Brevet FR2694045A1 — publié le 19940128

i La présente invention est relative à un procédé de creusement d'un tunnel sous pression de confinement au moyen d'un tunnelier, du type dans lequel on injecte de la mousse sous pression dans une chambre de réception des déblais située derrière le disque excavateur, à travers une pluralité d'orifices d'injec- tion traversant la cloison arrière de cette chambre. Il est connu dans le percement des tunnels au moyen d'un tunnelier, notamment dans les terrains de type sablo-argileux, d'équilibrer la pression du terrain au moyen d'une mousse envoyée sous pression dans la chambre de confinement située derrière le disque excavateur et recevant les déblais De la mousse est généralement envoyée en même temps vers l'avant et vers l'arrière à travers le disque excavateur, autour du tunnelier à travers la jupe ou bouclier périphérique de celui-ci, et dans la vis d'évacuation des déblais La mousse utilisée doit être suffisamment porteuse, sous la pression de confinement choisie, pour que ce soit une suspension des déblais dans la mousse qui est transportée par la vis d'évacuation. Dans la technique connue, un générateur de mousse, situé dans le tunnel à une certaine distance en arrière du tunnelier, génère la mousse nécessaire, et celle-ci est véhiculée par une conduite jusque dans le tunnelier, o elle est répartie par une série de dériva- tions jusqu'à chaque point d'injection. En pratique, on constate que l'on ne peut pas obtenir de cette manière, aux points d'injections, une mousse de qualité homogène, ayant une pression définie et contrôlable De plus, l'injection de mousse n'est pas modulable en fonction des conditions réelles rencontrées à chaque instant de l'avancement du chantier. L'invention a pour but de permettre une utilisation beaucoup plus efficace et fiable de la mousse. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on véhicule de la solution moussante et de l'air comprimé jusque dans le tunnelier, o l'on génère la mousse sous pression en des emplacements immédiatement voisins des orifices d'injection. Suivant d'autres caractéristiques: on génère en outre, en au moins un empla- cement immédiatement voisin de la vis d'évacuation des déblais, de la mousse que l'on injecte dans cette vis, et/ou on génère en outre, en au moins un emplacement immédiatement voisin de la jupe périphérique du tunne- lier, de la mousse que l'on injecte vers l'extérieur à travers cette jupe, et/ou on génère en outre, en au moins un emplacement immédiatement voisin de ladite cloison, de la mousse que l'on injecte dans un arbre creux relié à des buses d'injection de mousse montées sur le disque excavateur; on commande indépendamment la génération de la mousse en chacun desdits emplacements ou en chacun d'une pluralité de groupes de ces emplacements; on effectue ladite commande en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants: pression de confinement, couple du disque excavateur, couple de la vis d'évacuation des déblais, avancement du tunnelier; à chaque emplacement o l'on génère de la mousse, on assure un débit constant de solution mous- sante, et on commande la pression d'air comprimé. L'invention a également pour objet un équipement de creusement de tunnel destiné à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus Cet équipement, du type comprenant un tunnelier à confinement dont la cloison arrière de la chambre de réception des déblais est pourvue d'orifices d'injection de mousse sous pression, et des moyens de génération de mousse sous pression reliés à ces orifices, est caractérisé en ce que les moyens de génération de mousse comprennent une pluralité de générateurs de mousse reliés chacun à une conduite de solution moussante et à une conduite d'air comprimé, chaque générateur de mousse étant situé à proximité immédiate d'un orifice d'injection, ou d'un groupe d'orifices d'injection, qui lui est associé. Dans un mode de réalisation de cet équipe- ment, le train suiveur du tunnelier porte une cuve d'équilibre partiellement remplie de solution moussante, et un collecteur d'alimentation en solution moussante et un collecteur d'alimentation en air comprimé desdits générateurs partant respectivement du fond et du sommet de cette cuve, et il porte également, de préférence sur la même remorque que la cuve d'équilibre, un réservoir de produit moussant, des pompes de transfert de produit moussant et d'eau vers la partie inférieure de la cuve d'équilibre, et un compresseur d'air relié à la partie supérieure de cette cuve. L'invention a encore pour objet un dispositif de génération et d'injection de mousse qui convient particulièrement bien pour la mise en oeuvre du procédé défini plus haut Ce dispositif comprend: un corps d'alimentation en solution moussante et en air comprimé; une chambre d'expansion emplie d'un garnissage; et une buse de sortie de forme convergente. Suivant d'autres caractéristiques de ce dispositif: le corps d'alimentation comporte deux conduits d'alimentation, à savoir un conduit d'amenée de solution moussante équipé d'un régulateur de débit et de préférence d'un détecteur de débit, et un conduit d'a- menée d'air comprimé équipé de préférence d'un détecteur de pression, ces deux conduits débouchant dans un conduit unique qui débouche lui- même dans la chambre d'expansion; la chambre d'expansion comporte à son entrée et à sa sortie une grille calibrée; le garnissage est un garnissage en vrac, notamment constitué d'éléments de forme à peu près torique. