Procédé de découpage de terrains à faible cohésion, notamment pour le creusement de tunnels et galeries, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé

Description

[0001] La présente invention concerne le creusement des tunnels ou galeries, travée par travée, par le procédé consistant à découper dans le front de taille, au moyen d'un outil de coupe, une saignée au profil de la voûte du tunnel ou de la galerie, injecter dans la saignée un matériau apte à faire prise, tel qu'un béton, pour former un cintre de soutènement, puis procéder à l'abattage du terrain sous le cintre et à l'évacuation des déblais, et recommencer les mêmes opérations pour la travée suivante.

[0002] Ce procédé n'a été utilisé jusqu'ici que dans des terrains ayant une résistance mécanique suffisante pour qu'il soit possible de laisser la saignée ouverte sans risque d'affaissement du terrain ou d'éboulement, ce qui permet de séparer les opérations de découpage et d'injection de béton dans la saignée.

[0003] Le but de la présente invention est de permettre l'utilisation de ce procédé dans des terrains à faible cohésion.

[0004] Le procédé de découpage d'une saignée dans un terrain à faible cohésion objet de l'invention consiste à délimiter dans la saignée, à l'arrière de l'outil de coupe, une chambre fermée, injecter sous-pression dans cette chambre un produit fluide : liquide, boue ou mousse, extraire de cette chambre le mélange du produit fluide et des terres détachées par l'outil de coupe en contrôlant le débit d'extraction du mélange de façon à maintenir l'intérieur de ladite chambre en pression, et injecter sous-pression dans la partie de la saignée située à l'arrière de ladite chambre un matériau apte à faire prise, tel qu'un béton, en maintenant fermée l'ouverture de la saignée sur le front de taille jusqu'à ce que ledit matériau ait acquis une résistance suffisante. Ladite chambre pourra être délimitée par l'outil de coupe, à l'avant, par un barrage mobile, à l'arrière, et par une plaque appliquée sur le front de taille et fermant l'ouverture de la saignée, le barrage et la plaque étant liés à l'outil de coupe et déplaçables avec lui.

[0005] L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection du produit fluide et des moyens d'extraction du mélange des terres et du produit fluide, ces moyens étant montés sur le barrage ou sur la plaque délimitant ladite chambre, et des moyens d'injection de béton montés sur ledit barrage. Cette plaque pourra être éclipsée ou enlevée pour commencer une saignée.

[0006] Selon une forme de réalisation particulière de ce dispositif, lesdits moyens d'extraction du mélange des terres et du produit fluide sont constitués par une vis transporteuse dont le corps tubulaire constitue ledit barrage et porte les moyens d'injection du produit fluide et les moyens d'injection du béton.

[0007] De préférence, une plaque de maintien en pression du terrain sera fixée sur le carter de l'outil de coupe, à l'avant de ce dernier; cette plaque pourra être éclipsée ou enlevée pour terminer une saignée.

[0008] Une ou plusieurs plaques de maintien en pression du béton injecté dans la saignée pourront être fixées à la plaque fermant ladite chambre du côté du front de taille.

[0009] Pour assurer une meilleure étanchéité entre le carter de l'outil de coupe et lesdites plaques, d'une part, et le front de taille, d'autre part, une pièce plate ayant le même profil que la saignée est appliquée sur le front de taille et sert de surface de glissement au carter de l'outil de coupe et aux plaques qui y sont liées, en cours de travail.

[0010] D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins :

La figure 1 est une vue de face du front de taille d'un chantier de creusement d'un tunnel sur lequel sont utilisés les moyens de l'invention.

Les figures 2 et 3 sont des vues partielles, en plan et en coupe respectivement, de l'outil de coupe;

Les figures 4 et 5 sont des vues en plan et en élévation, respectivement, d'une plaque de maintien en pression du terrain à l'avant de l'outil de coupe;

Les figures 6 et 7 sont des vues en plan et en élévation, respectivement, de la vis d'évacuation des déblais et de ses moyens de montage et de liaison à l'outil de coupe;

La figure 8 est une coupe transversale de la vis d'extraction; et

Les figures 9 et 10 sont des vues en plan et en élévation, respectivement, d'une plaque de maintien en pression du béton à l'arrière de la vis d'extraction.

