Brevet FR2795129A1 — publié le 20001222

La présente invention concerne une machine de creusement d'un tunnel appelée tunnelier, qui comporte une structure mobile de grandes dimensions et nommée bouclier ayant une section sensiblement circulaire dont le diamètre correspond au diamètre du tunnel dont on réalise le creuse ment. Généralement, le bouclier est formé par une en veloppe cylindrique en deux parties, une première partie ap pelée bouclier arrière et une seconde partie appelée bou clier avant relié audit bouclier arrière par un système d'articulations flottantes pour autoriser des mouvements an gulaires de faibles amplitudes. Le bouclier avant porte une tête de coupe qui vient en contact avec le front de taille pour réaliser le découpage de la formation traversée par le tunnel et qui se présente sous la forme générale d'un plateau circulaire de même diamètre que le bouclier. La tête de coupe est équipée d'un ensemble d'ou tils constitué par exemple par des molettes et/ou des outils rabots ou autres, en fonction de la nature du terrain tra versé. L'abattage du terrain est obtenu par la rotation de la tête de coupe à une vitesse déterminée qui est fonc tion de la nature du terrain à creuser et simultanément par une poussée de cette tête de coupe contre le front de taille. Le bouclier avant comporte également une cloison verticale et fixe disposée derrière la tête de coupe et dé- terminant avec celle-ci une chambre d'abattage à l'intérieur de laquelle sont recueillis les déblais ou les gravats qui résultent de l'abattage du terrain sous l'avance du tunne lier. La chambre d'abattage est également pourvue de moyens d'évacuation des déblais de cette chambre vers l'ar rière du bouclier. De plus en plus souvent, les machines de creuse ment sont utilisées dans des géologies hétérogènes, c'est à dire dans des terrains comportant par exemple des failles et des nappes phréatiques suspendues et, selon le type de ter rain à creuser, les boucliers des machines de creusement ne sont pas les mêmes et fonctionnent selon deux modes diffé- rents qui sont couramment appelés "mode fermé" ou "mode ou vert". La cloison transversale placée derrière la tête de coupe comporte une ouverture située sensiblement dans l'axe longitudinal du bouclier et selon le mode de travail utilisé, cette ouverture est fermée ou ouverte. En effet, en fonctionnement en mode fermé, l'ou verture est obturée par des moyens de fermeture étanche qui permettent notamment l'installation d'un joint tournant et d'un organe de traversée pour l'injection d'un fluide dans la chambre d'abattage et dans ce cas, l'évacuation des dé- blais de cette chambre est effectué par un transporteur à vis qui débouche à la partie inférieure de ladite chambre. Généralement, l'ouverture ménagée dans la cloi son transversale est fermée par exemple par une vanne du type à guillotine déplaçable sur des glissières supportées par ladite cloison transversale. En fonctionnement en mode ouvert, l'ouverture de la cloison est dégagée et l'évacuation des déblais est ef fectuée par exemple par un convoyeur à bande dont l'extrémi té avant pénètre dans la chambre d'abattage et comporte une trémie de réception des déblais qui sont remontés du bas de cette chambre par rotation de la tête de coupe équipée de pales. Mais, pour éviter des opérations complexes et coeteuses de modification du bouclier avant selon le mode de fonctionnement, il est nécessaire de concevoir des machines de creusement polyvalentes qui sont équipées de moyens adap tés pour faire face à diverses situations d'exploitation et d'accidents géologiques. En effet, au cours du fonctionnement de la ma chine de creusement en mode ouvert, il peut se produire des arrivées brutales et importantes d'eau ou de boue dans la chambre d'abattage si bien que l'ouverture ménagée dans la cloison transversale doit être fermée rapidement pour mettre en sécurité la machine de creusement, le personnel et l'en semble du tunnel. De plus, lors des opérations de changement des outils usés sur la tête de coupe qui nécessitent de reculer cette tête de coupe du front de taille, l'ouverture de la cloison verticale doit être fermée de façon à établir et/ou à maintenir une pression d'air ou d'un autre fluide dans la chambre d'abattage. Cette pression génère la force nécessaire au re cul de