EP4414533A1 - Micro-tunnelier comportant un joint annulaire pour la séparation des fluides de forage et de lubrification - Google Patents

Micro-tunnelier comportant un joint annulaire pour la séparation des fluides de forage et de lubrification Download PDF

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EP4414533A1
EP4414533A1 EP24153858.6A EP24153858A EP4414533A1 EP 4414533 A1 EP4414533 A1 EP 4414533A1 EP 24153858 A EP24153858 A EP 24153858A EP 4414533 A1 EP4414533 A1 EP 4414533A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylindrical body
micro
tunneling machine
ground
diameter
Prior art date
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Granted
Application number
EP24153858.6A
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German (de)
English (en)
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EP4414533B1 (fr
Inventor
Michel CHAURAY
Frédéric Simon
Benoit CZAPLA
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Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Publication of EP4414533A1 publication Critical patent/EP4414533A1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/005—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries by forcing prefabricated elements through the ground, e.g. by pushing lining from an access pit
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0635—Tail sealing means, e.g. used as end shuttering
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/087—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines

Definitions

  • the present invention relates to the field of tunneling in the ground, and more specifically the construction of micro-tunnels.
  • the invention relates in particular to a micro-tunneling machine and its use.
  • micro-tunneling differs from the creation of conventional tunnels in particular by the fact that micro-tunneling uses a digging machine, called a micro-tunneler, which is driven into the ground using sinking pipes which will constitute the final structure, whereas conventional tunneling uses a tunnel boring machine which advances while resting on the segments which have been previously laid.
  • the assembly consisting of the micro-tunnel boring machine and the jacking pipes is pushed from the starting shaft by a jacking station equipped with hydraulic jacks. Once a jacking pipe is completely sunk into the ground, an additional jacking pipe is brought to the bottom of the shaft in the jacking station, between the last jacking pipe and the hydraulic jacks. The actuation of the latter therefore has the effect of exerting a thrust on the additional jacking pipe which, in turn, pushes and advances the assembly of jacking pipes and the micro-tunnel boring machine already sunk into the ground.
  • micro-tunnel made up of the succession of sinking pipes and the micro-tunnel boring machine, which advances into the ground as the digging progresses.
  • the cuttings are evacuated by a drilling fluid circulation device, this fluid being for example water or drilling mud.
  • the cutting face is pressurized so that the drilling fluid, also called sluicing fluid, also serves to maintain a confining pressure providing frontal support for the excavation.
  • the drilling fluid also called sluicing fluid
  • a lubricating fluid is injected outside the jacking pipes, in the annular space between the extrados of the jacking pipes and the ground.
  • the lubrication fluid which is injected under pressure, sometimes flows longitudinally towards the cutting module and is then sucked up by the pumps designed to suck up the excavation spoil. This phenomenon is amplified on a downward slope.
  • the suction of lubricating fluid has the disadvantage of increasing the consumption of lubricating fluid.
  • Another disadvantage is that the presence of lubricating fluid at the front of the machine makes it more difficult to control the confining pressure in the blast chamber.
  • contamination of the drilling fluid by the lubricating fluid requires treatment of the drilling fluid.
  • the document CN216518002 describes a micro-tunneling machine according to the preamble of claim 1, which is equipped with a double collar.
  • An aim of the invention is to propose a micro-tunneling machine which makes it possible to reduce the consumption of lubricating fluid while facilitating the regulation of the confinement pressure in front of the cutting module.
  • the invention achieves its aim by a micro-tunneling machine according to claim 1 in which the cutting module further comprises an annular seal located on the outer face of the cylindrical body, the diameter of the annular seal being at least equal to the diameter of the cutting head, so that the annular seal comes into contact with the ground during drilling to achieve a fluidic separation between the drilling fluid and the lubricating fluid.
  • the annular seal therefore has the effect of physically separating the lubricating fluid from the drilling fluid (marbling).
  • the annular seal has the effect of delimiting two fluidic zones, namely a drilling fluid zone and a lubrication zone containing the lubrication fluid.
  • the annular seal is sized so that, in use, it comes into contact with the ground wall surrounding the cutting module. Also, the annular seal prevents unwanted mixing of the drilling fluid and the lubrication fluid, which keeps the confining pressure stable at the cutting head and, consequently, makes it easier to control the micro-tunneling machine.
  • the lubrication operation is also improved since the lubricating fluid remains confined in the lubrication zone and is not sucked up by the sluicing pumps. As a knock-on effect, the improved lubrication reduces the thrust forces required and advantageously increases the digging efficiency.
  • the invention avoids the pollution of the drilling fluid by the lubricating fluid, thereby reducing the treatment process of the drilling fluid containing the cuttings.
  • the annular seal can be an insert that is mounted on the cylindrical body by the operator before digging. It can also be integrated into the cylindrical body at the time of manufacturing the micro-tunneling machine.