[0011] L'invention permet de creuser des tunnels ou des galeries dans des terrains à faible cohésion en utilisant la technique consistant à découper une saignée ayant le même profil que la voûte du tunnel ou de la galerie et à injecter du béton dans la saignée pour former un cintre de soutènement, puis à abattre le terrain sous le cintre et évacuer les déblais, et recommencer les mêmes opérations pour creuser une nouvelle travée. L'outil utilisé pour découper la saignée peut-être, par exemple, une haveuse à chaîne et il peut être monté à l'extrémité d'un bras pivotant, si la voûte du tunnel ou de la galerie a un profil en arc de cercle, ou sur un chariot déplaçable le long d'un guide dont le profil est à l'image de celui de la saignée à exécuter, le bras ou le guide étant porté par un châssis déplaçable dans le sens de creusement du tunnel. L'axe de l'outil de coupe est incliné sur l'axe du tunnel, de sorte que les saignées et, par suite, les cintres de soutènement s'évasent dans le sens de progression du tunnel (forme tronconique pour un profil en arc de cercle) et l'extrémité avant de chaque cintre s'appuie sur l'extrémité arrière du cintre suivant, comme on le voit sur la figure 3 du dessin.

[0012] Sur les dessins, on n'a représenté que l'outil de coupe et les autres organes nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention, les moyens pour les supporter, les guider, les entraîner et/ou les appliquer sur le front de taille étant classiques.

[0013] Au début du creusement d'une travée, on met en place sur le front de taille, qui peut être vertical ou incliné vers l'avant, un secteur de couronne rigide 10 dont le contour extérieur a le même profil que la saignée 11 à creuser et des dimensions légèrement inférieures au bord intérieur de celle-ci. Cette couronne est appliquée sur le front de taille 13, par exemple par des vérins portés par le châssis de la machine, avec une force suffisante pour équilibrer la pression du terrain.

[0014] L'outil de coupe 12 représenté schématiquement sur les figures 1, 2 et 3, comporte une lame 14 dont l'extrémité arrière est protégée par un carter 16 muni d'ailes 18 et 20 qui, lorsque l'outil est en position de travail, sont appliquées sur le secteur de couronne 10 et l'intrados du cintre en béton 22 de la travée précédente, respectivement, pour assurer l'étanchéité avec le front de taille et la voûte.

[0015] Une plaque 24 de maintien en pression du terrain à l'avant de l'outil de coupe est fixée sur le carter de ce dernier. Elle est appliquée, comme le carter de l'outil de coupe, sur le secteur de couronne 10 et s'étend devant le front de taille jusqu'au cintre 22. Elle est fixée sur le carter de l'outil de coupe par une articulation 26 et par des vis, boulons, ou des moyens de fixation rapide de façon à former un ensemble rigide avec le carter de l'outil de coupe; après que ces moyens de fixation aient été rendus inactifs, la plaque 24 peut pivoter autour de l'articulation 26, pour venir dans la position représentée en traits mixtes sur la figure 4, et permettre à l'outil de coupe de terminer la saignée.

[0016] Une plaque 28 est fixée rigidement, comme la plaque 24, sur le carter de l'outil de coupe, à l'arrière de celui-ci, en considérant les sens d'avance de l'outil (Flèche F). L'articulation 31 permet de rabattre la plaque pour découper le début de la saignée. Lorsqu'elle est en position de travail, la plaque 28 est appliquée sur le secteur de couronne 10 et s'étend devant la portion de saignée qui vient d'être creusée, jusqu'au cintre 22, pour maintenir en pression les déblais dans cette portion de saignée; elle comporte un rebord 29 assurant l'étanchéité avec le cintre.

[0017] La plaque 28 sert en outre à supporter un dispositif combiné d'injection de liquide, de mousse ou de boue, d'extraction des déblais et d'injection de béton. Ce dispositif est constitué par un tube 30 dont l'axe est parallèle à l'axe de l'outil de coupe et qui s'étend jusqu'au fond de la saignée. Il est fixé de manière amovible, par exemple au moyen d'une bride et de vis, sur le bord d'une ouverture percée dans la plaque 28. Des ouvertures 32 sont découpées dans la moitié du tube 30 tournée vers l'avant (vers l'outil de coupe), tandis que l'autre moitié du tube est pleine. Une vis de transport 34 est placée dans le tube, sur toute sa longueur, et permet d'évacuer les déblais pénétrant dans le tube à travers les ouvertures 32; la vis est entraînée en rotation par un moteur non représenté.

