Procédé, équipement et dispositif de génération et d'injection de mousse pour le creusement de sol

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé de percements de sols, plus particuluèrement de creusement de galeries ou de tunnels, en atmosphère confinée, au moyen d'un outil de forage, tel qu'un tunnelier, du type dans lequel on injecte de la mousse sous pression à travers une pluralité d'orifices, à l'avant et à l'arrière du disque excavateur, dans la chambre de réception des déblais située derrière le disque excavateur, à travers la jupe de l'outil de forage et sur la vis d'extraction des déblais. L'invention concerne aussi un équipement de creusement de sols et un dispositif de génération et d'injection de mousse sous pression, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

[0002] On connait dans l'art antérieur des installations de percement de sols sablo-argileux, en atmosphère confiné, qui nécessitent d'équilibrer la pression du terrain au moyen d'une mousse envoyée sous pression dans la chambre de confinement; généralement, la mousse est envoyée en même temps vers l'avant et vers l'arrière du disque excavateur, à travers la jupe ou le bouclier périphérique de l'outil de forage, et dans la vis d'évacuation des déblais. La mousse utilisée doit être suffisamment porteuse, sous la pression de confinement choisie, pour que ce soit une suspension des déblais dans la mousse qui soit transportée par la vis d'évacuation.

[0003] Dans la technique connue, un générateur unique de mousse, situé à une certaine distance en arrière de l'outil de forage, génère la mousse nécessaire, et celle-ci est véhiculée par une conduite jusqu'au niveau du point de creusement, où elle est répartie par une série de dérivations jusqu'à chaques points d'injection.

[0004] En pratique, on constate que l'on ne peut pas obtenir de cette manière, aux points d'injections, un mousse de qualité homogène, ayant une pression définie et contrôlable. De plus, l'injection de mousse n'est pas modulable en fonction des conditions réelles rencontrées à chaque instant de l'avancement du chantier.

[0005] L'invention a précisément pour but de palier cet inconvénient majeur, en fournissant un procédé et des équipements pour le creusement de tous types de sols meubles ou de roches massives nécessitant un lubrifiant de décolmatage, et assurant un rendement et une sécurité améliorés par rapport aux techniques et installations antérieures.

[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé et des équipements d'injection direct d'un lubrifiant expansif à proximité immédiate de la zone de travail. L'action du lubrifiant expansé dans la zone de travail se traduit sur les sols très cohésifs par une absence momentanée des phénomènes d'adhésivité développés par ce type de matériaux et évite les gonflements.

[0007] On entendra dans ce qui suit par mousse sous pression, solution moussante et produit moussant, tout agent lubrifiant expansé, solution de cet agent lubrifiant et agent lubrifiant, capable de remplir la fonction de décolmatage du terrain creusé.

[0008] Les procédés selon l'invention sont caractérisés en ce qu'on véhicule de la solution moussante et de l'air jusque dans l'outil de forage où l'on génère ladite mousse sous pression par :

• au moins un dispositifs, situé dans le voisinage immédiat de la cloison arrière de la chambre de réception des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite chambre; et/ou,
• au moins un dispositif situé dans le voisinage immédiat de l'arbre creux relié aux orifices placées sur le disque excavateur, et l'on injecte la mousse sous pression dans ledit arbre creux; et/ou,
• au moins un dispositif, situé dans le voisinage immédiat de la vis d'évacuation des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite vis; et/ou,
• au moins un dispositif situé dans le voisinage immédiat de la jupe périphérique de l'outil de forage, et l'on injecte la mousse sous pression vers l'extérieure à travers ladite jupe.

[0009] Par outil de forage, on entend tout moyen de creusement du type comprenant une fraise de forage, tel que par exemple un tunnelier mettant en oeuvre un disque excavateur.

[0010] Suivant d'autres caractéristiques avantageuses du procédé de l'invention, on commande la génération de mousse sous pression, soit indépendamment au niveau de chacun des dispositifs de génération et d'injection de la mousse sous pression, soit au niveau d'une pluralité de groupes de ces dispositifs.

[0011] La commande de la génération de mousse sous pression est éffectuée en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants :

• pression de confinement,
• couple du disque excavateur,
• couple de la vis d'évacuation des déblais,
• vitesse d'avancement de l'outil de forage.

[0012] Selon une forme de mise oeuvre préférée du procédé de l'invention on assure, au niveau de chaque dispositif génèrant la mousse sous pression, un débit constant de solution moussante, et une pression d'air déterminée.

[0013] L'invention a également pour objet un équipement de creusement de sols en atmosphère confinée, destiné à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Cet équipement est du type comprenant, un outil de forage dont :

• la cloison arrière de la chambre de réception des déblais,
• l'avant et l'arrière du disque excavateur,
• la vis d'évacuation des déblais,
• la jupe périphérique de l'outil de forage,

sont pourvus d'orifices d'injection de mousse sous pression, et des moyens de génération de mousse sous pression reliés à ces orifices, et est caractérisé en ce que les moyens de génération de mousse sont constitués d'une pluralité de dispositifs alimentés chacun, en solution moussante par une conduite, et en air comprimé par une autre conduite, chaque dispositif générateur de mousse sous pression étant situé à proximité immédiate d'un orifice d'injection, ou d'un groupe d'orifices d'injection, qui lui est associé.