  • the annular seal is located in the front part of the cylindrical body. This has the effect of increasing the lubrication surface around the cylindrical body, which further reduces the friction forces against the ground and improves the digging efficiency.
  • the annular seal may consist of a single or multiple parts.
  • the annular seal is a flexible and/or elastic part. It is understood that the annular seal has a diameter greater than that of the cylindrical body, and at least a diameter greater than the rear portion of the cylindrical body.
  • the annular seal comprises a collar formed of a plurality of fins. It is understood that the collar preferentially surrounds the front part of the cylindrical body.
  • the fins are shaped to come into contact with the wall of the ground. They have a certain elasticity in order to adapt to the roughness of the ground. The fins can therefore deform independently of the others during the advancement of the micro-tunnel in order to maintain the contact of the annular seal against the ground over substantially its entire periphery and, consequently, ensure the fluidic separation between the drilling and lubrication fluids.
  • the fins are juxtaposed and overlap laterally at least partially two by two.
  • the lateral overlap between two adjacent fins prevents fluid from flowing between the two fins, which improves the seal between the two fluids.
  • the fins are elastically movable relative to the cylindrical body.
  • the fins are configured to be flexible enough not to disrupt the existing terrain, but rigid enough to withstand the pressure of the lubricating fluid.
  • At least one of the fins is inclined relative to the cylindrical body.
  • At least one of the fins is formed from a folded sheet metal having a base fixed to the cylindrical body and a plate forming an angle with the base.
  • the base has a hole for receiving a fixing element to the cylindrical body.
  • the internal angle between the base and the plate is greater than 90° before its insertion into the ground.
  • the plate comes into contact with the ground and pivots relative to the base to a position where the internal angle between the base and the plate is less than 90°.
  • the plate which tends to return to its initial position, is blocked in rotation by the ground. This has the effect of forcing the plate against the wall of the ground, thus ensuring a sealed contact between the plate and the ground.
  • the internal angle is of the order of 120° before its insertion into the ground.
  • the diameter of the cutting head is greater than the outer diameter of the cylindrical body.
  • the outer diameter of the cylindrical body is between 500 mm and 3,000 mm.
  • the lubricating fluid flows into the annular space located on the outer face of the cylindrical body and the land surrounding the cylindrical body.
  • the cutting head comprises a cutting wheel which is provided with cutting tools projecting radially beyond the diameter of the cylindrical body.
  • the outside diameter of the sinking pipe is less than or equal to the diameter of the cylindrical body.
  • the lubricating fluid flows into the annular space between the outer face or extrados of the sinking pipe and the ground surrounding the sinking pipe.
  • the sinking pipe comprises at least one injection orifice opening onto its outer face and cooperating with the lubricating fluid injection device.
  • the latter further comprises a lubrication ring arranged axially between the cylindrical body and the sinking pipe.
  • the invention finally relates to the use of a micro-tunneling machine according to the invention for manufacturing a micro-tunnel in a ground, said micro-tunnel being made up of a plurality of sinking pipes arranged one after the other.
  • FIG. 1 an example of an embodiment of a micro-tunneling installation 10 has been illustrated comprising a starting shaft 14 for a micro-tunneling machine 12.
  • the shaft 14 consists of a circular wall 16 made in a soil S (not illustrated here for reasons of readability).
  • a sinking station 16 equipped with sinking jacks 18 which extend in a sinking direction A.
  • a through opening 20 is provided in the circular wall 16. It is understood that the micro-tunneling machine 12 is engaged in the soil, in a direction slightly inclined relative to the horizontal, through this opening 20.
  • the micro-tunneler 12 comprises a cutting module 100 comprising a cylindrical body 102 having a diameter D1 extending axially between a rear portion 104 and a front portion 106.
  • the cutting module 100 further comprises a cutting head 108 which is located at the front of the cylindrical body 102, opposite the rear portion 104.
  • the cutting head 108 is rotatable relative to the cylindrical body 102 around the axis B of the cylindrical body.
  • the cutting head has a diameter D2 such that the diameter of the excavation made in the ground has a cylindrical shape of diameter D2.
  • the cutting head 108 comprises a cutting wheel 109 which is provided with cutting tools 111 projecting radially beyond the diameter D1 of the cylindrical body.
  • the micro-tunneling machine further comprises a lubrication ring 170 which is arranged between the cylindrical body and the first sinking pipe 120.
  • the cutting head 108 forms a felling chamber.
  • the micro-tunneling machine 12 further comprises a fluid circulation device 110 comprising means for injecting a drilling fluid F into the blasting chamber and sucking up the drilling cuttings D in the front part of the cylindrical body.
  • the drilling fluid F is a drilling mud.
  • the cutting module 100 is first lowered into the well 14, it is then driven into the ground using sinking jacks 18.
  • the micro-tunneling machine 12 further comprises at least one first sinking pipe 120 having an external diameter D4.
  • the sinking pipe is placed at the rear of the cylindrical body 102.
