CA1312472C - Cadre de soutenement deployable et procede et appareil de mise en place d'un tel cadre - Google Patents

Abstract

Cadre de soutènement déployable et procédé et apparaell de mise en place d'un tel cadre. Le cadre permet de constituer par juxtaposition avec d'autres un tunnel continu au fur et à mesure de l'avancement d'une galerie. Il comprend au moins cinq éléments (10,12,14) en béton armé solidaires et articulés les uns aux autres pour constituer un ensemble manipulable en bloc, dont l'un (10) constitue voûte et les autres constituent des côtés, en ce que lesdits éléments sont de longueur telle que le cadre replié a un encombrement transversal égal ou peu supérieur à celui de la voûte et en ce que les éléments sont munis de moyens permettant une liaison mutuelle de ces éléments interdisant le repliement sous les charges subies en service. (Figure 1).

Description

131~472 Cadre de soutènement d~ployable et procédé et appareil de mise en place d'un tel cadre.

La présente invention concerne les cadres de soutènement permettant de constituer, par ~uxtapositlon de cadres, un tunnel contlnu au fur et à mesure de l'avancement d'une galerie.
Il est souvent nécessaire de conforter les gale-ries de mine ou de travaux publics au fur et à mesure de leur avancement. Lorsque la tenue des terrains est mauvaise, la mise en place des soutènements classiques est délicate et coûteuse, ouvent même dangereuse pour le personnel. C'est le cas notamment en terrain fracturé
o~ des blocs risquent de se détacher immédiatement apr~s le marinage, et en terrain non cohérent, où il est nécessaire de conforter la roche aussi rapidement que possible. L'emploi d'éléments raccordables sur place implique la présence de personnel dans une zone non protégée et l'utilisation de moyens de manutention permettant d'a~uster la position relative des éléments en vue du raccordement, ce qui est peu désirable.
L'invention vise notamment à fournir un cadre de soutènement constituant un module préfabriqué manipula-ble en bloc, regroupant tous les éléments nécessaires pour conforter un tron~on de galerie de longueur déter-minée, susceptible d'être mls en place rapldement en assurant la sécurité du personnel ; elle vise également à procurer un procédé et un apparell de mlse en place des cadres permettant un montage rapide et garantissant 3~ la s~curit~ du personnel Pour cela l'invention propose notamment un cadre de soutènement déployable comprenant au moins clnq eléments en béton armé, solldalres et articulés les uns aux autres pour constltuer un ensemble manipulable en bloc, dont l'un constltue vo~te et les autres cons-tituent des côtés, caract~rls~ en ce que lesdits * ~

