Brevet FR2768174A1 — publié le 19990312

La présente invention a pour objet un train de tiges de forage. Dans le domaine du bâtiment et des travaux publics, il existe un certain nombre de situations dans lesquelles il est nécessaire de pouvoir disposer d'un train de tiges creuses pour permettre le forage et l'injection de matériaux liquides tels que des coulis. C'est notamment, mais non exclusivement, le cas de la mise en oeuvre d'un procédé de traitement des sols par jet rotatif, procédé qui est utilisé pour la réalisation d'éléments de renforcement sous forme de colonnes et celle d'écrans d'étanchéité dans la masse d'un terrain perméable. Un tel procédé est décrit en détail dans le brevet français n 2 697 551. Il n'est donc pas nécessaire de décrire celui-ci plus en détail. Il suffit de rappeler que pour la mise en oeuvre de ce procédé, on utilise habituellement un dispositif comprenant une centrale de production d'un coulis de ciment alimentant en coulis une ou plusieurs pompes reliées par l'intermédiaire d'un joint tournant à un train de tiges introduit dans le forage o doit se faire le traitement par jet. Le train de tiges peut être entraîné en translation et en rotation grâce à une tète rotative hydraulique, en serrant l'extrémité supérieure du train de tige qui est elle-même montée de préférence sur une glissière de forage. En général, la ou les pompes délivrent le fluide le plus souvent constitué par un coulis (constitué par un mélange d'eau et de ciment ou d'eau et de liant) ou de l'eau avec des pressions de l'ordre de 200 à 700 bars ou plus. Comme cela est bien connu, le train de tiges est constitué par des tiges ayant la forme de tronçons tubulaires unitaires raccordés les uns aux autres et munis de joints d'étanchéité appropriés, chaque tronçon pouvant être formé d'un tube simple dans le cas d'un jet unique ou de plusieurs tubes coaxiaux dans le cas d'un jet double ou triple. On comprend que, dans ce procédé, le train de tiges remplit la double fonction de permettre le déplacement dans le forage du ou des jets rotatifs et de transmettre les fluides depuis la station de production jusqu'aux buses d'éjection, ces fluides pouvant être un coulis, de l'air ou de l'eau. En outre, un outil de forage peut être prévu en dessous des buses servant à la réalisation du ou des jets à l'extrémité inférieure du train de tiges pour réaliser le forage dans lequel s'effcctuera le traitement. En pratique, le traitement par jet est commencé en plaçant le dispositif à jet au fond du forage et en entraînant le train de tiges selon un mouvement de rotation et de translation vers la tête du forage jusqu'à ce que l'on obtienne une colonne de terrain traité sur la hauteur voulue. On comprend que, durant cette opération, le train de tiges lors de sa remontée fait saillie d'une hauteur de plus en plus grande au-dessus de la surface du sol dans lequel le traitement est appliqué. Cela ne présente pas d'inconvénient lorsque le travail est effectué dans des conditions de chantier normales, c'est-à-dire dans des conditions o la hauteur au-dessus du sol n'est pas limitée ou du moins permet la remontée complète du train de tiges. Cependant, il existe des situations dans lesquelles la hauteur disponible au-dessus du forage est réduite par exemple en raison d'un plafond de hauteur réduite, de chambre de travail étroite, etc., de telle manière que l'on ne dispose pas dans l'axe du forage de la place nécessaire pour remonter la longueur voulue de train de tiges. On comprend que, dans ce cas, il est nécessaire de démonter en cours de traitement les tiges au fur et à mesure de leur remontée. Un tel démontage présente cependant l'inconvénient qu'il crée le risque que du coulis circulant dans les éléments tubulaires constitués par les tiges pénètre dans le canal d'amenée d'air ou d'eau de ces tiges, ce qui, à la reprise du traitement, endommage ou bouche les buses d'éjection du coulis. De plus, lors du démontage, on est obligé de stopper l'alimentation en fluides et notamment en coulis du train de tiges et on court le risque qu'il ne se produise alors un retour intempestif de l'air éjecté venant boucher les buses. Afin de remédier à cet inconvénient, on a proposé dans le brevet français déjà mentionné de séparer la fonction de train de tiges proprement dite de la fonction de canalisation de l'alimentation en coulis des buses d'éjection. Dans ce brevet, il est prévu d'utiliser des conduites flexibles raccordées à la tête d'éjcction et