[0014] Selon une première forme préférée de réalisation, l'équipement de l'invention comporte pour chaque dispositif générateur de mousse sous pression une commande indépendante de fonctionnement.

[0015] Selon une deuxième forme préférée de réalisation de l'équipement de l'invention, les dispositifs générateurs de mousse sous pression sont regroupés en une pluralité d'ensembles de dispositifs, chaque ensemble étant équipé d'une commande indépendante de fonctionnement.

[0016] Selon une troisième forme préférée de réalistion de l'équipement de l'invention, les dispositifs générateurs de mousse sous pression sont regroupés en une pluralité d'ensembles de dispositifs, chaque dispositif au sein d'un ensemble étant équipé d'une commande indépendante de fonctionnement.

[0017] De manière avantageuse, l'équipement de l'invention comporte un train suiveur de l'outil de forage, portant sur une remorque :

• une cuve d'équilibre partiellement remplie de solution moussante,
  • un collecteur d'alimentation des dispositifs générateurs de mousse sous pression, en solution moussante, partant du fond de cette cuve d'équilibre.
• un collecteur d'alimentation des dispositifs générateurs de mousse sous pression, en air comprimé, partant du sommet de cette cuve d'équilibre.

[0018] Selon une forme particulière de réalisation de l'équipement de l'invention, le train suiveur porte, de préférence sur la même remorque que la cuve d'équilibre :

• un ou plusieurs réservoirs de produit moussant,
• des pompes de transfert de produit moussant et d'eau vers la partie inférieure de la cuve d'équilibre,
• un compresseur d'air relié à la partie supérieure de cette cuve éventuellement par l'intermédiaire d'un réservoir tampon.

[0019] L'invention à encore pour objet un dispositif de génération et d'injection de mousse sous pression pour un équipement selon l'invention.

[0020] Ce dispositif de génération et d'injection de mousse sous pression comprend :

• un corps d'alimentation en solution moussante et en air comprimé;
• une chambre d'expansion emplie d'un garnissage, et,
• une buse de sortie de forme convergente.

[0021] De manière avantageuse, le corps d'alimentation comporte deux conduits d'alimentation, à savoir un conduit d'amenée de solution moussante équipé d'un régulateur de débit et de préférence d'un détecteur de débit, et un conduit d'amenée d'air comprimé équipé de préférence d'un détecteur de pression, ces deux conduits débouchant dans un conduit unique qui débouche lui-même dans la chambre d'expansion.

[0022] Selon une forme préférée de réalisation du dispositif de génération et d'injection de mousse sous pression, selon l'invention, le conduit unique est muni d'un capteur d'expansion de la solution moussante dans la chambre, relié à un tableau de commande synoptique indiquant les dispositifs de génération et d'injection de mousse sous pression en service, et informant des éventuelles anomalies de fonctionnement de ceux-ci.

[0023] Selon une forme particulière de réalisation du dispositif de l'invention, la chambre d'expansion comporte à son entrée et à sa sortie une grille calibrée.

[0024] Selon une autre forme de réalisation particulière du dispositif de l'invention, le garnissage de la chambre d'expansion est un garnissage en vrac, notamment constitué d'éléments de forme à peu près torique.

[0025] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exemple qui suit, étant entendu que cet exemple ne saurait être interprété comme une quelconque limitation aux revendications.

[0026] Cet exemple de mise en oeuvre de l'invention concerne un tunnelier et sera décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une vue schématique partielle d'un équipement de creusement de tunnel conforme à l'invention ;
• la figure 2 illustre schématiquement l'alimentation des dispositifs de génération et d'injection de mousse ;
• la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de génération et d'injection de mousse ; et
• la figure 4 représente en coupe, à plus grande échelle, un élément du garnissage du dispositif de la figure 3.

[0027] On a représenté à la figure 1 l'agencement général d'un équipement de creusement d'un tunnel dont le diamètre peut être de l'ordre de 7 m, la pression de confinement de environ 1,5 bar, le couple du disque excavateur de 600 tonnes . minute, et la vitesse d'avancement de 5 mm/minute. Cet équipement comprend essentiellement un tunnelier (1) auquel est attelé un train suiveur (2) constitué d'une série de remorques (3), et un appareillage (4) de génération et d'injection de mousse dans la région du front de taille (5).

[0028] Le tunnelier comprend une jupe ou bouclier cylindrique (6), d'axe X-X sensiblement horizontal, ouvert vert l'arrière et muni à son extrémité avant d'un disque excavateur (7) . A une petite distance de ce disque, une cloison étanche transversale (8) est fixée dans la jupe et délimite avec le disque une chambre (9) de confinement et de réception des déblais. Une vis (10) d'évacuation des déblais part obliquement du fond de la chambre (9), et son carter traverse la cloison (8) de manière étanche.