  • the external diameter D4 of the sinking pipe is slightly less than the diameter D1 of the cylindrical body.
  • first jacking pipe 120 and a second jacking pipe 122 disposed behind the first jacking pipe are illustrated.
  • the driving cylinders 18 are retracted and the first driving pipe 120 is lowered so as to arrange it between the rear part of the cylindrical body 102 and the driving cylinders 18. The latter are then put into operation so as to push the first driving pipe 120 in the direction A, so that the first driving pipe pushes the cutting module 100 into the ground.
  • the jacking cylinders 18 are retracted and the second jacking pipe 122 is inserted into the well so as to position it between the first jacking pipe 120 and the jacking cylinders 16.
  • the jacking operation is repeated, so that the second jacking pipe pushes the assembly consisting of the cutting module 100 and the first jacking pipe into the ground. These operations are repeated until the desired length of the micro-tunnel is obtained. At the end of the operation, the cutting module is withdrawn and the succession of jacking pipes forms the micro-tunnel in the ground.
  • a device for injecting a lubricating fluid L is provided outside the jacking pipes 120, 122.
  • the injection of the lubricating fluid is done on the extrados of the jacking pipes.
  • the injection device 130 of the lubricating fluid L comprises a reservoir 138 of lubricating fluid L and pipes 134 which connect the reservoir 138 to the various jacking pipes 120, 122, as well as to the cylindrical body.
  • the pipes 134 are connected to orifices 136 located on the peripheral wall of the jacking pipes, and also on the peripheral surface of the cylindrical body 102. These orifices 136 are better visible on the figures 1 And 3 . On the diagram of the figure 3 , only pipes supplying the first sinking pipe have been shown.
  • the lubricating fluid L is injected into the annular space between the extrados of the sinking pipes and the ground, and also between the cylindrical body 102 and the ground.
  • the diameter D2 of the cutting head 108 is greater than the external diameter D1 of the cylindrical body, so as to provide an annular space between the cylindrical body and the wall of the excavation.
  • the drilling fluid is injected into the front portion 106 of the cylindrical body 108, such that the drilling fluid flows between the cutting front 11 and the cutting head 108, and also into the annular space between the cutting head 108 and the ground.
  • the cutting module 100 further comprises an annular seal 150 which is located on the outer face 102a of the cylindrical body.
  • the diameter D3 of the annular seal 150 is at least equal to the diameter D2 of the cutting head 108 so that the annular seal 150 comes into contact with the wall P of the excavated ground during drilling so as to achieve a fluid separation between the drilling fluid F and the lubricating fluid L.
  • the drilling fluid F and the drilling fluid L do not mix. Furthermore, the lubricating fluid L is not sucked up by the circulation device and does not disturb the marinating pressure of the drilling fluid F. Furthermore, the lubricating fluid L is not polluted by the drilling fluid F.
  • the annular seal 150 is located in the front part of the cylindrical body 100.
  • the annular seal 150 comprises a collar 152 formed of a plurality of fins 154.
  • the fins 154 according to the invention have been illustrated.
  • each of the fins 154 is made up of a folded sheet metal plate having a base 158 fixed to the cylindrical body 100 and a plate 156 forming an angle ⁇ with the base.
  • the fins 154 are juxtaposed and overlap laterally partially two by two, thanks to a lateral extension 156 a of the plates 156. This lateral overlap makes it possible to improve the sealing of the annular seal 150.
  • the collar 152 extends annularly around the cylindrical body 102 so as to provide axial sealing between the space defined between the cutting head 108 and the ground on the one hand and the annular space between the cylindrical body 102 and the wall P of the ground on the other hand.
  • the fins are elastically movable relative to the cylindrical body, so as to adapt to the roughness of the ground while maintaining the seal during the advancement of the micro-tunneling machine into the ground. It can also be seen that the fins 154 are inclined relative to the cylindrical body. More precisely, the fins are inclined relative to the axis B of the cylindrical body 100.
  • the angle between the base 158 and the plate 156 is greater than 90°, of the order of 120°.
  • the plate 158 of each fin engages with the ground, which causes it to pivot relative to the base so that the angle between the base and the plate, after insertion of the cutting module into the ground, is less than 90°, as illustrated in particular in figures 3 And 6
  • the angle between the pad and the base is of the order of 45°-60°.
  • the plates which tend to return to their initial position, are pressed against the ground, which allows the seal between the collar and the ground to be maintained locally despite the roughness of the ground.
  • the initial angle between the plate could be equal to or less than 90° as long as the plate rests against the ground.
  • annular seal could also be made of a single piece, or of two half collars.

