EP3754154A1 - Machine for drilling a floor covered with a porous layer, and corresponding method - Google Patents
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- EP3754154A1 EP3754154A1 EP20179234.8A EP20179234A EP3754154A1 EP 3754154 A1 EP3754154 A1 EP 3754154A1 EP 20179234 A EP20179234 A EP 20179234A EP 3754154 A1 EP3754154 A1 EP 3754154A1
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- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
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Abstract
L'invention concerne une machine pour forer, sous circulation de fluide, un sol (S) recouvert d'une couche poreuse (P) dans laquelle la machine comporte :- une tête d'entraînement (14) pour entraîner en rotation une tige de forage (18), et- des moyens de circulation d'un fluide de forage configurés pour injecter un fluide de forage à travers la tige de forage (18).La machine est également configurée pour insérer, à travers la couche poreuse (P), un tube de protection (22) s'étendant autour de la tige de forage (18) et laissant un espace tubulaire intercalaire (29) entre la tige de forage (18) et le tube de protection (22), et dans laquelle la machine comprend également des premiers moyens de récupération (30) du fluide de forage configurés, lors de l'insertion du tube de protection (22) à travers la couche poreuse (P), pour aspirer, depuis l'extrémité supérieure du tube de protection (22), le fluide de forage issu de la tige de forage et présent à l'extrémité inférieure du tube de protection (22).L'invention concerne également un train-travaux comportant une telle machine pour forer, et le procédé de forage correspondant.The invention relates to a machine for drilling, under circulation of fluid, a ground (S) covered with a porous layer (P) in which the machine comprises: - a drive head (14) for rotating a rod of drilling (18), and - means for circulating a drilling fluid configured to inject a drilling fluid through the drill pipe (18). The machine is also configured to insert, through the porous layer (P) , a protection tube (22) extending around the drill rod (18) and leaving an intermediate tubular space (29) between the drill rod (18) and the protection tube (22), and in which the machine also comprises first means for collecting (30) the drilling fluid configured, during the insertion of the protection tube (22) through the porous layer (P), to suck, from the upper end of the protection tube (22), the drilling fluid coming from the drill pipe and present at the lower end of the protective pipe ection (22). The invention also relates to a work train comprising such a machine for drilling, and the corresponding drilling method.
Description
La présente invention concerne le domaine des techniques de forage dans le sol, et plus particulièrement les techniques de forage dites de petite perforation sous circulation de fluide.The present invention relates to the field of drilling techniques in the ground, and more particularly to the so-called small perforation drilling techniques under fluid circulation.
Il est connu, pour installer dans un sol un ancrage, c'est-à -dire un micro-pieu, de réaliser d'abord un forage en entrainant en rotation un outil de coupe qui va excaver le sol. Pendant le forage, on injecte en général un liquide, appelé fluide de forage, afin de refroidir et lubrifier l'outil de coupe et d'évacuer les déblais.It is known, in order to install an anchor, that is to say a micro-pile, in a ground, to first perform a borehole by rotating a cutting tool which will excavate the ground. During drilling, a liquid, called drilling fluid, is usually injected to cool and lubricate the cutting tool and to remove cuttings.
On dispose ensuite une armature dans le forage, ou bien on laisse l'outil dans le forage avec sa tige d'entraînement, avant d'y injecter un coulis de scellement.A reinforcement is then placed in the borehole, or else the tool is left in the borehole with its drive rod, before injecting a sealing grout therein.
Toutefois, une telle technique de forage sous circulation de fluide peut endommager le sol du lieu de travail, ou plateforme, notamment en raison des infiltrations du fluide de forage tout autour du forage et en raison des contraintes mécaniques s'exerçant au niveau de la couche de surface. Cela est particulièrement problématique dans le cas des sols présentant une couche poreuse devant être préservée tout autour du forage, tel que les forages sur des installations ferroviaires qui présentent une couche supérieure de ballast.However, such a technique of drilling under fluid circulation can damage the ground of the workplace, or platform, in particular because of the infiltration of the drilling fluid all around the borehole and because of the mechanical stresses exerted on the layer. of surface. This is particularly problematic in the case of soils having a porous layer which must be preserved all around the borehole, such as boreholes on railway installations which have an upper layer of ballast.
Une solution pour protéger une plateforme contre les infiltrations est de récupérer le fluide en tête de forage. Une telle solution se fait généralement en creusant une fosse dans laquelle une aspiration (pompe) est plongée. Alternativement, il existe aussi des bacs percés au droit du forage et muni d'une bouche d'aspiration, ce qui permet d'éviter le creusement de la fosse.One solution to protect a platform against infiltration is to recover the fluid at the drilling head. Such a solution is usually done by digging a pit in which a suction (pump) is immersed. Alternatively, there are also bins drilled to the right of the borehole and fitted with a suction mouth, which makes it possible to avoid the digging of the pit.
Toutefois, le creusement d'une fosse ou l'installation de bacs percés au droit du forage est contraignant et rend le forage dépendant de la bonne réalisation d'étapes antérieures.However, the digging of a pit or the installation of drilled trays in line with the borehole is restrictive and makes the borehole dependent on the proper completion of previous steps.