[0029] Les remorques (3) du train suiveur sont attelées les unes aux autres et portent l'ensemble des appareils nécessaires à l'avancement du chantier. Pour les besoins de la présente description, on ne décrira qu'une de ces remorques, référencées (3A) et représentée schématiquement à la figure 1, qui porte une partie de l'appareillage (4) précité.

[0030] Plus précisément, la remorque (3A) porte un réservoir (11) de produit moussant, une cuve d'équilibre (12) et une armoire de commande (13). Une conduite (14) de produit moussant, équipée d'une pompe (15), débouche dans la conduite de refoulement (16) d'une pompe (17) alimentée par exemple par une conduite d'eau (18) du réseau. La solution moussante résultante parvient dans la partie inférieure de la cuve (12). Un compresseur d'air (19) également fixé sur la remorque (3A) envoi de l'air comprimé dans un réservoir tampon (20) relié à la partie supérieure de la cuve (12).

[0031] L'appareillage (4) comprend une autre partie montée dans le tunnelier (1), à savoir :

• dans le disque (7), une série d'orifices (21) d'injection de mousses disposées à différentes distances de l'axe X-X et orientées certaines vers l'avant, c'est-à-dire vers le front de taille, et l'autre vers l'arrière, c'est-à-dire débouchant dans la chambre (9). Chaque buse est reliée par un conduit (22) intérieur au disque à un arbre creux central (23) obturé à ses deux extrémités et traversant à joint étanche la cloison (8) ;
• derrière la cloison (8), une série de dispositifs (24) de génération et d'injection de mousse. L'un de ces dispositifs débouche dans l'arbre (23). Plusieurs autres débouchent directement dans la chambre (9) à travers des orifices de la cloison (8) ; d'autre débouchent dans le carter de la vis (10) ; et d'autres encore débouchent radialement à l'extérieur de la jupe (6).

[0032] Chaque dispositif (24) est alimenté indépendamment par deux conduites d'alimentation, à savoir une conduite (25) de solution moussante et une conduite (26) d'air comprimé. Toutes les conduites (25) et (26) partent d'un coffret de distribution (27) auquel aboutissent un collecteur (28) d'alimentation en solution moussante qui part du fond de la cuve (12), et un collecteur (29) d'alimentation en air comprimé qui part du sommet de cette cuve.

[0033] Comme on le voit sur la figure 2, le coffret (27) comprend une boîte (30) de distribution de solution moussante et une boîte (31) de distribution d'air comprimé.

[0034] La boîte (30) comprend une conduite d'entrée (33) reliée au collecteur (28) et munie d'une électrovanne principale (34) et d'un contrôleur de débit (35). En aval de ce dernier partent autant de dérivations (36) qu'il y a de dispositifs (24), chaque dérivation étant équipée d'une vanne d'arrêt manuelle (37) et d'une électrovanne (38) et étant reliée à la conduite (25) du dispositif (24) associé.

[0035] La boîte (31) comprend une conduite d'entrée(39) équipée d'une électrovanne principale (40) et reliée au collecteur (29). En aval de l'électrovanne (40) partent autant de dérivation (41) qu'il y a de dispositif (24), chaque dérivation étant équipée d'une vanne d'arrêt manuelle (42) et d'une électrovanne (43) et étant reliée à la conduite (26) du dispositif (24) associé.

[0036] On a représenté à la figure 3 la structure d'un dispositif (24) de génération et d'injection de mousse. Ce dispositif comprend un corps d'alimentation (44), une chambre d'expansion (45) et une chambre de sortie (46). Le dispositif peut avoir une longueur de l'ordre de 0,6 m et un diamètre de l'ordre de 0,10 m pour une production de mousse de l'ordre de 200 l/mn.

[0037] Le corps (44) comporte deux conduits (47) de solution moussante et (48) d'air comprimé reliés respectivement aux conduites (25) et (26) correspondantes. Le conduit (47) comporte un détecteur de débit (49) suivi d'un régulateur de débit (50) et d'un gicleur (51). Le conduit (48) comporte un détecteur de pression d'air (52) suivi d'un gicleur (53). En aval des gicleurs, les deux conduits (47) et (48) se réunissent en un conduit unique (54) de sortie, muni d'un capteur de contrôle (61), et ledit conduit unique (54) de sortie débouche dans la chambre (45).

[0038] La chambre (45) est cylindrique, coaxiale au conduit (54) et fixée par une extrémité au corps (44). Elle comporte à chaque extrémité" une grille calibrée (55) et est emplie d'un garnissage en vrac (56). Comme représenté à la figure 4, des éléments de garnissage satisfaisants se sont révélés être constitués par des éléments (57) de forme générale torique, du type '"perles à collier", en verre ou en céramique, qui sont des matières inertes vis-à-vis de la solution moussante.

