par cette fonction, un dosage de déblais, non soumis à d'autres influences, n'est pas plus possible que dans EP-A1-0 299 952. L'invention a pour but de développer et d'améliorer une machine de percement à bouclier du type général ci-dessus décrit, de telle manière que soient possibles, indépendamment de l'avance d'une arête coupante, en particulier un soutènement du front de taille, réglable de manière plus précise, ainsi qu'un dosage réglable de manière plus précise de l'évacuation des déblais hors de la chambre d'excavation, sans que soient exposés aux déblais les éléments sensibles, tels que les cylindres hydrauliques. Un but de l'invention est aussi, plus particulièrement, de permettre un soutènement du front de taille et un dosage de l'évacuation des déblais correspondant à l'amélioration ci-dessus mentionnée, dans le cas d'un bouclier hydraulique, indépendamment de l'influence de l'eau dans la chambre d'excavation. En outre, l'invention a pour objet d'éviter tout risque physique au personnel lors du changement d'outils sur la couronne de coupe. Il est prévu, pour atteindre ce but, de placer une paroi de pression non rotative à réglage variable, entre la couronne de coupe rotative et la cloison étanche fixe. Cette paroi de pression peut être déplacée, à 4 2651531 l'aide de cylindres de pression disposés entre elle et la cloison étanche, en fonction des conditions de taille, depuis une position arrière jusqu'à la couronne de coupe. Par conditions de taille, il faut comprendre par exemple la nature et la quantité de déblais, la vitesse d'avance et la pression nécessaire sur le front de taille. Dans la zone inférieure de la paroi de pression est située une ouverture pour le convoyeur d'évacuation des déblais. Conformément à l'invention, une partie en entonnoir est prévue dans la paroi de pression sensiblement plane, ce qui permet une plus grande longueur de chargement du convoyeur ou bien un guidage du flux de matériaux transportés. La couronne de coupe elle-même ne se compose essentiellement que des barres de coupe, entre lesquelles les secteurs sont ouverts. Elle est entraînée par un arbre central qui est monté sur la cloison étanche et entouré d'un tube protecteur sur lequel la paroi de pression mobile s'applique de façon étanche. Cette étanchéité permet de maintenir les poussières et déblais dans une large mesure hors de l'espace formé entre la paroi de pression et la cloison étanche. Des ouvertures de montage, de préférence obturables, sont ménagées dans la paroi de pression, permettant d'effectuer les réparations sur les barres de coupe. En outre, il peut être prévu que la paroi de pression sous forme de plaque rigide à la flexion soit guidée sur des rails dans les zones du corps du bouclier, touchant la paroi du tunnel. Ces zones sont habituellement les zones latérales situées approximativement dans le plan médian entre le sol et le plafond. Dans un mode de réalisation préféré, un certain nombre de cylindres de pression sont disposés entre la cloison étanche et la paroi de pression, de préférence en trois groupes, chaque groupe opérant dans une zone de surface déterminée et les cylindres de pression d'un même groupe recevant en commun la pression. Par cette disposition, on peut réaliser par exemple l'inclinaison de la paroi de pression, pour obtenir une approche sûre du talus d'éboulement des déblais et en même temps une plus grande longueur de chargement du convoyeur continu situé au-dessous, qui peut être un convoyeur a raclettes ou une vis sans fin dans le cas d'un creusement de galeries à sec. Dans ce mode de creusement, la partie en entonnoir est conformément à l'invention conçue de telle manière que les déblais peuvent être évacués pratiquement au-dessus du rayon de coupe total. En outre, la partie en entonnoir est réalisée sous la forme d'un puits à section trapézoïdale, qui s'étend de la périphérie de la paroi de pression jusqu'aux environs du plan médian de l'arbre support de la couronne de coupe. Pour éviter toute pénétration de poussières et de déblais derrière la paroi de pression, lorsque celle-ci est en position inclinée, ladite paroi de pression peut être munie à sa périphérie d'un joint d'étanchéité approprié. Lors de l'utilisation d'un bouclier hydraulique, dans lequel l'espace entre une paroi plongeuse et la cloison étanche est en partie rempli d'eau et peut être mis sous une pression élevée, la partie en entonnoir de la paroi de pression est, conformément à