Par ailleurs, afin de protéger la couche de terrain de surface, il est également possible d'utiliser un tubage sur la couche concernée.Furthermore, in order to protect the surface layer of land, it is also possible to use casing on the layer concerned.
Toutefois, pour que l'étanchéité par tubage soit efficace, il faut généralement utiliser un matériel muni d'une double tête, c'est-à -dire permettant une mise en rotation indépendante du tube et de la tige. Or, un tel matériel à double tête est onéreux et volumineux, ce qui limite sa facilité de déplacement.However, for the sealing by casing to be effective, it is generally necessary to use a material provided with a double head, that is to say allowing independent rotation of the tube and the rod. However, such a double-headed equipment is expensive and bulky, which limits its ease of movement.
La présente invention vise à résoudre les différents problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier la présente invention vise à proposer une machine permettant de limiter les infiltrations de fluide de forage et de préserver la couche supérieure du sol foré. Plus précisément, la présente invention vise à proposer une machine de forage permettant de ne pas déstructurer la plateforme et ne nécessitant pas de pose d'un bac de récupération.The present invention aims to solve the various technical problems mentioned above. In particular, the present invention aims to provide a machine making it possible to limit the infiltration of drilling fluid and to preserve the upper layer of the drilled soil. More specifically, the present invention aims to provide a drilling machine which does not allow the platform to be destructured and which does not require the installation of a recovery tank.
Ainsi, selon un aspect, il est proposé une machine pour forer, sous circulation de fluide, un sol recouvert d'une couche poreuse, par exemple une couche de ballast. La machine comporte une tête d'entraînement pour entraîner en rotation une tige de forage, et des moyens de circulation d'un fluide de forage configurés pour injecter un fluide de forage à travers la tige de forage.Thus, according to one aspect, there is proposed a machine for drilling, under fluid circulation, a ground covered with a porous layer, for example a layer of ballast. The machine includes a drive head for rotating a drill pipe, and means for circulating a drilling fluid configured to inject a drilling fluid through the drill pipe.
La machine est également configurée pour insérer, à travers la couche poreuse, un tube de protection s'étendant autour de la tige de forage et laissant un espace tubulaire intercalaire entre la tige de forage et le tube de protection. La machine comprend également des premiers moyens de récupération du fluide de forage configurés, lors de l'insertion du tube de protection à travers la couche poreuse, pour aspirer, depuis l'extrémité supérieure du tube de protection, le fluide de forage issu de la tige de forage, présent à l'extrémité inférieure du tube de protection et remontant, de préférence, via ledit espace tubulaire intercalaire.The machine is also configured to insert, through the porous layer, a protective tube extending around the drill pipe and leaving an intermediate tubular space between the drill pipe and the protective pipe. The machine also comprises first means for recovering the drilling fluid configured, during the insertion of the protection tube through the porous layer, to suck, from the upper end of the protection tube, the drilling fluid coming from the drill rod, present at the lower end of the protective tube and rising, preferably, via said intermediate tubular space.
Ainsi, la machine selon la présente invention utilise un tubage de protection, en plus de la tige de forage, sans utiliser de double tête, pour conserver l'intégrité de la plateforme, et notamment de la couche poreuse, et assure l'étanchéité par une aspiration continue en tête de tubage. Il est alors possible d'avoir une utilisation autonome de la machine ne nécessitant pas d'étape antérieure, telle que la mise en place d'une fosse ou de bacs percés, tout en limitant les infiltrations de fluide de forage, notamment dans la couche poreuse.Thus, the machine according to the present invention uses a protective casing, in addition to the drill rod, without using a double head, to maintain the integrity of the platform, and in particular of the porous layer, and ensures sealing by continuous suction at the top of the casing. It is then possible to have an autonomous use of the machine not requiring a previous step, such as that the establishment of a pit or drilled tanks, while limiting the infiltration of drilling fluid, in particular in the porous layer.
Préférentiellement, la machine comprend également des deuxièmes moyens de récupération du fluide de forage, les deuxièmes moyens de récupération étant configurés pour évacuer le fluide de forage issu de la tige de forage et ressortant par l'extrémité supérieure du tube de protection, de préférence via ladit espace tubulaire intercalaire, lorsque le tube de protection est positionné à travers la couche poreuse.Preferably, the machine also comprises second means for recovering the drilling fluid, the second recovery means being configured to evacuate the drilling fluid coming from the drill rod and coming out through the upper end of the protection tube, preferably via said intercalary tubular space, when the protective tube is positioned through the porous layer.
Lorsque la couche poreuse a été traversée, le tube de protection reste en place, pour continuer d'isoler le forage, et notamment la circulation de fluide de forage, de la couche poreuse. D'ailleurs, le tube de protection est désolidarisé de la machine, et notamment de la tête d'entraînement. Dans le même temps, l'outil de forage continue de creuser, sous la couche poreuse, avec une circulation de fluide : ce dernier est alors récupéré à travers l'espace tubulaire intercalaire entre le tube de protection et la tige de forage.When the porous layer has been crossed, the protective tube remains in place, to continue to isolate the borehole, and in particular the circulation of drilling fluid, from the porous layer. Moreover, the protective tube is detached from the machine, and in particular from the drive head. At the same time, the drilling tool continues to dig, under the porous layer, with a circulation of fluid: the latter is then recovered through the tubular space interposed between the protection tube and the drilling rod.