[0018] Le tube 30 a un diamètre inférieur à la largeur de la saignée et deux barres 36 fixées sur le tube, en deux points diamétralement opposés, assurent l'étanchéité avec les parois de la saignée, de sorte que le tube constitue un barrage isolant l'une de l'autre, de manière étanche, les portions de la saignée à l'avant et à l'arrière du tube. Les barres 36 constituent aussi des pièces d'usure facilement remplaçables.

[0019] Des buses d'injection 38 sont montées sur les barres 36 et dirigées vers l'avant; elles permettent d'injecter un liquide, une mousse ou une boue sous-pression, dans la chambre 37 délimitée dans la saignée par l'outil de coupe et le tube 30.

[0020] D'autres buses d'injection 40 sont montées sur l'arrière du tube et protégées par un capot 42; elles sont dirigées vers l'arrière et permettent d'injecter du béton sous-pression dans la saignée, à l'arrière du tube.

[0021] Les tuyauteries d'alimentation des buses 38 et 40 sont logées dans l'espace ménagé entre le tube 30 et le capot 42.

[0022] Une plaque 44 de maintien en pression du béton injecté au moyen des buses 40 est fixée sur la plaque 28, à l'arrière de celle-ci. Comme les plaques 24 et 28, elle est appliquée sur le secteur de couronne 10 et s'étend devant l'entrée de la saignée, jusqu'au cintre 22; elle comporte un rebord 46 assurant l'étanchéité avec le cintre. Cette plaque forme un coffrage glissant qui se déplace avec l'outil de coupe et maintient le béton injecté dans la saignée jusqu'à ce qu'il ait acquis une résistance suffisante pour supporter la pression du terrain. Si nécessaire, une ou plusieurs autres plaques peuvent être fixées sur la plaque 44, à l'arrière de celle-ci, pour augmenter la longueur du coffrage en fonction du temps de prise du béton.

[0023] Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, toutes les plaques 24, 28 et 44 sont fixées rigidement au carter de l'outil de coupe ou à son support, en cours de travail, de sorte qu'elles sont appliquées sur le secteur de couronne 10 par les moyens assurant le positionnement et le déplacement de l'outil de coupe. En variante, des moyens de pression (vérins ou autres) pourraient être utilisés pour appliquer sur la couronne une ou chaque plaque individuellement.

[0024] En cours de travail, on injecte au moyen des buses 38, à l'intérieur de la saignée, dans l'espace 37 entre l'outil de coupe et le tube 30, un liquide, une mousse ou une boue sous pression qui forme avec les déblais contenus dans cet espace un matériau à forte viscosité qui est évacué par la vis 34 avec un débit contrôlé de façon à maintenir dans ledit espace une pression suffisante pour équilibrer la pression des terres. Pour contrôler le débit de la vis, on pourra régler la vitesse de rotation du moteur qui l'entraîne en fonction de la pression dans l'espace 37. De même, on injecte dans la saignée, à l'arrière du tube 30, au moyen des buses 40, du béton sous une pression suffisante pour équilibrer la pression des terres dans la portion de la saignée comprise entre le tube 30 et la zone où le béton ayant fait prise a une résistance suffisante pour résister à cette pression. La mise en pression des portions de la saignée situées entre l'outil de coupe et le tube 30 et à l'arrière de celui-ci est rendue possible par la fermeture étanche de la saignée au moyen du carter de l'outil de coupe et des plaques 24, 28 et 44.

[0025] Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées, par la substitution de moyens équivalents.

[0026] En particulier, on pourrait utiliser des moyens autres qu'une vis pour extraire les déblais, et les dispositifs d'injection de liquide, boue ou mousse et de béton pourraient ne pas être incorporés au dispositif d'évacuation des déblais.

