EP3673116B1 - Procédé et installation de bétonnage d'un site souterrain - Google Patents

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EP3673116B1
EP3673116B1 EP18742775.2A EP18742775A EP3673116B1 EP 3673116 B1 EP3673116 B1 EP 3673116B1 EP 18742775 A EP18742775 A EP 18742775A EP 3673116 B1 EP3673116 B1 EP 3673116B1
Authority
EP
European Patent Office
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concrete
liquid
column
transportation pipe
site
Prior art date
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Active
Application number
EP18742775.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3673116A1 (fr
Inventor
François PINEAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
Original Assignee
Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
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Filing date
Publication date
Application filed by Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA filed Critical Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
Publication of EP3673116A1 publication Critical patent/EP3673116A1/fr
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Publication of EP3673116B1 publication Critical patent/EP3673116B1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D15/00—Handling building or like materials for hydraulic engineering or foundations
    • E02D15/02—Handling of bulk concrete specially for foundation or hydraulic engineering purposes
    • E02D15/04—Placing concrete in mould-pipes, pile tubes, bore-holes or narrow shafts
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/302—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
    • G21F9/304—Cement or cement-like matrix

Definitions

  • the invention relates to a method and an installation for the concreting of a site located in an underground site at great depth.
  • the invention relates to a method and an installation for the concreting, at great depth, of the disposal cells for radioactive waste, of the connecting galleries and of the access galleries to these disposal cells. , access to these galleries is through a borehole.
  • the document CN 202627535U describes a method of concreting an underground site comprising the vertical delivery of concrete from a supply site located at an altitude above the underground site to the underground site by a continuous supply of concrete from a delivery tube between the supply site and the underground site, lowering a concrete column into the delivery tube and taking concrete from a lower end of said concrete column to distribute the concrete in the underground site .
  • the document WO 2004/038172 describes a concreting installation for an underground site, comprising a single vertical borehole receiving a pipe for conveying concrete from a supply site to the underground site, a movable shutter housed in the conveying pipe and a circuit hydraulic to fill the delivery tube under the shutter with liquid and extract the liquid under the shutter from the delivery tube by exerting a vertical counter-thrust on said shutter.
  • the invention aims to remedy these technical problems by proposing means suitable for ensuring, in a reliable and secure manner and over a very long period, the descent and the conveying of the concrete from the surface to the gallery and to the cells of. waste storage located at great depth.
  • This goal is achieved by means of a method of concreting an underground site comprising the vertical delivery of concrete from a supply site located at an altitude above the underground site to the site. underground by continuously feeding concrete from a delivery pipe between the supply site and the underground site, lowering a concrete column into the delivery pipe and taking concrete from one end lower part of said concrete column to distribute the concrete in the underground site, characterized in that the delivery tube is initially filled with a column of liquid and a movable shutter positioned at the top of the column of liquid, then exerted, during the descent of the concrete column in the routing tube, a vertical counter-thrust on said shutter by adjusting the height of the liquid column and / or the pressure of the liquid in the routing tube in order to control the descent of the concrete column.
  • the height of the liquid column and / or the pressure of the liquid are adjusted by drawing or drawing off the liquid at a lower end of the delivery tube.
  • Gravity withdrawal can in particular be implemented, by controlling the opening of a valve located at the lower end of the delivery tube, and by taking advantage of the gravitational force applied by the concrete column on the shutter, pushing the latter away.
  • a bidirectional pump can also be used which extracts the liquid at a controlled rate.
  • the drawing or drawing off of the liquid is stopped when the movable shutter reaches the base of the delivery tube.
  • the continuous supply of concrete is made by injecting concrete under pressure from the surface at the latest as soon as the concrete column reaches the base of the tube.
  • the method of the invention comprises a phase of interrupting the concreting of the underground site, comprising stopping the injection of concrete and cleaning of the conveying tube by raising the movable shutter and the liquid under pressure to the feed site.
  • the cleaning liquid is recycled to the process after decantation and filtration.
  • the height of the liquid column and / or the pressure of the liquid is controlled by varying the opening of a valve and / or by varying the flow rate of a pump in a control circuit. liquid.
  • the delivery tube is cooled by an ascending flow of compressed air in an enclosure surrounding the delivery tube.
  • Another object of the invention is an installation for concreting an underground site, comprising at least a first vertical borehole receiving a conveying tube for the transfer of concrete from a supply site located at an altitude above the underground site. to the underground site, characterized in that it further comprises a movable shutter housed in the delivery tube and a liquid circuit comprising a conduit for supplying a pressurized liquid housed in a second vertical borehole is intended to fill the delivery tube under the shutter with liquid and to extract from the delivery tube said liquid under the shutter by exerting a vertical counter-thrust on said shutter.
  • the liquid circuit is connected to a lower end of the delivery tube.
  • the liquid circuit is a closed circuit comprising means for recycling the liquid.
  • the borehole is provided with a liner delimiting a cylindrical enclosure around the conveying tube in which detection and measuring instruments are arranged.
  • the installation comprises at least two shut-off drawers with double-hatch, a first of the two shut-off drawers being mounted on the surface on an upper end of the tube ensuring the supply of concrete from it.
  • a first of the two shut-off drawers being mounted on the surface on an upper end of the tube ensuring the supply of concrete from it.
  • a second of the two shut-off sliders being mounted at the bottom of the well on a lower end of the delivery tube, coupled to a concrete pick-up pump.
  • the installation further comprises a third stop drawer mounted in the gallery downstream of the second drawer and ensuring the distribution of the concrete.
  • the liquid circuit comprises at least one pump ensuring the pressurization of the liquid which is supplied at the surface, by one or more reservoirs intended for the storage and recycling of the liquid.
  • a complementary characteristic relates to the structure of the movable shutter which comprises a cylindrical body carrying circumferential ribs the diameter of which corresponds substantially to the internal diameter of the delivery tube and provided with an insert detectable by means.
  • the method and the concreting installation according to the invention make it possible to ensure continuous lubrication of the conveying tube leading to a regular, controlled and controlled descent of the concrete followed by subsequent cleaning of the tube using a closed liquid circuit, without risk of concrete spreading or backing up.
  • the liquid used in the hydraulic circuit thus performs three functions, respectively, of retarding the concrete column, independent lubrication of the delivery tube during descent and cleaning at the end of concreting.
  • This liquid is preferably water (or an aqueous fluid), which is taken up, sanitized, which provides substantial savings in charges, simplifies the casting process at the bottom of the well and preserves the environment.
  • the method of the invention consumes very little water because the liquid circuit is equipped with filtering and recycling means.
  • the process of the invention makes it possible to minimize the risks of spreading and leaking liquids or water at the bottom of the well, which makes the concreting process particularly clean.
  • the process of the invention makes it possible to limit the risks of segregation of the concrete, to avoid cement deposits and to do away with the use of a slip.
  • the concreting installation of the invention is, moreover, self-lubricating because the concrete conveying tube is constantly immersed or in contact with the fresh concrete.
  • the invention also provides for the joint presence of means ensuring the rapid and real-time detection of malfunctions and of means exercising the necessary corrective actions including, the partial or total emptying of the conveying tube and the raising of the concrete towards the surface in case of refusal of the waste.
  • the figures 1A and 1B illustrate a preferred embodiment of the concreting method of the invention with an installation with a single borehole F ( figure 1A ) or two boreholes F1, F2 connected in U ( figure 1B ).
  • the method of the invention is more particularly intended for the concreting of an underground site used for the storage of radioactive waste.
  • the underground storage site generally consists of storage cells (not shown) arranged within a network of access and connection galleries located at great depth. The mechanical reinforcement of these storage cells and the various galleries is carried out by concrete conveyed by means of the installation schematically shown on the diagram. figure 1 .
  • the solution adopted by the invention consists in conveying the concrete B using at least one borehole in which is housed a so-called conveying tube A intended to last several years with frequent periods of intense concreting.
  • the concreting installation of the invention therefore comprises, in a traditional manner, at least one vertical borehole F receiving a tube A for conveying the concrete B from a supply site to an underground site located at a lower altitude. at the feeding site.
  • the supply site is located near a CB concrete plant (preferably positioned on the surface) and ensures the continuous supply of concrete B from the delivery tube A leading to the underground site located at great depth .
  • the delivery tube A ensures, for its part, the descent of the concrete column B and is connected to a device allowing the withdrawal of concrete from a lower end of this column to distribute the concrete in the underground site ( to see figure 2 ).
  • the concrete is transported to the disposal cells via the borehole F and underground galleries via a network of pipes or conveyors (trolleys or mobile buckets).
  • the installation of the invention further and specifically comprises a movable shutter 1 ( figures 3A, 3B and 4 ), for example in the form of a shell, housed in the conveying tube A and a liquid circuit L (or hydraulic circuit), intended to control the rate of descent of the concrete B in the tube A by ensuring, of a hand, pressurizing the liquid exerting a vertical counter-thrust on the shutter 1 and, on the other hand, the withdrawal of this liquid.