13-t2472 él~ments sont de longueur telle que le cadre repli~ alt un encombrement transver~al égal ou peu sup~rleur à
celul de la vo~te, ~n ce gue 1'encombrement du cadre au cour~ de son d~placement s'lnscrit tou~ours à
l'intérleur de l'encombrement du cadre déployé, et e~ ce que les él~ments sont munis de moyens permettant une lialson mutuelle de ces ~léments interdisant le replie-ment du cadre déployé sous les charges subies en ser~ice.
Le terme "béton arméH utillsé ci-dessus doit être inteprét~ de facon large. Si en effet les él~ments sont en gén~ral constitués en béton armé classique associant des armatures métalliques ~ un liant hydrau-lique et à des agr~gats, il reste possible dans certains cas d'utiliser des matières différentes et notamment des mati~res thermo-durcissables contenant des charges de renforcement fibreuses, le coût plus élevé de ces matériaux pouvant être ~ustifié pour des applications particulières~
Dans le cas où les élements sont en béton armé, les ~léments peuvent être articulés les uns aux autres par des charnières constituées par des boucles termina-les des armatures, faisant saillie hors du béton, et des tiges traversant les boucles appartenant à deux éléments coopérants. Il faut remarquer au passage que, si ces tiges sont soumises au poids des éléments qui y sont suspendus lors du montage, les efforts de poussée de terrain sont transmis par appui direct des éléments les uns sur les autres lorsque le cadre est en place.
Les surfaces d'appui auront une orientation choisie pour que les efforts de poussée soient transmls essentiellement par compression.
Pour les formes courantes de galerie, une cons-titution de cadre en cinq éléments constituera en géné-ral le mellleur compromis entre d'une part la recherche d'un encombrement minimal dans le sens transversal, 3 1 ~1 2472 facllltant le passage ~ traverY le cadre déJà en place et les manoeuvres, d'autre part la simplicité de fabri~
cation et la r~sistance m~canique. Dans ce cas de cinq éléments, le cadre peut atre conQtitu~ d'une voute, de pieds-droits verticaux et d'~paulements constituant la transition entre la vo~te qui repr~sente une fraction seulement de la largeur totale du cadra (souvent entre 55 et 70 %) et les pieds-droits.
Les éléments destinés à prendre appui sur le fond de la galerie sont avantageusement munis de moyens de longueur réglable permettant de mettre le cadre d'aplomb. On peut notamment utiliser quatre pieds constituéæ par des vérins à sable et termin~s par des platlnes d'appui au sol.
L'invention propose également un procéd~ de mise en place d'un cadre du genre d~crit ci-dessus, suivant lequel on amène le cadre repli~ à l'emplacement longitu-dinal définitif en le soutenant ~ l'aide d'un ~recteur introduit sous la voûte, on soulève la voûte en laissant les éléments inférieurs prendre appui sur le sol de faSon que le déploiement s'effectue par gravité ~usqu'à
ce que la voûte ait atteint son emplacement définltif, et on complète le déploiement des ~léments en exerçant un effort d'écartement sur eux avant d'immobiliser les éléments les uns par rapport aux autres.
L'lnvention propose enfin un apparell de mise en place d'un cadre tel que défini oi-dessus, destiné à
~tre mont~ sur un transporteur. Cet appareil est fixé