[0039] La buse de sortie (46) forme un chapeau emboîté sur l'extrémité avale de la chambre d'expansion. Elle a une forme convergente entre un diamètre d'entré voisin de diamètre de la chambre (45) et un diamètre de sortie nettement plus petit. La buse peut être directement reliée à l'orifice d'injection de mousse correspondant, dans la cloison (8), le carter de la vis (10), la jupe (6) ou l'arbre creux (23). En variante, si la nécessité d'implantation l'exige, un court tronçon de tube peut relier la sortie de la buse à l'orifice d'injection (21). Par exemple, le dispositif (24) peut être fixé par des colliers le long de la cloison (8) et la buse peut être reliée par un coude à l'orifice d'injection (21).

[0040] En fonctionnement, le chantier avance par pas successifs correspondant à la longueur d'un anneau (58) du revêtement du tunnel (figure 1). Chaque anneau est constitué de plusieurs voussoirs préfabriqués en secteur de cercle assemblés les uns aux autres.

[0041] Pendant chaque pas d'avance, le disque (7), entraîné en rotation, creuse le front de taille tandis qu'une couronne de vérins (59) parallèles à l'axe X-X, dont l'un est schématisé sur la figure 1, prenant appui sur le dernier anneau (58) en place, provoquent le déplacement vers l'avant du tunnelier et du train suiveur.

[0042] Pendant cette avance, de la mousse générée sous pression par un dispositif (24) est injectée dans l'arbre creux (23) et, de là, sur le front de taille et dans la chambre (9) par les orifices d'injection (21); de la mousse, générée par les autres dispositifs (24), est injectée directement dans la chambre (9) par les buses (21) ; de la mousse, générée par les autres dispositifs (24), est injectée directement dans la chambre (9) et dans le carter de la vis (10), et également directement autour du bouclier (6). Vers l'arrière, la mousse est retenue par un remplissage à base de ciment préalablement injecté autour des anneaux (58) de revêtement déjà en place;

[0043] Les déblais traversent les lumières du disque (7), restent plus ou moins en suspension dans la mousse, et la vis (10) évacue vers l'arrière un mélange de déblais et de mousse, qui n'est pas recyclé.

[0044] L'armoire de commande 13 (figure 1) commande d'une part le dosage de la solution moussante et le remplissage de la cuve (12), et d'autre part les électrovannes (38) et (43) (figure 2). Elle peut ainsi mettre en service ou hors service chaque dispositif (24).

[0045] L'armoire (13) peut également régler à volonté la pression de sortie de la mousse, par action sur le compresseur (19). Cette pression, de l'ordre de quelques bars absolus, est par exemple supérieure d'une valeur prédéterminée, qui peut être de l'ordre de 1 bar, à la pression de confinement désirée. En revanche, dans cet exemple, le débit de solution moussante de chaque dispositif (24) est constant et régulé par le régulateur (50) (figure 3). La surveillance assurée par les détecteurs (49) et (52) déclenche des alarmes en cas d'incident, leurs signaux de sortie étant envoyés via une ligne (60) (figure 3). Le bon fonctionnement de chaque injecteur est ainsi vérifié en permanence.

[0046] En outre, le conduit unique (54) est équipé d'un capteur de contrôle (61) détectant le phénomème d'expansion de la solution moussante dans la chambre (45), afin qu'en cas d'anomalie de fonctionnement, un signal d'alerte soit transmis par la ligne (60) à un tableau synoptique de commande général dans la cabine de pilotage. Ce tableau synoptique permet de surveiller les dispositifs de génération et d'injection de mousse en service et par le biais du capteur de contrôle (61), de visualiser une éventuelle anomalie de leur fonctionnement.

[0047] Le choix de la pression d'injection de la mousse peut par exemple être effectué en fonction des paramètres suivants : Pression de confinement, c'est-à-dire contre-pression à établir dans la chambre (9), couples exercés sur le disque (7) et sur la vis (10), et vitesse d'avancement du tunnelier. Cette pression peut être réellement obtenue en chaque point d'injection puisque la mousse est produite à son voisinage immédiate et n'est pas transportée sur des distances importantes avec création de pertes de charges aléatoires. Par ailleurs, le choix et le nombre d'injecteurs à mettre en service dépend du terrain rencontré et des divers paramètres du chantier et peut être modulé à volonté. L'ensemble de la gestion de l'appareillage (4) peut être assurée de façon largement automatisée, notamment par un système expert.

[0048] Éventuellement, un même dispositif (24) peut être relié à un petit nombre d'orifices d'injection immédiatement voisins et, dans certains cas, plusieurs dispositifs (24) peuvent être commandé de façon groupée.

Revendications

1. Équipement de creusement de sols en atmosphère confinée, du type comprenant, un outil de forage (1) dont, la cloison arrière (8) de la chambre (9) de réception des déblais, l'avant et l'arrière du disque excavateur (7), la vis (10) d'évacuation des déblais, et la jupe périphérique (6) de l'outil de forage, sont pourvus d'orifices d'injection (21) de mousse sous pression, et des moyens de génération de mousse sous pression reliés à ces orifices, caractérisé en ce que les moyens de génération de mousse sont constitués d'une pluralité de dispositifs (24) alimentés chacun, en solution moussante par une conduite (25), et en air comprimé par une autre conduite (26), chaque dispositif (24) générateur de mousse sous pression étant situé à proximité immédiate d'un orifice d'injection (21), ou d'un groupe d'orifices d'injection (21), qui lui est associé.

