Brevet FR2686649A1 — publié le 19930730

PROCEDE DE TRAVAIL AU BOUCLIER MECANIQUE UTILISANT UN AGENT MOUSSANT La présente invention se rapporte à l'amélioration d'un procédé de travail au bouclier mécanique, ou est liée à un tel procédé. Le travail au bouclier mécanique classique, en général, utilise une machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol du type ayant l'extrémité ouverte d'un convoyeur à vis introduite dans une chambre à la pression du sol définie entre la tête de coupe et la cloison étanche, et le matériau extrait par la tête de coupe est amené dans la chambre et ensuite évacué de celle-ci vers l'extérieur par le convoyeur à vis. Avec le procédé mentionné ci-dessus, cependant, dans le cas d'excavation dans une couche de sable ou de gravier aquifère, l'eau du sol ne peut pas être efficacement étanchée ou isolée du convoyeur à vis au cours d'une série d'étapes de travail s'échelonnant de l'excavation au droit de la tête de coupe jusqu'à l'évacuation du matériau extrait et l'évacuation de l'eau peut parfois effondrer la face d'excavation De plus, une tentative pour restreindre le débit de l'eau du sol au moyen d'une vanne liée au convoyeur à vis au droit de son orifice d'évacuation du matériau extrait, afin d'empêcher un tel accident, a tendance à provoquer un phénomène de formation d'arche du matériau extrait dans la chambre à la pression du sol, rendant l'évacuation, à partir de celle-ci, du matériau extrait impossible ou abaissant le couple de la tête de coupe jusqu'à un niveau insuffisant. Dans l'excavation d'un sol argileux par l'utilisation du procédé de la technique antérieure, le sol argileux, souvent adhère, ou colle, à la tête de coupe ou aux surfaces de paroi intérieure de la chambre à la pression du sol, et par conséquent, la résistance de frottement entre le bouclier et le sol environnant augmente, en empêchant une excavation régulière. Dans le but de résoudre les problèmes indiqués ci-dessus de la technique antérieure pour améliorer la malléabilité du matériau extrait, il a jusqu'à présent été adopté, pour l'excavation de couches sablonneuses ou de graveleuses, un procédé selon lequel de la bentonite ou d'autres boues liquides sont injectées au droit de la chambre à la pression du sol pour améliorer par ce moyen la fluidité du matériau sablonneux ou de graveleux extrait et en même temps pour réduire leur perméabilité Ce procédé, cependant, implique l'injection d'une grande quantité de boue liquide, et par conséquent fait appel à des traitements primaire et secondaire, en présentant ainsi un problème en termes de rendement En ce qui concerne l'excavation d'un sol argileux, aucune mesure efficace n'a été proposée jusqu'ici. C'est par conséquent un objectif de la présente invention que de créer un procédé de travail au bouclier mécanique qui permet une réduction du frottement entre la tête de coupe et la face d'excavation, qui améliore la fluidité du matériau extrait et qui abaisse sa perméabilité pour empêcher l'apparition du phénomène de formation d'arche du matériau extrait dans la chambre à la pression du sol et qui évite la nécessité d'un traitement ultérieur du matériau extrait évacué, et par conséquent qui donne une malléabilité excellente. Le procédé de travail au bouclier mécanique selon la présente invention comprend les étapes de: délivrance à au moins l'une d'une face d'excavation et d'une chambre à la pression du sol de mousse produite par l'émulsion d'une solution contenant un agent moussant; agitation et mélange du matériau extrait et de la mousse dans la chambre à la pression du sol pour produire du matériau extrait contenant des bulles d'air et ayant par conséquent une fluidité augmentée et une perméabilité diminuée; conduite de l'excavation au droit de la face d'excavation tout en maintenant la pression du sol et la pression de l'eau souterraine au droit de la face d'excavation au moyen du matériau extrait contenant les bulles d'air; et évacuation du matériau extrait hors de la chambre à la pression du sol. Avec le procédé de travail au bouclier mécanique utilisant un agent moussant selon la présente invention, puisque de la mousse est injectée au droit d'au moins l'une de la face d'excavation devant la tête de coupe et de la chambre à la pression du sol de la machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol, la résistance de frottement entre la tête de coupe et la face d'excavation diminue en permettant la réduction du couple de coupe Il est également possible d'empêcher le phénomène de formation d'arche mentionné ci-dessus dans la chambre à la pression du sol, puisque le matériau extrait mélangé avec la mousse