Brevet FR2754850A1 — publié le 19980424

L'invention est du domaine du génie civil, et elle a pour objet une station pour le traitement des boues, destinée à équiper un tunnelier, dont le front de taille est à boue pressurisée notamment. On connaît la technique de creusement d'un tunnel mettant en oeuvre un tunnelier dont le front de taille est à boue pressurisée. Cette technique est particulièrement utilisée pour creuser des sols meubles, et met en oeuvre un circuit de boue sous pression pour maintenir le front de coupe pendant le creusement, afin d'éviter les éboulements ou fontis, et pour évacuer les déblais vers une station de traitement délocalisée. La boue est évacuée de la zone de front du tunnelier au moyen de pompes, dites de marinage, vers la station de traitement, dans laquelle station les déblais sont en majeure partie séparés et séchés, puis évacués, et dans laquelle station une partie de la boue est traitée pour être recomposée avec un apport de boue neuve, pour être renvoyée sous pression vers le tunnelier. Le creusement du sol est opéré par séquence, chaque séquence correspondant à une avancée du tunnelier prédéterminée, dite anneau. La principale difficulté de cette technique réside dans son utilisation à proximité des nappes aquifères, qui engendre des risques tel que celui de fontis ou encore celui d'une brusque variation de la nature et de la composition du terrain, et de ce fait des caractéristiques rhéologiques, massiques et volumiques de la boue dans la zone de front du tunnelier. Par ailleurs, le risque de fontis est d'autant plus important que le diamètre du tunnel s'accroît. L'évolution des exigences de la maîtrise d'oeuvre en la matière, tant pour la sécurité que pour l'importance et la rapidité d'exécution des chantiers, conduit les concepteurs a développer des techniques de traitement des boues de plus en plus fiables. Le but de l'invention est de proposer une station de traitement des boues pour un tunnelier à front de taille à boue pressurisée, visant à rendre fiable les caractéristiques rhéologiques, volumiques et massiques de la boue renvoyée vers le tunnelier après traitement, afin d'offrir toutes les garanties de sécurité vis à vis d'un changement de la nature du terrain creusé, et afin de permettre de creuser dans un terrain meuble un tunnel de gros diamètre, c'est à dire de plus de 10 mètres, avec une vitesse d'avance rapide, c'est à dire de l'ordre de plus de 20 mètres par jour. La démarche inventive a consisté, en rupture avec les habitudes dans le domaine, à imaginer une station dans laquelle la composition de la boue renvoyée vers le tunnelier est rendue fiable par une gestion autonome en quasi-continu des caractéristiques volumiques, massiques et rhéologiques de la boue en provenance du tunnelier, à différentes étapes de son traitement, grâce aux dispositions suivantes, prises seules ou en combinaison: - en premier lieu, une réserve de boue idoine pour le front de taille d'une capacité de l'ordre de celle nécessaire à la réalisation d'un anneau est aménagée entre un bac de traitement de la boue usée en provenance du tunnelier après dessablage, dite boue dessablée, par adjonction de boue neuve, et les moyens d'adduction de la boue ainsi recomposée, dite alors régénérée, vers le tunnelier. - en deuxième lieu des échantillons sont prélevés en quasi-continu: - de la boue dessablée, de la boue à l'issue de son traitement, et - de la boue en aval de la dite réserve, Ces échantillons sont analysés, de préférence de manière automatisée, pour déterminer les caractéristiques massiques, volumiques et rhéologiques des boues échantillonnées, le résultat des analyses étant communiqué en permanence à un automate gérant en premier lieu les admissions des différents additifs à la boue dite neuve destinée à être mélangée à la boue dessablée, et en deuxième lieu la quantité de boue neuve destinée à être mélangée à la boue dessablée. On notera que les moyens de détermination des caractéristiques des boues échantillonnées comprennent préférentiellement des moyens de détermination de la densité des échantillons, et des moyens de détermination de leur viscosité à partir de la mesure de la viscosité apparente (mesure à 600 t/mn) et de la viscosité plastique (mesure à 300 t/mn), les valeurs ainsi déterminées étant analysées en fonction du débit des boues échantillonnées, et automatiquement comparée à des valeurs de consignes préalablement mémorisées. De préférence, et pour répondre rapidement à un brusque changement de la nature du terrain creusé, un circuit parallèle est mis en place pour dévier la boue neuve du circuit comprenant la réserve de boue régénérée, directement vers un bac de traitement annexe alimenté en boue à traiter par la réserve de boue régénérée, de telle sorte que la boue renvoyée vers le tunnelier soit immédiatement conforme aux exigences du terrain, la dite déviation étant avantageusement opérée soit manuellement, soit par l'automate. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures de la planche annexée, dans laquelle: la fig.1 est un schéma illustrant l'organisation générale d'une station de l'invention, selon une forme préférée de réalisation, la fig.2 est un schéma illustrant les moyens de contr1ôle et gestion automatique des caractéristiques rhéologiques, volumiques et massiques des boues à différentes étapes de traitement de la boue usée par une même station. Sur la fig.l, une station pour le traitement des boues, est destinée à équiper un tunnelier 2 du type dont le front de taille est à boue pressurisée. Le tunnelier 2 fonctionne séquentiellement, chaque séquence correspondant au creusement d'un volume de terrain délimité par une surface de paroi prédéterminée, dite anneau. Cette station met en oeuvre un circuit fermé comprenant, depuis la bouche du tunnelier 2: - une pompe de marinage 4 pour amener la boue en provenance du tunnelier 2 vers le site de traitement, - des moyens 6, dits premiers, pour dessabler la boue en provenance du tunnelier, dite alors boue desssablée, et pour amener le sable extrait vers des essoreurs 64 pour être stocké et évacué, - des premiers moyens d'adduction 10, de la boue dessablée vers un bac 12, dit de traitement, à l'intérieur duquel est opéré un mélange de la boue dessablée avec de la boue, dite neuve, le dit bac de traitement 12 étant équipé de moyens 14, dits deuxièmes, d'évacuation du surplus vers un bac de stockage 8, puis vers une station de recyclage 16, - un bac 18, dit de boue neuve, contenant la boue dite neuve élaborée à partir de différents composants en provenance de bacs respectifs 8,20,22, 24,26, dits d'apport, - des moyens respectifs, tels que 28, dits troisièmes, d'admission des composants en provenance des bacs d'apport dans le bac 18 de boue neuve, - des deuxièmes moyens d'adduction 30, de la boue neuve en provenance du bac de boue neuve 18, vers le dit bac de traitement 12, et - des troisièmes moyens d'adduction 32, de la boue dite traitée composée de la boue neuve mélangée à la boue dessablée, vers la bouche du tunnelier 2. Cette station comprend en outre un bac 34, dit de régénération, interposé entre le bac de traitement 12 et les troisièmes moyens d'adduction 32. Ce bac de régénération 34 est équipé de moyens 36 de brassage de son contenu pour le maintenir homogène, et a une capacité de l'ordre de celle correspondante au débit des troisièmes moyens d'adduction 32, multiplié par le temps nécessaire au creusement d'un anneau. L'aménagement de la station de l'invention est tel qu'une quantité de boue traitée, dite alors boue régénérée, nécessaire pour le creusement d'un anneau, est préalablement préparée et disponible pour le creusement de cet anneau. Grâce au volume tampon ainsi constitué par le bac de régénération 34, la boue régénérée retournant au tunnelier 2 n'est pas, contrairement à l'art antérieur, immédiatement préparée à partir de la boue extraite de l'anneau en cours de creusement (au temps près de circulation de la boue entre le tunnelier et la station), ce qui lui confère une composition fiable. Il résulte finalement de ces dispositions une sécurité pour l'opération de creusement vis à vis de conséquences inopportunes, fontis notamment, qui pourraient résulter de l'apport d'une boue inadéquate. Sur les fig.1 et 2, la station comprend en outre des premiers moyens de commande 38 de la manoeuvre respective de chacun des troisièmes moyens 28 et des deuxièmes moyens de commande 39 du débit d'admission 52 de la boue neuve dans le bac de traitement 12. La mise en oeuvre des premiers 38 et deuxièmes 39 moyens de commande est placée en permanence sous la dépendance de moyens 40, dits quatrièmes, de contrôle et d'analyse d'informations en provenance de l'un quelconque au moins de moyens 42 de détermination du débit, de moyens 44 de détermination de la viscosité, et de moyens 46 de détermination de la densité, de l'une quelconque au moins des boues suivantes: - boue dessablée véhiculée par les premiers moyens d'adduction 10, - boue traitée en provenance du bac de traitement 12, boue régénérée véhiculée par les troisièmes moyens d'adduction 32, de telle sorte qu'à une variation des caractéristiques de l'une quelconque au moins des dites boues corresponde une correction quasi-immédiate des caractéristiques de la boue neuve et de son admission dans le bac de traitement 12, et donc de la boue traitée. Il résulte de ces dispositions que les caractéristiques rhéologiques, volumiques et massiques souhaitées de la boue régénérée, d'une part sont en permanence maîtrisées et fiables, y compris et notamment dans le cas d'une variation inattendue