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Abstract

L'invention porte sur un micro-tunnelier (12) comportant :
un module de coupe (100),
un dispositif de circulation de fluide (110) pour injecter un fluide de forage (F) et aspirer les déblais de forage (D) en partie avant du module de coupe,
un dispositif d'injection d'un fluide de lubrification (L) à l'extérieur du tuyau de fonçage ;
L'invention se caractérise par le fait que le module de coupe (100) comporte un joint annulaire (150) situé sur la face extérieure (102a) du corps cylindrique (102), le diamètre (D3) du joint annulaire (150) étant au moins égal au diamètre (D2) de la tête de coupe (108), en sorte que le joint annulaire (150) vient en contact avec terrain pendant le forage pour réaliser une séparation fluidique entre le fluide de forage (F) et le fluide de lubrification (L).

Description

    Domaine Technique
  • La présente invention concerne le domaine de la réalisation de tunnels dans le sol, et plus précisément la réalisation de micro-tunnels. L'invention a notamment pour objet un micro-tunnelier et son utilisation.
    • Technique Antérieure
  • La technique de réalisation de micro-tunnels dans le sol, également appelée micro-tunnelage, se distingue de la réalisation de tunnels classiques notamment par le fait que le micro-tunnelage met en oeuvre une machine de creusement, dénommée micro-tunnelier, qui est foncée dans le sol par l'intermédiaire de tuyaux de fonçage qui constitueront l'ouvrage définitif, alors que le tunnelage classique met en oeuvre un tunnelier qui avance en prenant appui sur les voussoirs qui ont été préalablement posés.
  • L'ensemble constitué du micro-tunnelier et des tuyaux de fonçage est poussé depuis le puits de départ par une station de fonçage équipée de vérins hydrauliques. Une fois qu'un tuyau de fonçage est totalement foncé dans le terrain, un tuyau de fonçage additionnel est amené au fond du puits dans la station de fonçage, entre le dernier tuyau de fonçage et les vérins hydrauliques. L'actionnement de ces derniers a donc pour effet d'exercer une poussée sur le tuyau de fonçage additionnel qui, à son tour, pousse et fait avancer l'ensemble des tuyaux de fonçage et du micro-tunnelier déjà foncés dans le sol.
  • C'est donc la totalité du micro-tunnel, constitué de la succession des tuyaux de fonçage et du micro-tunnelier, qui avance dans le sol au fur et à mesure du creusement.
  • Les déblais sont évacués par un dispositif de circulation de fluide de forage, ce fluide étant par exemple de l'eau ou une boue de forage.
  • Généralement, le front de coupe est pressurisé de sorte que le fluide de forage, également appelé fluide de marinage, sert également à maintenir une pression de confinement assurant le soutènement frontal de l'excavation.
  • Par ailleurs, au fur et à mesure de l'allongement du micro-tunnel, les efforts de friction entre les extrados des tuyaux de fonçage et le terrain vont apparaitre et croitre. Afin de limiter les efforts de frottement, un fluide de lubrification est injecté à l'extérieur des tuyaux de fonçage, dans l'espace annulaire entre l'extrados des tuyaux de fonçage et le terrain.
  • L'invention porte ainsi sur un micro-tunnelier comportant :
    • un module de coupe comprenant un corps cylindrique s'étendant axialement entre une partie arrière et une partie avant, et une tête de coupe située à l'avant du corps cylindrique à l'opposé de la partie arrière, la tête de coupe étant rotative par rapport au corps cylindrique autour de l'axe du corps cylindrique,
    • un dispositif de circulation de fluide pour injecter un fluide de forage et aspirer les déblais de forage en partie avant du corps cylindrique,
    • au moins un tuyau de fonçage situé à l'arrière du corps cylindrique ;
    • un dispositif d'injection d'un fluide de lubrification à l'extérieur du tuyau de fonçage.
  • Dans les micro-tunneliers classiques, il arrive que le fluide de lubrification, qui est injecté sous pression, s'écoule longitudinalement vers le module de coupe et soit ensuite aspiré par les pompes prévues pour aspirer les déblais d'excavation. Ce phénomène est amplifié en pente descendante.
  • Cette situation présente plusieurs inconvénients.
  • Tout d'abord, l'aspiration du fluide de lubrification a pour inconvénient d'augmenter la consommation de fluide de lubrification.
  • Un autre inconvénient est que la présence de fluide de lubrification à l'avant de la machine a pour effet de rendre plus difficile le contrôle de la pression de confinement dans la chambre d'abattage. En outre, la pollution du fluide de forage par le fluide de lubrification oblige à réaliser un traitement du fluide de forage.
  • Le document CN216518002 décrit un micro-tunnelier selon le préambule de la revendication 1, qui est équipé d'une double collerette.
    • Exposé de l'invention
  • Un but de l'invention est de proposer un micro-tunnelier qui permet de réduire la consommation de fluide de lubrification tout en facilitant la régulation de la pression de confinement devant le module de coupe.
  • L'invention atteint son but par un micro-tunnelier selon la revendication 1 dans lequel le module de coupe comporte en outre un joint annulaire situé sur la face extérieure du corps cylindrique, le diamètre du joint annulaire étant au moins égal au diamètre de la tête de coupe, en sorte que le joint annulaire vient en contact avec le terrain pendant le forage pour réaliser une séparation fluidique entre le fluide de forage et le fluide de lubrification.