2. Équipement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte :

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de la cloison arrière (8) de la chambre (9) de réception des déblais, de façon à injecter la mousse sous pression dans ladite chambre (9); et/ou

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de l'arbre creux (23) relié aux orifices d'injection (21) placées sur le disque excavateur, de façon à injecter la mousse sous pression dans ledit arbre creux (23); et/ou

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de la vis (10) d'évacuation des déblais, de façon à injecter la mousse sous pression dans ladite vis (10); et/ou

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de la jupe préiphérique (6) de l'outil de forage (1), de façon à injecter la mousse sous pression dans vers l'extérieur à travers ladite jupe (6).

3. Équipement selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque dispositif (24) générateur de mousse sous pression une commande indépendante de fonctionnement.

4. Équipement selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les dispositifs (24) générateurs de mousse sous pression sont regroupés en une pluralité d'ensembles de dispositifs, chaque ensemble étant équipé d'une commande indépendante de fonctionnement.

5. Équipement selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les dispositifs (24) générateurs de mousse sous pression sont regroupés en une pluralité d'ensembles de dispositifs, chaque dispositif au sein d'un ensemble étant équipé d'une commande indépendante de fonctionnement.

6. Équipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un train suiveur (2) de l'outil de forage (1), portant sur une remorque (3A) une cuve d'équilibre (12) partiellement remplie de solution moussante, un collecteur (28) d'alimentation en solution moussante et un collecteur (29) d'alimentation en air comprimé, desdits dispositifs (24) générateurs de mousse sous pression, le collecteur (28) et le collecteur (29) partant respectivement du fond et du sommet de cette cuve.

7. Équipement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le train suiveur (2) porte, de préférence sur la même remorque (3A) que la cuve d'équilibre (12), un ou plusieurs réservoirs (11) de produit moussant, des pompes (15, 17) de transfert de produit moussant et d'eau vers la partie inférieure de la cuve d'équilibre (12), et un compresseur d'air (19) relié à la partie supérieure de cette cuve éventuellement par l'intermédiaire d'un réservoir tampon (20).

8. Dispositif (24) de génération et d'injection de mousse sous pression pour un équipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un corps (44) d'alimentation en solution moussante et en air comprimé;

- une chambre d'expansion (45) emplie d'un garnissage (56); et,

- une buse de sortie (46) de forme convergente.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps d'alimentation (44) comporte deux conduits d'alimentation, à savoir un conduit (47) d'amenée de solution moussante équipé d'un régulateur de débit (50) et de préférence d'un détecteur de débit (49), et un conduit (48) d'amenée d'air comprimé équipé de préférence d'un détecteur de pression (52), ces deux conduits débouchant dans un conduit unique (54) qui débouche lui-même dans la chambre d'expansion (45).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le conduit unique (54) est muni d'un capteur de contrôle (61) d'expansion de la solution moussante dans la chambre (45), relié à un tableau de commande par la ligne (60).

11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la chambre d'expansion (45) comporte à son entrée et à sa sortie une grille calibrée (55).

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le garnissage (56) est un garnissage en vrac, notamment constitué d'éléments (57) de forme à peu près torique.

13. Procédé d'utilisation d'un équipement de creusement de sols en atmosphère confinée du type comprenant un outil de forage (1) dans lequel on injecte de la mousse sous pression à travers une pluralité d'orifices d'injection (21) placées, sur la cloison arrière (8) de la chambre (9) de réception des déblais, à l'avant et à l'arrière du disque excavateur (7), sur la vis (10) d'évacuation des déblais et sur la jupe périphérique (6), caractérisé en ce qu'on véhicule de la solution moussante par une conduite (25) et de l'air par une autre conduite (26) jusque dans l'outil de forage (1) où l'on génère ladite mousse sous pression par :

- au moins un dispositifs (24), situé dans le voisinage immédiat de la cloison arrière (8) de la chambre (9) de réception des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite chambre (9); et/ou,

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de l'arbre creux (23) relié aux orifices (21) placées sur le disque excavateur (7), et l'on injecte la mousse sous pression dans ledit arbre creux (23); et/ou,

- au moins un dispositif (24), situé dans le voisinage immédiat de la vis (10) d'évacuation des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite vis (10); et /ou,

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de la jupe périphérique (6) de l'outil de forage (1), et l'on injecte la mousse sous pression vers l'extérieure à travers ladite jupe (6).

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on commande indépendamment la génération de la mousse sous pression au niveau de chacun des dispositifs (24), ou au niveau d'une pluralité de groupes de ces dispositifs (24).

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on effectue ladite commande en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants : pression de confinement, couple du disque excavateur (7), couple de la vis (10) d'évacuation des déblais, vitesse d'avancement de l'outil de forage (1).

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'on assure, au niveau de chaque dispositif (24) générant la mousse sous pression, un débit constant de solution moussante, et une pression d'air déterminée.