sur des moyens de levage dont est équipé le transporteur et il comporte un érecteur ayant un longeron longitudi-nal en porte-à-faux par rapport au véhicule et insérable sous la voûte et deux peignes tournant sur le longeron autour d'axes longitudinaux parallèles ayant un écarte-ment inferieur ~ la largeur de la voûte, munis de moyens moteurs permettant de les déplacer lndépendamment depuis une position de repos où ils permettent ~ recteur de s'engager dans le cadre pli~, dans l'espace limit~ par la vo~te et les côtés repli~s, et une position d'ouver-ture o~ ils imposent ~ l'ensemble des ~léments de prendre leur position de déplolement ccmplet.
L'invention sera mieux comprise ~ la lecture de la description gui suit de modes particuliers de realisation, donnés à titre d'exemples non limltatifs.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 montre un cadre suivant l'inven~
tion, en coupe sulvant un plan vertioal médian ;
- la figure 2 est une vue en coupe su~vant la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est un schéma, similaire à une fraction de la figure 1, montrant une répartition possi-ble du ferraillage dans l'un des ~paulements ;
- la figure 4 est un schéma de principe montrant un cadre en sept éléments, constituant une variante de celui de la figure 1 ;
- la figure 5 est un schéma montrant un appareil de levage suivant l'invention, monté sur un engin de transport, en élévation ;
- la figure 6 est une vue de face de l'appareil de la figure 5 ;
- la figure 7 est une vue de détail à grande échelle montrant l'articulation et les moyens d'entrai-nement des peignes de l'appareil des figures 5 et 6, en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 8 ;
- la figure 8 est une vue de détail en coupe longitudinale de l'appareil de mise en place soutenant la voûte ;
- la figure 9 est une vue en perpective montrant les peignes de l'appareil des figures 7 et 8 en cours de déplacement.
Le cadre en place sur les igures 1 et 2 peut etro regnrde com~e const1tué ù'une vo~te 10 en for~e de di~dre tr~s obtus, de deux ~paulements 12 en forme de coude et de deux pieds-drolts 14. La voûte 10 a une largeur peu sup~rieure ~ la moitlé de la largeur totale de la galerie. Deux faces d'appui 16 dont l'lnclinaison constitue un compromls entre la recherche d'un angle aussi faible que possible entre les forces à transf~rer et la perpendiculaire ~ la surface et la n~cesslté
d'éviter des parties terminales en biseau trop aigu prennent appui sur des épaulements 12. Un angle d'envi-ron 45~ sera fréquemment satisfalsant. Les surfacesd'appui des charnières seront en matériaux de r~parti-tion des efforts.
Les épaulements 12 sont reliés à la voûte par une articulation situee côté intrados. Des embrèvements peuvent atre pré w s pour laisser la place à des char-nières d'artlculation. Lorsque les éléments constitutifs du cadre sont en b~ton armé, ce qui sera le cas le plus fréquent, une solution simple pour constituer les char-nières consiste à prévoir un armement comportant, sur quelques dizaines de centimètres de chaque caté des ar-ticulatlons, des rangées d'éplngles régullèrement répar-ties. Ces épingles 18 sont solidaires du ferralllage de la plèce (trelllls métallique). Les éplngles 18 sont placées dans le béton aux emplacements susceptibles d'être ml~ en tractlon, par exemple suivant la dlsposl-tlon montrée en flgure 3. On utllisera en général un b~ton à dosage élevé en ciment (par exemple 400 kg/m3 environ) et un ferralllage important (d'envlron 170 kg/m3 en général). L'axe d'articulation peut alors être matérialis~ par~une tige 20 enfilée dans les boucles.
La face inférieure de chaque épaulement 12, pré-w e pour reposer a plat et horlzontalement sur le pied-droit correspondant 14, est munle d'une charnlère de m~me constltution que la charniere de raccordement avec la vo~te.

