Brevet FR2660336A1 — publié le 19911004

La présente invention concerne d'une manière générale un dispositif de creusement du type taupe conçu pour le forage d'un tunnel de petit diamètre destiné à recevoir divers conduits ou tuyaux souterrains tels qu'une canalisation d'eau, une canalisation de tout-à-l'égout, un câble électrique, un tuyau de gaz, des moyens de communications etc. Cette invention est plus particulièrement relative à un dispositif de creusement du type taupe capable de forer un tunnel de petit diamètre et de se déplacer vers l'avant, à travers le tunnel foré, non seulement suivant une ligne droite, sur une longue distance, et qui est adapté pour travailler dans des terrains différents. De nombreux dispositifs de creusement du type taupe conventionnels, de petit diamètre, ont utilisé un système à laser ou un système à théodolite si bien qu'ils ne peuvent pas donner une information précise sur la position et la direction de la tête de forage. Par conséquent il a été difficile d'utiliser de tels dispositifs conventionnels pour effectuer un creusement et un déplacement vers l'avant suivant une ligne courbe et sur une longue distance. D'autres dispositifs conventionnels ont évacué la terre et le sable abattus, au moyen d'air comprimé ou d'une manière similaire, à travers un orifice d'évacuation proche du dispositif de creusement.Ces dispositifs ne peuvent pas évacuer totalement la terre et le sable abattus lorsque la distance de creusement est longue et ils ne peuvent pas être utilisés dans le cas de terrains dégradables tels que terre mélangée de gravier, sol sableux et terrains similaires. Compte tenu de ces problèmes le but principal de la présente invention est de fournir un dispositif de creusement du type taupe amélioré de petit diamètre, qui est adapté au forage d'un tunnel de petit diamètre et au déplacement vers l'avant à travers le tunnel foré, qui n'est pas limité au forage en ligne droite, qui permet un forage sur une longue distance et qui convient pour des terrains différents. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif de creusement du type taupe amélioré de petit diamètre qui peut évacuer régulièrement la terre abattue à l'extérieur du tunnel fore. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif de creusement du type taupe de petit diamètre comprenant un moyen de creusement capable de tourner avec un couple élevé, un moyen d'évacuation de la terre abattue pour former une boue avec la terre abattue et pour évacuer la terre boueuse au moyen d'air comprimé, une unité d'entraînement pour déplacer le moyen de creusement vers l'avant ou vers l'arrière, un moyen de détection de position pour détecter la position verticale, la position horizontale et l'angle de la direction du creusement du moyen de creusement, et une unité de correction de direction pour corriger la direction de creusement du moyen de creusement. Le moyen de creusement comporte en outre un moyen d'ajustement du diamètre de creusement afin de l'adapter aux différentes dimensions du conduit devant être formé. Avec la structure décrite ci-dessus, la position de la tête du dispositif de creusement peut être détectée exactement par le moyen de détection de position si bien que la direction du mouvement vers l'avant du dispositif de creusement peut être contrôlée correctement et rapidement afin de déplacer le dispositif de creusement sur une longue distance, sans être limité à un parcours en ligne droite. Ce dispositif de creusement peut évacuer régulièrement la terre abattue à partir de la tête de creusement, à l'extérieur du tunnel foré, par l'intermédiaire du moyen d'évacuation de la terre abattue. En outre le dispositif de creusement peut être utilisé pour forer des tunnels de dimensions différentes sans avoir à changer sa tête de creusement. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe verticale schématique représentant la totalité de la structure d'une forme d'exécution préférée du dispositif de creusement du type taupe suivant la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe verticale schématique montrant la structure du corps principal de creusement du dispositif de creusement représenté sur la figure 1, afin d'expliquer le fonctionnement du dispositif d'évacuation de la terre abattue. La figure 3 est une vue en coupe verticale schématique montrant un exemple préféré d'un dispositif de commande pour détecter la position horizontale, la position verticale et l'angle de la direction de creusement du corps principal de creusement du dispositif de creusement représenté sur la figure 