17. Procédé de creusement de sols en atmosphère confiné, où l'on équilibre la pression du terrain au moyen d'une mousse envoyée sous pression au niveau de l'outil de forage (1), caractérisé en ce que l'on qu'on véhicule de la solution moussante par une conduite (25) et de l'air par une autre conduite (26) jusque dans l'outil de forage (1) où l'on génère ladite mousse sous pression par :

- au moins un dispositifs (24), situé dans le voisinage immédiat de la cloison arrière (8) de la chambre (9) de réception des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite chambre (9); et/ou,

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de l'arbre creux (23) relié aux orifices (21) placées sur le disque excavateur (7), et l'on injecte la mousse sous pression dans ledit arbre creux (23); et/ou,

- au moins un dispositif (24), situé dans le voisinage immédiat de la vis (10) d'évacuation des déblais, et l'on injecte la mousse sous pression dans ladite vis (10); et /ou,

- au moins un dispositif (24) situé dans le voisinage immédiat de la jupe périphérique (6) de l'outil de forage (1), et l'on injecte la mousse sous pression vers l'extérieure à travers ladite jupe (6).

18. Procédé de creusement de sols en atmosphère confiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'on utilise un équipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 événtuellement muni d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12.

Ansprüche

1. Bodenaushubausrüstung in eingeschlossener Atmosphäre, des Typs mit einem Bohrwerkzeug (1), wobei die Rückwand (8) der Aufnahmekammer (9) der Abträge, die Vorder- und Rückseite der Baggerscheibe (7), die Entsorgungsschnecke (10) der Abträge und der periphäre Mantel (6) des Bohrwerkzeugs mit Einspritzöffnungen (21) eines unter Druck stehenden Schaums umfassen, sowie mit diesen Öffnungen verbundene Erzeugungsmittel von unter Druck stehendem Schaum, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumerzeugungsmittel aus einer Vielzahl von Vorrichtungen (24) bestehen, die jeweils über eine Leitung (25) mit einer Schaumlösung und über eine andere Leitung (26) mit Druckluft versorgt werden, wobei jede Schaumerzeugungsvorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe einer Einspritzöffnung (21) oder einer ihr zugeordneten Gruppe von Einspritzöffnungen (21) angeordnet ist.

2. Ausrüstung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Rückwand (8) der Aufnahmekammer (9) der Abträge umfaßt, so daß der unter Druck stehende Schaum in die besagte Kammer (9) eingespritzt werden kann ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der mit den Einspritzöffnungen (21) auf der Baggerscheibe verbundenen Hohlwelle (23), so daß der unter Druck stehende Schaum in die besagte Hohlwelle (23) eingespritzt werden kann ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Entsorgungsschnecke (10) der Abträge, so daß der unter Druck stehende Schaum in die besagte Schnecke (10) eingespritzt werden kann ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe des periphären Mantels (6) des Bohrwerkzeugs (1), so daß der unter Druck stehende Schaum durch den besagten Mantel (6) eingespritzt werden kann.

3. Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie für jede Erzeugungsvorrichtung (24) von unter Druck stehendem Schaum eine unabhängige Steuerung umfaßt.

4. Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsvorrichtungen (24) von unter Druck stehendem Schaum zu einer Vielzahl von Vorrichtungsgruppen zusammengefaßt sind, wobei jede Gruppe mit einer unabhängigen Steuerung ausgerüstet ist.

5. Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsvorrichtungen (24) von unter Druck stehendem Schaum zu einer Vielzahl von Vorrichtungsgruppen zusammengefaßt sind, wobei jede Vorrichtung innerhalb einer Gruppe mit einer unabhängigen Steuerung ausgerüstet ist.

6. Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Folgezug (2) des Bohrwerkzeugs (1) umfaßt, der auf einem Anhänger (3A) einen teilweise mit einer Schaumlösung gefüllten Ausgleichsbehälter (12), einen Schaumlösungsversorgungskollektor (28) und einen Druckluftversorgungskollektor (29) der besagten Erzeugungsvorrichtungen (24) von unter Druck stehendem Schaum trägt, wobei der Kollektor (28) und der Kollektor (29) jeweils vom Boden und vom Gipfel dieses Behälters abgehen.

7. Ausrüstung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Folgezug (2) vorzugsweise auf dem gleichen Anhänger (3A) wie der Ausgleichsbehälter (12) einen oder mehrere Schaumprodukt-Reservoirs (11), Transferpumpen (15, 17) des Schaumprodukts und des Wassers zu einem unteren Teil des Ausgleichsbehälters (12) hin und einen Luftverdichter (19) trägt, der, eventuell über ein Zwischenreservoir (20), an das Oberteil dieses Behälters angeschlossen ist.