des caractéristiques des boues en provenance du tunnelier, et d'autre part peuvent être automatiquement corrigées en fonction de la dite variation, et donc en fonction du terrain creusé. On comprendra que les moyens susvisés de commande 38 et 39 et d'analyse 40 sont de préférence associés à une station de traitement des boues équipée du dit bac de régénération, et que, selon un autre aspect de l'invention, une station de traitement des boues pour tunnelier à front de taille pressurisé de l'invention est caractéristique en ce qu'elle est équipée des dits moyens de commande 38,39 et d'analyse 40, sans pour autant être nécessairement équipée du dit bac de régénération. Selon une forme préférée de réalisation, la détermination de la densité et de la viscosité des dites boues s'effectue par séquence à partir d'échantillons (A,B,C) prélevés successivement sur ces dernières. Les moyens de détermination de la viscosité des boues comprennent préférentiellement des moyens de calcul et d'analyse d'informations transmises par des moyens 44 de détermination de la viscosité apparente et de la viscosité plastique des boues. De préférence, la station comprend en outre: - un bac annexe de traitement 48 interposé entre les troisièmes moyens d'adduction 32 et le bac de boue neuve 18, le dit bac annexe de traitement 48 étant disposé en parallèle de l'ensemble formé par le premier bac de traitement 12 et le bac de régénération 34, et - des moyens 50 de sélection de l'adduction de la boue neuve entre le premier bac de traitement 12 et le bac annexe de traitement 48. Le deuxième bac de traitement 48 peut ainsi être éventuellement substitué à l'ensemble formé par le premier bac de traitement 12 et le bac de régénération 34 par une manoeuvre des dits moyens de sélection 50, grâce à quoi les caractéristiques et/ou la composition de la boue amenée vers le tunnelier 2 par les troisièmes moyens d'adduction 32 peuvent être modifiées rapidement et de façon importante en cas de nécessité, notamment en cas d'une variation conséquente et brutale des caractéristiques de la boue en provenance du tunnelier, et donc en fonction du terrain creusé, ou encore pour des opérations d'entretien dans la tête du tunnelier qui nécessitent l'injection d'une boue de consolidation du front présentant des caractéristiques spécifiques. On remarquera que les premiers moyens de commande 38 sont placés sous la dépendance des moyens 42,44 de détermination des caractéristiques rhéologiques des boues échantillonées, et que les deuxièmes moyens de commande 39 sont placées sous la dépendance des moyens 42,46 de détermination des caractéristiques massiques et volumiques des dites boues. La mise en oeuvre des dits moyens de sélection 50 est placée sous la dépendance de l'un quelconque au moins des moyens du groupe de moyens comprenant des moyens de commande manuels et des moyens 51 de commande placés sous la dépendance des dits quatrièmes moyens 40. On notera qu'un procédé, relevant aussi de l'invention, de contrôle et de fonctionnement automatique d'une station de traitement des boues en provenance d'un tunnelier 2 dont le front de taille est à boue pressurisé, consiste: - à prélever en continu et par séquence une succession d'échantillons d'au moins la boue dessablée (échantillon A), la boue traitée (échantillon B) et la boue régénérée (échantillon C), - à calculer (56) successivement pour chacun de ces échantillons (A,B,C) un bilan massique, volumique et rhéologique des boues correspondantes, puis - à comparer pour chacun des calculs les résultats obtenus au regard des informations de consigne d'un cahier des charge préalablement mémorisées grâce à des moyens de mémorisation (58), et à en déduire les apports en additifs à la boue neuve ainsi que la quantité de cette dernière à mélanger à la boue dessablée, - à transmettre en permanence à un automate 60 les informations précédemment déduites, le dit automate étant équipé de moyens 38,39 et 51, dits de pilotage, de commande de la mise en oeuvre de l'un quelconque au moins des dits moyens de sélection 50 (51), de chacun des dits troisièmes moyens 28 (38), et de moyens 52 de réglage du débit d'admission de la boue neuve dans le bac de traitement 12 (39), moyens 38,39, et 51 de pilotage dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance des dits moyens d'analyse 40 ou alternativement sous la dépendance de moyens 62 de saisie d'informations par un opérateur. Les quatrièmes moyens 40 comprennent des moyens 54 d'affichage, grâce à quoi un opérateur peut évaluer les informations affichées pour anticiper et modifier la composition et les caractéristiques de la boue neuve, notamment en modifiant les informations de consigne du cahier des charges grâce aux moyens 62 de saisie d'informations, et éventuellement peut alerter les opérants du