  • a movable shutter 1 for example in the form of a shell, housed in the conveying tube A and a liquid circuit L (or hydraulic circuit), intended to control the rate of descent of the concrete B in the tube A by ensuring, of a hand, pressurizing the liquid exerting a vertical counter-thrust on the shutter 1 and, on the other hand, the withdrawal of this liquid.
  • the liquid circuit (or hydraulic circuit CH) is connected to the conveying tube A of the concrete near the bottom of the well and consists of a closed circuit comprising at least one hydraulic pump PH1, PH2 ensuring the pressurization and the withdrawal of the liquid L.
  • the hydraulic pumps PH1, PH2 are supplied at the surface, by at least one reservoir (or cistern) C1, C2 of liquid.
  • Additional filtration and / or settling means D coupled to a valve V allow the recycling of the liquid L in the installation, as illustrated by the dotted lines on the figures 1A , 1B .
  • At least one hydraulic pump makes it possible to generate the counter-thrust on the shutter 1 in order to balance the system (Jurin tube).
  • This pump can operate in depression to facilitate the descent of the concrete column B as it can operate in high pressure to raise the shutter 1 and all or part of the concrete column B to the surface, if necessary.
  • a pressure gauge or pressure sensor (pressiometer) CP associated with a PS purge ( figures 1A and 1B ), is placed in the underground gallery or on the surface in order to measure the discharge pressure of the liquid L in the hydraulic circuit CH.
  • the drilling head is adapted to receive a volume of concrete passing continuously, possibly under pressure.
  • the concrete conveying device consists of an external steel liner C ( figure 4 ) for the protection of the borehole F and the inner tube A for conveying the concrete made of stainless steel and ensuring the transit of the concrete B.
  • Stainless steel makes it possible to reduce friction, reduce viscosity forces and minimize corrosion .
  • the empty space located between the outer wall of the inner tube A for conveying the concrete and the inner wall of the liner C of the borehole F then delimits an annular or cylindrical intermediate chamber E in which electromagnetic detection and measurement instruments are placed M. These instruments make it possible to follow the descent of concrete B continuously and to ensure the correct functioning of the installation.
  • the tube A is cooled by an ascending air flow S, possibly compressed, which passes into the annular enclosure E around the outer wall of the tube A and which is taken from an air intake PA connected to the base of the tube TO ( figures 1A , 1B ).
  • a self-supporting optical fiber P in a spiral around the routing tube A.
  • This optical fiber monitors the temperature distributed over the entire length of the tube, but also measures the mechanical deformations of the latter.
  • pressure sensors (not shown) arranged on the outer surface of the delivery tube. These sensors can be placed at regular intervals every 5 to 10 meters.
  • the instruments M, P also make it possible to follow the kinetics and the kinematics of the mobile shutter 1, as described below. They thus make it possible to know the progress of the descent of the concrete column B into the tube A and to control the three essential and successive operations of the process which will be described in detail subsequently, namely; lubricating the internal concrete conveying tube, lowering the concrete column and then cleaning the tube after concreting the underground storage site.
  • the movable shutter 1 is intended to be introduced into the pipe A for conveying the borehole head and is positioned at the top of the liquid column L. This shutter separates the cement phase from the liquid phase (aqueous) L and descends vertically. under the weight of the concrete column B.
  • the movable shutter 1 one embodiment of which in the form of a shell is illustrated by the figures 3A and 2B , comprises a cylindrical body 11 provided with circumferential ribs 12 whose diameter corresponds substantially to the internal diameter of the tube, a head 13 and a frustoconical base 14 offering a thrust or traction face for the liquid delivered by the hydraulic circuit .
  • the base 14 preferably has a bevelled or pointed profile to facilitate the descent of the shutter 1 into the tube A.
  • the head 13 offers a truncated or frustoconical face intended to support the base of the concrete column B.
  • the ribs 12 in the form of radial fins improve the scraping of the wall of the tube A during the cleaning of the installation and ensure axial retention of the shutter 1 during its descent as well as stability during the balance of the pressures.
  • the frustoconical base 14 has an interior cavity 140 optimizing the application of the counter-thrust force exerted on the shutter F by the liquid L under pressure ( figure 4 ).
  • the body 11 of the shutter 1 is provided with an insert, for example, in the form of a ring G mounted here between the ribs 12, which is electromagnetically detectable by the instruments M previously described.
  • This insert is functionally integrated into the electronic control-command or supervision circuit Y of the installation with a view to monitoring the travel of the movable shutter 1 in the routing tube A as well as the detection of its passage through the shut-off drawer.
  • the transmission of the detection signal of the insert thus allows the operator to actuate, from the surface, the opening or closing of the valves of the shut-off slide located at the base of the borehole F.
  • the insert with electromagnetic properties is, for example, in the form of a ball embedded in the body of the movable shutter 1.
  • the installation is also equipped with at least two shut-off drawers with double hatch T1, T2.
  • a first shut-off drawer T1 is mounted on the surface or at the concrete feed site, on an upper end of the delivery tube A.
  • a second shut-off drawer T2 is mounted at the bottom of the well on a lower end of the delivery tube, possibly coupled to a concrete recovery pump PB2 ( figures 1A , 1B and 2 ).
  • the installation further comprises a third shut-off drawer T3 mounted in the gallery downstream of the second drawer and ensuring the distribution of the concrete to the storage site, as illustrated by the figures 1A , 1B .
  • the equipment located at the base of the borehole and, in particular, the shut-off drawers are dimensioned and adapted to receive the concrete column under pressure.
  • an additional filter is fitted at the bottom of the well, in the concrete reception gallery, to purify the liquid from the primary hydraulic circuit.
  • the latter is provided with a pump PB1 for injecting concrete at the surface, the power of which is approximately 200 KW.
  • the PB2 concrete recovery and distribution pump is placed in the access gallery to the storage cells and has a power of around 400 KW.
  • the detection system connects the hydraulic pump PH1 for pressurizing the liquid, the concreting pump PB1 ensuring the injection of the concrete and the hydraulically controlled shut-off sliders T1, T2, T3 located, respectively, on the surface and in the underground concrete reception gallery.
  • the installation is monitored and controlled with all its components from the surface from a dedicated CO control station.
  • the control system can be automated and centralized. All the Y information acquired along the concrete conveying tube is continuously stored in an acquisition center. Any malfunction sufficiently significant thus leads to immediate intervention by the standby operator in the control station.
  • the hydraulic circuit CH (in solid lines) comprises a liquid supply pipe L housed in a single borehole F also containing the concrete delivery pipe A B. This pipe is then placed in the vicinity or around the internal pipe A concrete routing.
  • the hydraulic circuit CH (always in solid lines) comprises a liquid supply duct housed in a vertical borehole F2 disposed at a distance from the borehole F1 in which the concrete conveying tube A is arranged.
  • the liquid pipe of the borehole F1 is connected to the lower part of the tube A for conveying the concrete and therefore to the borehole F1, forming a U-shaped double-borehole.
  • the boreholes must be watertight and strong enough to withstand hydraulic pressure.
  • this method provides for vertically conveying the concrete from a supply site located at an altitude higher than the underground site and to the underground site by a continuous supply of concrete from a conveying tube A placed at the bottom. 'inside the borehole F and ensuring the descent of a concrete column B then take the concrete sample from a lower end of the concrete column to distribute the concrete in the underground site.
  • the concrete is taken from the bottom of the well from the lower end of this column to transport it to the disposal cells.
  • the method of the invention aims to overcome the technical problems generally encountered in such operations.
  • the method consists, more particularly, in initially filling the concrete conveying tube with a liquid L (preferably water) before introducing therein a movable shutter 1 of the type described above and illustrated by the figures 2A and 2A .
  • a liquid L preferably water
  • the height of the liquid column and / or the liquid pressure is adjusted by withdrawing the liquid from a lower end of the delivery tube by varying the opening of a valve and / or by varying the flow rate by one. pump mounted on the hydraulic circuit, in order to control, in particular, the rate of descent of the concrete column.
  • the final stage of the process consists in taking the concrete at the base of the conveying tube to bring it and distribute it in the underground storage gallery where the cells containing the waste to be concreted are located.
  • the operator is able to detect installation malfunctions, directly trigger the openings and closings of the shut-off drawers, directly adjust the pump flow rates and reassemble the pump. shutter 1 to evacuate the concrete column from the borehole as quickly as possible.
  • the single borehole or the two U-shaped boreholes are first completely filled with liquid L (phase at rest).
  • the inner tube A for conveying the concrete is therefore constantly lubricated by the liquid L and it is therefore not necessary to use cement slip.
  • the shutter of the stopper drawer T1 located on the surface is in the closed position to prevent the flow of concrete.
