FR2669355A1 - Method and device for improving the mechanical characteristics of ground within the scope of producing an underground construction - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour améliorer, in situ, les caractéristiques mécaniques d'un sol compressible et/ou lâche et/ou comprimé volontairement ou involontairement, dans le cadre du creusement d'un ouvrage souterrain, notamment un tunnel ou une galerie. The invention relates to a method and a device for improving, in situ, the mechanical characteristics of a compressible and / or loose soil and / or compressed voluntarily or involuntarily, in the context of the digging of an underground structure, in particular a tunnel or a gallery.
On sait qu'il est possible d'améliorer les qualités mécaniques d'un sol par injection dans le sol depuis la surface d'un produit adéquat de façon à le compacter localement, par exemple un mortier avec ou sans ciment, une mousse expansible, etc. We know that it is possible to improve the mechanical qualities of a soil by injection into the soil from the surface of an adequate product so as to compact it locally, for example a mortar with or without cement, an expanding foam, etc.
La présente invention a pour but d'adapter cette technique au cas d'un sol en cours de creusement pour la réalisation d'un ouvrage souterrain. The object of the present invention is to adapt this technique to the case of a soil being excavated for the production of an underground structure.
Selon l'invention, on réalise les injections depuis l'intérieur de l'ouvrage, en tant que de besoin, au fur et à mesure du creusement de l'ouvrage. According to the invention, injections are made from inside the structure, as necessary, as the structure is dug.
Cette technique présente notamment l'avantage de pouvoir faire une reconnaissance appropriée des qualités du sol à proximité immédiate de l'ouvrage et au fur et à mesure de son avancement pour décider de l'utilité d'une injection, ce qui ne serait pas économiquement possible et parfois techniquement impossible depuis la surface. This technique has the particular advantage of being able to make an appropriate recognition of the qualities of the soil in the immediate vicinity of the structure and as it progresses to decide on the usefulness of an injection, which would not be economically possible and sometimes technically impossible from the surface.
En outre, cette technique est particulièrement avantageuse dans le cas d'un creusement impliquant l'usage d'un bouclier pour protéger la machine de creusement et/ou le personnel vis-à-vis de modifications du sol environnant et/ou des venues d'eau car elle permet de consolider le sol à l'avancement du bouclier, ce qui évite notamment les inconvénients suivants:
- Difficultés de guidage dans l'espace du bouclier et donc de réalisation de l'ouvrage à son emplacement théorique
- Enfoncement non maîtrisé du bouclier dans le sol avec la même conséquence que ci-avant et le risque de mettre en péril la méthode de creusement et le bouclier lui-même (plusieurs cas connus d'abandon de bouclier dans le sous-sol)
- Effondrement des terres situées devant le bouclier (front d'attaque), lequel engendre un effondrement des terres (appelé généralement "fontis") au-dessus de celles-ci.In addition, this technique is particularly advantageous in the case of digging involving the use of a shield to protect the digging machine and / or the personnel from modifications to the surrounding soil and / or from the effects of water because it consolidates the soil as the shield advances, which in particular avoids the following drawbacks:
- Difficulties in guiding in the shield space and therefore in carrying out the structure at its theoretical location
- Uncontrolled insertion of the shield into the ground with the same consequence as above and the risk of jeopardizing the digging method and the shield itself (several known cases of abandonment of shield in the basement)
- Land collapse in front of the shield (attack front), which causes land collapse (generally called "fontis") above it.
- Instabilité dans le temps de l'ouvrage construit, notamment sous l'effet des tassements, naturels ou non, induits par des actions dues à l'exploitation dudit ouvrage ou à des actions extérieures (par exemple construction d'un ouvrage en surface apportant des surcharges sur le terrain). - Instability over time of the built work, in particular under the effect of settlements, natural or not, induced by actions due to the operation of said work or to external actions (for example construction of a work on the surface providing overloads in the field).