Préférentiellement, les premiers et deuxièmes moyens de récupération comportent une pompe commune et un moyen de liaison configuré pour relier la pompe commune aux premiers moyens de récupération lors de l'insertion du tube de protection à travers la couche poreuse, et pour relier la pompe commune aux deuxièmes moyens de récupération lorsque le tube de protection est positionné à travers la couche poreuse.Preferably, the first and second recovery means comprise a common pump and a connecting means configured to connect the common pump to the first recovery means during the insertion of the protection tube through the porous layer, and to connect the common pump. to the second recovery means when the protective tube is positioned through the porous layer.
Comme indiqué précédemment, le fluide de forage n'est pas récupéré de la même façon dans les différentes étapes du forage, notamment parce que le tube de protection est inséré progressivement avec la tige de forage dans un premier temps, puis reste statique dans un deuxième temps, lorsqu'il est positionné au travers de la couche de forage. Ainsi, les moyens de récupération utilisés sont différents selon les étapes de forage, mais peuvent être reliés à des mêmes moyens de pompage afin de limiter les coûts et le volume de la machine.As indicated previously, the drilling fluid is not recovered in the same way in the different stages of drilling, in particular because the protection tube is gradually inserted with the drill rod at first, then remains static in a second. time, when positioned through the drill bed. Thus, the recovery means used are different according to the drilling stages, but can be connected to the same pumping means in order to limit the costs and the volume of the machine.
Préférentiellement, les deuxièmes moyens de récupération sont configurés pour être positionnés à l'extrémité supérieure du tube de protection lorsque le tube de protection est positionné à travers la couche poreuse, les deuxièmes moyens de récupération comportant un réservoir, de préférence en forme de couronne, dans lequel vient se verser le fluide de forage ressortant du tube de protection, et un joint périphérique, de préférence circulaire, venant créer une étanchéité entre le réservoir et la paroi extérieure du tube de protection.Preferably, the second recovery means are configured to be positioned at the upper end of the protection tube when the protection tube is positioned through the porous layer, the second recovery means comprising a reservoir, preferably in the form of a crown, into which the drilling fluid coming out of the protection tube is poured, and a peripheral seal, preferably circular, creating a seal between the reservoir and the outer wall of the protection tube.
Une fois le tube de protection positionné à travers la couche poreuse, l'extrémité supérieure de celui-ci vient généralement affleurer la surface du sol foré. Ainsi, le fluide de forage injecté au niveau de l'outil de forage peut remonter seul, sous l'effet de la pression et/ou du débit, jusqu'à ladite extrémité supérieure du tube de protection. Il ne suffit plus alors, pour récupérer ce fluide de forage, que de le recueillir dans un réservoir situé à l'extrémité supérieure du tube de protection, et de l'aspirer avec une pompe.Once the protective tube has been positioned through the porous layer, the upper end of the latter generally comes flush with the surface of the drilled soil. Thus, the drilling fluid injected at the level of the drilling tool can go up alone, under the effect of the pressure and / or the flow, to said upper end of the protective tube. In order to recover this drilling fluid, it is then no longer sufficient to collect it in a reservoir situated at the upper end of the protection tube, and to suck it up with a pump.
Préférentiellement, le joint périphérique est un joint gonflable. Le joint gonflable permet une installation aisée à l'extrémité supérieure du tube de protection, tout en garantissant une étanchéité voulue grâce au contrôle de la pression appliquée dans le joint gonflable.Preferably, the peripheral seal is an inflatable seal. The inflatable seal allows easy installation at the upper end of the protection tube, while ensuring a desired seal by controlling the pressure applied in the inflatable seal.
Préférentiellement, la tête d'entraînement est configurée pour entraîner également en rotation le tube de protection, de préférence en même temps que la tige de forage, lors de l'insertion du tube de protection à travers la couche poreuse.Preferably, the drive head is configured to also drive the protection tube in rotation, preferably at the same time as the drill rod, during the insertion of the protection tube through the porous layer.
L'entraînement en rotation du tube de protection permet de faciliter son insertion dans le sol, et notamment à travers la couche poreuse, en même temps que la tige de forage. Un tel entraînement ne nécessite pas de matériel double tête, mais peut être effectué de manière simultanée avec la tige de forage. Une fois le tube de protection positionné, il suffit alors de le désolidariser de la tête d'entraînement pour le laisser en place, et de continuer uniquement avec la tige de forage.The rotational drive of the protective tube makes it easier to insert it into the ground, and in particular through the porous layer, at the same time as the drill rod. Such a drive does not require double head equipment, but can be done simultaneously with the drill rod. Once the protection tube is positioned, it is then sufficient to detach it from the drive head to leave it in place, and to continue only with the drill rod.
Préférentiellement, la tête d'entrainement comporte des moyens de montage de la tige de forage, présentant un premier diamètre déterminé, et des moyens de montage du tube de protection, présentant un deuxième diamètre déterminé supérieur au premier diamètre déterminé.Preferably, the drive head comprises means for mounting the drill rod, having a first determined diameter, and means for mounting the protection tube, having a second determined diameter greater than the first determined diameter.