1. On décrira maintenant une forme d'exécution préférée de la présente invention en se référant au dessin annexé. La figure 1 représente un dispositif de creusement du type taupe suivant la présente invention, en position de travail. Sur cette figure un corps principal de creusement 8 et un tuyau de liaison 13 sont disposés sous terre, par l'intermédiaire d'un puits 18. En outre une unité fixe 14 est placée dans le puits 18 afin de supporter un vérin d'entraînement 17 relié à l'extrémité postérieure du tuyau de liaison 13. Le vérin d'entraînement 17 est alimenté en énergie à partir d'une unité d'alimentation 19 placée sur la surface du sol si bien que le vérin d'entraînement 17 peut entraîner le corps principal de creusement 8 vers l'avant (c'est-à-dire vers la gauche sur la figure 1). Le corps principal de creusement 8 comprend une section de creusement A, une section B d'évacuation de la terre abattue et une section de commande C. D'une manière détaillée la section de creusement A comporte une tête de coupe 6 dont le diamètre externe peut être ajusté de 350 millimètres à 450 millimètres, une unité d'entraînement 7 pour entraîner la tête de coupe 6, et une unité 5 d'ajustement de la direction pour ajuster la direction du creusement. L'unité 5 d'ajustement de la direction est composée d'au moins trois vérins qui peuvent être commandés indépendamment les uns des autres et électriquement. La section B d'évacuation de la terre abattue est représentée sur la figure 2. Cette section comporte un orifice d'injection 30 formé dans la tête du corps principal de creusement 8, en vue de l'injection d'une matière formant une boue, telle que de l'eau, dans la direction du creusement, un premier tube 22 branché entre l'orifice d'injection 30 et une pompe 15 d'alimentation de la matière formant la boue, cette pompe étant placée à l'extérieur du dispositif de creusement, afin d'alimenter la matière formant la boue à partir de la pompe 15 vers l'orifice d'injection 30, un orifice 10 d'entrée de boue formé dans la partie inférieure du corps principal 81 un organe 24 d'évacuation de la boue relié à l'orifice 10 d'entrée de la boue, un compresseur 9 pour fournir de l'air comprimé à l'organe 24 d'évacuation de la boue, un second tube 24 branché entre l'organe 24 d'évacuation de la boue et un bassin de boue, non représenté sur le dessin, placé sur le sol, et un détecteur de pression de boue 23 afin de détecter la pression de la boue devant être évacuée. Le détecteur de pression de boue 23 est relié électriquement à un pupitre de commande 16 représenté sur la figure 3. La section de commande C comprend trois détecteurs pour détecter la position verticale, la position horizontale et l'angle de la direction de creusement du corps principal de creusement 8. En premier lieu, comme il est représenté sur la figure 3, un capteur de pression 11 est disposé dans le corps principal de creusement 8 et il communique, par l'intermédiaire d'un conduit d'huile 29, avec un réservoir d'huile de silicone 27 et le pupitre de commande 16. Le réservoir d'huile de silicone 27 et le pupitre de commande 16 sont placés sur la surface du sol. La combinaison du capteur de pression 11, du réservoir d'huile de silicone 27 et d'un capteur de pression de référence 28 agit en tant que détecteur de position verticale afin de détecter la position verticale du corps principal de creusement 8. Plus particulièrement la position verticale du corps principal de creusement 8 correspond à la différence entre les niveaux de pression d'huile indiqués par le capteur de pression de référence 28 et le capteur de pression 11. En second lieu le corps principal de creusement 8 comporte un émetteur 1 produisant un signal électromagnétique 2. Ce signal 2 est reçu par un récepteur 3 composé d'une bobine réceptrice droite 3R et d'une bobine réceptrice gauche 3L. Ce récepteur 3 est connecté électriquement à un détecteur de position horizontale 4. Ce détecteur de position horizontale 4 est également connecté électriquement au pupitre de commande 16, afin d'afficher l'information visuelle représentant la position horizontale effective du corps principal de creusement 8. Le troisième détecteur du corps principal de creusement 8 est un détecteur d'angle de direction de creusement 12 qui détecte l'angle de la direction de creusement du corps principal de creusement 8 et qui est connecté électriquement, à cet effet, au pupitre de commande 16, afin d'afficher l'information visuelle représentant l'angle effectif de la direction du corps principal de creusement 8. Le pupitre de commande 