Revendications

1. Procédé pour le découpage d'une saignée au moyen d'un outil de coupe dans un terrain à faible cohésion, notamment pour le creusement de tunnels ou galeries, consistant à :

- délimiter dans la saignée, à l'arrière de l'outil de coupe (12), une chambre fermée (37),

- injecter sous pression dans cette chambre (37) un produit fluide : liquide, boue ou mousse,

- extraire de cette chambre (37) le mélange du produit fluide et des terres détachées par l'outil de coupe (déblais) en contrôlant le débit d'extraction du mélange de façon à maintenir l'intérieur de ladite chambre (37) en pression, et

- injecter sous-pression dans la partie de la saignée située à l'arrière de ladite chambre (37) un matériau apte à faire prise, tel qu'un béton, en maintenant fermée l'ouverture de la saignée sur le front de taille (13) jusqu'à solidification dudit matériau.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre (37) est délimitée par l'outil de coupe (12), à l'avant, par un barrage mobile (30), à l'arrière, et par une plaque (28) appliquée sur le front de taille (13) et fermant l'ouverture de la saignée, le barrage (30) et la plaque (28) étant liés à l'outil de coupe (12) et déplaçables avec lui.

3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (28) liée à l'outil de coupe (12) et apte à être appliquée sur le front de taille (13) pour fermer l'entrée de la saignée, à l'arrière de l'outil de coupe (12), et un barrage mobile (30) relié à l'outil de coupe (12) et apte à être introduit dans la saignée, à une certaine distance de l'outil de coupe (12), pour délimiter avec ce dernier et ladite plaque (28) une chambre fermée (37) où sont confinées les terres détachées par l'outil de coupe (12).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (38) d'injection du produit fluide portés par ladite plaque (28) ou ledit barrage (30).

5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection du béton (40) portés par ledit barrage (30).

6. Dispositif selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'extraction des déblais portés par ladite plaque (28).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'extraction des déblais sont constitués par une vis (34) logée dans un corps tubulaire (30) fixé sur ladite plaque (28) et formant ledit barrage.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit corps tubulaire (30) porte des moyens (38) d'injection du produit fluide et des moyens (40) d'injection du béton.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (24) de maintien en pression du terrain à l'avant de l'outil de coupe (12), cette plaque (24) étant fixée de manière amovible sur le carter (16) de l'outil de coupe (12).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (44) de maintien en pression du béton injecté dans la saignée, à l'arrière dudit barrage (30), ladite plaque (44) étant reliée à l'outil de coupe (12) et déplaçable avec lui.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'une pièce plate (10), ayant le même profil que la saignée (11), est appliquée sur le front de taille (13) et sert de surface de glissement au carter (16) de l'outil de coupe (12) et à ladite ou auxdites plaques (24, 28, 44).

Claims

1. Process for cutting a kerf by means of a cutting tool in a poor cohesion ground, particularly for boring tunnels or galleries, consisting in:

- delimiting a closed chamber (37) in the kerf, behind the cutting tool (12),

- injecting under pressure a fluid product: liquid, slurry or foam into the said chamber (37),

- extracting from the said chamber (37) the mixture of the fluid product and the earth loosened by the cutting tool (muck), while controlling the mixture extracting flow so as to maintain pressure inside the said chamber (37), and

- injecting under pressure a material able to set, such as concrete, into that part of the kerf situated behind the said chamber (37), while closing the opening of the kerf to the working face (13) until the said material has set.

2. Process according to claim 1, characterized in that the said chamber (37) is delimited by the cutting tool (12), at the front, by a mobile barrier (30), at the rear, and by a plate (28) applied against the working face (13) and closing the opening of the kerf, the barrier (30) and the plate (28) being attached to the cutting tool (12) and movable with the same.

3. Device for implementing the process according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of a plate (28) that is attached to the cutting tool (12) and can be applied against the working face (13) so as to close the entrance of the kerf, at the rear of the cutting tool (12), and of a mobile barrier (30) that is attached to the cutting tool (12) and can be introduced into the kerf, at a certain distance from the cutting tool (12), so as to delimit with the latter and the said plate (28) a closed chamber (37) in which the earth fragments loosened by the cutting tool (12) are confined.

4. Device according to claim 3, characterized in that it includes means (38) of injecting the fluid product borne by the said plate (28) or the said barrier (30).

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that it includes means of injecting concrete (40) borne by the said barrier (30).

6. Device according to claim 3, 4 or 5, characterized in that it includes means of extracting the muck borne by the said plate (28).

7. Device according to claim 6, characterized in that the said means of extracting the muck consist of a screw (34) housed in a tubular body (30) fixed to the said plate (28) and forming the said barrier.

8. Device according to claim 7, characterized in that the said tubular body (30) bears means (38) of injecting the fluid product and means (40) of injecting concrete.