Dans un tel mode de réalisation, la tige de forage et le tube de protection sont montés sur la tête par des moyens de montage pouvant différer uniquement par leur diamètre. On facilite ainsi l'utilisation de la machine, en permettant des procédures d'installation et de retrait qui sont similaires pour le tube de protection et la tige de forage.In such an embodiment, the drill rod and the protective tube are mounted on the head by mounting means which may differ only in their diameter. This facilitates the use of the machine, allowing installation and removal procedures which are similar for the protection tube and the drill pipe.
Préférentiellement, les premiers moyens de récupération du fluide sont montés sur la tête d'entraînement, par exemple au-dessus des moyens de montage du tube protection.Preferably, the first means for recovering the fluid are mounted on the drive head, for example above the means for mounting the protection tube.
Un tel montage des premiers moyens de récupération sur la tête d'entraînement permet de garder l'aspiration à l'extrémité supérieure du tube de protection pendant toute la durée d'enfoncement dudit tube de protection à travers la couche poreuse et la couche sous-jacente.Such a mounting of the first recovery means on the drive head makes it possible to keep the suction at the upper end of the protection tube throughout the duration of the insertion of said protection tube through the porous layer and the sub-layer. underlying.
Selon un autre aspect, il est également proposé un train travaux comprenant une machine pour forer un sol recouvert d'une couche poreuse telle que décrite précédemment.According to another aspect, there is also proposed a work train comprising a machine for drilling a ground covered with a porous layer as described above.
Comme indiqué précédemment, la machine pour forer a été conçue de manière à permettre l'utilisation d'un matériel standard, et non du matériel lourd comme une double tête ou bien du matériel spécifique en doublon pour le tube protecteur d'une part et pour la tige de forage d'autre part. Il devient alors possible de l'installer sur un véhicule ferroviaire, tel qu'un train-travaux, pour pouvoir la déplacer le long de chantier, au fur et à mesure de l'avancée des travaux.As indicated above, the drilling machine has been designed so as to allow the use of standard equipment, and not heavy equipment such as a double head or specific duplicate equipment for the protective tube on the one hand and for the drill rod on the other hand. It then becomes possible to install it on a railway vehicle, such as a work train, in order to be able to move it along the site, as the work progresses.
Préférentiellement, le train travaux comprend un réservoir de fluide de forage relié à la tête d'entraînement, des moyens d'aspiration du fluide de forage configurés pour être reliés aux moyens de récupération, et des moyens de fournitures d'un coulis de ciment configurés pour être reliés à la tête d'entraînement.Preferably, the work train comprises a drilling fluid reservoir connected to the drive head, means for sucking up the drilling fluid configured to be connected to the recovery means, and means for supplying a cement grout configured. to be connected to the drive head.
Un tel train travaux peut ainsi transporter les différents éléments nécessaires au fonctionnement de la machine pour forer et à la réalisation des travaux.Such a work train can thus transport the various elements necessary for the operation of the machine for drilling and for carrying out the work.
Préférentiellement, le train travaux comprend également un système de récupération des boues, par exemple un bac de décantation, monté en aval des moyens de récupération.Preferably, the works train also comprises a sludge recovery system, for example a settling tank, mounted downstream of the recovery means.
En particulier, le système de récupération des boues peut être configuré pour fonctionner avec les boues issues des premiers moyens de récupération et des boues issues des deuxièmes moyens de récupération. Le système de récupération des boues permet notamment de récupérer une partie du fluide de forage directement sur le train travaux pour le réutiliser in situ, et permet de stocker la matière enlevée lors du forage afin de limiter l'impact des travaux sur le site.In particular, the sludge recovery system can be configured to operate with the sludge from the first recovery means and sludge from the second recovery means. The sludge recovery system makes it possible in particular to recover part of the drilling fluid directly on the work train for reuse in situ, and makes it possible to store the material removed during drilling in order to limit the impact of the work on the site.
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de forage, sous circulation de fluide, dans un sol recouvert d'une couche poreuse, par exemple une couche de ballast. Selon le procédé, on entraîne en rotation une tige de forage, et on injecte un fluide de forage à travers la tige de forage, de préférence pendant la rotation de la tige de forage.According to another aspect, there is also proposed a method for drilling, under circulation of fluid, in a ground covered with a porous layer, for example a layer of ballast. According to the method, a drill pipe is rotated, and a drilling fluid is injected through the drill pipe, preferably during the rotation of the drill pipe.
Durant une première étape, on insère, à travers la couche poreuse, un tube de protection s'étendant autour de la tige de forage et laissant un espace tubulaire intercalaire entre la tige de forage et le tube de protection, et on aspire, depuis l'extrémité supérieure du tube de protection, le fluide de forage issu de la tige de forage, présent à l'extrémité inférieure du tube de protection et remontant, de préférence, via ledit espace tubulaire intercalaire, lors de l'insertion du tube de protection à travers la couche poreuse.During a first step, a protective tube extending around the drill pipe and leaving a tubular space between the drill pipe and the protective pipe is inserted through the porous layer, and suction is carried out from there. the upper end of the protection tube, the drilling fluid coming from the drill rod, present at the lower end of the protection tube and rising, preferably, via said intermediate tubular space, during the insertion of the protection tube through the porous layer.
