Brevet FR2721066A1 — publié le 19951215

Machine de travail au bouclier La présente invention a pour objet une machine de travail au bouclier pour l'avancement d'un tunnel, pourvue d'une tête de forage et d'au moins un autre dispositif de forage pour la production de trous de forage orientés à angle aigu par rapport à l'axe du tunnel, avec un guidage du forage pour le guidage de l'outil de forage. Le document EP-B1 268 568 a déjà décrit une manière de faire avancer des trous de forage orientés à angle aigu par rapport à l'axe du tunnel, à partir d'un point situé derrière la face du site, pour pouvoir réaliser ainsi une injection vers l'avant du terrain. Des trous de sondage pendant l'avancement du tunnel créent la possibilité de faire ensuite passer des injections assurant la fixation et l'étanchéité de la paroi du tunnel jusque dans la zone de la face, afin d'augmenter la sûreté du fonctionnement pendant l'avancement. Le dispositif de forage connu est disposé derrière la machine d'avancement du tunnel sur un manipulateur séparé, et il est prévu un guide pour les tiges de forage relié au châssis de forage. Le guide des tiges de forage peut être supporté sur des parties de la machine de travail au bouclier. Le document DE-A1 37 15 721 a décrit une manière d'obtenir une étanchéité de la chambre d'abattage contre les pertes d'air comprimé dangereuses, en particulier dans les machines de travail au bouclier se déplaçant en recoupement, par l'injection d'une masse d'étanchéité qui se solidifie en formant un bourrelet d'étanchéité. Dans cette construction connue, il est prévu dans la zone du bouclier des tuyaux d'arrivée pour l'injection de la masse d'étanchéité. La présente invention a pour objet de créer une machine de travail au bouclier avec un dispositif de forage de sondage qui permet, de manière simple, un guidage précis du forage jusqu'à une grande distance en avant de la face du site, et dans laquelle les dispositifs existant dans une machine de travail au bouclier et pour le revêtement des tubes de tunnel, peuvent être utilisés. Il est en particulier question de pouvoir réaliser une injection vers l'avant du terrain à partir d'un point situé juste derrière la tête de forage, ce qui assure une consolidation préalable de la roche pour les petites distances de forage.En vue d'atteindre cet objet, la machine de travail au bouclier selon la présente invention comporte pour l'essentiel un guidage du forage formé avec des tubes de guidage du forage reliés de manière rigide au bouclier et débouchant sur l'enveloppe du bouclier à l'extérieur, sur lesquels un sas de forage peut être fixé de manière amovible, et le dispositif de forage est articulé de façon pivotante sur deux axes au moins et appuyé sur une partie d'un mécanisme de montage pour la manipulation et la pose d'éléments de revêtement. Le fait que le bouclier est déjà pourvu du guidage du forage permet de réaliser un forage préalable directement à proximité de la face du site, tout en offrant une large possibilité d'ajustement pour le dispositif de forage utilisé.Le fait que le dispositif de forage soit articulé de façon pivotante sur au moins deux axes et supporté sur une partie d'un mécanisme de montage pour la manipulation et la pose d'éléments de revêtement permet de garantir, en même temps qu un guidage du forage stable et proche de la face du site, un centrage précis du forage par rapport au guidage du forage, et il est possible d'assurer, pour des forages relativement courts ou des longueurs de forage relativement courtes, une consolidation préalable de la roche.Le fait qu'un sas de forage soit fixé de façon amovible sur des tubes de guidage du forage débouchant ainsi sur l'enveloppe extérieure du bouclier permet d'utiliser le guidage du forage à d'autres fins, par exemple pour l'apport de matériau d'injection, en retirant le sas de forage, et il suffit alors de réaliser des modifications dans la zone du sas de forage amovible en posant un embout d'injection approprié ou similaire. Une conception avantageuse consiste à réaliser un sas de forage obturable et/ou à le relier avec le tube de guidage du forage de telle sorte qu'il puisse être échangé contre un embout d'injection. Selon un perfectionnement préféré de la machine de travail au bouclier de la présente invention, la conception est telle que le dispositif de forage soit articulé sur un joug de montage qui peut être étendu dans le sens radial et qui est relié à la machine d'avancement de façon pivotante autour de l'axe du tunnel. L'articulation pivotant autour de deux axes au moins du dispositif de forage sur un tel joug de montage extensible dans le sens radial et pivotant autour de l'axe du tunnel