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une vue schématique partielle d'un équipement de creusement de tunnel conforme à l'invention; la Figure 2 illustre schématiquement l'alimentation des dispositifs de génération et d'in- jection de mousse; la Figure 3 est une vue en coupe longitu- dinale d'un dispositif de génération et d'injection de mousse; et la Figure 4 représente en coupe, à plus grande échelle, un élément du garnissage du dispositif de la Figure 3. On a représenté à la Figure 1 l'agencement général d'un équipement de creusement d'un tunnel dont le diamètre peut être de l'ordre de 7 m, ce qui est le cas de certaines galeries de chemins de fer souterrains. Cet équipement comprend essentiellement un tunnelier 1 auquel est attelé un train suiveur 2 constitué d'une série de remorques 3, et un appareillage 4 de génération et d'injection de mousse dans la région du front de taille 5. Le tunnelier comprend une jupe ou bouclier cylindrique 6, d'axe X-X sensiblement horizontal, ouvert vers l'arrière et muni à son extrémité avant d'un disque excavateur 7 A une petite distance de ce disque, une cloison étanche transversale 8 est fixée dans la jupe et délimite avec le disque une chambre 9 de confinement et de réception des déblais Une vis 10 d'évacuation des déblais part obliquement du fond de la chambre 9, et son carter traverse la cloison 8 de manière étanche. Les remorques 3 du train suiveur sont attelées les unes aux autres et portent l'ensemble des appareils nécessaires à l'avancement du chantier Pour les besoins de la présente description, on ne décrira qu'une de ces remorques, référencée 3 A et représentée schématiquement à la Figure 1, qui porte une partie de l'appareillage 4 précité. Plus précisément, la remorque 3 A porte un réservoir 11 de produit moussant, une cuve d'équilibre 12 et une armoire de commande 13 Une conduite 14 de produit moussant, équipée d'une pompe 15, débouche dans la conduite de refoulement 16 d'une pompe 17 alimentée par une conduite d'eau 18 du réseau La solution mous- sante résultante parvient dans la partie inférieure de la cuve 12 Un compresseur d'air 19 également fixé sur la remorque 3 A envoie de l'air comprimé dans un réservoir tampon 20 relié à la partie supérieure de la cuve 12. L'appareillage 4 comprend une autre partie montée dans le tunnelier 1, à savoir: dans le disque 7, une série de buses 21 d'injection de mousse disposées à différentes distances de l'axe X-X et orientées certaines vers l'avant, c'est- à-dire vers le front de taille, et les autres vers l'arrière, c'est-à-dire débouchant dans la chambre 9. Chaque buse est reliée par un conduit 22 intérieur au disque à un arbre creux central 23 obturé à ses deux extrémités et traversant à joint étanche la cloison 8; derrière la cloison 8, une série de dispositifs 24 de génération et d'injection de mousse. L'un de ces dispositifs débouche dans l'arbre 23. Plusieurs autres débouchent directement dans la chambre 9 à travers des orifices de la cloison 8; d'autres débouchent dans le carter de la vis 10; et d'autres encore débouchent radialement à l'extérieur de la jupe 6. Chaque dispositif 24 est alimenté indépen- damment par deux conduites d'alimentation, à savoir une conduite 25 de solution moussante et une conduite 26 d'air comprimé Toutes les conduites 25 et 26 partent d'un coffret de distribution 27 auquel aboutissent un collecteur 28 d'alimentation en solution moussante qui part du fond de la cuve 12, et un collecteur 29 d'alimen- tation en air comprimé qui part du sommet de cette cuve. Comme on le voit sur la Figure 2, le coffret 27 comprend une boîte 30 de distribution de solution moussante et une boite 31 de distribution d'air comprimé. La boîte 30 comprend une conduite d'entrée 33 reliée au collecteur 28 et munie d'une électrovanne principale 34 et d'un contrôleur de débit 35 En aval de ce dernier partent autant de dérivations 36 qu'il y a de dispositifs 24, chaque dérivation étant équipée d'une vanne d'arrêt manuelle 37 et d'une électrovanne 38 et étant reliée à la conduite 25 du dispositif 24 associé. La boîte 31 comprend une conduite d'entrée 39 équipée d'une électrovanne principale 40 et reliée au collecteur 29 En aval de l'électrovanne 40 partent autant de dérivations 41 qu'il y a de dispositifs 24, chaque dérivation étant équipée d'une vanne d'arrêt manuelle 42 et d'une électrovanne 43 et étant reliée à la conduite 26 du dispositif 24 associé. On a représenté à la Figure 3 la