l'ensemble formé par le bouclier avant et la tête de coupe de façon à permettre le changement des outils usés. Jusqu'à présent, les moyens d'obturation de l'ouverture sont complexes et nécessitent des opérations fastidieuses et longues dans une zone exiguë et encombrée. L'invention a pour but d'éviter ces inconvé nients en proposant une machine de creusement polyvalente permettant le passage rapide d'un mode de fonctionnement à un autre. L'invention a donc pour objet une machine de creusement d'un tunnel, du type comprenant un bouclier formé par un bouclier arrière et par un bouclier avant comprenant, d'une part, une tête de coupe formée par un plateau circu laire entraîné en rotation et muni d outils de travail et, d'autre part, une cloison transversale et fixe disposée der rière la tête de coupe et déterminant avec celle-ci une chambre d'abattage à la partie inférieure de laquelle débou che un premier moyen d'évacuation des déblais de la chambre d'abattage vers l'arrière du bouclier, caractérisée en ce que la cloison transversale comporte une ouverture située sensiblement dans l'axe longitudinal du bouclier et en ce que le bouclier comporte un second moyen dévacuation des déblais, déplaçable entre une première position dans la quelle l'extrémité avant de ce second moyen d'évacuation traverse ladite ouverture et débouche dans la chambre d'abattage et une seconde position dans laquelle l'extrémité avant dudit second moyen est située en dehors de cette cham bre d'abattage et obture par des moyens de fermeture l'ou verture de ladite cloison. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le second moyen d'évacuation est formé par un transporteur sans fin monté déplaçable par un organe de com mande entre lesdites positions sur une structure porteuse fixe située derrière la cloison verticale, - l'organe de commande est formé par au moins un vérin fixé d'un côté sur le transporteur sans fin et de l'autre côté sur la structure porteuse, - les moyens de fermeture de l'ouverture de la cloison verticale sont formés par une plaque portée par l'extrémité avant dudit transporteur sans fin, de dimension supérieure à ladite ouverture et appliquée sur le pourtour de cette ouverture dans la seconde position du transporteur sans fin, - la plaque est montée sur l'extrémité avant du transporteur sans fin au moyen d'une liaison articulée auto risant des mouvements de rotation de faibles amplitudes se lon les directions OY et OZ du repère orthogonal direct OXYZ et fixe selon la direction OX de ce repère, - la plaque comporte, dans sa partie centrale selon l'axe du bouclier, un orifice obturé par un bouchon démontable de ladite plaque et qui porte ladite liaison ar ticulée, - l'extrémité avant du transporteur sans fin est munie d'une trémie de réception des déblais. D'autres caractéristiques et avantages de l'in vention apparaîtront au cours de la description qui va sui vre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en réfé rence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale du bouclier d'une machine de creusement conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe axiale montrant une partie d'un premier mode de réalisation du bouclier fonctionnant en mode ouvert, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe axiale montrant une partie du bouclier fonctionnant en mode fermé, - la Fig. 5 est une vue schématique en coupe axiale montrant une partie d'un second mode de réalisation du bouclier avant en mode ouvert. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement une machine de creusement 1, appelée tunnelier, et qui se compose, de manière classique, d'une enveloppe généralement cylindrique en deux parties indépendantes, une première par tie 2 appelée bouclier arrière et une seconde partie 3 appe lée bouclier avant. Le bouclier avant 3 comporte une tête de coupe désignée dans son ensemble par la référence 4, qui vient en contact avec le front de taille pour réaliser le découpage de la formation traversée par le tunnel et qui se présente sous la forme générale d'un plateau circulaire 5 de même diamètre que le bouclier arrière 2 et que le bouclier avant 3. La tête de coupe 4 est entraînée en rotation par au moins un moteur 6 à une vitesse déterminée qui est fonc tion de la nature du terrain à creuser. Le plateau 5 de la tête de