8. Erzeugungs- und Einspritzvorrichtung (24) von unter Druck stehendem Schaum für eine Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- einen Körper (44) für die Versorgung mit Schaumlösung und Druckluft ;

- eine mit einer Auskleidung (56) versehenen Expansionskammer (45) ;

- eine Austrittsdüse (46) konvergierender Form umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungskörper (44) zwei Versorgungsleitungen aufweist, und zwar eine Zuführungsleitung (47) der Schaumlösung, ausgerüstet mit einem Durchflußregler (50) und vorzugsweise einem Durchflußdetektor (49), und eine Zuführungsleitung (48) der Druckluft, vorzugsweise ausgerüstet mit einem Druckdetektor (52), wobei diese beiden Leitungen in eine Einzelleitung (54) münden, die ihrerseits in der Expansionskammer (45) mündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleitung (54) mit einem Expansionskontrollfühler (61) der Schaumlösung in der Kammer (45) ausgerüstet ist, der über die Leitung (60) mit einer Steuertafel verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüsche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (45) an ihrem Eingang und Ausgang ein kalibriertes Gitter (55) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (56) eine lose Auskleidung ist, die insbesondere aus im wesentlichen wulstförmigen Elementen (57) besteht.

13. Verwendungsverfahren einer Bodenaushubausrüstung in eingeschlossener Atmosphäre, des Typs mit einem Bohrwerkzeug (1), in das man über eine Vielzahl von Einspritzöffnungen (21) an der Rückwand (8) der Aufnahmekammer (9) der Abträge, der Vorder- und Rückseite der Baggerscheibe (7), der Entsorgungsschnecke (10) der Abträge und am periphären Mantel (6) unter Druck stehenden Schaum einspritzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaumlösung über eine Leitung (25) und Luft über eine andere Leitung (26) in das Bohrwerkzeug (1) transportiert werden, wo der besagte, unter Druck stehende Schaum erzeugt wird, durch :

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Rückwand (8) der Aufnahmekammer (9) der Abträge, und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Kammer (9) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der mit den Öffnungen (21) auf der Baggerscheibe (7) verbundenen Hohlwelle (23), und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Hohlwelle (23) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Entsorgungsschnecke (10) der Abträge, und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Schnecke (10) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe des periphären Mantels (6) des Bohrwerkzeugs (1), und der unter Druck stehende Schaum durch den besagten Mantel (6) eingespritzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des unter Druck stehenden Schaums an jeder Vorrichtung (24) oder an einer Vielzahl von Gruppen dieser Vorrichtungen (24) unabhängig gesteuert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese Steuerung entsprechend zumindest einer der folgenden Parameter erfolgt : Einschlußdruck, Moment der Baggerscheibe (7), Moment der Entsorgungsschnecke (10) der Abträge, Vorschubgeschwindigkeit des Bohrwerkzeugs (1).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder den unter Druck stehenden Schaum erzeugenden Vorrichtung (24) ein konstanter Durchfluß der Schaumlösung und ein bestimmter Luftdruck gewährleistet werden.

17. Bodenaushubverfahren in eingeschlossener Atmosphäre, wo man den Druck des Bodens mit einem Schaum ausgleicht, der unter Druck am Bohrwerkzeug (1) verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumlösung über eine Leitung (25) und die Luft über eine andere Leitung (26) bis zum Bohrwerkzeug (1) transportiert werden, wo man den besagten, unter Druck stehenden Schaum erzeugt durch :

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Rückwand (8) der Aufnahmekammer (9) der Abträge, und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Kammer (9) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der mit den Öffnungen (21) auf der Baggerscheibe (7) verbundenen Hohlwelle (23), und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Hohlwelle (23) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe der Entsorgungsschnecke (10) der Abträge, und der unter Druck stehende Schaum in die besagte Schnecke (10) eingespritzt wird ; und/oder

- mindestens eine Vorrichtung (24) in unmittelbarer Nähe des periphären Mantels (6) des Bohrwerkzeugs (1), und der unter Druck stehende Schaum durch den besagten Mantel (6) eingespritzt wird.

18. Bodenaushubverfahren in eingeschlossener Atmosphäre nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Ausrüstung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet, die mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 ausgestattet sein kann.

Claims

1. Equipment for excavating earth in a confined atmosphere, of the type that includes, a drilling tool (1) for which, the rear bulkhead (8) of the chamber (9) for receiving excavated material, the front and the rear of the excavator disc (7), the screw (10) for clearing out the spoil, and the peripheral skirt (6) of the drilling tool, are provided with orifices (21) for the injection of foam under pressure, and means of generating foam under pressure connected to these orifices, characterised in that the means of generating foam is made up of a plurality of devices (24), each fed with a foam solution by a pipe (25), and with compressed air by another pipe (26), each device (24) for generating foam under pressure being situated in immediate proximity to an injection orifice (21), or a group of injection orifices (21) which is linked to it.

2. Equipment according to Claim 1 characterised in that it comprises :

- at least one device (24) situated in the immediate vicinity of the rear bulkhead (8) of the chamber (9) for receiving excavated material, in such a way as to inject the foam under pressure into said chamber (9); and/or

- at least one device (24) situated in the immediate vicinity of the hollow shaft (23) connected to the injection orifices (21) positioned on the excavator disc, in such a way as to inject the foam under pressure into said hollow shaft (23); and/or

- at least one device (24) situated in the immediate vicinity of the screw (10) for clearing out the spoil, in such a way as to inject the foam under pressure into said screw (10); and/or

- at least one device (24) situated in the immediate vicinity of the peripheral skirt (6) of the drilling tool (1) in such a way as to inject the foam under pressure into and towards the exterior through said skirt (6).