  • the shut-off drawer door T2 located at the base of the delivery tube A is also in the closed position so that the liquid cannot drain into the concrete pump PB1.
  • the trap door of the stop drawer T1 located on the surface opens to allow the concrete to flow while the other trap door closes.
  • shut-off spool hatch T2 located at the base of the casing, opens so that clean liquid L can pass into the primary hydraulic circuit in order to provide the counter-thrust during the following steps.
  • the second step begins with the introduction into the inner tube A for conveying the concrete and from the feed site and, generally, from the surface, of the movable shutter 1.
  • This step continues with the continuous supply, for example, from the surface and the plant CB, of the internal concrete conveying tube B by gravity or by injection under pressure by means of a pump if necessary.
  • the vertical conveyance of the concrete is facilitated by the slow descent of the column of liquid in the tube, managed by the activation of the hydraulic pump PH1 in depressurization thus causing the suction of the liquid towards the bottom of the tube A and favoring the shutter descent 1.
  • the flow rate of the concrete injection pump PB1 is increased to increase the pressure of the concrete column and facilitate its descent into the delivery tube.
  • the pressure of the liquid is adjusted from the surface of the well and its withdrawal is carried out from the base of the concrete delivery tube A.
  • the operator From the central control station CO located on the surface, the operator ensures the appropriate balance between the heights and / or the respective pressures of the concrete column B and of the liquid column L and takes care to maintain a rhythm regular descent of concrete.
  • Optical and / or electromagnetic sensors (for example of the type of the previously described sensors P, M), arranged at the level of the stop slide T2, detect the passage of the movable shutter 1, the position of which coincides with the level of separation of phase between liquid L and concrete B.
  • the lower end of the routing tube A is connected to the shut-off spool T2 by means of a welded male flange A2 and clamps A3.
  • a receptacle A1 of the movable shutter 1 shell
  • a lifting angle CE for the intervention of a forklift (not shown) circulating in the underground gallery of the site .
  • the passage of the shutter 1 through the drawer T2 then triggers an alarm signal which is transmitted to the control station CO located on the surface and which signals to the operator the arrival of concrete at the base of the conveying tube. TO.
  • the operator stops the hydraulic pump n ° 1 to stop the withdrawal of the liquid. If necessary, the concrete column is then balanced with the pressure of the liquid.
  • the hydraulically operated shut-off slide with single slide T2 (preferably set at 120 bars), which was until now closed to allow the circulation of the liquid, opens to release the concrete which then flows into a tank of 'waiting and / or directly in a tank (not shown) supplying the distribution pump PB2.
  • This step continues as long as the descent of the concrete lasts and the installation can then operate in a steady state, if necessary, for a very long period, taking into account the volumes of concrete required for the concreting campaigns of the storage site, including the construction is gradual.
  • the descent of the concrete is ensured continuously thanks to the pressure exerted by the concrete pump PB1 located at the level of the supply site located, for example, on the surface and which is fed by the concrete plant CB.
  • the hydraulically controlled double shut-off drawer T1 located on the surface and drawer T2 located in the reception gallery are open to allow the concrete to pass through.
  • the PB2 concrete pump coupled to a third hydraulic shut-off slide T3 and double slide ensures the distribution and selective distribution of the concrete in the various galleries and storage cells.
  • the operator monitors the descent of the concrete by reading and continuously analyzing the control parameters of the concrete column, as defined previously and measured along the conveyance tube A.
  • the invention provides for the possibility of carrying out a phase of interrupting the concreting of the underground site.
  • this phase the concrete injection is then stopped, followed by cleaning of the conveying tube by raising the movable shutter and the pressurized liquid to the supply site.
  • the delivery tube is emptied as completely as possible by letting the concrete column descend by simple gravity.
  • the routing tube inside the borehole is then insulated and is ready for cleaning which is ensured by the return of the liquid under pressure.
  • the hatch of the double shut-off spool T2 is then open allowing the liquid to circulate while the hydraulic pump PH1 is actuated.
  • the pressurized liquid L causes the shutter 1 with the column of liquid to rise from the base of the borehole to the surface. It is possible to add a foam ball in the delivery tube to reinforce the scraping and increase the cleaning efficiency.
  • the laitance which is deposited on the walls of the delivery tube is then raised by the shutter.
  • the cleaning liquid loaded with cement and used flows into the settling tank C2 and is thinned out by passing through a filtration system D equipped with a particulate filter, a guillotine valve V and of the hydraulic pump PH2 which is placed between the settling tank C1 and the hydraulic pump PH1 (see figures 1A and 1B ).
  • This liquid can then be introduced again into the primary circuit by activating the hydraulic pump PH1.
  • the conveyor tube A is then again filled with liquid and is ready for a second concreting campaign.
  • the management of the malfunctions of the installation is carried out as follows according to characteristic aspects of the method of the invention.
  • the borehole and, more particularly the conveying tube can be cooled by a flow of air, possibly compressed, directed from bottom to top so as not to disturb or alter the circuit. conventional ventilation cycle for underground installations.
  • the rate of descent of the concrete column can be accelerated by opening the shut-off drawers and / or by activating the hydraulic pump PH1.
  • the process can be slowed down by closing the shut-off sliders and / or by activating hydraulic pump n ° 1.
  • the decision to stop the process and, in particular, the conveying of the concrete can be taken by the operator very quickly on the basis of information and signals sent by detection and measurement instruments integrated in the borehole.
  • the operator can then empty the conveyor tube A as completely as possible and recover the concrete B in a tank placed in the gallery. This action leads to optimal lightening of the concrete column, thus allowing the hydraulic back-thrust system to be more efficient.
  • pressurizing the liquid by activating the hydraulic pump PH1 allows the concrete column to be raised. in whole or in part in a reactive and rapid manner.
  • the unblocking of the concrete column is carried out from the bottom to the top and not in the reverse direction which would lead to a detrimental clamping of the concrete in the conveying tube.
  • Concrete of density 2.4 is injected with a flow rate of 25 m 3 / h in a concrete conveying tube 506 meters deep and 152.5 mm internal diameter.
  • the descent speed of the concrete column is 60 km / h and the mass of the column is 21.6 tonnes for a volume of 9 m 3 .
  • the static pressure at the base of the borehole is 120 bars.
  • the inside diameter of the delivery tube A is between 120mm and 200mm and is preferably 152.5mm with an outside diameter of 177.8mm.
  • the internal diameter of the sleeve C of the borehole F is between 200 and 300 mm and is preferably 224.4 mm with an external diameter of 244.5 mm.
  • the intercalary cylindrical space intended to house the control and command instruments M, P is therefore 46.6 mm.
  • the linear mass of the conveyor tube A in stainless steel is 52.12 kg / m and that of the sleeve C (also in stainless steel) is 59.57 kg / m.
  • the pressure of the liquid L (for example water) in the borehole increases by 1 bar every 10 meters.
  • the pressure is therefore 51 bars taking into account an atmospheric pressure of 1 bar.

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Description

  • L'invention concerne un procédé et une installation pour le bétonnage d'un chantier situé dans un site souterrain à grande profondeur.
  • Plus particulièrement, bien que de manière non exclusive, l'invention concerne un procédé et une installation pour le bétonnage, à grande profondeur, des alvéoles de stockage de déchets radioactifs, des galeries de liaison et des galeries d'accès à ces alvéoles de stockage, l'accès à ces galeries se faisant par un forage.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • Dans le domaine du génie civil, les opérations de coulée du béton sont effectuées au moyen de procédés et d'installations traditionnels comprenant, notamment, des stations de pompage et des conduites flexibles assurant l'acheminement du béton de la centrale jusqu'au site de construction de l'ouvrage.
  • Le document CN 202627535U décrit un procédé de bétonnage d'un site souterrain comprenant l'acheminement vertical d'un béton depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain vers le site souterrain par une alimentation continue en béton d'un tube d'acheminement entre le site d'alimentation et le site souterrain, la descente d'une colonne de béton dans le tube d'acheminement et le prélèvement du béton à partir d'une extrémité inférieure de ladite colonne de béton pour distribuer le béton dans le site souterrain.
  • Le document WO 2004/038172 décrit une installation de bétonnage d'un site souterrain, comprenant un unique forage vertical recevant un tube pour l'acheminement du béton depuis un site d'alimentation jusqu'au site souterrain, un obturateur mobile logé dans le tube d'acheminement et un circuit hydraulique pour remplir d'un liquide le tube d'acheminement sous l'obturateur et extraire du tube d'acheminement le liquide sous l'obturateur en exerçant une contre-poussée verticale sur ledit obturateur.