injectée et par conséquent ayant une fluidité augmentée et une perméabilité diminuée est utilisé pour contrer les pressions du sol et de l'eau souterraine dans la chambre. De plus, le matériau extrait mélangé avec la mousse ou contenant des bulles d'air remplit la chambre à la pression du sol et il est amené régulièrement hors de celle-ci et dans le convoyeur à vis tout en conservant la perméabilité diminuée, et par conséquent le rendement du travail d'excavation devient très élevé En outre, la mousse dans le matériau extrait évacué du convoyeur à vis disparaît graduellement avec le temps, en permettant au matériau de revenir à l'état d'origine Par conséquent, le matériau extrait ne nécessite aucun traitement primaire ou secondaire après évacuation, contrairement au matériau extrait contenant, dans le passé, de la bentonite ou des boues liquides en grande quantité. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe représentant un exemple d'une machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol réalisant la présente invention; et la figure 2 est une vue de face de la machine à bouclier montrée à la figure 1. En se référant maintenant aux dessins annexés, un mode de réalisation de la présente invention va être décrit La figure 1 est une vue en coupe d'une machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol, cylindrique, creuse, utilisée dans le procédé de la présente invention, et la figure 2 est sa vue de face La machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol, désignée globalement par 1, comporte à son extrémité avant une tête de coupe 2 servant à l'excavation La tête de coupe 2 est supportée au dos par une pluralité de montants supports 3 et elle est entraînée par un moteur d'entraînement 5 par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission 4 Disposée derrière la tête de coupe 2, on trouve une paroi de séparation ou cloison étanche 6 Une chambre à la pression du sol 7 est définie entre la cloison étanche 6 et la tête de coupe 2 La référence numérique 8 désigne un convoyeur à vis qui est entraîné par un moteur d'entraînement (non représenté) et dont la pointe d'extrémité traverse la cloison étanche 6 pour s'ouvrir dans la chambre à la pression du sol 7 Les montants supports 3 ont la fonction de pales de mélange comme cela sera décrit dans la suite. Comme montré à la figure 2, l'avant de la tête de coupe 2 est formé par trois rayons 9, chacun supportant une pluralité de dents 19 qui y sont fixées Entre les rayons 9 sont formées des ouvertures 10 à travers lesquelles le matériau extrait est amené dans la chambre à la pression du sol 7. La référence numérique il désigne un réservoir de solution moussante, qui emmagasine une solution contenant un agent moussant et à partir duquel la solution est délivrée en une quantité déterminée à un générateur de mousse 13 par l'intermédiaire d'une pompe d'injection 12 disposée en avant du réservoir 11 Le générateur de mousse 13 comporte incorporé à l'intérieur une pluralité de diffuseurs (non montrés) ce par quoi la solution ainsi délivrée sous pression contenant l'agent moussant est émulsifiée par de l'air délivré à partir d'un compresseur 14 pour produire de la mousse La mousse ainsi produite est injectée dans la chambre à la pression du sol 7 et la face d'excavation au moyen, respectivement, de tuyaux d'injection de mousse 15 et 16 Les tuyaux d'injection 16 s'ouvrant à l'avant de la tête de coupe 2 sont ramifiés en des tuyaux d'alimentation de mousse de petit diamètre 16 a qui s'ouvrent sur la surface périphérique de la tête de coupe 2, comme cela est montré aux figures 1 et 2. La référence numérique 17 désigne un vérin de poussée, la référence 18 désigne un segment, la référence 20 désigne un joint articulé, et la référence 21 une vanne. Maintenant, une description va être donnée d'une application pratique du procédé selon la présente invention En premier, la machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol 1 exerce une réaction sur le segment 18 assemblé à l'arrière de celle-ci et elle est poussée en direction de la face d'excavation par le vérin de poussée de bouclier 17 fixé par l'une de ses extrémités à la machine 1 En même temps, l'agent moussant dilué avec de l'eau jusqu'à une concentration souhaitée est préstocké dans le réservoir il et délivré sous pression par la pompe d'injection 12 au générateur de mousse 13 La solution contenant l'agent moussant est agitée, dans le générateur de mousse 13, par ses diffuseurs avec de l'air qui y est délivré à partir du compresseur 14 Ce par quoi la solution moussante est transformée en une mousse à bulles fines similaire à de la mousse