1-31 2~72 Des moyens de raccordement entre cadres succes-sifs peuvent ~tre constitu~s par deux brldes latérales 22 constitu~es de surépaisseurs de béton, percées de trous de passa~e 24. Du fait que les tolérances d'ali-S gnement doivent ~tre lar~es, les trous 24 dans les épau-lements dolvent ~tre ovalisés. Dans le mode de r~alisa-tion montré en figures l et 2 ils sont ovalisés trans-versalement dans l'une des brides, verticalement dans l'autre bride. Les trous 24 ovalisés dans le sens horizontal sont en nombre suffisant pour permettre de fixer deux cadres successifs dans des positions décalées verticalement l'une de l'autre, par exemple dans le cas de galerie en pente.
Chaque pied-droit 14 est constltué par un pan-neau vertical muni à sa partie inférieure de deux pieds26 de hauteur a~ustable. Ces pieds peuvent constituer les pistons de verins à sable de type connu, dont la chambre est d~finie par une chemise bloquée dans le b~ton. Une fois que du sable a été déversé dans la chambre du vérin, au dessus du pied formant piston, par un tube de rempllssage 28, le pled se trouve immobllisé.
Eventuellement ce sable peut êtrs remplacé par du ciment. Pour mieux répartlr les efforts au sol, chaque pied pourra être muni d'une platine d'appui 30.
En prévoyant quatre pleds 26 sur chaque cadre, 11 est possible de compenser les irrégularités du sol et de maintenir l'aplomb des cadres et d'assurer une bonne liaison entre eux.
Comme les épaulements 12, les pieds-droits 14 sont munis de brides 22 d'assemblage de cadres ad~acents.
Des moyens sont prévus pour bloquer l'un sur l'autre chaque ~paulement 12 et le pied-drolt 14 corres-pondant dans leur position définitive. Dans le mode de réalisation montré en figures l et 2, ces moyens sont constitu~s par des rebords horizontaux 31 ménag~es dans 7 1 3i2472 les partles termlnales en regard du pled-droit 14 et de l'~paulement 12, perc~s de trous de passage de vls de blocage 33.
Il sera souvent utlle de prévoir, à travers le cadre, des trous et/ou des tubes d'in~ection de béton de remplissage et/ou de paqsage de boulons d'ancrage dans la paroi, surtout dans le caQ où la galerie a une sec-tion $rrégùllère et/ou le terrain est peu cohérent.
La longueur des différents ~léments constituant le cadre est choisie de façon telle que le cadre replié, c'est-~-dire dans la disposition montrée en traits mixtes sur la figure 1, ait un encombrement transversal qui ne dépasse pas notablement celui de la voûte. Sur la figure 1, le pied-droit de gauche est replié compl~te-ment contre l'~paulement correspondant et l'ensembleramené vers l'intérleur en ne laissant libre que le passage destin~ ~ l'érecteur d'un appareil de mise en place qul sera décrit plus loin. Le second épaulement prend appui ~ plat sur le pied-droit dé~à replié. Une cale 32 placée entre le dernier pied-droit et l'épaule-ment correspondant a une hauteur telle que, lorsque le cadre replié est posé sur un sol horizontal, le plan médian de la vo~te 10 est vertical. L'ensemble repllé
constitue ainsi un colis, qui peut être manipulé en bloc s'il est sanglé. Le sanglage peut être réalisé à l'aide de tirants reliant la voûte à l'extrémité du pied-droit portant sur la cale 32.
A titre d'exemple numérique, on peut indiquer qu'un cadre ayant une hauteur de 5,20 m (~ laquelle s'a~oute éventuellement la hauteur des pieds) et une largeur de 5 m peut être subdivis~ de façon à constituer un colis plié de 2,65 x 3,10 m laissant subsister, sou~
la voûte de 3 m de largs, un passage de dimensions suf-fisantes pour y glisser l'érecteur.
La subd~vision en cinq el~ments montree en figu-res 1 et 2 n'est pas la seule possible. Un plus grand 8 1 3 i 2472 nombre d'éléments peut être adopt~, surtout dans le cas de galeries de grande hauteur. On peut par exemple sub-diviser le cadre en sept éléments, comme cela est montré
schématiquement en figure 4.
Par contre, 11 sera g~néralement peu avantageux d'utiliser moins de cinq él~ments : pour réaliser un cadre en quatre éléments il faudrait soit couper la voûte en son milieu, ce qui est peu favorable, soit adopter une répartition dissymétrique ; avec trois éléments il serait difficile de realiser un colis pouvant passer à travers des cadres dé~à en place.
On d~crira maintenant, en faisant référence aux figures 5 à 8, une constltution possible d'un appareil 4~ de mise en place d'un cadre de soutènement.
L'appareil est destiné à être monté sur un engin de transport 34 à roues ou à chenille, muni d'un éléva-teur placé en porte-à-faux ~ l'avant ou l'arrière. L'en-gin peut être d'un des nombreux types classiquement utilisés pour le travail en galerie. La figure 5 montre, respectivement en traits pleins et en tirets, la pos~-tion basse et la posltion haute d'un élévateur de type classique. Cet élévateur comporte un quadrilatère défor-mable ayant une poutre vertlcale 36, un ou plusieurs vérins de levage 38 et un col de cygne 40 L'appareil peut être regardé comme constitu~