garantit directement, avec le manipulateur et le mécanisme de montage, une possibilité d'ajustement qui permet un forage exactement centré par rapport au guidage du forage prédéterminé. Comme le guidage du forage n'est pas relié au châssis de forage mais intégré au bouclier, le forage peut être installé plus près de la face du site que dans les dispositifs connus.Un ajustement précis est aussi assuré par le fait que le dispositif de forage est relié au joug de montage de façon pivotante autour de deux axes croisés et situés dans un plan parallèle au plan de la face, et le déplacement du joug de montage dans le sens radial et la possibilité de pivotement du mécanisme de montage autour de l'axe du tunnel permettent d'ajuster à volonté l'angle de réglage et d'obtenir ainsi un centrage précis sur l'axe prédéterminé du guidage du forage. Une conception avantageuse est telle que le joug de montage puisse être étendu dans un plan sensiblement parallèle à la face du site et soit disposé de façon pivotante et réglable par rapport à ce plan, ce qui améliore encore les possibilités de réglage de la position des tiges de forage. L'intégration des tubes de guidage du forage dans la structure de bouclier de la machine d'avancement du tunnel et le raccordement du sas de forage à l'extrémité postérieure de ces tubes de guidage du forage crée, ainsi que cela a été évoqué plus haut, la possibilité d'utiliser les tubes de guidage du forage à d'autres fins en remplaçant le sas de forage par d'autres pièces de forage, et de réaliser en particulier des injections passant par les tubes de guidage du forage. Les tubes de guidage du forage eux mêmes ne gênent en aucune façon la stabilité du bouclier, de sorte que la capacité sous charge statique de la construction de bouclier n'est pas du tout diminuée. La présente invention sera expliquée plus en détail ciaprès à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement par les dessins, sur lesquels la Figure 1 représente une vue de côté d'une machine de travail au bouclier avec le guidage du forage selon la présente invention et un mécanisme de montage pour la manipulation d'éléments de revêtement la Figure 2 est une vue agrandie, dans le sens de la flèche II de la Figure 1, du joug de montage selon la Figure 1, en coupe partielle, et la Figure 3 est une vue de dessus du joug de montage dans le sens de la flèche III de la Figure 2. La Figure 1 représente une machine de travail au bouclier 1 dont le bouclier 2 présente des guides de forage 3 prenant la forme d'un tube qui débouche sur la face extérieure du bouclier. Le tube de guidage du forage est relié par un raccord à bride 4 à un sas de forage 5 amovible. La tête de forage est indiquée schématiquement par 6, et il s'agit dans la représentation selon la Figure 1 d'une tête de forage en section complète pour roche dure, qui est entraînée en rotation autour d'un axe de rotation 7 qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal du tunnel. On voit derrière le bouclier 2 un mécanisme de montage 8 mobile dans le sens de la double flèche 9 dans le sens longitudinal de la machine de travail au bouclier. Un châssis de forage 11 est relié au joug de montage 10 d'un tel mécanisme de montage, le dispositif de forage pouvant pivoter en hauteur autour d'un axe 12 dans le sens de la double flèche 13. L'entraînement en pivotement est indiqué par un vérin hydraulique 14. Le joug de montage 10 peut être déplacé par des groupes de vérin hydraulique 15 vers la paroi du tunnel dans le sens radial selon la double flèche 16, l'ensemble du mécanisme de montage étant supporté avec possibilité de rotation autour de l'axe longitudinal de la machine 7 dans le sens de la double flèche 17. Le déplacement du mécanisme de montage dans le sens de la double flèche 16 ou son pivotement dans le sens de la double flèche 17 permet d'ajuster préalablement le dispositif de forage 11 par rapport au sas de forage 5, la possibilité de réglage du mécanisme de montage dans le sens de la double flèche 9 dans le sens longitudinal de la machine de travail au bouclier offrant une possibilité de réglage supplémentaire. Afin de pouvoir positionner précisément le dispositif de forage par rapport à une orientation prédéterminée d'un tube de guidage du forage, il existe d'autres possibilités de réglage qui sont indiquées par la représentation des Figures 2 et 3. Les Figures 2 et 3 représentent seulement des agrandissements du joug de montage 10, qui peut être déplacé sensiblement dans un plan parallèle à la face 18 du site par un vérin hydraulique 15 et par la rotation autour de l'axe longitudinal 7 de la machine de travail au bouclier. Le joug de montage 10 est réglé dans le sens radial, comme