l'invention, conçue de telle manière que la succion d'un convoyeur à aspiration peut être réglée. En outre, la partie en entonnoir est réalisée sous la forme d'un puits qui, lorsque la paroi de pression revient en arrière depuis la couronne de coupe, s'étend entièrement jusqu'au dessus de l'ouverture du convoyeur à aspiration. Dans cette position, la succion est limitée à un volume relativement faible, qui est lié au jet aspirant de manière certaine. Par contre, lorsque la paroi de pression est amenée contre la couronne de coupe, la succion se répartit sur un volume relativement élevé. L'ouverture du convoyeur à aspiration est avantageusement munie d'une coiffe en forme de grille afin de retenir les gros morceaux de matériau, qui pourraient provoquer une obstruction de l'ouverture d'aspiration. D'autres détails de la machine conforme à l'invention sont donnés dans les revendications et dans les exemples de réalisation représentés, de façon simplifiée, par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du bouclier de tête d'une machine de percement à bouclier, - la figure 2 est une vue, suivant II de la figure 1, de la couronne de coupe, - la figure 3 est une vue, suivant III - III de la figure 1, de la paroi de pression et, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du bouclier de tête d'une machine de percement à bouclier, dans le cas d'un bouclier hydraulique. 6 2651531 Le bouclier de tête 3 est poussé vers l'avant, dans la direction d'abattage, depuis le bouclier de queue 1, seulement indiqué sur la figure 1, à l'aide des presses de poussée 2, qui s'appuient par exemple sur le revêtement du tunnel 20. Le bouclier de tête 3 présente un corps de bouclier 4 qui est suffisamment renforcé à sa périphérie et dans la section transversale duquel s'étend une cloison étanche 5. A l'avant du bouclier de tête 3, se trouve la couronne de coupe 6 rotative, qui se compose de plusieurs barres de coupe 7 équipées de dents, le cas échéant sous des dispositions différentes (fig. 2). Les barres de coupe 7 peuvent être reliées à la périphérie par un anneau 8. Cet anneau 8 passe de préférence au moins en partie dans une saillie de l'enveloppe du corps du bouclier 4. La couronne de coupe 6 est pressée et déplacée avec le bouclier de tête 3 par les presses de poussée 2. Les secteurs de surface entre les barres de coupe 7 de la couronne de coupe 6 sont ouverts. Les matériaux arrachés tombent donc à travers ces surfaces et se rassemblent derrière la couronne de coupe. Au-dessous, les matériaux arrachés sont évacués, hors de l'espace 19 situé entre la couronne de coupe 6 et une paroi de pression 10, au moyen d'un convoyeur continu 9. En particulier dans le cas d'un terrain meuble, une plus grosse quantité de matériaux peut pénétrer brusquement dans les espaces intermédiaires entre les barres de coupe et des matériaux peuvent aussi se détacher à l'avant de la couronne de coupe au-delà du profil du percement à effectuer, là o il n'est pas nécessaire qu'ils soient abattus. C'est pourquoi, conformément à l'invention, la paroi de pression 10 mobile est installée entre la cloison étanche 5 et la couronne de coupe 6. Cette paroi 10 exerce une pression donnée sur les matériaux arrachés, qui se trouvent devant elle, le front de taille étant ainsi soutenu. En outre, elle dose la quantité des déblais situés devant elle pour leur évacuation hors de la chambre d'excavation 19 par le convoyeur continu 9. La position de la paroi de pression est réglable au moyen des cylindres de pression 11 et elle peut être adaptée à toutes les conditions de tailles possibles. Les cylindres de pression 11 sont de préférence répartis en trois groupes lla, llb, l1c, sur l'arrière de la paroi de pression 10 (fig. 3). Une inclinaison de la paroi de pression 10 est ainsi possible. Des ouvertures de montage 12 peuvent être prévus dans la paroi 10, permettant d'avoir accès à l'espace situé à l'avant de la paroi 10 et en particulier à la couronne de coupe 6. Les éléments de la couronne de coupe à traiter sont tournés pour arriver devant l'une des ouvertures de montage 12, afin que des travaux puissent être effectués sans danger, sous la protection de la paroi 10. La construction, conforme à l'invention, présente à ce sujet des avantages tout particuliers, en ce que les travaux de montage sont également possibles à proximité immédiate de la pointe de perçage 14, étant donné que la paroi de pression 10 est placée à proximité de la