à raser, ensuite elle est délivrée sous pression dans les tuyaux 15 et 16 La mousse ainsi délivrée est injectée dans la chambre à la pression du sol 7 à travers l'extrémité ouverte du tuyau d'injection 15 et, en même temps, elle est délivrée à la face d'excavation et à la surface périphérique 2 a de la tête de coupe 2 à travers les extrémités ouvertes respectives des tuyaux 16 et 16 a Ce dont il résulte que la résistance de frottement est diminuée entre l'avant de la tête de coupe 2 et la face d'excavation et entre la tôle de carénage extérieur de la machine à bouclier 1 et le sol environnant Lorsque le sol environnant est un sol argileux, le matériau extrait est empêché, par la mousse injectée de coller à la tête de coupe 2 ou à la tôle de carénage extérieur, par conséquent la réduction de la résistance au frottement est davantage remarquable. D'autre part le matériau extrait par la tête de coupe 2 s'écoule dans la chambre à la pression du sol 7 à travers les ouvertures découpées 10 en même temps que la mousse injectée Dans la chambre à la pression du sol 7 le matériau extrait et la mousse sont agités et mélangés par les montants supports 3 tournant avec la tête de coupe 2, ce par quoi il est produit un matériau extrait mélangé avec la mousse et qui a, par conséquent, une fluidité augmentée et une perméabilité diminuée Le matériau extrait supporté par la mousse remplissant la chambre à la pression du sol 7 se déplace dans celle-ci tout en résistant en même temps à la pression du sol et à la pression de l'eau souterraine au droit de la face d'excavation et il est amené dans l'extrémité ouverte du convoyeur à vis 8, il est ensuite extrait de la chambre à la pression du sol 7 Le matériau extrait évacué du convoyeur à vis 8 est amené à la surface du sol par un convoyeur à bande, un chariot, une pompe d'évacuation sous pression, une ligne de tuyau ou un moyen de transport similaire, non représenté La mousse dans le matériau extrait ainsi amenée à la surface du sol disparaît graduellement avec le temps et le matériau extrait retrouve son état d'origine qu'il avait avant d'être mélangé avec la mousse. Des agents moussants du type protéine et des agents tensio-actifs sont appropriés pour utilisation comme l'agent moussant de la présente invention Un exemple d'agent moussant du type protéine est une protéine hydrolitique d'origine animale, inoffensive, qui possède une excellente fonction de formation de mousse et donne une mousse stable Un exemple d'agent tensio-actif est un sulfate d'alkyléther élevé qui est un agent tensio-actif anionique ou un sulfate de sodium éther de lauryle qui est particulièrement excellent du point de vue de l'action moussante Il est également possible d'utiliser comme agent moussant une solution aqueuse d'éther de cellulose soluble dans l'eau, ou d'une substance similaire à haut poids moléculaire soluble dans l'eau Par exemple, une solution mélangée de cellulose de méthyle et d'une résine à haut pouvoir d'absorption d'eau comme substance à haut poids moléculaire soluble dans l'eau, est appropriée pour utilisation comme agent moussant. Dans l'excavation d'un sol aquifère auquel cas les bulles d'air dans la mousse sont facilement brisées, en particulier, il est possible de produire des bulles d'air ayant des membranes résistantes, par addition à l'agent moussant d'un liquide dispersant l'eau contenant une résine à haut pouvoir d'absorption d'eau. Pour l'excavation d'un sol argileux, il est souhaitable d'utiliser une solution aqueuse de chlorure de benzalkonium ou une solution aqueuse de chlorure d'ammonium triméthyle dodécyle Ces solutions aqueuses peuvent également être ajoutées et mélangées avec de la cellulose de méthyle ou une substance analogue à haut poids moléculaire soluble dans l'eau. Bien que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus la pompe d'injection 12 et le générateur de mousse 13 sont commandés manuellement par un opérateur en fonction des conditions d'excavation par la machine à bouclier 1, il peut également être adapté de manière à ce que la quantité de mousse injectée et la pression d'injection soient automatiquement commandées par un calculateur incorporé dans la machine à bouclier 1. C'est-à-dire, que des moyens de détection de couple de coupe et des moyens de détection de la pression du sol dans la chambre à pression du sol 7 sont prévus dans la machine à bouclier 1 pour piloter les conditions d'excavation Les valeurs mesurées qui sont fournies à partir de ces moyens de détection en temps réel sont entrées dans des moyens de commande composés d'une CPU (unité centrale de traitement), d'une mémoire et d'une interface