le représente la Figure 2, dans le sens des flèches 19 dans un plan sensiblement parallèle à la face 18 du site, les oeillets de support 20 représentant les points de prise des vérins hydrauliques 15. On voit sur le joug de montage un dispositif de grappin ou de manipulateur représenté schématiquement en 21, qui permet une fixation de la position d'éléments de revêtement assurée contre la rotation, et rend ainsi possible un revêtement du trajet. Le dispositif de forage 11 s'appuie en outre sur le joug de montage 10 de façon pivotante autour d'un axe 22, ce qui crée une nouvelle possibilité de pivotement autour de l'axe 12. Le pivotement se fait par rapport à une plaque de base 24, et les axes de pivotement 22 et 12 sont sensiblement parallèles au plan radial dans lequel le mécanisme de montage peut se déplacer et se coupent approximativement à angle droit.Cette possibilité supplémentaire de pivotement autour des axes 22 et 12 dans le sens des doubles flèches 23 et 13, pour laquelle un support de rotation est indiqué schématiquement par 25, permet un nouvel ajustement fin du dispositif de forage de sondage. Le pivotement autour de l'axe 12 se fait à l'aide d'un groupe de vérin indiqué schématiquement par 26. Dans la représentation selon la Figure 3, le dispositif de préhension du cuvelage 21 est représenté en vue de dessus, et on voit à nouveau l'axe de pivotement 22 autour duquel le dispositif de forage est articulé de façon pivotante sur la plaque de base 24. L'entraînement en pivotement est réalisé ici par un dispositif de pivotement indiqué schématiquement par 27. Le dispositif de préhension du cuvelage 21 est en outre réglable par rapport à l'axe 28 du joug de montage, ce pour quoi il est prévu un groupe de vérin hydraulique 29 qui permet un pivotement du dispositif de préhension du cuvelage dans le sens de la double flèche 30. Cette autre possibilité de pivotement garantit dans l'ensemble un autre positionnement du dispositif de forage de sondage par rapport au tube de guidage du forage représenté par la Figure 1. Les tubes de guidage du forage intégrés dans la construction du bouclier permettent de faire partir les trous de sondage d'un point situé directement à l'arrière de la tête de forage 6 et à proximité de la face 18 du site, ce qui permet une fixation sur site de la roche sur une faible longueur de forage. Le mécanisme de montage, en particulier le joug de montage, permet, du fait de sa propre possibilité de réglage et des axes de pivotement prévus par ailleurs, une manipulation simple des cuvelages et des dispositifs de forage, les possibilités de réglage supplémentaires du dispositif de forage permettant un guidage centré précis de la tige de forage dans les tubes de guidage du forage. Le centrage précis est garanti en particulier par la possibilité de pivotement autour des axes 22 et 12, ainsi qu'on le voit sur la Figure 2. REVENDICATIONS 1. Machine de travail au bouclier pour l'avancement d'un tunnel, pourvue d'une tête de forage (6) et d'au moins un autre dispositif de forage pour la production de trous de forage orientés à angle aigu par rapport à l'axe du tunnel, avec un guidage du forage (3) pour le guidage de l'outil de forage, caractérisée en ce que le guidage du forage (3) est formé par des tubes de guidage du forage reliés de manière rigide au bouclier (2) et débouchant à l'extérieur sur l'enveloppe du bouclier, sur lesquels un sas de forage (5) peut être fixé de manière amovible, et en ce que le dispositif de forage est articulé et supporté de façon pivotante sur deux axes au moins sur une partie d'un mécanisme de montage (8) pour la manipulation et la pose d'éléments de revêtement. 2. Machine de travail au bouclier selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de forage est articulé sur un joug de montage (10) qui peut être étendu dans le sens radial et qui est relié à la machine d'avancement avec possibilité de rotation autour de l'axe du tunnel. 3. Machine de travail au bouclier selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de forage est relié au joug de montage (10) de façon pivotante autour de deux axes qui se croisent et sont situés dans un plan parallèle au plan de la face du site. 4. Machine de travail au bouclier selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le joug de montage (10) peut être étendu dans un plan sensiblement parallèle à la face du site et disposé de façon pivotante et réglable par rapport à ce plan. 5. Machine de travail au bouclier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le sas de forage (5) est conçu de façon obturable et/ou relié au tube de guidage de forage de façon à permettre son échange contre un embout d'injection.