couronne de coupe 6, également dans cette zone. Au moins une ouverture d'accès, non représentée, est pratiquée dans la cloison étanche 5. La couronne de coupe 6 est montée sur un arbre central 13, qui ne peut ni pivoter ni se déplacer axialement, et elle est entraînée par celui- ci. L'extrémité avant de l'arbre 13 est réalisée sous la forme d'une pointe de perçage 14 avec dents de coupe. Entre la couronne de coupe 6 et le palier de l'arbre 13 dans la cloison étanche 5, un tube protecteur 21 est disposé dans la zone de la chambre d'excavation 19. La paroi de pression 10 s'applique si étroitement contre ce tube, éventuellement remplaçable, en étant de préférence munie d'un joint d'étanchéité élastique, que la pénétration de déblais derrière la paroi de pression est dans une large mesure rendue impossible. A l'extrémité arrière de l'arbre 13, se trouve l'entraînement de la couronne de coupe 6, par exemple sous la forme d'une roue dentée 15, qui est mise en rotation par un moteur d'entraînement 16 à engrenages. A la partie inférieure de la paroi de pression 10, est située une ouverture 17 pour le convoyeur continu 9. Etant donné que la paroi de pression 10 peut être déplacée jusqu'à la couronne de coupe 6, il est opportun de prévoir, au niveau de l'ouverture 17, un évasement en entonnoir 18, qui assure une longueur de chargement suffisante au convoyeur continu 9, même lorsque la paroi 10 est en position extrême. L'évasement en entonnoir 18 s'étend de la périphérie de la paroi de pression 10 sensiblement jusqu'au centre de celle-ci. Une grande longueur de chargement est également obtenue par ce moyen. En outre, grâce à cette configuration de l'évasement 18, les matériaux enlevés au centre de la couronne de coupe 6 ou qui apparaissent en cet endroit peuvent également tomber directement sur le convoyeur. On 8 2651531 évite ainsi une accumulation de matériaux dans la chambre d'excavation, le cas échéant, et le flux de déblais transportés est limité, par le guidage latéral dans l'évasement en entonnoir, sensiblement à la zone d'action du convoyeur continu. Le convoyeur 9 est conçu de telle manière qu'il peut évacuer les déblais, même si la pression des matériaux est élevée. Un convoyeur à raclettes est représenté sur le dessin en tant que convoyeur, mais celui-ci peut être aussi une vis sans fin. La figure 4 illustre un exemple de réalisation de la paroi de pression d'un bouclier hydraulique. Une paroi plongeuse 25 est disposée devant la cloison étanche 5, d'une manière connue. La paroi plongeuse 25 est reliée à la cloison étanche 5 par l'intermédiaire de pièces d'écartement 40 dans lesquelles sont logés les cylindres de poussée 11. La paroi de pression est placée entre la paroi plongeuse 25 et la couronne de coupe 6. La partie en entonnoir, ou l'évasement 28, est montée au niveau de l'ouverture 17 de la paroi de pression. Cet évasement a, par exemple, des parois latérales verticales, en forme de triangles sensiblement rectangles et isocèles, qui sont reliées en haut à une surface sensiblement carrée et horizontale. La partie 28 est dimentionnée de telle sorte qu'elle peut être poussée avec la paroi de pression 10 au- dessus d'une coiffe en forme de grille ou d'un râteau 30 et au-dessus de l'ouverture du convoyeur à aspiration 29. La succion, ou bien la zone d'aspiration du convoyeur à aspiration peut ainsi être réglée. Des conduites d'injection 41 sont amenées dans la pointe de perçage 14 à travers l'arbre 13, prévu creux. D'autres conduites d'injection 41 peuvent passer à travers la paroi de retenue 25 pour arriver devant la paroi de pression 10. Les autres fonctions de la paroi de pression restent les mêmes dans le cas d'un bouclier hydraulique. Ainsi, malgré le forage avec injection d'eau et en cas de venue d'eau souterraine, on peut réaliser un soutènement du front de taille et le réglage d'un écartement déterminé entre la couronne de coupe et la paroi de pression peut être choisi pour que soit limitée la quantité de matériaux arrachés solides ou de boue, qui pénètre par la couronne de coupe 6 dans la chambre d'excavation. En outre, dans le cas d'un bouclier hydraulique, des ouvertures de montages 12 (fig. 3) peuvent être également utilisées pour des travaux, 9 2651531 par exemple sur les barres de coupe 7, lorsque la paroi de pression 10 est repoussée tout contre la couronne de coupe 6. Etant donné que, dans la partie supérieure de l'espace situé entre la paroi d'étanchéité 5 et la paroi