Procédé et dispositif pour la réalisation d'un soutènement continu d'un souterrain

Abstract

 Le procédé selon l'invention fait intervenir une structure de soutènement comprenant des cadres ou des cintres de soutènement (C₁ à C_n) placés à proximité de la paroi. Il utilise des manches en feutre à texture tridimensionnelle (M, à M_n-1) que l'on place sur la structure de soutènement, dans l'espace compris entre ladite structure et ladite paroi. Dans ces manches (M₁ à M_n-1) est injecté un coulis de ciment présentant un rapport eau/ciment de l'ordre 0,6 et comprenant un adjuvant apte à accélérer sa prise tout en lui conférant une bonne résistance mécanique.
Le procédé selon l'invention permet de réaliser un blocage continu et homogène du terrain sur toute la périphérie du cintre, cadre ou analogue.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de réaliser un soutènement continu d'un souterrain, au moyen d'une structure de soutènement faisant intervenir des éléments tels que des cadres ou des cintres de soutènement placés à proximité de la paroi du souterrain.

[0002] Pour assurer la continuité du soutènement tout au long de la structure, ce procédé utilise une manche que l'on place sur la structure de soutènement, dans l'espace compris entre ladite structure et ladite paroi. Il consiste ensuite à remplir cette manche d'un composé à base de ciment et d'eau qui permet, par suite de la prise du ciment, de bloquer le terrain sur toute la périphérie de la structure de soutènement.

[0003] On a déjà proposé des procédés de ce genre consistant à injecter du mortier dans des manches en tissu au moyen de pompes, de type pompe à béton. Toutefois, il s'avère qu'en raison de la composition du mortier et de la pression d'injection utilisée, il n'est pas possible de remplir la manche de façon homogène. Par ailleurs, il est nécessaire d'utiliser des manches en matériau relativement résistant et spécialement tissé pour éviter les risques de déchirement de la manche au cours de l'injection. En outre, l'application de la manche sur le terrain ne s'effectue pas toujours d'une façon homogène en raison des phénomènes de retrait du mortier lors de sa prise, qui sont principalement dus à l'évaporation, au travers du tissu, d'une fraction de l'eau composant le mortier.

[0004] L'invention a donc pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un procédé permettant en outre, grâce à la nature de la manche et de la composition du composé de ciment utilisé, l'emploi de pompes basse pression moins importantes (notamment en poids, en volume et en coût) que des pompes à béton classiques et qui, cependant, contrairement à ce que l'on pourrait prévoir, permet d'obtenir une bonne homogénéité de l'application de la manche sur le terrain ainsi qu'une prise accélérée du ciment accompagnée d'une très bonne résistance mécanique.

[0005] D'une façon analogue aux procédés antérieurs précédemment mentionnés, ce procédé pour la réalisation d'un soutènement continu dans un souterrain au moyen d'une structure de soutènement comprenant des éléments tels que des cadres ou des cintres de soutènement placés à proximité de la paroi du souterrain, fait intervenir une manche, en matière perméable à l'eau que l'on place sur la structure de soutènement, dans l'espace compris entre ladite structure et ladite paroi, et dans laquelle est injecté un composé à base de ciment qui, par suite de sa prise, permet de bloquer le terrain à la périphérie de la structure de soutènement.

[0006] Selon l'invention, ce procédé est plus particulièrement caractérisé en ce que le composé à base de ciment consiste en un coulis de ciment présentant un rapport eau/ciment approprié pour permettre son injection dans la manche au moyen d'une pompe à basse pression, de l'ordre de 4 à 6 bars, ce coulis comprenant en outre un adjuvant apte à accélérer sa prise tout en lui conférant rapidement une bonne résistance mécanique, et en ce que ladite manche est réalisée en feutre à texture tridimensionnelle et à haut pouvoir filtrant permettant une extraction rapide des eaux excédentaires du coulis lors de l'injection, tout en assurant la rétention à l'intérieur de la manche du ciment et de l'adjuvant.