disposées hors du train de tiges. Cette solution permet effectivement de résoudre le problème posé puisque, le coulis ne circulant pas dans le train de tiges, il est aisé de démonter les tiges au fur et à mesure de leur remontée. Cette solution est satisfaisante. Cependant au moins dans certains cas la présence des conduites flexibles dans le forage à l'extérieur du train de tiges fait que ces conduites flexibles n'étant pas protégées, elles risquent donc d'être usées ou même perforées. Un objet de la présente invention est de fournir un train de tiges de forage qui, notamment dans le cas de la mise en oeuvre d'un procédé d'injection de coulis, permet un démontage aisé du train de tiges sans interrompre l'alimentation en coulis des buses d'éjection, tout en évitant les inconvénients mentionnés ci- dessus. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le train de tiges de forage comprenant une pluralité de tiges présentant toutes un même évidement axial, chaque tige comportant à une première extrémité un embout mâle et à une deuxième extrémité un embout femelle, l'embout mâle d'une première tige étant apte à coopérer avec l'embout femelle d'une tige adjacente, se caractérise en ce que chaque tige présente dans sa paroi entourant ledit évidement axial une fente s'étendant sur toute sa longueur, les embouts mâle et femelle étant agencés de telle manière que lorsque plusieurs tiges sont assemblées, la fente d'une tige, par rapport à l'axe commun des tiges, soit disposée sensiblement à 180 par rapport aux fentes des deux tiges adjacentes, ledit train comprenant en outre au moins une conduite disposée dans les évidements axiaux desdites tiges, la largeur de la fente de chaque tige étant au moins égale au diamètre de ladite conduite. On comprend que, grâce à la forme particulière donnée à chaque tige du train de tiges, les conduites pour les différents liquides qui doivent être éjectés à la base du train de tiges circulent dans des flexibles disposés à l'intérieur des tiges assurant ainsi la protection de ces flexibles. On comprend cependant que, du fait que chaque tige comporte une fente sur toute sa longueur, il est possible de procéder à l'enlèvement et au démontage successivement de chaque tige sans que cela perturbe l'écoulement du coulis dans les flexibles. On voit de plus que l'alternance des tiges présentant des fentes disposées à 180 assure un très bon guidage des flexibles à l'intérieur de l'évidement axial défini par la succession des tiges et la protection mécanique de ces flexibles. En revanche, le démontage successif des tiges est aisé puisque les flexibles peuvent passer par la fente prévuc dans chaque tige. Selon un mode préféré de réalisation chaque embout mâle ou femelle comporte un évidement axial prolongeant celui de la tige et une paroi entourant ledit évidement, ladite paroi présentant des échancrures s'étendant parallèlement à la direction axiale de la tige, une desdites échancrures prolongeant la fente de la tige, lesdites échancrures étant séparées par des portions en saillie dc la paroi, les échancrures d'un embout mâle ou femelle d'une tige correspondant aux portions en saillie d'un embout femelle ou mâle d'une tige adjacente, par quoi les faces latérales des échancrures parallèles à la direction axiale d'un embout mâle et d'un embout femelle coopèrent entre elles lorsqu'un mouvement de rotation est appliqué au train de tiges, et les faces des portions en saillie et des échancrures d'un embout mâle et d'un embout femelle coopèrent entre elles sous l'effet d'une poussée verticale descendante appliquée au train de tiges. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation de traitement du sol par jet rotatif utilisant un train de tiges conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue simplifiée en élévation d'un train de tiges conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe horizontale selon la ligne 3-3 de la figure 2; - les figures 4 et 5 sont des vues en perspectives respectivement de l'embout mâle et de l'embout femelle d'une tige; - la figure 6 est une vue en coupe horizontale de l'embout mâle d'une tige présentant une première orientation de fente; - la figure 7 est une vue en coupe horizontale de l'embout mâle d'une tige présentant la deuxième orientation de fente; et la figure 8 est une vue en coupe horizontale d'un embout mâle et d'un embout femelle connectés entre eux. Sur la figure 1, on a représenté en coupe verticale, de façon