  • Le joint annulaire a donc pour effet de séparer physiquement le fluide de lubrification du fluide de forage (marinage).
  • Le joint annulaire a pour effet de délimiter deux zones fluidiques, à savoir une zone de fluide de forage et une zone de lubrification contenant le fluide de lubrification. Le joint annulaire est dimensionné pour que, en usage, il vienne au contact de la paroi de terrain qui entoure le module de coupe. Aussi, le joint annulaire permet d'éviter le mélange indésirable du fluide de forage et du fluide de lubrification, ce qui permet de maintenir stable la pression de confinement au niveau de la tête de coupe et, par voie de conséquence, de rendre plus aisée le pilotage du micro-tunnelier.
  • On améliore aussi l'opération de lubrification dès lors que le fluide de lubrification reste confiné dans la zone de lubrification est n'est pas aspiré par les pompes de marinage. Par ricochet, l'amélioration de la lubrification permet de réduire les efforts de poussée nécessaires et accroit avantageusement le rendement de creusement.
  • En outre, par rapport à l'art antérieur, l'invention évite la pollution du fluide de forage par le fluide de lubrification, ce qui permet de réduire le processus de traitement du fluide de forage contenant les déblais.
  • Le joint annulaire peut être une pièce rapportée qui est montée sur le corps cylindrique par l'opérateur avant le creusement. Il peut également être intégré au corps cylindrique au moment de la fabrication du micro-tunnelier.
  • Avantageusement, le joint annulaire est situé en partie avant du corps cylindrique. Cela a pour effet d'augmenter la surface de lubrification autour du corps cylindrique, ce qui permet encore de réduire les forces de frottements contre le terrain et d'améliorer l'efficacité du creusement.
  • Sans sortir du cadre de l'invention, le joint annulaire peut être constitué d'une seule ou de plusieurs pièces. De préférence, le joint annulaire est une pièce souple et/ou élastique. On comprend que le joint annulaire présente un diamètre supérieur à celui du corps cylindrique, et à tout le moins un diamètre supérieur à la portion arrière du corps cylindrique.
  • Selon l'invention, le joint annulaire comprend une collerette formée d'une pluralité d'ailettes. On comprend que la collerette entoure préférentiellement la partie avant du corps cylindrique.
  • Les ailettes sont conformées pour venir en appui contre la paroi du terrain. Elles présentent une certaine élasticité afin de s'adapter à la rugosité du terrain. Les ailettes peuvent donc se déformer indépendamment des autres lors de l'avancée du micro-tunnel afin de maintenir le contact du joint annulaire contre le terrain sur sensiblement toute sa périphérie et, par voie de conséquence, assurer la séparation fluidique entre les fluides de forage et de lubrification.
  • Selon l'invention les ailettes sont juxtaposées et se recouvrent latéralement au moins partiellement deux à deux.
  • Le recouvrement latéral entre deux ailettes adjacentes permet d'éviter que le fluide ne s'écoule entre les deux ailettes, ce qui améliore l'étanchéité entre les deux fluides.
  • Selon l'invention, les ailettes sont mobiles élastiquement par rapport au corps cylindrique.
  • Les ailettes sont configurées de façon à être suffisamment souple pour ne pas déstructurer le terrain en place, mais assez rigide pour pouvoir résister à la pression du fluide de lubrification.
  • Selon l'invention, au moins une des ailettes est inclinée par rapport au corps cylindrique.
  • De préférence, au moins une des ailettes est constituée à partir d'une tôle repliée ayant une embase fixée au corps cylindrique et une plaquette formant un angle avec l'embase.
  • Encore de préférence, l'embase comporte un trou pour recevoir un élément de fixation au corps cylindrique.
  • De préférence, l'angle interne entre l'embase et la plaquette est supérieur à 90° avant son insertion dans le sol.
  • On comprend que, au moment de l'insertion du corps dans le sol, la plaquette vient au contact du terrain et pivote par rapport à l'embase jusqu'à une position où l'angle interne entre l'embase et la plaquette est inférieur à 90°. La plaquette, qui tend à reprendre sa position initiale, est bloquée en rotation par le terrain. Ceci a pour effet de contraindre la plaquette contre la paroi du terrain, assurant ainsi un contact étanche entre la plaquette et le terrain.
  • De préférence, l'angle interne est de l'ordre de 120° avant son insertion dans le sol.
  • Avantageusement, le diamètre de la tête de coupe est supérieur au diamètre extérieur du corps cylindrique.
  • De préférence, mais non exclusivement, le diamètre extérieur du corps cylindrique est compris entre 500 mm et 3 000 mm.
  • On comprend donc que le fluide de lubrification s'écoule dans l'espace annulaire situé la face extérieure du corps cylindrique et le terrain qui entoure le corps cylindrique.