Le bouclier peut être ouvert, ou fermé de façon à créer au front une pression dite de confinement, de façon en soi connue. The shield can be opened or closed so as to create a so-called confining pressure at the front, in a manner known per se.
Le "bouclier" peut être associé ou non à une machine de forage, de façon en soi connue. The "shield" may or may not be associated with a drilling machine, in a manner known per se.
Un tel bouclier associé à une machine de forage est communément appelé "bouclier mécanisé" et, dans certains cas "tunnelier", étant rappelé qu il existe, d'autre part, des tunneliers dépourvus de bouclier. Such a shield associated with a drilling machine is commonly called a "mechanized shield" and, in certain cases "tunnel boring machine", it being recalled that there are, on the other hand, tunnel boring machines without shields.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. The invention also relates to a device for implementing this method.
Selon une caractéristique facultative mais très avantageuse de ce dispositif, on utilise pour réaliser l'injection une sonde pénétrométrique creuse en sorte que lors de l'enfoncement, la sonde permet de mesurer, si on le désire, les caractéristiques de pénétration et donc de juger de la qualité du terrain environnant et, au retour, elle permet d'injecter le produit dans le sol, au fur et à mesure du retrait. According to an optional but very advantageous characteristic of this device, a hollow penetrometer probe is used to carry out the injection so that, during insertion, the probe makes it possible to measure, if desired, the penetration characteristics and therefore to judge the quality of the surrounding soil and, upon return, it allows the product to be injected into the ground, as it is removed.
Le procédé de l'invention implique de préférence les caractéristiques supplémentaires suivantes, isolément ou en combinaison
- on injecte ledit produit dans le sol à partir de la zone du tunnelier protégée par un bouclier,
- on injecte ledit produit de façon à former des colonnes dans le sol,
- on injecte ledit produit vers le bas de façon à réaliser des colonnes aptes à soutenir des parois de soutènement,
- on réalise des colonnes faisant avec l'horizontale un angle compris dans l'intervalle 10-90 ,
- on réalise lesdites injections pendant un arrêt du bouclier. The process of the invention preferably involves the following additional characteristics, alone or in combination
said product is injected into the ground from the tunneling machine area protected by a shield,
- said product is injected so as to form columns in the ground,
said product is injected downwards so as to produce columns capable of supporting retaining walls,
- columns are made making an angle with the horizontal in the range 10-90,
- Said injections are carried out during a shutdown of the shield.
L'invention permet de réaliser, depuis le bouclier lui-même et dans un cycle intégré au cycle d'avancement de celui-ci, la consolidation du terrain en place, vers l'avant ou/et en avant du bouclier ; soit tout autour de celui-ci, soit seulement sur un secteur (par exemple en dessous), sans perturber gravement le cycle d'avancement du bouclier. The invention makes it possible, from the shield itself and in a cycle integrated into the advancement cycle of the latter, to consolidate the ground in place, forward or / and in front of the shield; either all around it, or only on a sector (for example below), without seriously disturbing the advancement cycle of the shield.
On décrira ci-après un exemple de réalisation d'un dispositif de mise en oeuvre de l'invention en référence aux figures du dessin joint sur lequel
- la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un tunnel en cours de creusement au moyen d'un bouclier mécanisé, des colonnes étant réalisés autour du tunnel au fur et à mesure de l'avancement du bouclier conformément à l'invention
- la figure 2 est une coupe schématique du tunnel par un plan vertical transversal
- la figure 3 est une coupe schématique longitudinale partielle du bouclier équipé d'un dispositif d'injection conformément à l'invention, et
- la figure 4 est une coupe schématique transversale dans la partie du bouclier représentée sur la figure 3.An exemplary embodiment of a device for implementing the invention will be described below with reference to the figures of the attached drawing in which
- Figure 1 is a schematic longitudinal section of a tunnel being excavated by means of a mechanized shield, columns being formed around the tunnel as the shield advances in accordance with the invention
- Figure 2 is a schematic section of the tunnel through a vertical transverse plane
FIG. 3 is a partial longitudinal schematic section of the shield equipped with an injection device according to the invention, and
FIG. 4 is a schematic transverse section in the part of the shield shown in FIG. 3.