simplifiée, une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement du sol par jet de coulis. Dans le forage 10 est disposé un train de tiges tubulaire 14 constitué par les tiges 16a, etc., 16n. La tige inférieure 16n a son extrémité inférieure solidaire d'une tête d'éjection de coulis 18, cette tête d'éjection pouvant également éventuellement être équipée d'une tête de forage servant à réaliser le forage 10. A l'intérieur du passage axial défini par les tiges tubulaires 16 sont disposées des conduites flexibles telles que 20 et 22 servant à l'alimentation des buses d'éjection notamment en coulis en eau ou en air. Avantageusement, les extrémités de ces tubes flexibles 20 et 22 peuvent être enroulées sur des tambours de stockage tels que 24 disposés à la surface du sol. L'installation comporte également une tête 26 de mise en rotation du train de tige ainsi qu'une glissière 28 de guidage des tiges dans leur partic faisant saillie hors du forage 10. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement des tiges de forage 16 assemblées les unes aux autres. Ces tiges tubulaires comportent un embout mâle supérieur 30 et un embout inférieur femelle 32. On peut ainsi réaliser la liaison mécanique entre deux tiges 16 consécutives et constituer ainsi l'ensemble du train de tiges. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ainsi qu'on l'expliquera plus en détail ultérieurement, les tiges comportent bien sûr un évidement axial 34 qui communique avec l'extérieur par une fente 36 dont la largeur e est sensiblement égale à la dimension e' de l'évidement 34. Selon une autre caractéristique de l'invention, les embouts mâle 30 et femelle 32 sont réalisés de telle manière que, après assemblage, les fentes 36 des tiges soient disposées alternativement en faisant un angle de 180 par rapport à l'axe commun X-X' du train de tiges. Par exemple, sur la figure 2, pour la tige 16b, la fente est dirigée vers l'avant de la figure, alors que pour la tige 16a, la fente est dirigée vers l'arrière de la figure. L'évidement axial de chaque tige est destiné à recevoir les conduites 20 et 22. De préférence, la partie courante de chaque tige 16 est constituée par une tôle pliée 38 qui définit le logement axial 34 ainsi que la fente 36. Comme le montrent plus clairement les figures 4 et 5, les embouts respectivement mâle 30 et femelle 32 sont des pièces massives soudées aux extrémités de la partie courante de la tige 16. Si l'on considère l'embout mâle 30, il comporte une partie massive 40 munie de la fente 42 prolongeant la fente 36 de la tige et d'une partie de connexion 44. Dans le cas de l'embout mâle 30, cette partie de connexion comporte comme le montre mieux la figure 6 deux évidements 46 et 48. Si l'on considère les différentes zones de la partie de connexion 44 par rapport à l'axe X-X' du train de tiges, on trouve une première zone en saillie 50 opposée à une zone formant une fente 52 qui prolonge la fente 42. Lcs parties restantes constituent les échancrures 46 et 48 qui sont diamétralement opposées ainsi que deux portions en saillie, la portion 54 étant raccordée à la portion 50 et la portion 56 étant isolée. La figure 5 montre l'embout femelle qui a exactement la même forme que l'embout mâle. La seule différence consiste dans le fait que les parties en saillie dc l'embout mâle sont munies à leur extrémité supérieure dc chanfreins tels que 60 pour faciliter l'assemblage des tiges. L'embout femelle 32 présente donc exactement le même système d'échancrure et de parties en saillie. Si l'on considère les embouts mâles et femelles des tiges destinés à être associés à une tige donnée et dont l'orientation dc la fente est disposée à 180 , on trouve la disposition représentée sur la figure 6. En ce qui concerne les embouts mâle et femelle 63 des tiges destinées à présenter l'orientation opposée de fente, ils présentent une inversion des parties en saillie et des encoches comme le montre la figure 7. On comprend que l'engagement de l'embout mâle d'une tige et de l'embout femelle de la tige adjacente assure d'une part la liaison en rotation de ces deux tiges par la coopération des faces verticales telles que 62 des échancrures et d'autre part la liaison de ces deux tiges dans le sens de l'enfoncement par la coopération des surfaces d'appui telles que 64 des échancrures et des parties en saillie, ces faces étant perpendiculaires à l'axe des tiges, c'est-à- dire horizontales. De préférence, comme le montre par exemple la figure 6, les