  • Dans les cas les plus courants, l'acheminement du béton, depuis la centrale à béton jusqu'au site destiné au bétonnage, requiert l'utilisation de camions. Ce mode de transport, bien qu'envisageable dans le cas du bétonnage d'un site de stockage souterrain de déchets radioactifs, nécessiterait cependant une rampe d'accès très longue pour atteindre le site situé à grande profondeur ce qui entraînerait un rallongement significatif du temps de transport, augmenterait les risques en termes d'incendie et multiplierait les ruptures de charges. Selon l'invention, il est donc prévu de procéder à un acheminement direct du béton en utilisant un forage vertical.
  • De tels procédés et installations sont déjà utilisés tant pour la construction d'ouvrages verticaux de grandes dimensions (immeubles, usines, tours ,....) que pour la rénovation ou la réalisation de tunnels et de ponts de grandes longueurs. Néanmoins, les procédés et installations connus sont destinés à acheminer le béton par voie horizontale ou ascendante, mais rarement par voie descendante.
  • En cas de dysfonctionnement de ces installations, l'intervention humaine est généralement possible car ces installations sont aisément accessibles par le personnel de maintenance qui dispose d'un espace environnant suffisant pour travailler.
  • Par ailleurs, bien que les opérations de bétonnage soient assez consommatrices d'eau, en particulier, pour le nettoyage du site, la gestion des eaux usées est généralement possible dans le respect des règles environnementales.
  • On constate également que ces chantiers de génie civil sont généralement de courte durée (de quelques mois à une ou deux années) et, en conséquence, les entreprises ne souhaitent pas engager de lourds investissements dans les installations qui restent donc toujours rudimentaires et provisoires.
  • Dans le domaine pétrolier, l'injection en grande profondeur est réservée uniquement à l'utilisation de mortiers ou de coulis cimentaires, qui, compte tenu de leur composition, restent assez homogènes. Dans le cas des bétons, le risque de blocage par accumulation des granulats dans les tubes d'acheminement est plus grand. Le béton risque, par ailleurs, de ségréger entrainant une séparation de la phase granulaire de la phase cimentaire.
  • Dans le cas particulier d'un chantier situé dans un forage de grande profondeur (plus de 500 mètres en vertical et en horizontal), comme cela est le cas pour les puits de stockage de déchets nucléaires à moyenne et haute activité, l'acheminement du béton depuis la surface soulève des problèmes spécifiques.
  • En premier lieu, dans l'hypothèse où le béton est acheminé par des puits de forage, toute intervention humaine sur la conduite est impossible ce qui rend difficile la gestion et la maintenance de l'installation, notamment, en cas de ségrégation du béton ou de colmatage des conduites.
  • En outre, du fait que les campagnes de bétonnage s'étendent sur de très longues périodes (au minimum dix ans), que les débits de béton sont importants (de l'ordre de 60 m3/h en période de pointe) et que le béton présente une formulation spécifique et complexe qui doit conserver ses propriétés pendant plusieurs heures le temps de sa mise en œuvre, les difficultés évoquées précédemment pour le contrôle de la descente du béton dans le puits sont accrues car un dysfonctionnement de l'installation peut alors avoir des conséquences néfastes sur l'avancement progressif du chantier, ainsi que sur le fonctionnement, la fiabilité et la sécurité du site de stockage.
  • Dans de telles circonstances, il peut s'avérer nécessaire et urgent d'arrêter la descente du béton et, le cas échéant, de le faire remonter en surface avant de procéder au nettoyage du puits.
  • Les procédés et installations traditionnels sont manifestement inadaptés à satisfaire ces exigences sévères et à remplir de telles conditions de mise en œuvre.
  • L'invention vise à remédier à ces problèmes techniques en proposant des moyens propres à assurer, de manière fiable et sécurisée et sur une très longue période, la descente et l'acheminement du béton depuis la surface jusqu'à la galerie et aux alvéoles de stockage des déchets situées à grande profondeur.
  • Ce but est atteint au moyen d'un procédé de bétonnage d'un site souterrain comprenant l'acheminement vertical d'un béton depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain vers le site souterrain par une alimentation continue en béton d'un tube d'acheminement entre le site d'alimentation et le site souterrain, la descente d'une colonne de béton dans le tube d'acheminement et le prélèvement du béton à partir d'une extrémité inférieure de ladite colonne de béton pour distribuer le béton dans le site souterrain, caractérisé en ce qu'on remplit initialement le tube d'acheminement avec une colonne de liquide et un obturateur mobile positionné au sommet de la colonne de liquide, on exerce ensuite, lors de la descente de la colonne de béton dans le tube d'acheminement, une contre-poussée verticale sur ledit obturateur en ajustant la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide dans le tube d'acheminement en vue de contrôler la descente de la colonne de béton.
  • Selon une caractéristique avantageuse de ce procédé, on ajuste la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide par tirage ou soutirage du liquide à une extrémité inférieure du tube d'acheminement. On peut notamment mettre en œuvre un soutirage gravitaire, en contrôlant l'ouverture d'une vanne située à l'extrémité inférieure du tube d'acheminement, et en mettant à profit la force gravitaire appliquée par la colonne de béton sur l'obturateur, repoussant ce dernier. On peut également utiliser une pompe bidirectionnelle qui extrait le liquide avec un débit contrôlé.
  • Selon une autre caractéristique, on stoppe le tirage ou soutirage du liquide lorsque l'obturateur mobile atteint la base du tube d'acheminement.
  • Selon encore une autre caractéristique, l'alimentation continue en béton est faite par injection de béton sous pression depuis la surface au plus tard dès que la colonne de béton atteint la base du tube.
  • Selon d'autres caractéristiques, le procédé de l'invention comporte une phase d'interruption du bétonnage du site souterrain, comportant un arrêt de l'injection du béton et un nettoyage du tube d'acheminement par remontée de l'obturateur mobile et du liquide sous pression jusqu'au site d'alimentation.
  • De préférence, on recycle le liquide de nettoyage dans le procédé après décantation et filtration.
  • Selon encore une autre caractéristique du procédé de l'invention, on ajuste la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide en fonction d'un ou plusieurs paramètres mesurés par des capteurs ou calculés, le ou les paramètres incluant au moins l'un des paramètres suivants :
    • la vitesse de l'obturateur mobile ;
    • la position de l'obturateur mobile ;
    • la quantité ou le débit de béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la densité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la viscosité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la température du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la température du liquide ;
    • la pression du liquide.
  • Selon une caractéristique spécifique du procédé, on contrôle la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide en faisant varier l'ouverture d'une vanne et/ou en faisant varier le débit d'une pompe d'un circuit de liquide.
  • Selon encore une autre caractéristique, on refroidit le tube d'acheminement par un flux ascendant d'air comprimé dans une enceinte entourant le tube d'acheminement.
  • Un autre objet de l'invention est une installation de bétonnage d'un site souterrain, comprenant au moins un premier forage vertical recevant un tube d'acheminement pour le transfert du béton depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain jusqu'au site souterrain, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un obturateur mobile logé dans le tube d'acheminement et un circuit de liquide comprenant un conduit d'amenée d'un liquide sous pression logé dans un second forage vertical est destiné à remplir de liquide le tube d'acheminement sous l'obturateur et à extraire du tube d'acheminement ledit liquide sous l'obturateur en exerçant une contre-poussée verticale sur ledit obturateur.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'installation de l'invention, le circuit de liquide est raccordé à une extrémité inférieure du tube d'acheminement.
  • Le.
  • De préférence, le circuit liquide est un circuit fermé comprenant des moyens de recyclage du liquide.
  • Selon encore une autre caractéristique, le forage est pourvu d'un chemisage délimitant une enceinte cylindrique autour du tube d'acheminement dans laquelle sont disposés des instruments de détection et de mesure.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses, l'installation comprend au moins deux tiroirs d'arrêt à double-trappe, un premier des deux tiroirs d'arrêt étant monté en surface sur une extrémité supérieure du tube assurant l'alimentation en béton à partir d'une pompe d'injection et un second des deux tiroirs d'arrêt étant monté au fonds du puits sur une extrémité inférieure du tube d'acheminement, couplée à une pompe de reprise du béton.
  • Selon une variante spécifique, l'installation comprend, en outre, un troisième tiroir d'arrêt monté dans la galerie en aval du second tiroir et assurant la distribution du béton.
  • Selon encore une autre variante, le circuit de liquide comprend au moins une pompe assurant la mise sous pression du liquide qui est alimentée en surface, par un ou plusieurs réservoirs destinés au stockage et au recyclage du liquide.
  • Une caractéristique complémentaire concerne la structure de l'obturateur mobile qui comprend un corps cylindrique portant des nervures circonférentielles dont le diamètre correspond sensiblement au diamètre intérieur du tube d'acheminement et pourvu d'un insert détectable par des moyens électromagnétiques, d'une base en ogive offrant une face de poussée et d'une tête tronconique.