tunnelier sur l'évolution de la nature du terrain creusé. Les bacs d'apport sont des bacs contenant respectivement l'un quelconque au moins des composants suivants: - boue de surplus en provenance du bac de traitement 12 (bac de stockage 8), - eau neuve (bac 20), - un adjuvant (tel que 22) du groupe d'adjuvants comprenant les polymères, les viscosifiants et les sels, - boue de bentonite (bac 24), - eau recyclée (bac 26) en provenance du traitement et du pressage des dites boues de surplus par la station de recyclage 16. Les moyens de mise en oeuvre du procédé de l'invention sont avantageusement regroupés, et sont détaillés sur la fig.2 sous la forme d'un ensemble 66 qui comprend les quatrièmes moyens 40 de contrôle et d'analyse, les moyens 44 et 46 de détermination de la densité et de la viscosité des échantillons et de l'automate 60. Les dits deuxièmes moyens 14 sont constitués par une vanne, dite à flotteur, dont la manoeuvre à l'ouverture/fermeture est placée sous la dépendance d'un flotteur reposant sur la boue contenue dans le bac de traitement. On notera que les troisièmes moyens 28 et les moyens de réglage du débit d'admission de la boue neuve dans les bacs de traitement 12 et/ou 48, sont constitués par des vannes dont l'ouverture/fermeture est placée sous la dépendance des moyens de pilotage 38,39, tel que représenté sur les figures, ou encore de manière équivalente par des pompes d'adduction des boues dans le circuit, dont la mise en oeuvre est placés sous la dépendance des dits moyens de pilotage 38,39. On notera par ailleurs que les moyens de brassage de la boue régénérée sont de préférence constitués par une pompe 36 interposée entre le bac de traitement 12 et le bac de régénération 34, pour induire en continu une circulation des boues entre ces deux bacs 12 et 34 et entretenir l'homogénéité de la boue régénérée au fur et à mesure de la modification des caractéristiques de la boue traitée, et plus particulièrement au fur et à mesure de l'apport en boue neuve dans le bac de traitement 12. Aussi, bien que l'on ait décrit et représenté une forme préférée de l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à cette forme, mais qu'elle s'étend à toute station de5 traitement des boues pour tunnelier comportant les caractéristiques énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1.- Station pour le traitement des boues, destinée à équiper un tunnelier (2) du type dont le front de taille est à boue pressurisée, le tunnelier (2) fonctionnant séquentiellement, chaque séquence correspondant au creusement d'un volume de terrain délimité par une surface de paroi prédéterminée, dite anneau, la dite station mettant en oeuvre un circuit fermé comprenant, depuis la bouche du tunnelier: - une pompe de marinage (4) pour amener la boue en provenance du tunnelier (2) vers le site de traitement, - des moyens (6), dits premiers, pour dessabler la boue en provenance du tunnelier, dite alors boue dessablée, et pour amener le sable extrait vers des essoreurs (64) pour être ensuite stocké et évacué, - des premiers moyens d'adduction (10), de la boue dessablée vers un bac (12,48), dit de traitement, à l'intérieur duquel est opéré un mélange de la boue dessablée avec de la boue, dite neuve, le dit bac de traitement (12,48) étant équipé de moyens (14), dits deuxièmes, d'évacuation du surplus vers un bac de stockage (8) puis vers une station de recyclage (16), - un bac (18), dit de boue neuve, contenant la boue dite neuve élaborée à partir de différents composants en provenance de bacs respectifs (8,20,22,24,26), dits d'apport, - des moyens (28) respectifs, dits troisièmes, d'admission des composants en provenance des bacs d'apport (8,20, 22,24,26) dans le bac (18) de boue neuve, - des deuxièmes moyens d'adduction (30), de la boue neuve en provenance du bac (18) de boue neuve, vers le dit bac de traitement (12,48), et - des troisièmes moyens d'adduction (32), de la boue dite traitée composée de la boue neuve mélangée à de la boue dessablée, vers la bouche du tunnelier (2), caractérisée: en ce qu'elle comprend en outre un bac (34), dit de régénération, interposé entre le bac de traitement (12) et les troisièmes moyens d'adduction (32), le dit bac de régénération (34) étant équipé de moyens (36) de brassage de son contenu pour le maintenir homogène, et ayant une capacité de l'ordre de celle correspondante au débit des troisièmes moyens d'adduction (32) multiplié par le temps nécessaire au creusement d'un anneau, de telle sorte qu'une quantité de boue traitée, dite alors boue régénérée, nécessaire pour le creusement d'un anneau, soit préalablement préparée et disponible pour le creusement de cet anneau; 2.Station selon la revendication 1, caractérisée: en ce qu'elle comprend en outre des premiers moyens de commande (38) de la manoeuvre