[0007] Il apparaît nettement que grâce à la nature du coulis, à la pression à laquelle il est injecté et à l'absence d'agrégats risquant de provoquer des déchirures, la résistance mécanique requise de la manche permet l'emploi d'un matériau (feutre) particulièrement bien adapté pour assurer l'élimination rapide de l'eau excédentaire du coulis lors de l'injection, de sorte qu'il ne restera ensuite dans le coulis que la quantité d'eau nécessaire pour assurer la prise du ciment et qu'on évitera ainsi les phénomènes de retrait.

[0008] Avantageusement, l'adjuvant utilisé pourra consister en une poudre telle qu'une poudre de roche volcanique.

[0009] Par ailleurs, le rapport eau/ciment du coulis utilisé sera de préférence de l'ordre de 0,6 environ, la composition en pourcentage de ce coulis pouvant alors être de :

- 50% de ciment

- 17% d'adjuvant

- 33% d'eau

[0010] L'invention concerne également un procédé conforme à celui précédemment décrit, dans lequel la structure de soutènement est composée de cadres, cintres ou analogue, comprenant chacun des chapeaux et des pieds reliés par des entretoises, avec, entre chacun des cadres, des panneaux de grillage, ce procédé étant plus particulièrement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

- la foration et le minage ou le creusement mécanisé d'un tronçon de souterrain ;

- la purge du souterrain avec, au besoin, l'équarrissage de la couronne ;

- la pose des chapeaux des cadres avec les entretoises et les panneaux de grillage ;

- la mise en place de coussins pneumatiques sur les entretoises au moins entre le dernier et l'avant dernier chapeau ;

- la mise en place et la fixation des manches sur les chapeaux, excepté le dernier à front ;

- l'évacuation des déblais de la partie basse de la galerie ;

- la pose des pieds avec les entretoises et les panneaux de grillage ;

- la mise en place et la fixation des manches sur les pieds ;

- le remplissage des manches par injection d'un coulis ; et

- la récupération des coussins pneumatiques à l'arrière des manches injectées.

[0011] Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :

Les figures 1 à 3 sont trois coupes longitudinales schématiques d'une galerie en cours de creusement, ces figures illustrant trois phases successives du procédé selon l'invention, à savoir : la phase précédant la foration et le tir (figure 1), la phase de pose des chapeaux des cadres de soutènement (figure 2), et la phase de mise en place des manches sur les cadres et d'injection du coulis de ciment dans ces manches (figure 3).

[0012] D'une façon plus précise, sur la figure 1, on n'a simplement représenté que l'extrémité de la galerie 1 proche du front 2. Cette galerie 1 est équipée d'une structure de soutènement comprenant une pluralité de cadres transversaux C_l, C₂, C₃, C_n-1, C_n reliés les uns aux autres par des entretoises dont seule l'entretoise supérieure E ou porteuse a été représentée. Chacun de ces cadres C₁..., C_n comprend une partie supérieure cintrée ou chapeau CH₁..., CH sur laquelle sont fixés des pieds amovibles P₁, P_n. Sur chacun de ces cadres, excepté le dernier (n), est disposée une manche M₁, M_n-1 dans laquelle a été injecté un coulis de ciment qui assure une liaison mécanique homogène entre le cadre et la paroi du souterrain. Des panneaux de grillage G₁, G2, G_n-1' à mailles adaptées, sont placés entre les cadres C₁, C_n-1 pour éviter la chute de petits blocs.

[0013] Comme on peut le voir sur cette figure, en raison du fait que les manches M₁, M_n-1 réalisent un blocage continu du terrain sur toute la périphérie des cadres C₁, C_n-1, il n'est pas possible de mettre en place une manche sur le dernier cadre à front C_n, car il faut pouvoir enfiler les entretoises E et les panneaux de grillage G sur ce cadre C_n, lors de l'avancement suivant.

[0014] En outre, pour éviter un délitement du terrain au-dessus du dernier cadre C_n et pour maîtriser le hors-profil, le terrain est soutenu provisoirement par deux ou trois coussins pneumatiques C_p1 placés sur les entretoises E entre le dernier C_n et l'avant dernier C_n-1 cadres. Ces coussins pneumatiques C_p1 ne sont retirés que lorsque la manche M_n est injectée sur le cadre C_n qui était le dernier à front, avant l'avancement suivant.