16 est également connecté électriquement à l'unité 5 d'ajustement de la direction afin de lui transmettre un signal d'ordre- pour ajuster la direction de creusement de la tête de coupe 6. On décrira maintenant le fonctionnement du dispositif de creusement constitué ainsi qu'il a été exposé ci-dessus. En premier lieu le corps principal de creusement 8 et l'unité fixe 14 sont placés dans le puits 18. Le vérin d'entraînement 17 est actionné par l'énergie fournie à partir de l'unité d'alimentation 19, afin de déplacer le corps principal de creusement 8 vers l'avant, tout en faisant tourner la tête de coupe 6. En même temps la pompe 15 d'alimentation de la matière formant la boue commence à refouler cette matière vers l'orifice d'injection 30, à travers le premier tube 22. La terre abattue autour de la tête de coupe 6 est alors mélangée avec la matière formant la boue injectée à travers l'orifice d'injection 30, afin de former la boue 21. Cette boue 21 s'écoule ensuite vers l'arrière le long du corps principal de creusement 8, et elle est alors aspirée par l'orifice d'entrée de la boue 10. Le compresseur 9 fournit de l'air comprimé en direction de l'organe d'évacuation de la boue 24. La boue est alors forcée, par l'organe d'évacuation de la boue 24, à travers le second tube 24 et elle est évacuée hors du tunnel foré et du puits 18. Le détecteur de pression de boue 23 détecte la pression de la boue 21 s'écoulant autour du corps principal de creusement 8. La pression de la boue détectée par le détecteur 23 est affichée sur le pupitre de commande 16 de manière à ajuster le débit d'alimentation de la matière formant la boue. Ainsi qu'il est représenté sur la figure 1, l'extrémité postérieure du corps principal de creusement 8 est reliée à l'extrémité antérieure du tuyau de liaison 13. Au fur et à mesure que le corps principal de creusement 8 est déplacé vers l'avant et que le tunnel foré s'allonge, un nouveau tuyau de connexion, non représenté, est raccordé additionnellement à l'extrémité postérieure du tuyau précédent 13. De cette façon plusieurs tuyaux sont introduits les uns à la suite des autres dans le tunnel creusé afin de constituer un conduit continu. Pendant l'opération de creusement les divers détecteurs et capteurs sont également dans leurs conditions de fonctionnement. La position verticale du corps principal de creusement 8 peut être connue à partir de la différence entre les valeurs des pressions d'huile indiquées par le capteur de pression de référence 28 et par le capteur de pression 11. Pour la détection de la position horizontale du corps principal de creusement 8, l'émetteur 1 produit le signal électromagnétique 2. Ce signal est reçu par le récepteur 3 placé sur une ligne de creusement de référence sur la surface du sol. La bobine réceptrice droite 3R et la bobine réceptrice gauche 3L du récepteur 3 produisent respectivement des tensions induites en réponse au captage du signal électromagnétique. Le détecteur 4 détecte la différence entre les tensions induites correspondant à l'écart par rapport à la ligne de creusement de référence. Enfin la position horizontale du corps principal de creusement 8 est affichée sur le pupitre de commande 16. L'angle effectif de la direction de creusement du corps principal de creusement 8 est détecté par le détecteur d'angle de la direction de creusement 12 et il est affiché sur le pupitre de commande 16. Pour ajuster la direction de creusement de la tête de coupe 6 le signal d'ordre est émis vers l'unité d'ajustement de la direction 5 afin de régler les vérins indépendamment les uns des autres, de manière à corriger la direction de creusement du corps principal 8. Le dispositif de creusement suivant la présente invention, pourvu des dispositifs de détection et de commande décrits ci-dessus, procure un certain nombre d'avantages. Par exemple le dispositif de creusement peut effectuer un creusement suivant une courbe d'un rayon d'au moins 150 mètres et ce sur une longue distance, au maximum de 200 mètres. En outre l'opération de commande décrite ci-dessus peut être effectuée d'une manière manuelle ou automatique ou à la fois manuelle et automatique. Ce dispositif de creusement peut être utilisé pour différents diamètres du fait que le diamètre externe de la tête de coupe 6 peut être réglé de 350 millimètres à 450 millimètres. Ce dispositif de creusement peut être utilisé dans différents terrains tels qu'un terrain dégradable, un terrain sableux, un terrain pierreux, un terrain aquifère, un terrain argileux etc, du fait que ce dispositif est pourvu du dispositif d'évacuation de la terre abattue et de la tête de coupe entraînée en rotation avec un couple élevé. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de creusement du type taupe de petit diamètre caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de creusement (6) capable de tourner avec un couple élevé, un moyen (B) d'évacuation de la terre abattue pour former une boue avec la terre abattue et pour évacuer la terre boueuse au moyen d'air comprimé, une unité d'entraînement (14) pour déplacer le moyen de creusement (6) vers l'avant ou vers l'arrière, un moyen de détection de position (11,12,1) pour détecter la position verticale, la position horizontale et l'angle de la direction du creusement du moyen de creusement, et un moyen de correction de direction (5) pour corriger la direction de creusement du moyen de creusement (6). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de creusement (6), le moyen (B) d'évacuation de la terre abattue, le moyen de correction de la direction (5) et le moyen de détection de position (11,12,1) sont logés dans un corps principal de creusement (8) relié à l'unité d'entraînement (14) par l'intermédiaire d'au moins un tuyau de liaison (13). 3.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de creusement comporte une tête de coupe (6) dont le diamètre externe peut être ajusté de 350 millimètres à 450 millimètres. 4.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que l'unité d'entraînement (14) comprend un vérin d'entraînement (17) relié à l'extrémité postérieure du tuyau de liaison (13) et alimenté en énergie à partir d'une unité d'alimentation (19) placée sur la surface du sol si bien que le vérin d'entraînement (17) peut déplacer le corps principal de creusement (8) vers l'avant ou vers l'arrière. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen (B) d'évacuation de la terre abattue comporte un orifice d'injection (30) formé dans la tête du corps principal de creusement (8), en vue de l'injection d'une matière formant une boue, telle que de l'eau, dans la direction du creusement, un premier tube (22) branché entre l'orifice d'injection (30) et une pompe (15) d'alimentation de la matière formant la boue, cette pompe étant placée à l'extérieur du dispositif de creusement, afin d'alimenter la matière formant la boue à partir de la pompe (15) vers l'orifice d'injection (30), un orifice (10) d'entrée de boue formé dans la partie inférieure du corps principal (8), un organe (24) d'évacuation de la boue relié à l'orifice (10) d'entrée de la boue, un compresseur (9) pour fournir de l'air comprimé à l'organe (24) d'évacuation de la boue, un second tube (24) branché entre l'organe (24) d'évacuation de la boue et un bassin de boue, placé sur le sol, et un détecteur de pression de boue (23) afin de détecter la pression de la boue devant être évacuée. 6.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de détection de position comprend un détecteur de position verticale (11), un détecteur de position horizontale (4) et un détecteur (12) de l'angle de la direction de creusement. 7.- Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le détecteur de position verticale comprend un capteur de pression (11) qui est disposé dans le corps principal de creusement (8) et qui communique, par l'intermédiaire d'un conduit d'huile (29), avec un réservoir d'huile de silicone (27) et un pupitre de commande (16). 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le détecteur de position horizontale comporte un émetteur (1) disposé dans le corps principal de creusement (8) afin de produire un signal électromagnétique (2), un récepteur (3) composé d'une bobine réceptrice droite (3R) et une bobine réceptrice gauche (3L), pour recevoir le signal électromagnétique (2), et un détecteur (4) connecté électriquement au récepteur (3). 9.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le détecteur de l'angle de la direction de creusement est logé dans le corps principal de creusement (8) afin de détecter l'angle de la direction de creusement du corps principal de creusement (8) et il est connecté électriquement au pupitre de commande (16) afin d'afficher une information visuelle représentant l'angle effectif de la direction du corps principal de creusement (8). 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de correction de la direction comporte au moins trois vérins (5) qui peuvent être commandés indépendamment et électriquement en réponse à un signal d'ordre provenant du pupitre de commande (16) afin d'ajuster la direction de creusement de la tête de coupe (6).