Préférentiellement, durant une deuxième étape, lorsque le tube de protection est positionné à travers la couche poreuse, on laisse en place le tube de protection et on évacue le fluide de forage issu de la tige de forage et ressortant par l'extrémité supérieure du tube de protection, de préférence via ledit espace tubulaire intercalaire.Preferably, during a second step, when the protection tube is positioned through the porous layer, the protection tube is left in place and the drilling fluid coming from the drill rod and emerging through the upper end of the tube is evacuated. protection, preferably via said intermediate tubular space.
Préférentiellement, durant la première étape, on entraîne le tube de protection en même temps qu'une première partie de tige de forage équipée, à son extrémité, d'un outil, puis, durant la deuxième étape, on assemble une deuxième partie de tige de forage à la première partie de tige de forage et on entraîne les deux parties de tige de forage en rotation tout en injectant un fluide de forage à travers et en évacuant le fluide ressortant par l'extrémité supérieure du tube de protection, de préférence via ledit espace tubulaire intercalaire.Preferably, during the first step, the protective tube is driven at the same time as a first part of the drill rod equipped, at its end, with a tool, then, during the second step, a second part of the rod is assembled. to the first drill pipe part and the two drill pipe parts are rotated while injecting a drilling fluid through and discharging the fluid exiting through the upper end of the protection tube, preferably via said intercalary tubular space.
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Fig. 1 ] Lafigure 1 représente une vue en perspective de la machine pour forer selon l'invention ;[Fig. 1 ] Thefigure 1 shows a perspective view of the machine for drilling according to the invention; -
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Fig. 2 ] Lafigure 2 détaille la circulation des fluides de la machine pour forer lors de l'installation du tube de protection ;[Fig. 2 ] Thefigure 2 details the flow of fluids from the machine for drilling during the installation of the protection tube; -
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Fig. 3 ] Lafigure 3 illustre les deux configurations de la machine pour forer lors de l'installation du tube de protection et lorsque le tube de protection est installé ;[Fig. 3 ] Thefigure 3 illustrates the two machine configurations for drilling when installing the protection tube and when the protection tube is installed; -
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Fig. 4 ] Lafigure 4 illustre les différentes étapes successives de mise en œuvre du procédé de forage avec la machine pour forer illustrée à lafigure 1 ; et[Fig. 4 ] Thefigure 4 illustrates the different successive steps in implementing the drilling method with the machine for drilling illustrated onfigure 1 ; and -
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Fig. 5 ] Lafigure 5 illustre une partie d'un train-travaux avec une machine pour forer telle qu'illustrée à lafigure 1 .[Fig. 5 ] Thefigure 5 illustrates part of a work train with a drilling machine as illustrated onfigure 1 .
Sur la
Le support 2 est destiné à venir, solidairement, sur un porteur ferroviaire (non représenté), classiquement un wagon ferroviaire, permettant de transporter et d'acheminer la machine pour forer 1 le long des rails R d'une voie ferrée. Un tel mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque la machine pour forer 1 est utilisée pour installer des micro-pieux de pylône de caténaires le long de la voie ferrée, à travers la couche de ballast.The
Afin de déployer et de ranger la machine pour forer 1 sur le wagon, le châssis 4 est monté en rotation sur le support 2, par rapport à un axe vertical : il est ainsi possible de positionner l'outil de forage à côté du porteur ferroviaire, ou bien au-dessus du porteur ferroviaire, selon que la machine pour forer 1 doit installer un micro-pieu de pylône ou bien doit être déplacée.In order to deploy and store the machine for
La machine pour forer 1 comprend également un mât 6 s'étendant selon une direction longitudinale, et monté pivotant sur le châssis 4, par rapport à un axe horizontal, par exemple via des vérins 8. Les vérins 8 permettent ainsi de positionner le mât 6 horizontalement, notamment au-dessus du porteur ferroviaire, lorsque la machine pour forer 1 doit être déplacée, ou bien verticalement, tel qu'illustré sur la
En position de forage, telle qu'illustrée à la
La machine pour forer 1 comporte en outre un chariot 10 monté coulissant le long du mât 6. Le chariot 10 peut être déplacé le long du mât 6 par des moyens connus par ailleurs et non représentés ici.The
Le chariot 10 comporte notamment une table de rotation 12 configurée pour entraîner en rotation une tête d'entraînement 14 sur laquelle sera monté l'outil de forage. Comme cela sera expliqué plus bas, l'outil de forage de la présente machine pour forer 1 comprend d'une part une tige de forage et d'autre part un tube de protection indépendant de la tige de forage et entourant cette dernière au niveau de la portion supérieure du forage.The