d'un tablier 36 destiné à être relié par des articula-tions au col de cygne 40 et au vérin et d'un érecteur 44 fixé au tablier. Cette constitution permet de maintenir le tablier 36 dans une orientation pratiquement invarla-ble, proche de la verticale, lors du levage, l'érecteur ~tant en porte-à-faux de façon à ne pas se trouver au dessus de l'engin.
L'érecteur 44 comporte une charpente présentant un dièdre vers le haut, destin~ ~ soutenir la vo~te 10.
Un vérin 46 longitudinal d'appul sur un ~lasque 48 permet de bloquer longltudlnalement le cadre sur l'~rec-teur. Dans des palier~ portés par la charpente de l'érecteur et par le tabller 36 tournent deux arbres longltudinaux parallèles 50, dlsposes symétrlquement par rapport au plan médian de l'~recteur. Chacun de ces arbres porte un peigne constltu~ de plusieurs bras 52 (sept par exemple) fixés ~ l'arbre. Les bras 52 d'un pelgne sont d~cal~s longitudinalement par rapport aux bras de l'autre, de facon que les deux peignes puissent s'imbriquer l'un dans l'autre et venir dans la posltion relative ou ils sont représentés sur la figure 7.
Chaque peigne est muni d'un moteur d'entraine-ment propre constitué, dans le ca~ illustré en figures 7 et 8, par un v~rln hydraulique 54 dont le cyllndre est fixé sur le tablier 36 par une broche 56 et dont le piston est muni d'une crémaillère 58 engrenant un pignon 60 cal~ sur l'arbre 50 correspondant.
Les bras deQ peignes ont une longueur et une forme telles qu'lls pulssent prendre appui contre les épaulements et esercer sur eux un effort tendant à les ~carter du plan médian.
Le procedé de mise en place d'un cadre à l'aide de l'appareil qul vient d'être décrlt peut être le suivant.
L'engin de transport équipe de l'erecteur en position basse est avancé Jusqu'à ce que l'~recteur 42 soit complètement engagé sous la voûte 10 du cadre.
Celui-ci peut être stocké posé au 801, munl de tlrants ou sangles 62 lnterdlsant sont déploiement (flgure 6).
L'élévateur de l'engln est actionné pour dégager le cadre du 501 ( figures 5 et 6). Puis l'engin am~ne le cadre à son emplacement longltudinal définltif, éven-tuellement en traversant une galerle dé~à équlpée de cadres identlques. Le cadre pllé est mis au sol, les sangles 62 sont enlev~es et l'élévateur est de nouveau actionné pour lever la voûte ~usqu'à la position montrée lo 1 3 1 2472 en tirets sur les figures 5 et 6.
Pendant la lev~e de la voûte, les forces de gravité provoquent le d~ploiement progressif du cadre.
Lorsque la voû~e se rapproche de sa positlon d~finitive, 5 les vérins 54 sont alimentés et déploient les bras 52 (figure 9). La force exerc~e par les bras ach~ve d'écarter les épaulements 12 et les met en appui contre la voûte par leurs surfaces de but~e relatives.
La position définitlve de la vo~te peut etre ajustée à l'aide de l'él~vateur. Les pPignes 52 permet-tent d'a~uster la verticalité des côtés du cadre.
Jusqu'à ce moment, toutes les manoeuvres sont effectuées par du personnel resté à l'abri sous les cadres dé~à en place, donc ne pouvant être blessé par des blocs se détachant de la paroi ou du front de taille.
Les pleds 26 80nt alors descendus ~usqu'au sol, puis les vérlns remplls de sable ou de béton. Les vis et boulons de solldarisatlon du cadre avec ceux déJà en place et des éléments du cable entre eux sont insérés et bloqués. Eventuellement, les partles métalliques sont revêtues de peinture antl-corrosion.
L'élévateur est alors descendu et l'engin est Otêtre reculé pour dégager la galerle et permettre l'avancée de l'engin de forage.
Chacun des cadres peut être muni de rails (non repsésentés) de circulation d'une visière de protection, amenée en avant du dernier cadre en place lors du forage des trous de mine. Cette visière peut être suffisamment robuste pour protéger les ouvrlers contre la chute de blocs se détachant de la voûte de la galerie.
Une fois le forage effectué, l'engin est retir~.
La visière est recul~e. Puis le tir et le marlnage peuvent s'aGcompllr de façon classique.
Dans la pratique, des consld~ratlons de poids 1~12472 condulront ~ limiter la longueur des cadres ~ 3 m envi-ron. Mais souvent on aur3 int~r~t à utlllser des cadres plus courts, ayant une longueur correspondant à l'avan-cée pour chaque tir, c'est-~-dire ~ environ 1,50 m en terrain difficlle.
L'invention est applicable dans des conditions tr~s vari~es. Elle peut être mise en oeuvre pour creuser des galerles mini~res dans un terraln encaissant tr~s difficile où le sout~nement doit encaisser des poussées importantes et éventuellement des percussions en cas de formation de cavité, aussi bien que pour réaliser une descenderle artificielle au travers d'un remblayage de mine à ciel ouvert ou pour conforter lég~rement des galeries en terraln moins difficile (les cadres etant alors légers). Les cadres suivant l'invention permettent également toutes les opérations complémentaires de confortage ou de finissage quelquefois nécessaires ou utiles, par exemple l'in~ection de beton ou le revêtement du sol par une chape, qui peut éventuellement être relevé sur les bords pour noyer les pied~.