faces latérales verticales 62, et 622 des échancrures 46 et 48 sont disposées dans un même plan contenant l'axe XX' de la tige. Cette disposition favorise bien sûr la transmission du couple entre les tiges. En raison de la présence des fentes dans les tiges, les autres faces latérales verticales 623 et 624 des échancrures ne peuvent respecter exactement cette disposition. Elles s'en approchent. Comme on le voit sur la figure 6, les faces 623 et 624 sont disposées sensiblement dans un même plan, mais ce plan est légèrement décalé par rapport à l'axe XX'. Plus généralement, on s'efforce pour que les faces latérales correspondantes des échancrures soient sensiblement disposées dans un même plan contenant l'axe de la tige. Pour assurer la liaison mécanique nécessaire entre les tiges lors de leur remontée, on a prévu dans chaque embout femelle un axe mobile 70 et 72 qui peut être engagé dans des alésages correspondants 74 et 76 pour l'embout femelle et 78 et 80 pour l'embout mâle. On comprend que, lorsque les axes 70 et 72 sont engagés et verrouillés dans les différents alésages "horizontaux", la solidarisation des tiges est assurée dans le sens du soulèvement desdites tiges. La figure 8 montre l'assemblage de l'embout mâle d'une tige et dc l'embout femelle de la tige adjacente. On voit qu'à ce niveau l'évidement axial est entièrement entouré par la combinaison des embouts mâle et femelle, ce qui assure le maintien des flexibles 90 et 92 dans les tiges. En revanche, dès que les tiges sont désaccouplées, la fente permettant l'extraction des flexibles est recréée. REVENDICATIONS 1. Train de tiges de forage comprenant unc pluralité de tigcs (16) présentant toutes un même évidement axial (34), chaque tige comportant à unc première extrémité un embout mâle (30) et à unc deuxième extrémité un embout femelle (32), l'embout mâle d'une première tige étant apte à coopérer avec l'embout femelle d'une tige adjacente, caractérisé en cc que chaque tige présente dans sa paroi entourant ledit évidement axial une fcnte (36) s'étendant sur toute la longueur, les embouts mâle ct femelle étant agencés de tellc manière que lorsque plusieurs tiges sont assemblcées, la fente d'une tige, par rapport à l'axe commun des tiges (16), soit disposée sensiblement à 180 par rapport aux fentes des deux tiges adjacentes, ledit train comprenant en outre au moins une conduite disposée dans les évidements axiaux desdites tiges, la largeur (e) de la fente (36) de chaque tige étant au moins égale au diamètre de ladite conduite. 2. Train de tiges selon la revendication 1, caractérisé en cc que chaque embout mâle ou femelle (30, 32) comporte un évidement axial prolongeant celui de la tige et une paroi (40) entourant ledit évidemcnt, ladite paroi présentant des échancrures (42, 46, 48) s'étendant parallèlement à la direction axiale de la tige, une desdites échancrures (42) prolongeant la fente (36) de la tige (16), lesdites échancrures étant séparées par des portions en saillie (50) de la paroi, lcs échancrures d'un cmbout mâle ou femelle d'une tige correspondant aux portions en saillie d'un embout femelle ou mâle d'unc tige adjaccntc, par quoi les faces latérales (62, 622) des échancrures parallèlcs à la direction axiale d'un embout mâle et d'un embout femelle coopèrent entre elles lorsqu'un mouvement de rotation est appliqué au train de tiges, et les faces (64) des portions en saillie et des échancrures d'un embout mâle et d'un embout femelle coopèrent entre elles sous l'effet d'une poussée verticale descendante appliquée au train de tiges. 3. Train de tiges selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque embout mâle ou femelle comporte deux échancrures (46, 48) et donc deux portions en saillie. 4. Train de tiges selon la revendication 3, caractérisé en ce que les faces latérales correspondantes (62, 612, 623, 624) des échancrures (46, 48) soient disposées dans un même plan contenant sensiblement l'axe de la tige. 5. Train de tiges selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque embout mâle ou femelle (30, 32) comporte des moyens mobiles de verrouillage (70, 72) d'une tige par rapport aux tiges adjacentes selon la direction de l'axe commun desdites tiges. 6. Train de tiges selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de verrouillage comprennent des axcs (70, 72) montés coulissants dans des alésages (74, 76) ménagés dans lesdits embouts, les axes desdits alésages étant orthogonaux à l'axe longitudinal de la tige.