[0015] A titre d'exemple, deux types de coussins C_p1 peuvent être utilisés, à savoir les coussins V₁₂ et V₁₈ commercialisés par la société Draeger-Brand, dont les caractéristiques sont fournies ci-après dans le tableau suivant :

A partir de l'état du souterrain illustré sur la figure 1, la première étape, en vue de son avancement, consiste en une foration du front 2 et un minage sur une longueur 1 d'environ lm50.

[0016] Après avoir exécuté le tir de la volée, on effectue une première purge de la partie supérieure de la galerie et, au besoin, un équarrissage de la couronne au marteau piqueur.

[0017] Au cours de l'étape suivante, on effectue la pose des chapeaux CH_n+1' CH_n+2 avec les entretoises E et les panneaux de grillage G_n+l, G_n+2. On place ensuite des coussins pneumatiques Cp₂ sur les entretoises E entre le dernier CH_n+2 et l'avant dernier CH_n+1 chapeaux. A la fin de cette étape, le souterrain se trouve dans l'état illustré sur la figure 2.

[0018] On procède ensuite à la mise en place et à la fixation des manches M_n, M_n+1 sur les chapeaux CH_n, CH_n+1' sauf sur le dernier chapeau à front CH_n+2' puis on évacue les déblais D de la partie basse du souterrain. On effectue alors la pose des pieds P_n+1' P_n+2 avec les entretoises P et les panneaux de grillage G puis la mise en place et la fixation des manches sur les pieds P_n' P_n+1' P_n+2 (figure 3). L'étape suivante consiste en le remplissage par injection des manches M_n, M_n+1.

[0019] Une fois la prise du coulis de ciment réalisée, les coussins pneumatiques C_p1, Cp₂ situés en arrière des manches injectées M_n, M_n+l peuvent être récupérés.

[0020] Comme précédemment mentionné, les manches M utilisées par le procédé selon l'invention, sont en feutre à texture tridimensionnelle, par exemple un feutre aiguilleté ininflammable du type de celui décrit dans la demande de brevet français No 79 25724, déposée le 10 Octobre 1979, au nom de la Société DOLLFUS ET NOACK. Un tel feutre présente en effet un haut pouvoir filtrant et laisse donc écouler l'eau excédentaire du coulis pendant l'injection tout en retenant, à l'intérieur de la manche, le ciment et l'adjuvant. Ces manches comprennent, par ailleurs, cousues sur leur périphérie inférieure, des sangles de longueur adaptée pour permettre une fixation par laçage sur les cadres. Elles comprennent en outre, cousues dans leur partie médiane ou à leurs extrémités, des manches de remplissage, éventuellement en feutre.

[0021] A titre d'exemple, les manches principales peuvent présenter un diamètre de 250 mm ou supérieur et les manches de remplissage, un diamètre d'environ 90 mm.

[0022] En ce qui concerne le coulis de ciment utilisé, ce coulis a trois composants, à savoir :

1) un ciment classique CPH ou CPJ selon les normes actuellement en vigueur ;

2) un adjuvant à base de poudre de roche volcanique ;

3) de l'eau.

[0023] Comme précédemment mentionné, pour obtenir un coulis parfaitement pompable, malgré une certaine onctuosité, le rapport eau/ciment est de l'ordre de 0,6.

[0024] Ainsi, par exemple la composition d'un m³ de coulis convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut être la suivante :

dans ce cas, le rapport eau/ciment vaut 0,644.

[0025] L'invention ne se limite pas à ce seul exemple, les proportions indiquées pouvant sensiblement varier selon les cas. Le coulis injecté dans la manche sous une pression de quelques bars, se fige après quelques dizaines de minutes (durée normale 30 mn) et monte très vite en résistance (15 à 20 bars à 18 heures, 50 bars à 24 heures, 150 bars à 7 jours, avec des évolutions de plus de 220 bars après 10 jours).

[0026] D'une façon analogue aux procédés antérieurs précédemment cités, le procédé selon l'invention réalise un blocage continu du terrain sur toute la périphérie du cintre, cadre ou autre, et permet de rétablir les contraintes de compression en tout point du périmètre de la galerie.