  • Le procédé et l'installation de bétonnage selon l'invention permettent d'assurer une lubrification continue du tube d'acheminement conduisant à une descente régulière, contrôlée et maîtrisée du béton puis un nettoyage ultérieur du tube en utilisant un circuit de liquide fermé, sans risque d'épandage ou de refoulement du béton.
  • Le liquide utilisé dans le circuit hydraulique assure ainsi trois fonctions, respectivement, de ralentisseur de la colonne de béton, de lubrification autonome du tube d'acheminement en cours de descente et de nettoyage en fin de bétonnage.
  • Ce liquide est, de préférence, de l'eau (ou un fluide aqueux), qui est reprise, assainie, ce qui procure une économie substantielle de charges, simplifie le procédé de coulée au fond du puits et préserve l'environnement.
  • Par conséquent, le procédé de l'invention est très peu consommateur d'eau car le circuit de liquide est équipé de moyens de filtrage et de recyclage.
  • Par ailleurs, le procédé de l'invention permet de minimiser les risques d'épandage et de fuite de liquides ou d'eau au fond du puits ce qui rend le procédé de bétonnage particulièrement propre.
  • Qui plus est, le procédé de l'invention permet de limiter les risques de ségrégation du béton, d'éviter les dépôts cimentaires et de s'affranchir de l'utilisation d'une barbotine.
  • L'installation de bétonnage de l'invention est, en outre, autolubrifiante car le tube d'acheminement du béton est constamment immergé ou en contact avec le béton frais.
  • L'invention prévoit également la présence conjointe de moyens assurant la détection rapide et en temps réel des dysfonctionnements et de moyens exerçant les actions correctives nécessaires y compris, la vidange partielle ou totale du tube d'acheminement et la remontée du béton vers la surface en cas de refus de la gâchée.
  • Tous les composants et paramètres du procédé et de l'installation de l'invention sont, en outre, gérés de façon fiable, automatique et centralisée depuis la surface.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
    • Les figures 1A et 1B représentent des vues synoptiques de deux modes de réalisation de l'installation pour une mise en œuvre du procédé de l'invention, respectivement, à un forage et à deux forages raccordés en U.
    • La figure 2 est une vue de côté schématique de la partie basse du forage au niveau de la galerie souterraine donnant accès aux alvéoles de stockage.
    • Les figures 3A et 3B représentent des vues de dessus et de dessous d'un mode de réalisation de l'obturateur mobile utilisé dans l'installation de l'invention.
    • La figure 4 représente une vue de détail en coupe d'un forage selon une variante de réalisation de l'installation de l'invention avec l'obturateur mobile.
  • Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
  • Naturellement, les modes de réalisation illustrés par les figures présentées ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes et variantes pour en proposer d'autres.
  • Les figures 1A et 1B illustrent un mode de mise en œuvre préférentiel du procédé de bétonnage de l'invention avec une installation à un seul forage F (figure 1A) ou à deux forages F1, F2 raccordés en U (figure 1B). Le procédé de l'invention est plus particulièrement destiné au bétonnage d'un site souterrain utilisé pour le stockage de déchets radioactifs. Le site de stockage souterrain est généralement constitué d'alvéoles de stockage (non représentées) disposées au sein d'un réseau de galeries d'accès et de liaison situées à grande profondeur. Le renforcement mécanique de ces alvéoles de stockage et des différentes galeries est réalisé par du béton acheminé au moyen de l'installation schématiquement représentée sur la figure 1.
  • Dans le cas d'un bétonnage à grande profondeur, le contexte est différent des usages traditionnellement rencontrés dans le génie civil car l'acheminement du béton s'étale sur une très longue période. Ceci n'autorise aucune intervention humaine ce qui rend le procédé et l'installation difficiles à gérer. Le béton est ensuite dirigé sur quelques centaines de mètres voire plusieurs kilomètres en horizontal.
  • La solution retenue par l'invention consiste à acheminer le béton B en utilisant au moins un forage dans lequel est logé un tube A dit d'acheminement prévu pour durer plusieurs années avec de fréquentes périodes d'intense bétonnage.
  • Du fait que les débits de béton pourront être ponctuellement importants, selon les campagnes de bétonnage, avec des débits de l'ordre de 60 m3/h, un dysfonctionnement de l'installation peut entrainer des conséquences fâcheuses dans le fonctionnement du stockage.
  • L'installation de bétonnage selon l'invention doit donc répondre aux critères suivants :
    • être de structure simple et pérenne en utilisant des matériaux résistants à la corrosion tels que des aciers inox,
    • assurer un mode d'acheminement du béton permettant une descente à vitesse constante de façon à ce que celui-ci ne ségrège pas ou que des risques de blocage du forage ne se produisent pas au cours de la descente,
    • être équipée d'un système de détection permettant de surveiller et de contrôler l'acheminement du béton de façon à prévenir les éventuels dysfonctionnements,
    • disposer d'une capacité d'engagement rapide d'actions correctives pour évacuer le béton et nettoyer le tube qui pourrait être obstrué.
  • L'installation de bétonnage de l'invention comprend donc, de manière traditionnelle, au moins un forage vertical F recevant un tube A pour l'acheminement du béton B depuis un site d'alimentation jusqu'à un site souterrain situé à une altitude inférieure au site d'alimentation.
  • Le site d'alimentation est situé à proximité d'une centrale à béton CB (positionnée, de préférence, en surface) et assure l'alimentation continue en béton B du tube d'acheminement A conduisant jusqu'au site souterrain situé à grande profondeur.
  • Le tube A d'acheminement assure, quant à lui, la descente de la colonne de béton B et est raccordé à un dispositif permettant le prélèvement du béton à partir d'une extrémité inférieure de cette colonne pour distribuer le béton dans le site souterrain (voir figure 2).
  • Lorsque le procédé s'applique au bétonnage d'un site souterrain destiné au stockage de déchets, l'acheminement du béton est assuré jusqu'aux alvéoles de stockage via le forage F et des galeries souterraines via un réseau de tuyauteries ou de convoyeurs (chariots ou godets mobiles).
  • Afin de remplir le cahier des charges défini ci-dessus, l'installation de l'invention comprend, en outre et spécifiquement, un obturateur mobile 1 (figures 3A, 3B et 4), par exemple sous forme d'obus, logé dans le tube d'acheminement A et un circuit de liquide L (ou circuit hydraulique), destiné à contrôler la vitesse de descente du béton B dans le tube A en assurant, d'une part, la mise sous pression du liquide exerçant une contre-poussée verticale sur l'obturateur 1 et, d'autre part, le soutirage de ce liquide.
  • Le circuit de liquide (ou circuit hydraulique CH) est raccordé au tube d'acheminement A du béton au voisinage du fond du puits et est constitué d'un circuit fermé comprenant au moins une pompe hydraulique PH1, PH2 assurant la mise sous pression et le soutirage du liquide L. Les pompes hydrauliques PH1, PH2 sont alimentées en surface, par au moins un réservoir (ou citerne) C1, C2 de liquide. Des moyens complémentaires de filtration et/ou de décantation D couplés à une vanne V permettent le recyclage du liquide L dans l'installation, comme illustré par les lignes en traits pointillés sur les figures 1A, 1B.
  • L'action d'au moins une pompe hydraulique permet de générer la contre-poussée sur l'obturateur 1 afin d'équilibrer le système (tube de Jurin). Cette pompe peut fonctionner en dépression pour faciliter la descente de la colonne de béton B comme elle peut fonctionner en haute pression pour faire remonter l'obturateur 1 et tout ou partie de la colonne de béton B vers la surface, si nécessaire.
  • Un manomètre ou un capteur de pression (pressiomètre) CP, associé à une purge PS (figures 1A et 1B), est disposé dans la galerie souterraine ou en surface afin de mesurer la pression de refoulement du liquide L dans le circuit hydraulique CH.
  • La tête de forage est adaptée pour recevoir un volume de béton transitant en continu, éventuellement sous pression.
  • Le dispositif d'acheminement du béton est constitué d'un chemisage externe C en acier (figure 4) pour la protection du forage F et du tube interne A d'acheminement du béton réalisé en acier inox et assurant le transit du béton B. L'acier inox permet de réduire les frottements, de diminuer les forces de viscosité et de minimiser la corrosion.
  • Dans le cas d'une usure (prématurée ou normale) du tube interne A d'acheminement, il est possible de l'extraire du forage et de le ramener en surface pour le réparer ou le remplacer.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 1A et comme illustré par la vue en coupe de la figure 4, l'espace vide situé entre la paroi externe du tube interne A d'acheminement du béton et la paroi interne du chemisage C du forage F délimite alors une enceinte annulaire ou cylindrique intercalaire E dans laquelle sont disposés des instruments de détection et de mesure électromagnétique M. Ces instruments permettent de suivre la descente du béton B en continu et de s'assurer du bon fonctionnement de l'installation.