Les figures 1 et 2 représentent un tunnel T en cours de réalisation au moyen d'un bouclier mécanisé représenté schématiquement par sa tête rotative 1 munie d'outils de creusement et son bouclier 2 situé derrière cette tête. La partie du tunnel déjà réalisée qui se trouve donc en arrière du bouclier est soutenue par une suite d'anneaux de voussoirs 3. Figures 1 and 2 show a tunnel T in progress by means of a mechanized shield shown schematically by its rotary head 1 provided with digging tools and its shield 2 located behind this head. The part of the tunnel already made which is therefore behind the shield is supported by a series of segment rings 3.
Conformément à l'invention, le sol autour du tunnel a été renforcé, au fur et à mesure de l'avancement du bouclier, par des pieux 4 réalisés par injection dans le sol d'un produit adéquat à partir du bouclier de façon à former des colonnes, réparties au-dessous et/ou au-dessus du tunnel, suivant des angles d'injection compris entre 10 et 900 par rapport à l'horizontale dans un plan longitudinal. According to the invention, the ground around the tunnel has been reinforced, as the shield advances, by piles 4 made by injecting into the ground a suitable product from the shield so as to form columns, distributed below and / or above the tunnel, according to injection angles between 10 and 900 relative to the horizontal in a longitudinal plane.
La figure 2 montre un exemple où les colonnes inférieures constituent des pieds 4,4' aptes à soutenir le bouclier puis les anneaux de voussoir 3, les colonnes supérieures 4" assurant des fonctions similaires. FIG. 2 shows an example where the lower columns constitute feet 4,4 'able to support the shield then the rings of segment 3, the upper columns 4 "ensuring similar functions.
Les colonnes ainsi réalisées améliorent les caractéristiques mécaniques du sol par l'un et/ou l'autre des effets suivants
- Augmentation de la surface portante sur le terrain en place et avec pour conséquence une diminution des contraintes d'appui
- Effet de frottement latéral avec les mêmes conséquences
- Augmentation de la densité par compactage du terrain en place avec pour conséquence une amélioration des caractéristiques mécaniques de celui-ci.The columns thus produced improve the mechanical characteristics of the soil by one and / or the other of the following effects
- Increase of the bearing surface on the ground in place and with as a consequence a reduction of the support constraints
- Lateral friction effect with the same consequences
- Increase in density by compacting the ground in place with the consequence of improving its mechanical characteristics.
Le dispositif de l'invention est représenté sur les figures 3 et 4. The device of the invention is shown in Figures 3 and 4.
Dans cet exemple, le bouclier est de type mécanisé et fermé. I1 comprend une paroi cylindrique à travers laquelle se font les injections. In this example, the shield is of the mechanized and closed type. I1 comprises a cylindrical wall through which the injections are made.
Le dispositif représenté comprend
- au moins une sonde constituée d'un tube creux épais 5 comportant un canal longitudinal 5' débouchant au bout de la sonde par un ou plusieurs orifices latéraux ou axial 6 ; cette sonde coulisse dans un puits 7, orientable ou non, qui est fixé au bouclier de façon à coopérer avec une ouverture 8 de la paroi latérale 2 du bouclier pour guider la sonde 5 à travers cette ouverture. Ce puits est démontable pour entretien et réparation de lui-même et de la sonde après fermeture d'une vanne de type guillotine installée à sa base et apte à contenir la pression de l'eau et des terres,
- un vérin de manoeuvre 9 permettant les fonçage et retrait contrôlés de la sonde dans le terrain. La tête du vérin est équipée d'un dispositif d'aggripage ou de préhension 10 sur la sonde permettant les reprises de manoeuvre de celle-ci,
- des moyens 11 d'alimentation du canal de la sonde en produit à injecter,
- des moyens 12 d'alimentation, optionnelle, en eau (ou autre produit) de lavage du puits,
- un appareil 13 pour mesurer les pressions d'injection. The device shown includes
- At least one probe consisting of a thick hollow tube 5 comprising a longitudinal channel 5 'opening at the end of the probe by one or more lateral or axial orifices 6; this probe slides in a well 7, orientable or not, which is fixed to the shield so as to cooperate with an opening 8 of the side wall 2 of the shield to guide the probe 5 through this opening. This well can be dismantled for maintenance and repair of itself and the probe after closing a guillotine-type valve installed at its base and capable of containing the pressure of water and soil,
- an actuating cylinder 9 allowing controlled sinking and removal of the probe in the ground. The head of the jack is equipped with a gripping or gripping device 10 on the probe allowing the maneuvers to be resumed,
means 11 for supplying the probe channel with product to be injected,
means 12, optional, for supplying water (or other product) for washing the well,
a device 13 for measuring the injection pressures.