coupe 4 comporte, sur sa face avant, des outils de travail 7, comme par exemple des outils d'abattage et/ou des molettes de concassage. Le bouclier avant 3 comporte également une cloi son 8 transversale et fixe, disposée derrière la tête de coupe 4 et ménageant avec celle-ci une chambre d'abattage 9. Le bouclier arrière 2 et le bouclier avant 3 sont reliés l'un à l'autre par un ensemble 10 d'articula tions flottantes qui autorise les mouvements angulaires et de translation de ce bouclier avant 3 par rapport audit bou clier arrière 2. Ces articulations flottantes sont constituées par des vérins hydrauliques il dits vérins d'articulation qui assurent également la traction du bouclier arrière 2 par le bouclier avant 3. La machine de creusement 1 comporte aussi des moyens 12 de déplacement axialement de l'ensemble constitué par le bouclier arrière 2, le bouclier avant 3 et la tête de coupe 4, un dispositif 13 de pose de voussoirs 14 à l'inté rieur du tunnel et qui sont constitués par des plaques cour bes en béton préfabriqué ou en fonte destinées à consolider la paroi interne du tunnel creusé par la machine de creuse ment 1. Les moyens 12 de déplacement axialement du bou clier arrière 2 ainsi que du bouclier avant 3 et de la tête de coupe 4 sont formés par une couronne de vérins l2a soli daires du bouclier avant 3 et qui viennent en appui contre la tranche des voussoirs 14 posés à 1 intérieur du tunnel de façon à exercer sur le bouclier avant 3 la poussée néces saire à l'excavation des terrains traversés. Les variations de direction de la tête de coupe 4 sont obtenues par des écarts de poussée entre les diffé- rents vérins l2a. Ainsi que représenté à la Fig. 1, la machine de creusement 1 est équipée de moyens d'évacuation du déblais de la chambre d'abattage 9 vers l'arrière du bouclier et qui comprennent un premier moyen dévacuation. 30 et un second moyen d'évacuation 40, les moyens d'évacuation 30 et 40 fonctionnant indépendamment l'un de l'autre selon le mode d'utilisation de la machine de creusement, c'est à dire soit le mode fermé ou soit le mode ouvert. Le premier moyen d'évacuation des déblais de la chambre d'abattage 9 vers l'arrière du bouclier est formé par un transporteur à vis 30 comprenant un fourreau 31 dans lequel est disposée une vis sans fin 32 entraînée en rota tion et dont l'extrémité libre débouche à la partie infé- rieure de la chambre d'abattage 9 pour l'évacuation des dé- blais en mode de fonctionnement fermé de la machine de creu sement 1. Cette machine de creusement 1 peut également fonctionner en mode ouvert et à cet effet, la cloison trans versale 8 placée derrière la tête de coupe 4 comporte une ouverture 20 située sensiblement dans l'axe longitudinal du bouclier et selon le mode de travail utilisé, cette ouver ture 20 est ouverte dans le cas d'une utilisation de la ma chine de creusement 1 en mode ouvert, comme représenté à la Fig. 2, ou fermée dans le cas d'une utilisation de cette ma chine de creusement 1 en mode fermé, comme représenté à la Fig. 4. Pour permettre l'évacuation des déblais de la chambre d'abattage 9 au cours du fonctionnement de la ma chine de creusement 1 en mode ouvert, le second moyen 40 d'évacuation des déblais est déplaçable entre une première position représentée à la Fig. 2 dans laquelle l'extrémité avant 4la de ce second moyen 40 d'évacuation traverse l'ou verture 20 et débouche dans la chambre d'abattage 9, comme représenté à la Fig. 2 et une seconde position dans laquelle cette extrémité avant 4la est située en dehors de cette chambre d'abattage 9 et obture par des moyens 50 de ferme ture de l'ouverture 20 ménagée dans la cloison transversale 8, comme représenté à la Fig. 4. Ainsi que représenté notamment sur les Figs. 2 et 3, le second moyen 40 d'évacuation des délais est formé par un transporteur sans fin 41, comme par exemple un convoyeur à bande monté déplaçable par un organe de commande 42 entre lesdites positions sur une structure porteuse 43 fixe située derrière la cloison transversale 8. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la structure porteuse 43 est constituée principale ment de deux longerons 43a s'étendant parallèlement l'un par rapport à l'autre et le guidage du tapis transporteur 41, lors de sa translation entre les deux positions, est assuré par exemple par des galets 44 ou par des patins de glisse ment sur les longerons 43a. L'organe de commande du déplacement du tapis transporteur 41 est formé par au moins un vérin 42 fixé d'un côté sur le transporteur sans fin 41 et de l'autre côté sur la structure porteuse 43. Les moyens de fermeture de l'ouverture 20 de la cloison transversale 8 sont formés par une plaque 51 portée par l'extrémité avant 4la du transporteur sans fin 41, de dimension supérieure à ladite ouverture 20 et appliquée sur le pourtour de cette ouverture 20 dans la seconde position du transporteur sans fin 41. La plaque 51 est montée sur l'extrémité avant 4la du transporteur sans fin 41 au moyen d'une liaison arti culée 52 autorisant des mouvements angulaires de faibles amplitudes selon les directions OY et OZ du repère orthogo nal direct OXYZ et fixe selon la direction OX de ce repère. Cette liaison articulée 52 est constituée par exemple par une rotule avec des déplacements limités par des butées mécaniques par rapport à la direction OX par exemple au moyen de butées ou de bielles articulées ou au moyen de tout autre système approprié. La liberté des mouvements de la plaque 51 selon les directions OY et OZ permet d'obtenir une bonne portée de cette plaque sur le pourtour de l'orifice 20 ménagé dans la cloison transversale 8. L'extrémité avant 4la du transporteur sans fin 41 est pourvue d'une trémie 45 de réception des déblais dé- versés dans la chambre d'abattage 9 lors du creusement du tunnel. En mode de fonctionnement ouvert de la machine de creusement 1, comme représenté à la Fig. 2, le transpor teur sans f in 41 est déplacé vers l'avant du bouclier au moyen de l'organe de commande 42 de telle manière que l'ex trémité avant 4la dudit transporteur sans fin 41 portant la plaque 51, déplace cette plaque 51 pour dégager l'ouverture 20. Ainsi, sous l'action de l'organe de commande 42, l'extrémité avant 4la du transporteur sans fin 41 traverse ladite ouverture 20 et pénètre dans la chambre d'abattage 9. Sous l'effet de la rotation et du déplacement vers 1 ' avant de la tête de coupe 4, les déblais arrachés du front de taille sont réceptionnés dans la chambre d'abattage 9 et sont remontés du bas de cette chambre d'abattage par rotation de ladite tête de coupe 4 au moyen de pales, non représentées. Ces déblais tombent dans la trémie 45 et finale ment sur la bande du transporteur sans f in 41 qui les éva cue. Lors du passage du fonctionnement de la machine de creusement 1 du mode ouvert décrit précédemment au mode fermé, l'organe de commande 42 est actionné de façon à recu ler le transporteur sans fin 41 dans la seconde position de fermeture de l'ouverture 20 ménagée dans la cloison trans versale 8. Ainsi que représenté à la Fig. 4, lors du recul du transporteur sans fin 41, la plaque 51 est plaquée sur les bords de l'ouverture 20 et un joint 53 par exemple en matériau élastomère assure une bonne étanchéité entre le pourtour de cette ouverture 20 et la plaque 51 de fermeture. Cette plaque 51 est fixée sur la paroi transver sale 8 par exemple au moyen de boulons 54 ou au moyen d'au tres systèmes. Selon un autre mode de réalisation représenté à la Fig. 5, la plaque 51 comporte dans sa partie centrale se lon l'axe du bouclier, un orifice 55 obturé par un bouchon 56 démontable de ladite plaque 51 et qui porte la liaison articulée 52 avec l'extrémité avant 4la du transporteur sans fin 41.. Cet orifice 55 ménagé dans la plaque 51 permet le passage d'éléments d'injection dans la chambre d'abattage 9 par exemple de mousse, d'eau ou de boue relativement fluide pour aérer les déblais dans ladite chambre de façon à obtenir une pâte compressible pouvant être facilement éva cuée par la vis 32 du transporteur à vis 30. Dans ce cas, après la fermeture de la chambre d'abattage 9, la liaison articulée 52 est démontée et le transporteur sans fin 41 est reculé pour libérer la zone derrière la cloison transversale 8, ainsi que représenté à la Fig. 1. Ensuite, le bouchon 56 est démonté pour permet tre la fixation sur l'orifice 55 d'un joint tournant et du système d'injection du produit additionnel dans la chambre d'abattage 9. Lors du passage du mode de fonctionnement fermé au mode de fonctionnement ouvert, les opérations inverses sont exécutées. Grâce à cette disposition, les moyens de ferme ture de l'ouverture dans