En particulier, et comme illustré à la
Comme on peut le constater, les premiers moyens de montage 16 et les deuxièmes moyens de montage 20 sont disposés coaxialement sur la tête d'entraînement 14, afin d'obtenir un montage de la tige de forage 18 parallèle au montage du tube de protection 22, et comprennent des diamètres différents correspondant à ceux de la tige de forage 18 et du tube de protection 22. Surtout, la tige de forage 18 et le tube de protection 22 sont entraînés simultanément, ensemble, par la tête d'entraînement 14 lorsqu'ils sont montés sur les moyens 16 et 20 respectivement.As can be seen, the first mounting means 16 and the second mounting means 20 are arranged coaxially on the
Afin de faciliter le forage, la machine pour forer 1 comporte également un circuit de circulation d'un fluide de forage. Le fluide de forage peut par exemple être de l'eau, et est mis en circulation par la machine pour forer 1 dans la zone de forage afin d'en extraire la matière forée.In order to facilitate drilling, the
La tête d'entraînement 14 comporte ainsi un canal d'alimentation 24 en fluide de forage relié à des moyens d'alimentation et circulation sous pression d'un fluide de forage (non représentés). La tige de forage 18 comprend également un canal axial 26 qui vient en communication fluidique avec le canal d'alimentation 24 de la tête d'entraînement 14 lorsque la tige de forage 18 est montée sur la tête d'entraînement 14. Le fluide de forage est ainsi injecté sous pression à l'intérieur de la tige de forage 18, afin d'en ressortir à l'autre extrémité de la tige de forage 18 sur laquelle est montée un outil de coupe 28 (voir
Afin de protéger la plateforme dans laquelle est réalisé le forage, et notamment afin d'éviter que le fluide de forage, avec la matière qu'il entraîne, ne vienne se répandre autour de la zone de forage, et notamment la couche de poreuse P de ballast, le tube de protection 22 est conçu avec un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la tige de forage 18, de manière à créer, lorsque la tige de forage 18 et le tube de protection 22 sont montés sur la tête d'entraînement 14, un espace tubulaire intercalaire 29 s'étendant depuis l'extrémité inférieure du tube de protection 22 jusqu'aux premiers et deuxièmes moyens de montage 16, 20 de la tête d'entraînement 14.In order to protect the platform in which the drilling is carried out, and in particular in order to prevent the drilling fluid, with the material which it entrains, from spreading around the drilling zone, and in particular the porous layer P ballast, the
Par ailleurs, la tête d'entraînement 14 est configurée pour prolonger l'espace tubulaire intercalaire 29 au-delà des premiers et deuxièmes moyens de montage 16, 20, jusqu'à des premiers moyens de récupération 30 de fluide de forage. Comme illustré sur la configuration (1) de la
Par ailleurs, et comme illustré sur la configuration (2) de la
Les deuxièmes moyens de récupération 32 peuvent par exemple comprendre un réservoir sous forme de couronne monté autour du tube de protection 22, et un joint circulaire, de préférence gonflable, configuré pour venir créer une étanchéité entre la paroi extérieure du tube de protection 22 et le réservoir des deuxièmes moyens de récupération 32. Le fluide de forage, chargé de matière forée, ressortant par l'extrémité supérieure du tube de protection 22 vient alors s'écouler dans le réservoir des deuxièmes moyens de récupération 32 avant d'être, par exemple, aspiré vers un moyen de traitement (non représenté) tel qu'un bac de décantation permettant de séparer le fluide de forage et la matière forée puis de réutiliser le fluide de forage.The second recovery means 32 may for example comprise a reservoir in the form of a ring mounted around the
A l'aide de la
- A l'étape (A), le mât 6 est positionné verticalement avec son extrémité inférieure 6a en appui sur la surface à forer.
Le chariot 10 entraînant en translation la tête d'entraînement est positionné en haut du mât 6, avec la tête d'entraînement 14 située au droit de la zone à forer. - A l'étape (B), la tête d'entraînement 14 est pivotée, au niveau du
chariot 10, de 90° afin de libérer l'accès à la zone à forer. - A l'étape (C), le
tube de protection 22 est positionné au-dessus de la zone à forer, à l'extrémité inférieure 6a du mât 6 formant un guide pour letube de protection 22. - A l'étape (D), la première portion de la tige de
forage 18, qui comporte à son extrémité l'outil decoupe 28 et qui constitue une armature avec outil perdu, est positionnée à l'intérieur dutube de protection 22, comme cela est visible sur la portion représentée en coupe de l'étape (D). - A l'étape (E), la tête d'entraînement 14 est à nouveau pivotée, au niveau du
chariot 10, de 90° pour revenir au droit de la zone à forer, au-dessus dutube de protection 22 et de la tige deforage 18. - A l'étape (F), le chariot 10 est descendu de manière à permettre le montage de la tige de
forage 18 sur les premiers moyens demontage 16 correspondant, puis le montage dutube de protection 22 sur les deuxièmes moyens demontage 20 correspondant.