[0027] Il permet d'économiser les éléments intermédiaires de soutènement classique entre cintre, cadre ou autre, qui sont plus ou moins efficaces (grillage plus garnissage en pierre ou autre, très coûteux en main-d'œuvre).

[0028] Ce procédé, mis en oeuvre immédiatement après la pose des cintres, cadres ou autres, nécessite un matériel simple, peu encombrant et rapide à mettre en oeuvre et permet d'améliorer les vitesses de creusement et de soutènement en terrain difficile.

[0029] L'ensemble de la mise en oeuvre avec des matériaux simples et des coulis facilement adaptables, est parfaitement compatible avec la main-d'œuvre traditionnelle de soutènement.

Revendications

1. Procédé pour la réalisation d'un soutènement continu dans un souterrain au moyen d'une structure de soutènement comprenant des éléments tels que des cadres ou des cintres de soutènement placés à proximité de la paroi du souterrain, ce procédé faisant intervenir au moins une manche en matière perméable à l'eau que l'on place sur la structure de soutènement, dans l'espace compris entre ladite structure et ladite paroi, et dans laquelle est injecté un composé à base de ciment qui, par suite de sa prise, permet de bloquer le terrain à la périphérie de la structure de soutènement, caractérisé en ce que ledit composé consiste en un coulis de ciment présentant un rapport eau/ciment approprié pour permettre son injection dans la manche (M₁ à Mn+1) au moyen d'une pompe à basse pression de l'ordre de 4 à 6 bars, ce coulis comprenant en outre un adjuvant apte à accélérer sa prise tout en lui conférant une bonne résistance mécanique, et en ce que ladite manche (M₁ à M_n+1) est réalisée en un feutre à texture tridimensionnelle et à haut pouvoir filtrant permettant une extraction rapide des eaux excédentaires du coulis lors de l'injection tout en assurant la rétention à l'intérieur de la manche du ciment et de l'adjuvant.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport eau/ciment du coulis est d'environ 0,6.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit adjuvant est à base de poudre de roche volcanique.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coulis présente la composition suivante :

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit feutre à texture tridimensionnelle est du feutre aiguilleté.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure de soutènement est composée de cadres (C₁, C_n) comprenant chacun des chapeaux (CH₁, CH_n+2) et des pieds (P₁, P_n+2) reliés par des entretoises (E) avec, entre chacun des cadres, des panneaux de grillage (G_l, G_n+2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

- la foration et le minage ou le creusement mécanisé d'un tronçon de souterrain ;

- la purge du souterrain avec, au besoin, l'équarrissage de la couronne ;

- la pose des chapeaux (CH_n+1, CH_n+2) des cadres (C_n+1, C_n+2) avec les entretoises (E) et les panneaux de grillage (G_n+1,G_n+2);

- la mise en place de coussins pneumatiques (Cp₂) sur les entretoises (E) au moins entre le dernier et l'avant dernier chapeau (C_Hn+2, CH_n+1) (figure 2) ;

- la mise en place et la fixation des manches (M , M_n+1) sur les chapeaux (CH_n, CH_n+1) excepté le dernier à front (CH_n+2);

- l'évacuation des déblais de la partie basse de la galerie ;

^- la pose des pieds (p_n+1, p_n+2) avec les entretoises (_E) et les panneaux de grillage ;

- la mise en place et la fixation des manches sur les pieds (P_n+1, P_n+2);

- le remplissage des manches par injection d'un coulis, et

- la récupération des coussins pneumatiques (CP,) à l'arrière des manches injectées (M_n+1).

7. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une manche en feutre (M₁ à M_n+1) à texture tridimensionnelle.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites manches comprennent, cousues sur leur périphérie inférieure, des sangles de longueur adaptée pour permettre une fixation par laçage sur la structure de soutènement.

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que lesdites manches (M₁ à M_n+1) comprennent, en outre, cousues dans leur partie médiane et/ou à leurs extrémités des manches de remplissage éventuellement en feutre.

Dessins