d'entrée/sortie, etc Sous la commande d'un programme mémorisé dans la mémoire, le moyen de commande calcule la vitesse de rotation du convoyeur à vis 8 pour transporter le matériau extrait à partir de la chambre à la pression du sol 7 et les vitesses de fonctionnement de la pompe à injection 12 et du générateur de mousse 13 pour commander la quantité de mousse qui doit être injectée dans chacune de la face d'excavation et de la chambre à la pression du sol 7, ainsi que la pression d'injection pour ce faire En se basant sur les valeurs calculées le convoyeur à vis 8, la pompe à d'injection 12 et le générateur de mousse 13 sont commandés par l'intermédiaire de l'interface d'entrée/sortie de manière à ce que l'excavation soit conduite avec un couple de coupe et une pression du sol maintenue à des valeurs appropriées. Incidemment, il doit être compris que la présente invention n'est pas limitée spécifiquement à la machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol mentionnée ci-dessus en liaison avec le mode de réalisation mais qu'elle est applicable aussi à différents procédés de travail au bouclier mécanique sans sortir du domaine des concepts nouveaux de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de travail au bouclier mécanique comprenant les étapes de: délivrance d'une mousse produite par l'émulsification d'un liquide contenant un agent moussant dans au moins l'une d'une face d'excavation et d'une chambre à la pression du sol ( 7); agitation et mélange du matériau extrait et de ladite mousse dans ladite chambre à la pression du sol ( 7) pour produire un matériau extrait contenant des bulles d'air et ayant une fluidité augmentée et une perméabilité diminuée; conduite de l'excavation au droit de la face d'excavation tout en maintenant la pression du sol et la pression de l'eau souterraine au droit de la face d'excavation au moyen du matériau extrait contenant les bulles d'air; et évacuation du matériau extrait hors de la chambre à la pression du sol ( 7). 2 Procédé d'excavation pour une machine à bouclier à équilibrage de la pression du sol ( 1), caractérisé en ce qu'il comprend: une étape dans laquelle une solution contenant un agent moussant et stockée dans un réservoir ( 11), est agitée par un générateur de mousse ( 13) avec de l'air délivré à partir d'un compresseur ( 14) pour produire une mousse et ladite mousse est délivrée par l'intermédiaire de tuyaux d'alimentation ( 15, 16) à au moins l'une d'une face d'excavation et d'une chambre à la pression du sol ( 7); une étape dans laquelle du matériau extrait, amené dans ladite chambre à la pression du sol ( 7) à travers une ouverture découpée dans ladite tête de coupe ( 2), et ladite mousse sont agités et mélangés ensemble pour fournir un matériau extrait contenant des bulles d'air et ayant une fluidité augmentée et une perméabilité diminuée; une étape dans laquelle l'excavation est conduite tout en résistant à la pression du sol et à la pression de l'eau souterraine au droit de la face d'excavation au moyen dudit matériau extrait contenant des bulles d'air; et évacuation dudit matériau extrait à partir de ladite chambre à la pression du sol ( 7) par un convoyeur à vis ( 8). 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué d'un agent moussant du type protéine. 4 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué un agent tensio-actif. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué d'une substance à haut poids moléculaire soluble dans l'eau. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite substance à haut poids moléculaire soluble dans l'eau est un éther de cellulose soluble dans l'eau. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit éther de cellulose soluble dans l'eau est la cellulose de méthyle. 8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit éther de cellulose soluble dans l'eau est la cellulose d'éthyle. 9 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué d'une résine à haut pouvoir d'absorption d'eau. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué d'un chlorure de benzalkonium. 11 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agent moussant est constitué d'un chlorure d'ammonium triméthyle dodécyle. 12 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de délivrance de ladite mousse dans un espace situé entre la surface périphérique extérieure de ladite il machine à bouclier ( 1) et le sol environnant. 13 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le débit d'alimentation de ladite mousse et la pression pour fournir ladite mousse sont commandés automatiquement par un moyen de commande prévu dans ladite machine à bouclier ( 1).