plongeuse 25, règne une pression d'air plus élevée, qui empêche la montée de l'eau dans la partie inférieure de cet espace jusqu'au palier de l'arbre 13, on utilise pour le passage à travers la cloison étanche 5 un sas non représenté et il est également prévu un passage, pouvant être fermé, dans la paroi plongeuse 25, pour pouvoir accéder à la partie supérieure de l'espace, également sous pression élevée, situé entre la paroi plongeuse 25 et la paroi de pression 10. REVENDICATIONS 1. Machine de percement à bouclier, comportant une couronne de coupe montée rotative sur le corps, destiné à être poussé vers l'avant, du bouclier de tête, ainsi qu'une cloison étanche rigide (5) disposée derrière la couronne de coupe et présentant une ouverture par laquelle le sol abattu est évacué de la chambre d'excavation (19) au moyen d'un dispositif transporteur, la couronne de coupe étant fixée à un arbre monté dans la cloison étanche, et une paroi de pression (10) réglant la pression du sol abattu dans la chambre d'excavation et mobile par rapport à la cloison étanche, dans la direction de l'axe du bouclier, cette paroi étant résistante à la torsion et rigide à la flexion et comportant dans la zone inférieure une ouverture avec un évasement en entonnoir pour un dispositif transporteur, l'arbre logé dans la cloison étanche étant entouré d'un carter contre lequel s'applique la paroi de pression, caractérisée en ce que la paroi de pression (10) constituée par une plaque sensiblement plane, est mobile également par rapport à la couronne de coupe (6) et à l'enveloppe du bouclier de tête (3), pour pouvoir modifier le volume de la chambre d'excavation (19) ainsi que pour augmenter la longueur de chargement du convoyeur (9), en ce qu'elle peut être poussée jusqu'à la couronne de coupe (6) et en ce que l'arbre (13) est entouré d'un tube protecteur (21) dans la zone de la chambre d'excavation (19), la paroi de pression (10) s'appliquant contre ce tube de manière mobile et étanche. 2. Machine de percement à bouclier selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au niveau de l'ouverture (17) pour un convoyeur continu (9) dans la paroi de pression (10), se trouve un évasement en entonnoir (18) qui, depuis la périphérie, parvient sensiblement jusqu'au centre de la paroi de pression (10) et s'étend, dans le sens du transport, au-dessus du convoyeur (9). 3. Machine de percement à bouclier selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une paroi plongeuse (25) est disposée entre la paroi de pression (10) et la cloison étanche (5) et un évasement en entonnoir (28) est situé à hauteur de l'ouverture pour le convoyeur à aspiration (29) d'un bouclier hydraulique, cet évasement s'étendant de la périphérie de la paroi de pression (10), à travers une découpe de la paroi plongeuse (25), au-dessus d'une coiffe en forme de grille (30) du convoyeur à aspiration, jusqu'à parvenir sensiblement au-dessus de la totalité de l'ouverture du convoyeur à aspiration (29). 4. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la paroi de pression (10) est conçue sous la forme d'une plaque en une seule pièce, rigide à la flexion, et est guidée sur des rails dans les zones du corps du bouclier (3), touchant la paroi du tunnel. 5. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi de pression (10) est inclinable à l'approche du talus d'éboulement des déblais pour augmenter la longueur de chargement du convoyeur (9). 6. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les cylindres de pression (11) sont disposés entre la cloison étanche (5) et la paroi de pression (10), de préférence en trois groupes (11a, b, c,), chacun dans une zone de surface respective, les cylindres de pression (11) d'un même groupe recevant en commun la pression. 7. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications i à 6, caractérisée en ce que la couronne de coupe (6) ne se compose pour l'essentiel que de barres de coupe (7) radiales entre lesquelles les secteurs de surface sont ouverts. 8. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que des ouvertures de montage (12) obturables sont ménagées dans la paroi de pression (10), par lesquelles est accessible la couronne de coupe (6) pour des réparations ou un remplacement des outils. 9. Machine de percement à bouclier selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que la cloison étanche (5) comporte un sas et en ce que la paroi plongeuse (25) est munie d'un passage obturable.