  • Le tube A est refroidi par un flux d'air ascendant S, éventuellement comprimé, qui passe dans l'enceinte annulaire E autour de la paroi externe du tube A et qui est prélevé depuis une prise d'air PA raccordée à la base du tube A (figures 1A, 1B).
  • Selon une variante de l'installation de l'invention illustrée par la figure 4, il est prévu de déployer en spirale une fibre optique P auto-porteuse autour du tube A d'acheminement. Cette fibre optique assure le suivi de la température de manière répartie sur la totalité de la longueur du tube, mais également de mesurer les déformations mécaniques de ce dernier. Il est aussi possible de prévoir la pose de capteurs de pression (non représentés) disposés sur la surface externe du tube d'acheminement. Ces capteurs peuvent être disposés à intervalles réguliers tous les 5 à 10 mètres.
  • Les instruments M, P permettent aussi de suivre la cinétique et la cinématique de l'obturateur mobile 1, comme décrit ci-après. Ils permettent ainsi de connaître l'état d'avancement de la descente de la colonne de béton B dans le tube A et de commander les trois opérations essentielles et successives du procédé qui seront décrites en détail par la suite, à savoir ; la lubrification du tube interne d'acheminement du béton, la descente de la colonne de béton puis le nettoyage du tube après le bétonnage du site souterrain de stockage.
  • L'obturateur mobile 1 est destiné à être introduit dans le tube A d'acheminement en tête de forage et est positionné au sommet de la colonne de liquide L. Cet obturateur sépare la phase cimentaire de la phase liquide (aqueuse) L et descend verticalement sous le poids de la colonne de béton B.
  • L'obturateur mobile 1 dont un mode de réalisation sous forme d'un obus est illustré par les figures 3A et 2B, comprend un corps cylindrique 11 pourvu de nervures circonférentielles 12 dont le diamètre correspond sensiblement au diamètre intérieur du tube, d'une tête 13 et d'une base tronconique 14 offrant une face de poussée ou de traction pour le liquide délivré par le circuit hydraulique.
  • La base 14 a, de préférence, un profil biseauté ou en ogive pour faciliter la descente de l'obturateur 1 dans le tube A. La tête 13 offre une face tronquée ou tronconique destinée à venir soutenir la base de la colonne de béton B.
  • Les nervures 12 en forme d'ailettes radiales améliorent le raclage de la paroi du tube A lors du nettoyage de l'installation et assure un maintien axial de l'obturateur 1 lors de sa descente ainsi qu'une stabilité lors de l'équilibre des pressions.
  • La base tronconique 14 présente une cavité intérieure 140 optimisant l'application de la force de contre-poussée exercée sur l'obturateur F par le liquide L sous pression (figure 4).
  • Selon une variante de l'invention illustrée par la figure 4, le corps 11 de l'obturateur 1 est pourvu d'un insert, par exemple, sous forme d'une bague G montée ici entre les nervures 12, qui est détectable de façon électromagnétique par les instruments M précédemment décrits. Cet insert est intégré d'un point de vue fonctionnel dans le circuit électronique Y de contrôle-commande ou de supervision de l'installation en vue d'assurer le suivi de la course de l'obturateur mobile 1 dans le tube A d'acheminement ainsi que la détection de son passage à travers le tiroir d'arrêt. La transmission du signal de détection de l'insert permet ainsi à l'opérateur d'actionner, depuis la surface, l'ouverture ou la fermeture des vannes du tiroir d'arrêt situé à la base du forage F.
  • Selon une variante non représentée, l'insert à propriétés électromagnétiques est, par exemple, sous forme d'une bille noyée dans le corps de l'obturateur mobile 1.
  • L'installation est aussi équipée d'au moins deux tiroirs d'arrêt à double-trappe T1, T2. Un premier tiroir d'arrêt T1 est monté en surface ou au niveau du site d'alimentation en béton, sur une extrémité supérieure du tube d'acheminement A. Un second tiroir d'arrêt T2 est monté au fonds du puits sur une extrémité inférieure du tube d'acheminement, éventuellement couplée à une pompe de reprise du béton PB2 (figures 1A, 1B et 2).
  • Le cas échéant, l'installation comprend, en outre, un troisième tiroir d'arrêt T3 monté dans la galerie en aval du second tiroir et assurant la distribution du béton vers le site de stockage, comme illustré par les figures 1A, 1B.
  • Les équipements situés à la base du forage et, notamment, les tiroirs d'arrêt sont dimensionnés et adaptés pour recevoir la colonne de béton sous pression.
  • Le cas échéant, un filtre complémentaire est monté au fond du puits, dans la galerie d'accueil du béton, pour purifier le liquide du circuit hydraulique primaire.
  • Comme décrit plus loin en référence à un mode de réalisation préférentiel de l'installation, cette dernière est pourvue d'une pompe PB1 d'injection du béton en surface dont la puissance est d'environ 200 KW. La pompe PB2 de reprise et de distribution du béton est placée dans la galerie d'accès aux alvéoles de stockage et a, quant à elle, une puissance d'environ 400 KW.
  • Le système de détection relie la pompe hydraulique PH1 de mise en pression du liquide, la pompe de bétonnage PB1 assurant l'injection du béton et les tiroirs d'arrêt T1, T2, T3 à commande hydraulique situés, respectivement, en surface et dans la galerie souterraine de réception du béton.
  • L'installation est surveillée et commandée avec tous ses composants depuis la surface à partir d'un poste CO de contrôle dédié.
  • Le système de commande est automatisable et centralisé. Toutes les informations Y acquises le long du tube d'acheminement du béton sont stockées en continu dans une centrale d'acquisition. Tout dysfonctionnement suffisamment significatif conduit ainsi à une intervention immédiate de l'opérateur de veille dans le poste de contrôle.
  • Dans une première variante de réalisation (figure 1A), le circuit hydraulique CH (en trait plein) comprend un conduit d'amenée du liquide L logé dans un forage unique F renfermant également le tube A d'acheminement du béton B. Ce conduit est alors disposé au voisinage ou autour du tube interne A d'acheminement du béton.
  • Dans une seconde variante de réalisation de l'installation de l'invention (figure 1B), le circuit hydraulique CH (toujours en trait plein) comprend un conduit d'amenée du liquide logé dans un forage vertical F2 disposé à distance du forage F1 dans lequel est disposé le tube A d'acheminement du béton. Le conduit de liquide du forage F1 est raccordé à la partie basse du tube A d'acheminement du béton et donc au forage F1 en formant un double-forage en U.
  • Dans tous les cas, les forages doivent être étanches et suffisamment résistants pour tenir la pression hydraulique.
  • Le procédé de bétonnage mis en œuvre dans le cadre de l'invention avec l'installation définie ci-dessus comportent des étapes successives qui vont maintenant être décrites en détail dans ce qui suit.
  • De manière traditionnelle, ce procédé prévoit, d'acheminer verticalement le béton depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain et vers le site souterrain par une alimentation continue en béton d'un tube d'acheminement A disposé à l'intérieur du forage F et assurant la descente d'une colonne de béton B puis d'effectuer le prélèvement du béton à partir d'une extrémité inférieure de la colonne de béton pour distribuer le béton dans le site souterrain.
  • Lorsque le site souterrain est destiné au stockage de déchets, on prélève le béton au fond du puits à partir de l'extrémité inférieure de cette colonne pour le transporter jusqu'aux alvéoles de stockage.
  • Le procédé de l'invention vise à surmonter les problèmes techniques rencontrés généralement dans de telles opérations. Dans ce but, le procédé consiste, plus particulièrement, à remplir initialement le tube d'acheminement du béton avec un liquide L (de préférence de l'eau) avant d'y introduire un obturateur mobile 1 du type décrit précédemment et illustré par les figures 2A et 2A.
  • Il est ensuite prévu d'alimenter en continu le tube d'acheminement par injection de béton puis d'exercer, lors de la descente continue de la colonne de béton dans le tube d'acheminement, une contre-poussée verticale ascendante sur l'obturateur qui est positionné au sommet de la colonne de liquide en ajustant la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide dans le tube d'acheminement en vue de contrôler la descente du béton.
  • On ajuste la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide par soutirage du liquide à une extrémité inférieure du tube d'acheminement en faisant varier l'ouverture d'une vanne et/ou en faisant varier le débit d'une pompe montée sur le circuit hydraulique, en vue de contrôler, notamment, la vitesse de descente de la colonne de béton.
  • Le procédé de l'invention prévoit d'ajuster la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide en fonction d'un ou plusieurs paramètres qui sont mesurés par des capteurs appropriés ou calculés. Ces paramètres incluent au moins l'un des paramètres suivants :
    • la vitesse de l'obturateur mobile ;
    • la position de l'obturateur mobile ;
    • la quantité ou le débit de béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la densité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la viscosité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la température du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    • la température du liquide ;
    • la pression du liquide.
