Brevet FR2754561A1 — publié le 19980417

La présente invention a pour objet une tête de coupe d'un tunnelier. Les tunneliers, par exemple du type pleine face, se composent, de manière classique, d'une enveloppe généralement cylindrique à l'avant de laquelle est disposée une tête de coupe munie d'outils de travail destinés à l'abattage du terrain sous l'avance du tunnelier. Cette tête de coupe est entraînée en rotation autour d'un axe qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal du tunnelier, à une vitesse déterminée qui est fonction de la nature du terrain à creuser. Le tunnelier comporte aussi des moyens d'évacuation des gravats qui sont constitués par exemple par une vis sans fin s'étendant de la partie avant vers la partie arrière du tunnelier, des moyens de déplacement axialement de la tête de coupe, un magasin de stockage de voussoirs et un dispositif de pose de ces voussoirs à l'intérieur du tunnel. Les voussoirs constitués par des plaques courbes en béton préfabriqué ou en fonte sont destinés à consolider la paroi intérieure du tunnel. La tête de coupe est placée à l'avant d'un bouclier cylindrique dont le diamètre est sensiblement égal à celui du tunnel à réaliser. Les têtes de coupe utilisées jusqu'à présent sont formées par un plateau circulaire sur lequel sont disposés des bras s 'étendant radialement et de support d'outils de travail, comme par exemple des outils d'abattage et/ou des molettes de concassage. Le plateau comporte également des ouvertures ménagées entre les bras et destinées au passage de la boue et/ou des gravats vers les moyens d'évacuation. Ces ouvertures se présentent chacune sous la forme d'un secteur angulaire. Etant donné la forme de ces ouvertures et de l'angle aigu formé à proximité de la partie centrale du plateau, la surface totale de ces ouvertures à l'intérieur d'un cercle théorique passant par le milieu du rayon du plateau représente généralement 20% de la surface totale de ces ouvertures sur ledit plateau tandis que 80% de la surface totale desdites ouvertures sont situés à l'extérieur de ce cercle théorique. Ainsi, la surface délimitée par les ouvertures à proximité du centre du plateau est faible alors qu'elle est plus grande à proximité de la périphérie dudit plateau. Cette répartition des ouvertures ainsi que la restriction du passage en partie centrale de la tête de coupe étant donné la forme en secteur angulaire de ces ouvertures, favorisent le tassement et le compactage des matériaux dans cette zone. De ce fait, la formation d'un bouchon dans la zone centrale de la tête de coupe est fréquente ce qui a pour effet de réduire de façon significative le débit de matériaux à évacuer et de diminuer le rendement du tunnelier. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients. L'invention a donc pour objet une tête de coupe d'un tunnelier, caractérisée en ce qu'elle est formée par un plateau circulaire entraîné en rotation et comportant - une partie centrale pleine munie d'outils de travail, - un anneau concentrique à la partie centrale et muni d'outils de travail, ledit anneau étant relié à la partie centrale par des bras de liaison s'étendant radialement, - des supports d'outils de travail disposés entre les bras de liaison et formant au moins une spirale ayant pour origine le centre du plateau, - et des ouvertures ménagées entre les bras de liaison et les supports pour l'évacuation des gravats vers l'arrière du tunnelier. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les supports sont formés par des caissons, - les ouvertures présentent chacune une forme générale trapézoïdale, - la surface des ouvertures à l'intérieur d'un cercle théorique passant par le milieu du rayon du plateau représente environ 40% de la surface totale des ouvertures sur ledit plateau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l est une vue schématique en coupe axiale, avec arrachement partiel, un tunnelier équipé d'une tête de coupe selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue de face de la tête de coupe selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 2. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un tunnelier, par exemple du type pleine face, désigné dans son ensemble par la référence 1 et qui se compose, de manière classique, d'une enveloppe 2 généralement cylindrique, à l'avant de laquelle est disposée une tête de coupe 10 munie d'outils de travail 11, comme par exemple des outils d'abattage et/ou des molettes de concassage, destinés à l'abattage du terrain sous l'avance du tunnelier 1. Cette tête de coupe 10 est entraînée en rotation par au moins un moteur 3 à une vitesse déterminée qui est fonction de la nature du terrain à creuser. Le tunnelier 1 comporte aussi des moyens d'évacuation des gravats qui sont constitués, dans l'exemple représenté sur la Fig. 1, d'une vis sans fin 4 s'étendant de la partie avant vers la partie arrière du tunnelier 1. Le tunnelier 