3. Equipment according to one of Claims 1 to 2, characterised in that it comprises, for each device (24) for generating foam under pressure, an independent operational control.

4. Equipment according to one of Claims 1 to 2, characterised in that the devices (24) for generating foam under pressure are grouped together into a plurality of groups of devices, each group being equipped with an independent operational control.

5. Equipment according to one of Claims 1 to 2, characterised in that the devices (24) for generating foam under pressure are grouped together into a plurality of groups of devices, each device within a group being equipped with an independent operational control.

6. Equipment according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that it includes a following train (2) for the drilling tool (1), that carries on a trailer (3A) a balancing tank (12) partially filled with foam solution, a collector (28) for supplying the foam solution and a collector (29) for supplying compressed air, for said devices (24) for generating foam under pressure, the collector (28) and the collector (29) running from the bottom and the top of this tank respectively.

7. Equipment according to Claim 6, characterised in that the following train (2) carries, preferably on the same trailer (3A) as the balancing tank (12), one or more reservoirs (11) of foam product, pumps (15, 17) for the transfer of foam product and water towards the lower part of the balancing tank (12) and an air compressor (19) connected to the upper part of this tank, possibly with a buffering reservoir (20) in between.

8. Device (24) for generating and injecting foam under pressure for equipment according to any one of Claims 1 to 7, characterised in that it includes :

- a unit (44) supplying foam solution and compressed air

- an expansion chamber (45) filled with packing (56) ; and,

- an outlet nozzle (46) of the combining cone type.

9. Device according to Claim 8, characterised in that the supply unit (44) comprises two feed pipes, namely a pipe (47) for supplying foam solution fitted with a flow rate regulator (50) and preferably a flow rate detector (49), and a pipe (48) for supplying compressed air, preferably fitted with a pressure detector (52), these two pipes feeding into a single pipe (54) which itself feeds into the expansion chamber (45).

10. Device according to Claim 9, characterised in that the single pipe (54) is fitted with a sensor (61) for the control of the expansion of the foam solution in the chamber (45), connected to a control board by the line (60).

11. Device according to one of Claims 7 to 10, characterised in that the expansion chamber (45) includes a calibrated screen (55) at its inlet and at its outlet.

12. Device according to one of Claims 7 to 11, characterised in that the packing (56) is a bulk packing material, notably made up of roughly torus shaped elements (57).

13. Method of using equipment for excavating earth in a confined atmosphere, the equipment being of the type that includes a drilling tool (1) into which the foam is injected under pressure through a plurality of injection orifices (21) positioned, on the rear bulkhead (8) of the chamber (9) for receiving the spoil, at the front and at the rear of the excavator disc (7), on the screw (10) for clearing out the spoil and on the peripheral skirt (6), characterised in that the foam solution is conveyed through a pipe (25) and the air through another pipe (26) into the drilling tool (1) where said foam is generated under pressure by;

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the rear bulkhead (8) of the chamber (9) for receiving the spoil, and the foam is injected under pressure into said chamber (9) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the hollow shaft (23) connected to the orifices (21) positioned on the excavator disc (7), and the foam is injected under pressure into said hollow shaft (23) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the screw (10) for clearing out the spoil, and the foam is injected under pressure into said screw (10) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the peripheral skirt (6) of the drilling tool (1), and the foam is injected under pressure towards the exterior through said skirt (6).

14. Method according to Claim 13, characterised in that the generation of the foam under pressure is independently controlled at each of the devices (24) or at a plurality of groups of these devices (24).

15. Method according to Claim 14, characterised in that said control is carried out as a function of at least one of the following parameters : confining pressure, excavator disc (7) torque, torque of the screw (10) for clearing out the spoil, rate of penetration of the drilling tool (1).

16. Method according to any one of Claims 13 to 15, characterised in that, at each device (24) generating foam under pressure, a constant flow rate of foam solution and a predetermined air pressure is provided.

17. Method of excavating earth in a confined atmosphere, where the pressure of the ground is balanced using a foam sent under pressure to the drilling tool (1), characterised in that the foam solution is conveyed through a pipe (25) and the air through another pipe (26) to the drilling tool (1) where said foam is generated under pressure by :

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the rear bulkhead (8) of the chamber (9) for receiving the spoil, and the foam is injected under pressure into said chamber (9) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the hollow shaft (23) connected to the orifices (21) positioned on the excavator disc (7), and the foam is injected under pressure into said hollow shaft (23) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the screw (10) for clearing out the spoil, and the foam is injected under pressure into said screw (10) ; and/or,

- at least one device (24), situated in the immediate vicinity of the peripheral skirt (6) of the drilling tool (1), and the foam is injected under pressure towards the exterior through said skirt (6).

18. Method of excavating earth in a confined atmosphere, according to Claim 17, characterised in that one uses equipment according to any one of Claims 1 to 7, possibly fitted with a device according to any one of Claims 8 to 12.

Dessins