  • L'étape finale du procédé consiste à prélever le béton à la base du tube d'acheminement pour l'amener et le distribuer dans la galerie souterraine de stockage où se trouvent les alvéoles contenant les déchets à bétonner.
  • Depuis son poste CO de commande, l'opérateur est en mesure de détecter les dysfonctionnements de l'installation, de déclencher en direct les ouvertures et les fermetures des tiroirs d'arrêt, de régler en direct les débits des pompes et de remonter l'obturateur 1 pour évacuer le plus rapidement possible la colonne de béton du forage.
  • Lors de l'étape initiale de mise en charge et de lubrification, le forage unique ou les deux forages en U sont préalablement remplis entièrement de liquide L (phase au repos).
  • Le tube interne A d'acheminement du béton est donc constamment lubrifié par le liquide L et il n'est donc pas nécessaire d'utiliser de la barbotine cimentaire.
  • En phase de charge hydraulique du forage F, la trappe du tiroir d'arrêt T1 situé en surface est en position de fermeture pour éviter l'écoulement du béton.
  • La trappe du tiroir d'arrêt T2 situé à la base du tube d'acheminement A est également en position fermée de façon à ce que le liquide ne puisse pas se vidanger dans la pompe à béton PB1.
  • En début de descente du béton, la trappe du tiroir d'arrêt T1 situé en surface s'ouvre pour permettre l'écoulement du béton tandis que l'autre trappe se ferme.
  • La trappe du tiroir d'arrêt T2, situé à la base du tubage, s'ouvre de façon à ce que du liquide L propre puisse passer dans le circuit hydraulique primaire en vue d'assurer la contre-poussée lors des étapes suivantes.
  • La seconde étape débute par l'introduction dans le tube interne A d'acheminement du béton et depuis le site d'alimentation et, généralement, depuis la surface, de l'obturateur mobile 1.
  • Cette étape se poursuit par l'alimentation continue, par exemple, depuis la surface et la centrale CB, du tube interne d'acheminement en béton B de façon gravitaire ou par injection sous pression au moyen d'une pompe si nécessaire.
  • L'acheminement vertical du béton se trouve facilité par la lente descente de la colonne de liquide dans le tube, gérée par l'activation de la pompe hydraulique PH1 en dépressurisation provoquant ainsi l'aspiration du liquide vers le bas du tube A et favorisant la descente de l'obturateur 1.
  • Si nécessaire, on augmente le débit de la pompe d'injection de béton PB1 pour augmenter la pression de la colonne de béton et faciliter sa descente dans le tube d'acheminement.
  • Parallèlement, on ajuste la pression du liquide à partir de la surface du puits et on effectue son soutirage à partir de la base du tube A d'acheminement en béton.
  • Depuis le poste central CO de commande situé en surface, l'opérateur s'assure de l'équilibre convenable entre les hauteurs et/ou les pressions respectives de la colonne de béton B et de la colonne de liquide L et veille à conserver un rythme de descente régulier du béton.
  • Des capteurs optiques et/ou électromagnétiques (par exemple du type des capteurs précédemment décrits P, M), disposés au niveau du tiroir d'arrêt T2, détectent le passage de l'obturateur mobile 1 dont la position coïncide avec le niveau de séparation de phase entre le liquide L et le béton B.
  • Comme illustré par la figure 2, l'extrémité inférieure du tube d'acheminement A est raccordée au tiroir d'arrêt T2 au moyen d'une bride mâle soudée A2 et de colliers A3. Sous le tiroir d'arrêt T2, est monté un réceptacle A1 de l'obturateur mobile 1 (obus) pourvu d'une cornière de levage CE pour l'intervention d'un chariot élévateur (non représenté) circulant dans la galerie souterraine du chantier.
  • Le passage de l'obturateur 1 à travers le tiroir T2 déclenche alors un signal d'alarme qui est transmis au poste CO de commande situé en surface et qui signale à l'opérateur l'arrivée du béton à la base du tube d'acheminement A.
  • Lorsque l'obturateur mobile atteint la base du tube d'acheminement, l'opérateur stoppe la pompe hydraulique n°1 pour arrêter le soutirage du liquide. Le cas échéant, on équilibre alors la colonne de béton avec la pression du liquide.
  • Le tiroir d'arrêt à commande hydraulique à simple tiroir T2 (taré de préférence à 120 bars), qui était jusqu'à présent fermé pour permettre la circulation du liquide, s'ouvre pour libérer le béton qui se déverse alors dans une cuve d'attente et/ou directement dans une cuve (non représentées) alimentant la pompe de distribution PB2. Cette étape se poursuit aussi longtemps que dure la descente du béton et l'installation peut fonctionner alors en régime permanent, le cas échéant, pendant une très longue période, compte tenu des volumes de béton nécessaires aux campagnes de bétonnage du site de stockage dont la construction est progressive.
  • La descente du béton est assurée de façon continue grâce à la pression exercée par la pompe à béton PB1 située au niveau du site d'alimentation situé, par exemple, en surface et qui est alimenté par la centrale à béton CB.
  • Le double tiroir d'arrêt à commande hydraulique T1 situé en surface et le tiroir T2 situé dans la galerie de réception sont ouverts pour laisser passer le béton.
  • Dans la galerie de réception du béton, la pompe à béton PB2 couplée à un troisième tiroir d'arrêt T3 à commande hydraulique et double tiroir assure la distribution et la répartition sélective du béton dans les différentes galeries et alvéoles de stockage.
  • Depuis le poste CO de contrôle en surface, l'opérateur surveille la descente du béton par lecture et analyse continue des paramètres de contrôle de la colonne de béton, tels que définis précédemment et mesurés le long du tube d'acheminement A.
  • L'invention prévoit la possibilité de procéder à une phase d'interruption du bétonnage du site souterrain. Dans cette phase, on effectue alors l'arrêt de l'injection du béton puis le nettoyage du tube d'acheminement par remontée de l'obturateur mobile et du liquide sous pression jusqu'au site d'alimentation.
  • Lorsque les opérations de bétonnage du site souterrain se terminent, on procède à la fermeture de la trappe d'accès reliant le tiroir T1 à la pompe PB1 d'injection de béton. L'arrêt du bétonnage condamne ainsi la trappe réservée à l'alimentation du tube d'acheminement A (double-tiroir d'arrêt T1 à commande hydraulique).
  • On effectue la vidange aussi complète que possible du tube d'acheminement en laissant descendre la colonne de béton par simple gravité.
  • Puis, on ouvre la seconde trappe du tiroir T2 dédié au circuit hydraulique pour permettre la remontée et la circulation du liquide L.
  • La trappe du tiroir T2 situé au fond du puits est alors fermée condamnant ainsi l'accès à la pompe à béton PB2 située dans la galerie.
  • Le tube d'acheminement à l'intérieur du forage est alors isolé et est prêt pour le nettoyage qui est assuré par la remontrée du liquide sous pression.
  • La trappe du double tiroir d'arrêt T2 est alors ouverte permettant au liquide de circuler tandis que la pompe hydraulique PH1 est actionnée. Le liquide L sous pression fait remonter l'obturateur 1 avec la colonne de liquide de la base du forage jusqu'à la surface. Il est possible d'adjoindre dans le tube d'acheminement une balle en mousse pour renforcer le raclage et accroître l'efficacité du nettoyage.
  • La laitance qui s'est déposée sur les parois du tube d'acheminement est alors remontée par l'obturateur.
  • A la sortie du tube, le liquide de nettoyage chargé en ciment et usé se déverse dans la citerne de décantation C2 et est éclairci en passant dans un système de filtration D équipé d'un filtre à particules, d'une vanne à guillotine V et de la pompe hydraulique PH2 qui est disposée entre la citerne de décantation C1 et la pompe hydraulique PH1 (voir figures 1A et 1B).
  • Ce liquide peut être ensuite introduit à nouveau dans le circuit primaire en activant la pompe hydraulique PH1.
  • Le tube d'acheminement A est alors à nouveau rempli de liquide et est prêt pour une seconde campagne de bétonnage.
  • La gestion des dysfonctionnements de l'installation est effectuée de la façon suivante selon des aspects caractéristiques du procédé de l'invention.
  • Ainsi, en cas d'échauffement prématuré du béton, le forage et, plus particulièrement le tube d'acheminement, peut être refroidi par un flux d'air, éventuellement comprimé, dirigé de bas en haut pour ne pas perturber ou altérer le circuit/cycle de ventilation conventionnelle des installations souterraines.
  • La vitesse de descente de la colonne de béton peut être accélérée par ouverture des tiroirs d'arrêt et/ou en actionnant la pompe hydraulique PH1.
  • En cas de ralentissement du béton dans le tube d'acheminement (par exemple, du fait de la formation de nids de granulats), d'accumulation ou de blocage du béton, la mise en action immédiate des pompes hydrauliques permet une remontée rapide du liquide sous pression dans le tube. La remontée du liquide permet un débourrage plus efficace du béton si celui-ci concentre les granulats.