1 comporte également des moyens 5 de déplacement axialement de la tête de coupe 10, un magasin 6 de stockage de voussoirs 7 et un dispositif 8 de pose des voussoirs 7 à l'intérieur du tunnel. Les voussoirs 7 constitués par des plaques courbes en béton préfabriqué ou en fonte sont destinés à consolider la paroi interne 9 du tunnel creusé par la tête de coupe 10. Les moyens 5 de déplacement axialement de la tête de coupe 10 sont formés par une couronne de vérins 5a disposés à la périphérique arrière du tunnelier 1 à une extrémité opposée à ladite tête de coupe 10. Pour déplacer cette tête de coupe 10, les vérins 5a, par exemple hydrauliques, viennent en appui contre la tranche des voussoirs 7 posés à l'intérieur du tunnel de façon à exercer sur ladite tête de coupe 10 la poussée nécessaire à l'excavation des terrains traversés. Les variations de direction de la tête de coupe 10 sont obtenues par des écarts de poussée entre les différents vérins 5a répartis à la périphérie arrière du tunnelier 1. Les vérins 5a sont alimentés par un circuit hydraulique, non représentés, contenu dans le volume du tunnelier 1. Comme représenté sur les Figs. 2 et 3, la tête de coupe 10 est formée par un plateau circulaire 12 entraîné en rotation et comportant une partie centrale pleine 13 et un anneau 14 concentrique à ladite partie centrale 13. L'anneau 14 est relié à la partie centrale par des bras de liaison 15 s'étendant radialement. La partie centrale 13 et l'anneau 14 sont munis d'outils de travail 11. Les bras de liaison 15 ont uniquement pour but de relier l'anneau 14 avec la partie centrale 13. Le plateau 12 formant la tête de coupe 10 comporte également des supports 16 d'outils de travail 11 disposés entre les bras de liaison 15 et qui forment, comme représenté à la Fig. 2, au moins une spirale ayant pour origine le centre du plateau 12. Les supports 16 et les bras de liaison 15 ménagent, avec la partie centrale 13 et l'anneau 14, des ouvertures 17 pour l'évacuation des gravats vers l'arrière du tunnelier. Comme représenté à la Fig. 2, les ouvertures 17 présentent chacune une forme générale trapézoïdale. Ces ouvertures 17 sont disposées concentriquement à la partie centrale 13 et l'anneau 14 et ont chacune leur plus grande dimension s'étendant perpendiculairement au diamètre du plateau 12. Les supports 16 des outils 11 sont formés par des caissons 16a dans lesquels sont montés des porteoutils lla supportant les outils de travail 11, comme représenté à la Fig. 4. En fonction de la position des outils de travail 11 sur les supports 16 et de la nature du terrain à creuser, les outils de travail 11 peuvent former des angles différents par rapport aux supports 16. Grâce à la forme particulière des ouvertures 17 sur le plateau 12, la surface de ces ouvertures 17 à l'intérieur d'un cercle théorique passant par le milieu du rayon du plateau 12 représente environ 40% de la surface totale desdites ouvertures 17 sur ledit plateau 12 tandis que 60% de la surface totale desdites ouvertures 17 sont situés à l'extérieur de ce cercle théorique. Cette répartition des ouvertures 17 permet d'augmenter la surface délimitée par lesdites ouvertures 17 à proximité du centre du plateau 12 et de favoriser l'évacuation des matériaux dans cette zone et d'éviter les phénomènes de tassement et de compactage de ces matériaux. Ainsi, l'extraction des gravats vers les moyens d'évacuation 4 est favorisée et la masse de gravats évacués ainsi que le rendement du tunnelier sont améliorés. De plus, grâce à cette disposition des outils de travail, la transmission de l'effort de couple de ces outils de travail sur le plateau est également améliorée. REVENDICATIONS 1. Tête de coupe d'un tunnelier, caractérisée en ce qu'elle est formée par un plateau circulaire (12) entraîné en rotation et comportant - une partie centrale (13) pleine munie d'outils de travail (11), - un anneau (14) concentrique à la partie centrale (13) et muni d'outils de travail (11), ledit anneau (14) étant relié à la partie centrale (13) par des bras de liaison (15) s'étendant radialement, - des supports (16) d'outils de travail (11) disposés entre les bras de liaison (15) et formant au moins une spirale ayant pour origine le centre du plateau (12), - et des ouvertures (17) ménagées entre les bras de liaison (15) et les supports (16) pour l'évacua- tion des gravats vers l'arrière du tunnelier (1). 2. Tête de coupe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les supports (16) sont formés par des caissons (16a). 3. Tête de coupe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (17) présentent chacune une forme générale trapézoïdale. 4. Tête de coupe selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que la surface des ouvertures (17) à l'intérieur d'un cercle théorique passant par le milieu du rayon du plateau (12) représente environ 40% de la surface totale desdites ouvertures (17) sur ledit plateau (12).