  • De préférence, la tête de coupe comporte une roue de coupe qui est munie d'outils de coupe faisant saillie radialement au-delà du diamètre du corps cylindrique.
  • Avantageusement, le diamètre extérieur du tuyau de fonçage est inférieur ou égal au diamètre du corps cylindrique.
  • On comprend également que le fluide de lubrification s'écoule dans l'espace annulaire compris entre la face extérieure ou extrados du tuyau de fonçage et le terrain qui entoure le tuyau de fonçage.
  • De préférence, le tuyau de fonçage comporte au moins un orifice d'injection débouchant sur sa face extérieure et coopérant avec le dispositif d'injection du fluide de lubrification.
  • Encore de préférence, mais non exclusivement, pour faciliter encore l'avancée du micro-tunnelier dans le sol, ce dernier comporte en outre une bague de lubrification disposée axialement entre le corps cylindrique et le tuyau de fonçage.
  • L'invention porte enfin sur l'utilisation d'un micro-tunnelier selon l'invention pour fabriquer un micro-tunnel dans un sol, ledit micro-tunnel étant constitué d'une pluralité de tuyaux de fonçage disposés les uns à la suite des autres.
    • Brève description des dessins
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • [Fig.1 ] La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'installation de micro-tunnelage, disposée dans le sol (non illustré ici) et comprenant un micro-tunnelier selon l'invention ;
    • [Fig.2 ] La figure 2 est une vue de détail du module de coupe du micro-tunnelier de la figure 1 ;
    • [Fig.3 ] La figure 3 est une vue schématique du micro-tunnelier de la figure 1 et de ses éléments constitutifs ;
    • [Fig.4 ] La figure 4 est une vue de dessus d'une ailette du joint annulaire du module de coupe de la figure 2 avant insertion dans le sol ;
    • [Fig.5 ] La figure 5 est une vue de côté de l'ailette de la figure 4 avant insertion du module de coupe dans le sol ; et
    • [Fig.6 ] La figure 6 illustre plusieurs ailettes adjacentes du joint annulaire du module de coupe de la figure 2 , après insertion du micro-tunnelier dans le sol.
    Description détaillée de l'invention
  • Sur la figure 1 , on a illustré un exemple de réalisation d'une installation de micro-tunnelage 10 comportant un puits de départ 14 pour un micro-tunnelier 12. Dans cet exemple, le puits 14 est constitué d'une paroi circulaire 16 fabriquée dans un sol S (non illustré ici pour des raisons de lisibilité). Au fond du puits 14 se trouve une station de fonçage 16 muni de vérins de fonçage 18 qui s'étendent selon une direction de fonçage A. Dans le prolongement des vérins de fonçage 18, une ouverture 20 traversante est ménagée dans la paroi circulaire 16. On comprend que le micro-tunnelier 12 est engagé dans le sol, selon une direction légèrement inclinée par rapport à l'horizontale, au travers de cette ouverture 20.
  • Le micro-tunnelier 12 comporte un module de coupe 100 comprenant un corps cylindrique 102 ayant un diamètre D1 s'étendant axialement entre une partie arrière 104 et une partie avant 106. Le module de coupe 100 comporte en outre une tête de coupe 108 qui est située à l'avant du corps cylindrique 102, à l'opposé de la partie arrière 104.
  • Grâce à des moyens moteurs connus par ailleurs, la tête de coupe 108 est rotative par rapport au corps cylindrique 102 autour de l'axe B du corps cylindrique. La tête de coupe a un diamètre D2 de sorte que le diamètre de l'excavation réalisée dans le sol présente une forme cylindrique de diamètre D2.
  • La tête de coupe 108 comporte une roue de coupe 109 qui est munie d'outils de coupe 111 faisant saillie radialement au-delà du diamètre D1 du corps cylindrique.
  • Dans cet exemple non limitatif, le micro-tunnelier comporte en outre une bague de lubrification 170 qui est disposée entre le corps cylindrique et le premier tuyau de fonçage 120.
  • De façon connue par ailleurs, la tête de coupe 108 forme une chambre d'abattage.
  • Comme schématisé en figure 3 , le micro-tunnelier 12 comporte en outre un dispositif de circulation de fluide 110 comprenant des moyens pour injecter un fluide de forage F dans la chambre d'abattage et aspirer les déblais de forage D en partie avant du corps cylindrique. Dans cet exemple, le fluide de forage F est une boue de forage.
  • De façon connue par ailleurs, le module de coupe 100 est tout d'abord descendu dans le puits 14, il est ensuite enfoncé dans le sol grâce vérins de fonçage 18.
  • De manière connue, le micro-tunnelier 12 comporte en outre au moins un premier tuyau de fonçage 120 ayant un diamètre extérieur D4. Le tuyau de fonçage est placé à l'arrière du corps cylindrique 102. Dans cet exemple, le diamètre extérieur D4 du tuyau de fonçage est légèrement inférieur au diamètre D1 du corps cylindrique.