structure d'un dispositif 24 de génération et d'injection de mousse Ce dispositif comprend un corps d'alimentation 44, une chambre d'expansion 45 et une buse de sortie 46. Le dispositif peut avoir une longueur de l'ordre de 0,6 m et un diamètre de l'ordre de 0,10 m pour une production de mousse de l'ordre de 200 1/mn. Le corps 44 comporte deux conduits 47 de solution moussante et 48 d'air comprimé reliés res- pectivement aux conduites 25 et 26 correspondantes Le conduit 47 comporte un détecteur de débit 49 suivi d'un régulateur de débit 50 et d'un gicleur 51 Le conduit 48 comporte un détecteur de pression d'air 52 suivi d'un gicleur 53 En aval des gicleurs, les deux conduits 47 et 48 se réunissent en un conduit unique 54 de sortie qui débouche dans la chambre 45. La chambre 45 est cylindrique, coaxiale au conduit 54 et fixée par une extrémité au corps 44 Elle comporte à chaque extrémité une grille calibrée 55 et est emplie d'un garnissage en vrac 56 Comme représenté à la Figure 4, des éléments de garnissage satisfaisants se sont révélés être constitués par des éléments 57 de forme générale torique, du type "perles à collier", en verre ou en céramique, qui sont des matières inertes vis-à-vis de la solution moussante. La buse de sortie 46 forme un chapeau emboîté sur l'extrémité aval de la chambre d'expansion Elle a une forme convergente entre un diamètre d'entrée voisin du diamètre de la chambre 45 et un diamètre de sortie nettement plus petit La buse peut être directement reliée à l'orifice d'injection de mousse correspondant, dans la cloison 8, le carter de la vis 10, la jupe 6 ou l'arbre creux 23 En variante, si la nécessité d'implan- tation l'exige, un court tronçon de tube peut relier la sortie de la buse à l'orifice d'injection Par exemple, le dispositif 24 peut être fixé par des colliers le long de la cloison 8 et la buse être reliée par un coude à l'orifice d'injection. En fonctionnement, le chantier avance par pas successifs correspondant à la longueur d'un anneau 58 du revêtement du tunnel (Figure 1) Chaque anneau est constitué de plusieurs voussoirs préfabriqués en secteur de cercle assemblés les uns aux autres. Pendant chaque pas d'avance, le disque 7, entraîné en rotation, creuse le front de taille tandis qu'une couronne de vérins 59 parallèles à l'axe X-X, dont l'un est schématisé sur la Figure 1, prenant appui sur le dernier anneau 58 en place, provoquent le déplacement vers l'avant du tunnelier et du train suiveur. Pendant cette avance, de la mousse générée sous pression par un dispositif 24 est injectée dans l'arbre creux 23 et, de là, sur le front de taille et dans la chambre 9 par les buses 21; de la mousse, générée par les autres dispositifs 24, est injectée directement dans la chambre 9 et dans le carter de la vis 10, et également directement autour du bouclier 6 Vers l'arriè- re, la mousse est retenue par un remplissage à base de ciment préalablement injecté autour des anneaux 58 de revêtement déjà en place. Les déblais traversent les lumières du disque 7, restent plus ou moins en suspension dans la mousse, et la vis 10 évacue vers l'arrière un mélange de déblais et de mousse, qui n'est pas recyclé. L'armoire de commande 14 (Figure 1) commande d'une part le dosage de la solution moussante et le remplissage de la cuve 13, et d'autre part les électro- vannes 38 et 43 (Figure 2) Elle peut ainsi mettre en service ou hors service chaque dispositif 24. L'armoire 14 peut également régler à volonté la pression de sortie de la mousse, par action sur le compresseur 19 Cette pression, de l'ordre de quelques bars absolus, est par exemple supérieure d'une valeur prédéterminée, qui peut être de l'ordre de 1 bar, à la pression de confinement désirée En revanche, dans cet exemple, le débit de solution moussante de chaque dispositif 24 est constant et régulé par le régulateur 50 (Figure 3) La surveillance assurée par les détecteurs 49 et 52 déclenche des alarmes en cas d'incident, leurs signaux de sortie étant envoyés via une ligne 60 (Figure 3) Le bon fonctionnement de chaque injecteur est ainsi vérifié en permanence. Le choix de la pression d'injection de la mousse peut par exemple être effectué en fonction des paramètres suivants: pression de confinement, c'est-à- dire contre-pression à établir dans la chambre 9, couples exercés sur le disque 7 et sur la vis 10, avancement du tunnelier Cette pression peut être réellement obtenue en chaque point d'injection puisque la mousse est produite à son voisinage immédiat et n'est pas transpor- tée sur des distances importantes avec création de pertes de charges aléatoires Par ailleurs, le choix des injecteurs à mettre en service dépend du terrain rencon- tré et des divers paramètres du chantier et peut être modulé à volonté L'ensemble de la gestion de l'appareil- lage 4 peut être assurée de façon largement automatisée, notamment par un système expert. Eventuellement, un même dispositif 24 peut être relié à un petit nombre d'orifices d'injection immédiatement voisins et, dans certains, cas, plusieurs dispositifs 24 peuvent être commandés de façon groupée. REVENDICATIONS 1 Procédé de creusement d'un tunnel sous pression de confinement au moyen d'un tunnelier ( 1), du type dans lequel on injecte de la mousse sous pression dans une chambre ( 9) de réception des déblais située derrière le disque excavateur ( 7), à travers une plura- lité d'orifices d'injection traversant la cloison arrière ( 8) de cette chambre, caractérisé en ce qu'on véhicule de la solution moussante et de l'air comprimé jusque dans le tunnelier ( 1), o l'on génère la mousse sous pression en des emplacements ( 24) immédiatement voisins des orifices d'injection. 