respective de chacun des troisièmes moyens (28), et de deuxièmes moyens de commande (39) du débit d'admission (52) de la boue neuve dans le bac de traitement (12,48), premiers (38) et deuxièmes (39) moyens de commande dont la mise en oeuvre est placée en permanence sous la dépendance de moyens (40), dits quatrièmes, de contrôle et d'analyse d'informations en provenance de l'un quelconque au moins de moyens (42) de détermination du débit, de moyens (44) de détermination de la viscosité, et de moyens (46) de détermination de la densité, de l'une quelconque au moins des boues suivantes: - boue dessablée véhiculée par les premiers moyens d'adduction (10), - boue traitée en provenance du bac (12) de traitement, - boue régénérée véhiculée par les troisièmes moyens d'adduction (32), de telle sorte qu'à une variation des caractéristiques de l'une quelconque au moins des dites boues corresponde une correction quasi-immédiate des caractéristiques de la boue neuve et de son débit d'admission dans le bac de traitement (12,48), et donc des caractéristiques de la boue traitée. 3.- Station selon la revendication 2, caractérisée: en ce que la détermination de la densité et de la viscosité des dites boues s'effectue par séquence à partir d'échantillons (A,B,C) prélevés successivement sur ces dernières; 4.- Station selon la revendication 2, caractérisée: en ce que les moyens de détermination de la viscosité des boues comprennent des moyens de calcul et d'analyse d'informations transmises par des moyens (44) de détermination de la viscosité apparente et de la viscosité plastique des boues; 5.- Station selon la revendication 1, caractérisée: en ce qu'elle comprend en outre: - un bac annexe de traitement (48) interposé entre les troisièmes moyens d'adduction (32) et le bac (18) de boue neuve, le dit bac annexe de traitement (48) étant disposé en parallèle de l'ensemble formé par le premier bac de traitement (12) et le bac de régénération (34), et - des moyens (50) de sélection de l'adduction de la boue neuve entre le premier bac de traitement (12) et le bac annexe de traitement (48), de telle sorte que le deuxième bac de traitement (48) puisse être substitué à l'ensemble formé par le premier bac de traitement (12) et le bac de régénération (34) par une manoeuvre des dits moyens de sélection (50); 6.- Station selon les revendications 2 et 5, caractérisée: en ce que la mise en oeuvre des dits moyens de sélection (50) est placée sous la dépendance de l'un quelconque au moins des moyens du groupe de moyens comprenant des moyens de commande manuels et des moyens de commande (51) placés sous la dépendance des dits quatrièmes moyens (40); 7.Station selon la revendication 2, caractérisée: en ce que les quatrièmes moyens (40) comprennent des moyens d'affichage (54); 8.- Station selon la revendication 1, caractérisée: en ce que les bacs d'apport sont des bacs contenant respectivement l'un quelconque au moins des composants suivants: - boue de surplus en provenance du bac de traitement (12) (bac de stockage) (8), - eau neuve (20), - un adjuvant du groupe d'adjuvants comprenant les polymères, les viscosifiants et les sels (22), - boue de bentonite (24), - eau recyclée (26) en provenance du traitement et du pressage des dites boues de surplus par une station (16) de recyclage; 9.Station selon la revendication 1, caractérisée: en ce que les dits deuxièmes moyens (14) sont constitués par une vanne, dite à flotteur, dont la manoeuvre à l'ouverture/fermeture est placée sous la dépendance d'un flotteur reposant sur la boue contenu dans le bac de traitement (12,48); 10.- Procédé de contrôle et de fonctionnement automatique d'une station selon la revendication 6, caractérisé: en ce qu'il consiste: - à prélever en continu et par séquence une succession d'échantillons d'au moins la boue dessablée (échantillon A), la boue traitée (échantillon B) et la boue régénérée (échantillon C), - à calculer (56) successivement pour chacun de ces échantillons (A,B,C) un bilan massique, volumique et rhéologique des boues correspondante, puis - à comparer, pour chacun des calculs les résultats obtenus avec des informations de consigne préalablement mémorisées (58), et à en déduire les apports en additifs à la boue neuve ainsi que la quantité de cette dernière à mélanger à la boue dessablée, à transmettre en permanence à un automate (60) les informations précédemment déduites, le dit automate (60) étant équipé de moyens (38,39,51), dits de pilotage, de commande de la mise en oeuvre de l'un quelconque au moins des dits moyens de sélection (50), de chacun des dits troisièmes moyens (28), et de moyens (52) de réglage du débit d'admission de la boue neuve dans le bac de traitement, moyens de pilotage dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance des dits moyens d'analyse.