  • Dans cet exemple, on a illustré un premier tuyau de fonçage 120 et un deuxième tuyau de fonçage 122 disposé derrière le premier tuyau de fonçage.
  • Une fois que le module de coupe est introduit dans le sol S par l'ouverture 20, les vérins de fonçage 18 sont rétractés et on descend le premier tuyau de fonçage 120 de façon à le disposer entre la partie arrière du corps cylindrique 102 et les vérins de fonçage 18. Ces derniers sont ensuite mis en action de façon à pousser le premier tuyau de fonçage 120 selon la direction A, de sorte que le premier tuyau de fonçage pousse le module de coupe 100 dans le sol. Après introduction du premier tuyau de fonçage 120, on rétracte les vérins de fonçage 18 et on introduit le second tuyau de fonçage 122 dans le puits de façon à le positionner entre le premier tuyau de fonçage 120 et les vérins de fonçage 16. On répète l'opération de fonçage, de sorte que le second tuyau de fonçage pousse l'ensemble constitué du module de coupe 100 et du premier tuyau de fonçage dans le sol. Ces opérations sont répétées jusqu'à obtenir la longueur désirée du micro-tunnel. A la fin de l'opération, le module de coupe est retiré et la succession des tuyaux de fonçage forme le micro-tunnel dans le sol.
  • Pour faciliter l'insertion des tuyaux de fonçage dans le sol, il est prévu un dispositif d'injection d'un fluide de lubrification L à l'extérieur des tuyaux de fonçage 120, 122. L'injection du fluide de lubrification se fait sur l'extrados des tuyaux de fonçage. Le dispositif d'injection 130 du fluide de lubrification L comporte un réservoir 138 de fluide de lubrification L et des conduites 134 qui relient le réservoir 138 aux différents tuyaux de fonçage 120, 122, ainsi qu'au corps cylindrique. e. Les conduites 134 sont reliées à des orifices 136 situés sur la paroi périphérique des tuyaux de fonçage, et également sur la surface périphérique du corps cylindrique 102. Ces orifices 136 sont mieux visibles sur les figures 1 et 3 . Sur le schéma de la figure 3 , on a représenté uniquement des conduites alimentant le premier tuyau de fonçage.
  • A l'aide de la figure 3 , on comprend que le fluide de lubrification L est injecté dans l'espace annulaire entre les extrados des tuyaux de fonçage et le terrain, et aussi entre le corps cylindrique 102 et le terrain.
  • On comprend notamment que le diamètre D2 de la tête de coupe 108 est supérieur au diamètre extérieur D1 du corps cylindrique, de façon à ménager un espace annulaire entre le corps cylindrique et la paroi de l'excavation.
  • Le fluide de forage est quant à lui injecté en partie avant 106 du corps cylindrique 108, de sorte que le fluide de forage s'écoule entre le front de coupe 11 et la tête de coupe 108, et également dans l'espace annulaire situé entre la tête de coupe 108 et le terrain.
  • Conformément à l'invention, le module de coupe 100 comporte en outre un joint annulaire 150 qui est situé sur la face extérieure 102a du corps cylindrique. Le diamètre D3 du joint annulaire 150 est au moins égal au diamètre D2 de la tête de coupe 108 en sorte que le joint annulaire 150 vient au contact avec la paroi P du terrain excavé pendant le forage de façon à réaliser une séparation fluidique entre le fluide de forage F et le fluide de lubrification L.
  • Grâce à l'invention, le fluide de forage F et le fluide de forage L ne se mélangent pas. Par ailleurs, le fluide de lubrification L n'est pas aspiré par le dispositif de circulation et ne vient pas perturber la pression de marinage du fluide de forage F. De plus, le fluide de lubrification L n'est pas pollué par le fluide de forage F.
  • Comme on le constate sur les figures 1 à 3 , le joint annulaire 150 est situé en partie avant du corps cylindrique 100. Dans cet exemple, le joint annulaire 150 comprend une collerette 152 formée d'une pluralité d'ailettes 154. Sur les figures 4 à 6 , on a illustré les ailettes 154 selon l'invention. Dans cet exemple, chacune des ailettes 154 est constituée d'une plaque de tôle repliée ayant une embase 158 fixée au corps cylindrique 100 et une plaquette 156 formant un angle α avec l'embase.
  • Comme illustré notamment à la figure 6 , les ailettes 154 sont juxtaposées et se recouvrent latéralement partiellement deux à deux, grâce à une extension latérale 156a des plaquettes 156. Ce recouvrement latéral permet d'améliorer l'étanchéité du joint annulaire 150.
  • La collerette 152 s'étend annulairement autour du corps cylindrique 102 de façon à réaliser une étanchéité axiale entre l'espace défini entre la tête de coupe 108 et le sol d'une part et l'espace annulaire entre le corps cylindrique 102 et la paroi P du sol d'autre part.