Une fois letube de protection 22 et la tige deforage 18 montés sur la tête d'entraînement 14, ceux-ci sont mis en rotation par la tête d'entraînement en même temps que le chariot 10 descend le long du mât 6. La tige deforage 18 et letube de protection 22 commencent donc à forer la couche poreuse P de ballast et à s'enfoncer à l'intérieur, jusqu'à ce que letube de protection 22 soit enfoncé dans et à travers la couche poreuse P de ballast (étape (G)). Pendant toute l'étape (F), le fluide de forage est, d'une part, injecté, via la tête d'entraînement 14, à travers la tige deforage 18 pour ressortir au niveau de l'outil decoupe 28, puis, d'autre part, ré-aspiré depuis l'extrémité supérieure dutube de protection 22, via l'espace tubulaire intercalaire, par les premiers moyens de récupération 30 montés sur la tête d'entraînement 14. En effet, le fluide de forage devant « remonter » toute la longueur dutube de protection 22 jusqu'à la tête d'entraînement qui peut se situer très au-dessus de la surface à forer, la pression d'injection du fluide de forage peut s'avérer insuffisante, de sorte qu'une aspiration forcée au niveau des premiers moyens de récupération 30 est alors nécessaire. Ainsi, tout au long de l'étape (F), le fluide de forage est récupéré au fur et à mesure de son injection dans la tige deforage 18, ce qui permet de limiter l'impact de sa circulation sur la zone entourant le forage. - A l'étape (G), le
tube de protection 22 est positionné au travers de la couche poreuse P de ballast, et peut alors être désolidarisé de la tête d'entraînement 14. Une fois désolidarisé, les deuxièmes moyens de récupération 32 peuvent être solidarisés sur letube de protection 22, par exemple le joint annulaire gonflable peut être gonflé de manière à rendre étanche la liaison entre letube de protection 22 et le réservoir des deuxièmes moyens de récupérations 32. - A l'étape (H), le chariot 10 portant la tête d'entraînement 14 est d'abord remonté partiellement de manière à faire remonter la tige de
forage 18 suffisamment pour pouvoir la désolidariser à son tour de la tête d'entraînement 14, puis le chariot 10 est remonté en haut du mât 6. - A l'étape (I), la tête d'entraînement 14 est pivotée, au niveau du
chariot 10, de 90° afin de libérer l'accès à la zone à forer, et une deuxième portion de la tige deforage 18 est positionnée puis montée sur la première portion de la tige deforage 18. - A l'étape (J), la tête d'entraînement 14 est à nouveau pivotée, au niveau du
chariot 10, de 90° pour revenir au droit de la zone à forer, au-dessus de la tige de forage 18 (qui comporte à présent deux portions), et celle-ci est alors montée sur la tête d'entraînement 14. - A l'étape (K), la tige de
forage 18 est mise en rotation par la tête d'entraînement 14 en même temps que le chariot 10 descend le long du mât 6. La tige deforage 18 continue donc à forer le sol S, au-delà de l'extrémité inférieure dutube de protection 22. Pendant toute l'étape (K), le fluide de forage est, d'une part, injecté, via la tête d'entraînement 14, à travers la tige deforage 18 pour ressortir au niveau de l'outil decoupe 28, puis, d'autre part, circule, via l'espace tubulaire intercalaire, jusqu'à l'extrémité supérieure dutube de protection 22. L'extrémité supérieure dutube de protection 22 étant libre et se situant légèrement au-dessus de la surface forée, le fluide de forage chargé en matière forée peut alors ressortir tout seul, sous l'effet de la pression d'injection, et venir couler dans le réservoir des deuxièmes moyens de récupération 32 pour être aspiré ensuite par les moyens d'aspiration. Ainsi, tout au long de l'étape (K), le fluide de forage est récupéré au fur et à mesure de son injection dans la tige deforage 18, ce qui permet de limiter l'impact de sa circulation sur la zone entourant le forage. - A l'étape (L), le chariot 10 portant la tête d'entraînement 14 est d'abord remonté partiellement de manière à faire remonter la tige de
forage 18 suffisamment pour pouvoir la désolidariser de la tête d'entraînement 14, puis le chariot 10 est complètement remonté en haut du mât 6 de manière à pouvoir reproduire, autant de fois que souhaitées, les étapes (I) à (L).
- In step (A), the
mast 6 is positioned vertically with itslower end 6a resting on the surface to be drilled. Thecarriage 10 driving the drive head in translation is positioned at the top of themast 6, with thedrive head 14 located to the right of the zone to be drilled. - In step (B), the
drive head 14 is rotated, at the level of thecarriage 10, by 90 ° in order to free access to the zone to be drilled. - In step (C), the
protection tube 22 is positioned above the zone to be drilled, at thelower end 6a of themast 6 forming a guide for theprotection tube 22. - In step (D), the first portion of the
drill rod 18, which comprises at its end the cuttingtool 28 and which constitutes a reinforcement with lost tool, is positioned inside theprotection tube 22, as can be seen on the portion shown in section of step (D). - In step (E), the
drive head 14 is again rotated, at the level of thecarriage 10, by 90 ° to return to the right of the zone to be drilled, above theprotection tube 22 and therod drilling 18. - In step (F), the
carriage 10 is lowered so as to allow the mounting of thedrilling rod 18 on the first corresponding mounting means 16, then the mounting of theprotection tube 22 on the second corresponding mounting means 20. .