9. Device according to any of claims 3 to 8, characterized in that it includes a plate (24) for resisting the pressure of the ground situated at the front of the cutting tool (12), the said plate (24) being removably fixed to the casing (16) of the cutting tool (12).

10. Device according to any of claims 3 to 8, characterized in that it includes a plate (44) for resisting the pressure of the concrete injected into the kerf, at the rear of the said barrier (30), the said plate (44) being attached to the cutting tool (12) and movable with the same.

11. Device according to any of claims 3 to 10, characterized in that a flat part (10) having the same profile as the kerf (11) is applied against the working face (13) and serves as a sliding surface for the casing (16) of the cutting tool (12) and the said plate or plates (24, 28, 44).

Ansprüche

1. Verfahren zum Ausschneiden - mittels eines Schneidwerkzeugs - eines Spalts in Böden mit geringer Kohäsion, vormals zum Auffahren von Tunneln oder Stollen, das darin beruht:

- im Spalt hinter dem Schneidwerkzeug (12) eine geschlossene Kammer (37) abzugrenzen,

- in diese Kammer (37) unter Druck ein flüssiges Mittel: Flüssigkeit, Schlamm oder Schaum, einzuspritzen,

- aus dieser Kammer (37) das von dem flüssigen Mittel und dem vom Schneidwerkzeug gelösten Boden (Schutter) gebildete Gemisch abzufördern und dabei den Gemischabförderdurchsatz derart zu steuern, daß besagte Kammer (37) unter Druck gehalten wird, und

- in den Abschnitt des Spalts hinter besagter Kammer (37) unter Druck ein bindefähiges Material, wie z. B. Beton, einzuspritzen und dabei die Spaltöffnung an der Ortsbrust (13) bis zum Festwerden besagten Materials geschlossen zu halten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Kammer (37) vorne von dem Schneidwerkzeug (12), hinten von einer beweglichen Sperre (30) und einer an die Ortsbrust (13) angelegten und die Spaltöffnung verschließenden Platte (28) begrenzt wird, wobei die Sperre (30) und die Platte (28) mit dem Schneidwerkzeug (12) verbunden und mit ihm bewegbar sind.

3. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit dem Schneidwerkzeug (12) verbundene Platte (28) umfaßt, die an die Ortsbrust (13) angelegt werden kann, um den Eintritt des Spalts hinter dem Schneidwerkzeug (12) zu verschließen, und eine mit dem Schneidwerkzeug (12) verbundene bewegliche Sperre (30), die in einem gewissen Abstand vom Schneidwerkzeug (12) in den Spalt eingeführt werden kann, um mit ihm und besagter Platte (28) eine geschlossene Kammer (37) abzugrenzen, welche den vom Schneidwerkzeug (12) losgetrennten Boden aufnimmt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (38) zum Einspritzen eines flüssigen Mittels umfaßt, die von besagter Platte (28) oder besagter Sperre (30) aufgenommen werden.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Betoneinspritzmittel (40) umfaßt, die von besagter Sperre (30) aufgenommen werden.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ausbruchsmaterialabfördermittel umfaßt, die von besagter Platte (28) aufgenommen werden.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Ausbruchsmaterialabfördermittel von einer Schnecke (34) gebildet werden, die in einem auf besagter Platte (28) befestigten rohrförmigen Körper (30) untergebracht ist, der besagte Sperre bildet.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß besagter rohrförmiger Körper (30) Mittel (38) zum Einspritzen eines flüssigen Mittels und Betoneinspritzmittel (40) trägt.

9. Vorrichtung gemaß irgendeinem der Ansprüche 3 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Platte (24) zur Unter-Druck-Haltung des Bodens vor dem Schneidwerkzeug (12) umfaßt, wobei diese Platte (24) abnehmbar auf dem Gehäuse (16) des Schneidwerkzeugs (12) befestigt ist.

10. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Platte (44) zur Unter-Druck-Haltung des in den Spalt eingespritzten Betons hinter besagter Sperre (30) umfaßt, wobei besagte Platte (44) mit dem Schneidwerkzeug (12) verbunden und mit ihm bewegbar ist.

11. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein flaches Teil (10) mit demselben Profil wie der Spalt (11) an die Ortsbrust (13) angelegt wird und als Gleitfläche für das Gehäuse (16) des Schneidwerkzeugs (12) und besagte Platte(n) (24, 28, 44) dient.

Dessins