  • Dans cet exemple, les ailettes sont mobiles élastiquement par rapport au corps cylindrique, de façon à s'adapter aux aspérités du terrain tout en maintenant l'étanchéité lors de l'avancée du micro-tunnelier dans le sol. On constate par ailleurs que les ailettes 154 sont inclinées par rapport au corps cylindrique. Plus précisément, les ailettes sont inclinées par rapport à l'axe B du corps cylindrique 100.
  • Avant l'introduction du micro-tunnelier dans le sol, comme illustré en figure 5 , l'angle entre l'embase 158 et la plaquette 156 est supérieur à 90°, de l'ordre de 120°. Lors de l'introduction du module de coupe dans le sol, on comprend que la plaquette 158 de chaque ailette s'engage avec le terrain, ce qui provoque son pivotement par rapport à l'embase de sorte que l'angle entre l'embase et la plaquette, après insertion du module de coupe dans le sol, est inférieur à 90°, comme cela est illustré notamment en figures 3 et 6 . En fonctionnement, l'angle entre la plaquette et l'embase est de l'ordre de 45°-60°.
  • Les plaquettes, qui tendent à revenir dans leur position initiale, sont plaquées contre le terrain, ce qui permet de maintenir localement l'étanchéité entre la collerette et le terrain malgré les aspérités du terrain.
  • Sans sortir du cadre de la présente invention, l'angle initial entre la plaquette pourrait être égal ou inférieur à 90° tant que la plaquette vient en appui contre le terrain.
  • En variante, le joint annulaire pourrait aussi être constitué d'une seule pièce, ou de deux demi collerettes.

Claims (10)

  1. Micro-tunnelier (12) comportant :
    un module de coupe (100) comprenant un corps cylindrique (102) s'étendant axialement entre une partie arrière (104) et une partie avant (106), et une tête de coupe (108) située à l'avant du corps cylindrique à l'opposé de la partie arrière, la tête de coupe (108) étant rotative par rapport au corps cylindrique (102) autour de l'axe (B) du corps cylindrique,
    un dispositif de circulation de fluide (110) pour injecter un fluide de forage (F) et aspirer les déblais de forage (D) en partie avant du corps cylindrique,
    au moins un tuyau de fonçage (120) situé à l'arrière du corps cylindrique ;
    un dispositif d'injection (130) d'un fluide de lubrification (L) à l'extérieur du tuyau de fonçage ;
    dans lequel le module de coupe (100) comporte en outre un joint annulaire (150) situé sur la face extérieure (102a) du corps cylindrique (102), le diamètre (D3) du joint annulaire (150) étant au moins égal au diamètre (D2) de la tête de coupe (108), en sorte que le joint annulaire (150) vient en contact avec terrain (P) pendant le forage pour réaliser une séparation fluidique entre le fluide de forage (F) et le fluide de lubrification (L), dans lequel le joint annulaire (150) comprend une collerette (152) formée d'une pluralité d'ailettes (154) juxtaposées et mobiles élastiquement par rapport au corps cylindrique, au moins une des ailettes (154) étant inclinée par rapport au corps cylindrique, caractérisé en ce que les ailettes (150) se recouvrent latéralement au moins partiellement deux à deux.
  2. Micro-tunnelier selon la revendication 1, dans lequel le joint annulaire (150) est situé en partie avant du corps cylindrique (100).
  3. Micro-tunnelier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins une des ailettes est constituée à partir d'une tôle repliée ayant une embase (156) fixée au corps cylindrique (100) et une plaquette (158) formant un angle (α) avec l'embase.
  4. Micro-tunnelier selon la revendication 3, dans laquelle, l'angle (α) entre l'embase (156) et la plaquette (158) est supérieur à 90° avant son insertion dans le sol.
  5. Micro-tunnelier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre (D2) de la tête de coupe (108) est supérieur au diamètre extérieur (D1) du corps cylindrique.
  6. Micro-tunnelier selon la revendication 5, dans lequel la tête de coupe (108) comporte une roue de coupe (109) qui est munie d'outils de coupe (111) faisant saillie radialement au-delà du diamètre (D1) du corps cylindrique.
  7. Micro-tunnelier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre extérieur (D4) du tuyau de fonçage est inférieur ou égal au diamètre (D1) du corps cylindrique.
  8. Micro-tunnelier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tuyau de fonçage comporte au moins un orifice d'injection (136) débouchant sur sa face extérieure et coopérant avec le dispositif d'injection du fluide de lubrification.
  9. Micro-tunnelier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une bague de lubrification (170) disposée axialement entre le corps cylindrique (100) et le tuyau de fonçage (120).
  10. Utilisation d'un micro-tunnelier (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour fabriquer un micro-tunnel dans un sol (S), ledit micro-tunnel étant constitué d'une pluralité de tuyaux de fonçage (120,122) disposés les uns à la suite des autres.
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