2 Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu' on génère en outre, en au moins un emplacement ( 24) immédiatement voisin de la vis ( 10) d'évacuation des déblais, de la mousse que l'on injecte dans cette vis, et/ou on génère en outre, en au moins un emplacement immédiatement voisin de la jupe périphérique ( 6) du tunnelier ( 1), de la mousse que l'on injecte vers l'extérieur à travers cette jupe, et/ou on génère en outre, en au moins un emplacement immédiatement voisin de ladite cloison ( 8), de la mousse que l'on injecte dans un arbre creux ( 23) relié à des buses ( 21) d'injection de mousse montées sur le disque excavateur ( 7). 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on commande indépendamment la génération de la mousse en chacun desdits emplacements ( 24) ou en chacun d'une pluralité de groupes de ces emplacements. 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on effectue ladite commande en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants: pression de confinement, couple du disque excavateur ( 7), couple de la vis ( 10) d'évacuation des déblais, avan- cement du tunnelier ( 1). il Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, à chaque emplacement ( 24) o l'on génère de la mousse, on assure un débit constant de solution moussante, et on commande la pression d'air comprimé. 6 Equipement de creusement de tunnel, du type comprenant un tunnelier ( 1) à confinement dont la cloison arrière ( 8) de la chambre ( 9) de réception des déblais est pourvue d'orifices d'injection de mousse sous pression, et des moyens de génération de mousse sous pression reliés à ces orifices, caractérisé en ce que les moyens de génération de mousse comprennent une pluralité de générateurs de mousse ( 24) reliés chacun à une condui- te ( 25) de solution moussante et à une conduite ( 26) d'air comprimé, chaque générateur de mousse étant situé à proximité immédiate d'un orifice d'injection, ou d'un groupe d'orifices d'injection, qui lui est associé. 7 Equipement suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque générateur de mousse ( 24) une commande indépendante de fonctionne- ment. 8 Equipement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les générateurs ( 24) sont regroupés en une pluralité d'ensembles de générateurs, chaque ensemble étant équipé d'une commande indépendante de fonctionnement. 9 Equipement suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le train suiveur ( 2) du tunnelier ( 1) porte une cuve d'équilibre ( 12) partiellement remplie de solution moussante, et un collecteur ( 28) d'alimentation en solution moussante et un collecteur ( 29) d'alimentation en air comprimé desdits générateurs ( 24) partant respectivement du fond et du sommet de cette cuve. 10 Equipement suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le train suiveur ( 2) porte, de préférence sur la même remorque ( 3 A) que la cuve d'équi- libre ( 12), un réservoir ( 11) de produit moussant, des pompes ( 15, 17) de transfert de produit moussant et d'eau vers la partie inférieure de la cuve d'équilibre, et un compresseur d'air ( 19) relié à la partie supérieure de cette cuve. 11 Dispositif ( 24) de génération et d'injection de mousse, notamment pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps ( 44) d'alimentation en solution moussante et en air comprimé; une chambre d'expansion ( 45) emplie d'un garnissage ( 56); et une buse de sortie ( 46) de forme conver- gente. 12 Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le corps d'alimentation ( 44) comporte deux conduits d'alimentation, à savoir un conduit ( 47) d'amenée de solution moussante équipé d'un régulateur de débit ( 50) et de préférence d'un détecteur de débit ( 49), et un conduit ( 48) d'amenée d'air comprimé équipé de préférence d'un détecteur de pression ( 52), ces deux conduits débouchant dans un conduit unique ( 54) qui débouche lui-même dans la chambre d'expansion ( 45). 13 Dispositif suivant la revendication Il ou 12, caractérisé en ce que la chambre d'expansion ( 35) comporte à son entrée et à sa sortie une grille calibrée ( 55). 14 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 11, à 13 caractérisé en ce que le garnis- sage ( 56) est un garnissage en vrac, notamment constitué d'éléments ( 57) de forme à peu près torique.