  • Inversement, en cas de débit de béton trop important, le procédé peut être ralenti par fermeture des tiroirs d'arrêt et/ou en actionnant la pompe hydraulique n°1.
  • La décision de stopper le procédé et, notamment, l'acheminement du béton, peut être prise par l'opérateur très rapidement à partir des informations et des signaux envoyés par les instruments de détection et de mesure intégrés dans le forage.
  • Depuis le poste CO de contrôle en surface, l'opérateur peut alors procéder à la vidange aussi complète que possible du tube d'acheminement A et récupérer le béton B dans une cuve disposée dans la galerie. Cette action conduit à un allégement optimal de la colonne de béton permettant alors au système de contre-poussée hydraulique d'être plus performant.
  • En cas de blocage du béton dans le tube d'acheminement (par exemple, s'il se produit une accumulation de granulats dans le tube), la mise en pression du liquide par activation de la pompe hydraulique PH1 permet de remonter la colonne de béton en tout ou partie de façon réactive et rapide.
  • Dans ce cas, il est possible d'actionner la pompe à béton PB1 en complément de la poussée ascendante exercée par la colonne de liquide pour faciliter sa remontée du béton le long du tube.
  • Le déblocage de la colonne de béton est effectué du bas vers le haut et non dans le sens inverse qui conduirait à un serrage préjudiciable du béton dans le tube d'acheminement.
  • Les caractéristiques dimensionnelles mentionnées ci-après correspondent à un mode préférentiel de réalisation de l'installation pour une mise en œuvre du procédé de bétonnage de l'invention dans les conditions suivantes.
  • On effectue l'injection d'un béton de densité 2,4 avec un débit de 25 m3/h dans un tube d'acheminement du béton de 506 mètres de profondeur et de 152,5 mm de diamètre intérieur.
  • Dans ces conditions, la vitesse de descente de la colonne de béton est de 60 km/h et la masse de la colonne de 21,6 tonnes pour un volume de 9 m3. La pression statique à la base du forage est de 120 bars.
  • L'installation comprend les équipements principaux suivants :
    • ▪ une pompe à béton PB1 équipée de deux moteurs de 160 kW (ce matériel permet d'obtenir une pression hydraulique maximale de de 290 bars correspondant à une pression de 200 bars dans le béton),
    • ▪ une pompe à eau PH1 équipée d'un moteur de 150 kW utilisé comme moyen générateur de contre poussée ainsi que comme moyen de nettoyage des conduites,
    • ▪ un tiroir à commande hydraulique T1 dimensionné à 130 bars,
    • ▪ une prise d'air PA comprimé à 6 bars,
    • ▪ des citernes de liquide C1, C2 (eau) de 30 m3,
    • ▪ des tuyauteries métalliques (acier inox) haute pression de diamètre 120 mm minimum et d'épaisseur 8,8 mm.
  • Le diamètre intérieur du tube d'acheminement A est compris entre 120 mm et 200 mm et est, de préférence, de 152,5 mm avec un diamètre extérieur de 177,8 mm. Le diamètre intérieur du chemisage C du forage F est compris en 200 et 300 mm et est, de préférence, de 224,4 mm avec un diamètre extérieur de 244,5 mm. Dans ce contexte, l'espace cylindrique intercalaire destiné à loger les instruments M, P de contrôle et de commande est donc de 46,6 mm.
  • La masse linéaire du tube d'acheminement A en acier inox est de 52,12kg/m et celle du chemisage C (également en inox) de 59,57 kg/m.
  • La pression du liquide L (par exemple de l'eau) dans le forage augmente de 1 bar tous les 10 mètres. Pour une colonne d'eau de 500 mètres, la pression est donc de 51 bars en tenant compte d'une pression atmosphérique de 1bar.

Claims (15)

  1. Procédé de bétonnage d'un site souterrain comprenant l'acheminement vertical d'un béton depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain vers le site souterrain par une alimentation continue en béton (B) d'un tube d'acheminement (A) entre le site d'alimentation et le site souterrain, la descente d'une colonne de béton (B) dans le tube d'acheminement et le prélèvement du béton à partir d'une extrémité inférieure de ladite colonne de béton pour distribuer le béton dans le site souterrain, caractérisé en ce qu'on remplit initialement le tube d'acheminement (A) avec une colonne de liquide (L) et un obturateur mobile (1) positionné au sommet de la colonne de liquide, on exerce ensuite, lors de la descente de la colonne de béton dans le tube d'acheminement, une contre-poussée verticale sur ledit obturateur en ajustant la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide dans le tube d'acheminement en vue de contrôler la descente de la colonne de béton.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajuste la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide par soutirage du liquide (L) à une extrémité inférieure du tube d'acheminement (A) et, de préférence, en ce qu'on stoppe le tirage ou soutirage du liquide lorsque l'obturateur mobile (1) atteint la base du tube d'acheminement (A).
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation continue en béton (B) est faite par injection de béton sous pression depuis la surface au plus tard dès que la colonne de béton atteint la base du tube (A).
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'interruption du bétonnage du site souterrain, comportant un arrêt de l'injection du béton et un nettoyage du tube d'acheminement (A) par remontée de l'obturateur mobile (1) et du liquide (L) sous pression jusqu'au site d'alimentation, et, de préférence, en ce qu'on recycle le liquide (L) après décantation et filtration.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajuste la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide en fonction d'un ou plusieurs paramètres mesurés par des capteurs ou calculés, le ou les paramètres incluant au moins l'un des paramètres suivants :
    - la vitesse de l'obturateur mobile ;
    - la position de l'obturateur mobile ;
    - la quantité ou le débit de béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    - la densité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    - la viscosité du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    - la température du béton pénétrant dans le tube d'acheminement ;
    - la température du liquide ;
    - la pression du liquide.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on contrôle la hauteur de la colonne de liquide et/ou la pression du liquide en faisant varier l'ouverture d'une vanne et/ou en faisant varier le débit d'une pompe d'un circuit hydraulique.
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on refroidit le tube d'acheminement (A) par un flux ascendant d'air comprimé (S) dans une enceinte (E) entourant ledit tube d'acheminement (A).
  8. Installation de bétonnage d'un site souterrain, comprenant au moins un premier forage vertical (F, F1, F2)) recevant un tube (A) d'acheminement du béton (B) depuis un site d'alimentation situé à une altitude supérieure au site souterrain jusqu'au site souterrain, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un obturateur mobile (1) logé dans le tube d'acheminement (A) et un circuit hydraulique (CH), comprenant un conduit d'amenée d'un liquide (L) sous pression, logé dans un second forage vertical (F2) et destiné à remplir d'un liquide (L) le tube d'acheminement sous l'obturateur (F) et à extraire du tube d'acheminement (A) ledit liquide (L) sous l'obturateur en exerçant une contre-poussée verticale sur ledit obturateur.
  9. Installation de bétonnage selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le circuit hydraulique (CH) est raccordé à une extrémité inférieure du tube (A) d'acheminement du béton.
  10. Installation de bétonnage selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que le circuit hydraulique (CH) est un circuit fermé comprenant des moyens de recyclage du liquide.
  11. Installation de bétonnage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'au moins le premier forage est pourvu d'un chemisage (C) délimitant une enceinte cylindrique (E) autour du tube (A) d'acheminement dans laquelle sont disposés des instruments de détection et de mesure (M, P).
  12. Installation de bétonnage selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux tiroirs d'arrêt (T1, T2, T3) à double-trappe, un premier (T1) des deux tiroirs d'arrêt étant monté en surface sur une extrémité supérieure du tube (A) assurant l'alimentation en béton à partir d'une pompe (PB1) d'injection et un second (T2) des deux tiroirs d'arrêt étant monté au fonds du puits sur une extrémité inférieure du tube d'acheminement (A), couplée à une pompe (PB2) de reprise du béton.
  13. Installation de bétonnage selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un troisième tiroir d'arrêt (T3) monté en aval du second tiroir (T2) et assurant la distribution du béton (B).
  14. Installation de bétonnage selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le circuit hydraulique (CH) comprend au moins une pompe (PH1, PH2) assurant la mise sous pression du liquide (L) qui est alimentée en surface, par au moins un ou plusieurs réservoirs (C1, C2) destinés au stockage et au recyclage dudit liquide.
  15. Installation de bétonnage selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que ledit obturateur mobile (1) comprend un corps cylindrique (11) portant des nervures circonférentielles (12) dont le diamètre correspond sensiblement au diamètre intérieur du tube d'acheminement (A) et pourvu d'un insert (G) détectable de façon électromagnétique, d'une base (14) en ogive offrant une face de poussée et d'une tête (13) tronconique.
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