la cloison de confinement de la chambre d'abattage sont intégrés au transporteur sans fin et actionnés simultanément lors du retrait de ce transporteur, par les mêmes moyens de commande. Ainsi, lors d'une venue d'eau ou de boue brutale et abondante dans la chambre d'abattage alors que la machine de creusement fonctionne en mode ouvert, l'ouverture est ob turée rapidement ce qui permet de mettre en sécurité le per sonnel et l'ensemble du tunnel. La fermeture de l'ouverture dans la paroi de confinement de la chambre d'abattage est donc assurée par un seul mécanisme ce qui permet d'obtenir une fermeture simple rapide et sûre, contrairement aux dispositifs utilisés Jus qu'à présent qui sont le plus souvent formés par des glis sières et des guillotines mal adaptées au milieu dans les quelles elles sont utilisées, compte tenu des risques de colmatage par les déblais ou de grippage des glissières. De plus, cette ouverture peut présenter des di mensions importantes et une forme quelconque ce qui permet d'utiliser une trémie de grande taille et d'augmenter le dé- bit d'évacuation des déblais. Cette trémie est solidaire du transporteur sans fin ce qui évite les opérations de montage et de démontage lors des changements du mode de fonctionnement de la machine de creusement. REVENDICATIONS 1. Machine de creusement d'un tunnel, du type comprenant un bouclier formé par un bouclier arrière (2) et par un bouclier avant (3) comprenant, d'une part, une tête de coupe (4) formée par un plateau circulaire (5) entraîné en rotation et munie d'outils de travail (7) et, d'autre part, une cloison (8) transversale et fixe, disposée der rière la tête de coupe (4) et déterminant avec celle-ci une chambre d'abattage (9) à la partie inférieure de laquelle débouche un premier moyen (30) d'évacuation des déblais de la chambre d'abattage (9) vers l'arrière du bouclier, carac térisée en ce que la cloison transversale (8) comporte une ouverture (20) située sensiblement dans l'axe longitudinal du bouclier (2, 3) et en ce que le bouclier (2, 3) comporte un second moyen (40) d'évacuation des déblais et déplaçable entre une première position dans laquelle l'extrémité avant (41a) de ce second moyen (40) dévacuation traverse ladite ouverture (20) et débouche dans la chambre d'abattage (9) et une seconde position dans laquelle l'extrémité avant (41a) dudit second moyen (40) est située en dehors de cette cham bre d'abattage (9) et obture par des moyens de fermeture (50) l'ouverture (20) de ladite cloison (8). 2. Machine de creusement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second moyen (40) d'évacuation est formé par un transporteur sans fin (41) monté déplaçable par un organe de commande (42) entre-lesdites positions sur une structure porteuse (43) fixe, située derrière la cloison transversale (8). 3. Machine de creusement selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe de commande est formée par au moins un vérin (42) fixé d'un côté sur le transpor teur sans fin (41) et de l'autre côté sur la structure por teuse (43). 4. Machine de creusement selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisée en ce que les moyens (50) de fermeture de l'ouverture (20) de la cloison transversale (8) sont formés par une plaque (51) portée par l'extrémité avant (41a) dudit transporteur sans fin (41), de dimension supérieure à ladite ouverture (20) et appliquée sur le pourtour de cette ouverture (20) dans la seconde po sition du transporteur sans fin (41). 5. Machine de creusement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la plaque (51) est montée sur l'extrémité avant (41a) du transporteur sans fin (41) au moyen d'une liaison articulée (52) autorisant des mouvements de rotation de faibles amplitudes dans les directions OY et OZ du repère orthogonal direct OXYZ et fixe selon la direc tion OX de ce repère. 6. Machine de creusement selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la plaque (51) comporte, dans sa partie centrale selon 1 axe du bouclier (2, 3) , un ori fice (55) obturé par un bouchon (56) démontable de ladite plaque (51) et qui porte ladite liaison articulée (52). 7. Machine de creusement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ex trémité avant (41a) du transporteur sans fin (41) est munie d'une trémie (45) de réception des déblais.