Le dispositif comporte en outre d'autres moyens (non représentés), à savoir
- les commandes de manoeuvre de la sonde et de pompage du produit a injecter
- le matériel de pompage du produit à injecter
- le circuit et la motorisation hydraulique du vérin de manoeuvre
- les lecteurs et enregistreurs de paramètres de fonçage et d'injection.The device also includes other means (not shown), namely
- the commands to operate the probe and pump the product to be injected
- the pumping equipment for the product to be injected
- the hydraulic actuator circuit and motorization
- drive and injection parameter readers and recorders.
FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF
En cas de doute sur la qualité du terrain à l'avant du bouclier (au vu, par exemple, des réactions de celui-ci), on pratique avec la sonde un essai de pénétration. L'enregistrement des paramètres de pénétration (vitesse et force) permet de définir (sur la base des plots d'essais initiaux) le traitement d'injection à réaliser.OPERATION OF THE DEVICE
If there is any doubt about the quality of the ground at the front of the shield (in view, for example, of its reactions), a penetration test is carried out with the probe. The recording of the penetration parameters (speed and force) makes it possible to define (on the basis of the initial test pads) the injection treatment to be carried out.
L'opération se fait par retrait progressif de la sonde et injection simultanée du produit adéquat dans le sol à partir de la sonde. Le contrôle et la maîtrise des paramètres de retrait (vitesse) et de pompage (débit, pression) permettent de créer dans le sol une pseudo colonne, cylindrique ou non, de produit d'apport. The operation is done by gradual withdrawal of the probe and simultaneous injection of the appropriate product into the soil from the probe. The control and mastery of the withdrawal (speed) and pumping (flow, pressure) parameters make it possible to create in the soil a pseudo column, cylindrical or not, of filler product.
Claims (14)
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|---|---|---|---|
| FR9014377A FR2669355B1 (en) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | PROCESS AND DEVICE FOR IMPROVING THE MECHANICAL CHARACTERISTICS OF A SOIL IN THE CONTEXT OF THE CONSTRUCTION OF AN UNDERGROUND STRUCTURE. |
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Citations (3)
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| DE549556C (en) * | 1928-12-04 | 1932-04-29 | Girdler Corp | Process for removing acidic gases such as carbon dioxide, sulfur dioxide, hydrogen sulfide and the like from gas mixtures |
| JPS62296006A (en) * | 1986-06-13 | 1987-12-23 | Hikari Sugimoto | Method and apparatus for back-filling of tunnel and grouting of surrounding ground for improvement |
| EP0368838A1 (en) * | 1988-11-03 | 1990-05-16 | Gerhard Dr.-Ing. Sauer | Device for the consolidation of geological formations having no or only little stability |
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1990
- 1990-11-19 FR FR9014377A patent/FR2669355B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Title |
|---|
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| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 12, no. 183 (M-703)[3030], 28 mai 1988; & JP-A-62 296 006 (HIKARI SUGIMOTO) 23-12-1987 * |
Also Published As
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| FR2669355B1 (en) | 1995-09-29 |
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