Claims (10)

1. Cadre de soutènement déployable, comprenant au moins cinq éléments en béton arme, solidaires et articulés les uns aux autres pour constituer un ensemble manipulable en bloc, dont l'un constitue voûte et les autres constituent des côtés, caractérise en ce que lesdits éléments sont de longueur telle que le cadre replié ait un encombrement transversal égal ou peu supérieur à celui de la voûte, en ce que 1'encombrement du cadre au cours de son déplacement s'inscrit toujours à l'intérieur de l'encombrement du cadre déployé, et en ce que les éléments sont munis de moyens permettant une liaison mutuelle de ces éléments interdisant le replie-ment du cadre déployé sous les charges subies en service.

2. Cadre selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les éléments sont articulés les uns aux autres par des charnières constituées par des boucles termina-les des armatures, faisant saillie hors du béton, et des tiges traversant les boucles appartenant à deux éléments coopérants.

3. Cadre selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les éléments comportent des surfaces d'appui mutuelles dont l'orientation est choisie pour que les efforts de poussée et de gravité soient transmis essentiellement par compression.

4. Cadre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent des trous ménagés dans des renflements internes en regard des zones d'appul relatif des éléments constitutifs des côtés.

5. Cadre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les côtés sont munis de pieds de hauteur réglable, avantageusement constitués par des vérins à sable.

6. Cadre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les éléments comportent des brides latérales percées de trous ovalisés destinés à des boulons de solidarisation de cadres successifs.

7. Cadre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque côté comporte un pied-droit et un épaulement présentant une surface horizontale d'appui sur le pied-droit et une surface à environ 45°
sur l'horizontale d'appui de la voûte.

8. Cadre selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la voûte porte des tronçons de rails de circulation d'une visière de protection jusqu'à une position en porte-à-faux à l'avant du cadre.

9. Procédé de mise en place d'un cadre selon la revendication 1, caractérisé en ce que : on amène le cadre replié à l'emplacement longitudinal définitif en le soutenant à l'aide d'un érecteur introduit sous la voûte ; on soulève la voûte en laissant les éléments inférieurs prendre appui sur le sol de façon que le déploiement s'effectue par gravité, Jusqu'à ce que la voûte ait atteint son emplacement définitif ; on complète le déploiement des éléments en exerçant un effort d'écartement sur eux ; et on immobilise les éléments les uns par rapport aux autres.

10. Appareil de mise en place d'un cadre suivant la revendication 1, destiné à être fixé sur des moyens de levage équipant un véhicule transporteur, caractérisé
en ce qu'il comporte un érecteur longitudinal en porte-à-faux par rapport au véhicule et insérable sous la voûte et deux peignes tournant sur l'érecteur autour d'axes longitudinaux parallèles ayant un écartement inférieur à la largeur de la voûte, munis de moyens moteurs permettant de les déplacer indépendamment depuis une position de repos où ils permettent à l'érecteur de s'engager dans le cadre, dans l'espace limité par la voûte et les côtés repliés, et une position d'ouverture où ils déploient complètement l'ensemble des éléments du cadre.