Once theprotective tube 22 and thedrill rod 18 mounted on thedrive head 14, they are rotated by the drive head at the same time as thecarriage 10 descends along themast 6. TheDrill rod 18 and theprotection tube 22 therefore start to drill the porous P layer of ballast and sink into it, until theprotection tube 22 is pushed into and through the porous P layer ballast (step (G)). Throughout step (F), the drilling fluid is, on the one hand, injected, via thedrive head 14, through thedrilling rod 18 to exit at the level of thecutting tool 28, then , on the other hand, re-sucked from the upper end of theprotection tube 22, via the intermediate tubular space, by the first recovery means 30 mounted on thedrive head 14. In fact, the drilling fluid having to "go up" the entire length of theprotective tube 22 up to the drive head which may be located far above the surface to be drilled, the injection pressure of the drilling fluid may prove to be insufficient, from so that a forced suction at the first recovery means 30 is then necessary. Thus, throughout step (F), the drilling fluid is recovered as it is injected into thedrill rod 18, which makes it possible to limit the impact of its circulation on the area surrounding the drilling. - In step (G), the
protection tube 22 is positioned through the porous layer P of ballast, and can then be separated from thedrive head 14. Once separated, the second recovery means 32 can be separated. secured to theprotection tube 22, for example the inflatable annular seal can be inflated so as to seal the connection between theprotective tube 22 and the reservoir of the second recovery means 32. - In step (H), the
carriage 10 carrying thedrive head 14 is first partially reassembled so as to raise thedrill rod 18 sufficiently to be able to separate it in turn from thedrive head 14, then thecarriage 10 is reassembled at the top of themast 6. - In step (I), the
drive head 14 is rotated, at the level of thecarriage 10, by 90 ° in order to free access to the zone to be drilled, and a second portion of thedrill rod 18 is positioned then mounted on the first portion of thedrill rod 18. - In step (J), the
drive head 14 is again pivoted, at the level of thecarriage 10, by 90 ° to return to the right of the zone to be drilled, above the drill rod 18 (which comprises now two portions), and this is then mounted on thedrive head 14. - In step (K), the
drill rod 18 is rotated by thedrive head 14 at the same time as thecarriage 10 descends along themast 6. Thedrill rod 18 therefore continues to drill the soil S , beyond the lower end of theprotection tube 22. During the entire step (K), the drilling fluid is, on the one hand, injected, via thedrive head 14, through the rod.drilling 18 to emerge at the level of thecutting tool 28, then, on the other hand, circulates, via the intermediate tubular space, to the upper end of theprotection tube 22. The upper end of theprotection tube protection 22 being free and located slightly above the drilled surface, the drilling fluid loaded with drilled material can then come out on its own, under the effect of the injection pressure, and flow into the reservoir of thesecond means recovery 32 to then be sucked by the suction means. Thus, throughout step (K), the drilling fluid is recovered as it is injected into thedrill rod 18, which makes it possible to limit the impact of its circulation on the zone surrounding the drilling. - In step (L), the
carriage 10 carrying thedrive head 14 is first partially reassembled so as to raise thedrill rod 18 sufficiently to be able to separate it from thedrive head 14, then thecarriage 10 is completely reassembled at the top of themast 6 so as to be able to reproduce, as many times as desired, steps (I) to (L).
Une fois les étapes d'installation de la tige de forage 18 effectuées, un coulis de ciment peut alors être injecté dans la tige de forage afin de sceller celle-ci dans le sol S et obtenir ainsi un micro-pieu de pylône de caténaire.Once the installation steps of the
Ainsi, on obtient un micro-pieu formé d'une part par une tige de forage et d'autre part par un tube de protection venant renforcer le maintien de la tige de forage dans le sol. Le tube de protection est positionné dans le sol, à travers une couche de ballast, sans que cette dernière ou la surface de la zone à forer ne soit impactée par le forage effectué.Thus, a micropile is obtained formed on the one hand by a drill rod and on the other hand by a protective tube which reinforces the retention of the drill rod in the ground. The protection tube is positioned in the ground, through a layer of ballast, without the latter or the surface of the zone to be drilled being impacted by the drilling carried out.
Par ailleurs, grâce à sa compacité, notamment en raison de sa simple tête, et de son poids limité, la machine pour forer 1 est adaptée pour être installée sur un wagon ferroviaire et pour circuler rapidement, avec des virages importants. Ainsi, il est possible d'obtenir un train travaux 34, dont une partie est illustrée sur la
Le train travaux 34 peut ainsi comprendre, en plus de la machine pour forer 1, des moyens d'alimentation et de circulation, sous pression, d'un fluide de forage (non représentés), reliés à la tête d'entraînement, des moyens de fournitures d'un coulis de ciment (non représentés) configurés pour être reliés à la tête d'entraînement 14 lors du scellement de la tige de forage 18 dans le forage.The
Le train travaux 34 peut également comprendre des moyens d'aspiration 36 du fluide de forage chargé de matière forée, configurés pour être reliés aux premiers ou aux deuxièmes moyens de récupération 30, 32, ainsi qu'un bac de décantation 38 monté en aval des moyens d'aspiration 36 et permettant de séparer le fluide de forage et la matière forée, afin de permettre une réutilisation du fluide de forage.The
Ainsi, grâce à la machine à forer et au train travaux comportant une telle machine à forer, il devient possible d'installer facilement des micro-pieux de pylônes de caténaire, le long d'une voie ferrée, tout en préservant la couche supérieure de ballast, et plus généralement l'environnement de la voie ferrée.Thus, thanks to the drilling machine and the work train comprising such a drilling machine, it becomes possible to easily install micro-piles of catenary pylons, along a railway track, while preserving the upper layer of ballast, and more generally the environment of the railway.
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