FR2689932A1 - Method for consolidating ground ahead of tunnel cutting machine - involves drilling holes for substantial distances into ground through cutter shield and injecting ground consolidating substance after sleeving - Google Patents
Method for consolidating ground ahead of tunnel cutting machine - involves drilling holes for substantial distances into ground through cutter shield and injecting ground consolidating substance after sleeving Download PDFInfo
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour consolider un terrain en avant d'une machine de creusement d'un tunnel, notamment dans la partie du terrain qui subira l'action de la tête d'abattage de la machine, et elle s'applique en particulier au cas où le front de taille n'est pas directement accessible aux exécutants. The invention relates to a method and a device for consolidating a ground in front of a tunneling machine, in particular in the part of the ground which will be subjected to the action of the felling head of the machine, and it is 'applies in particular to the case where the working face is not directly accessible to the performers.
Le traitement des terrains impose, en général, la réalisation de trous d'injection rapprochés les uns des autres dont la distance varie entre 1 et 3 m selon les terrains et la nature du traitement de confortation. The treatment of the grounds requires, in general, the realization of injection holes close to each other whose distance varies between 1 and 3 m depending on the terrain and the nature of the comfort treatment.
Jusqu'à présent en général, les seuls traitements envisagés se limitent au traitement d'une couronne de terrain périphérique au bouclier à partir de trous inclinés au travers de la trousse avant du bouclier en sorte que l'abandon d'une partie d'un train de tiges de perforation suite à la rupture d'un des éléments le composant ne compromette pas la poursuite du creusement du tunnel, le train de tiges en acier, non "grignotable" par les outils équipant la tête d'abattage ne se trouvant pas sur la trajectoire du bouclier. La présente invention a pour objet de rendre possible la foration au travers de la tête d'abattage, et ainsi de permettre les travaux de reconnaissance et/ou de traitement de la totalité de la section excavée. Until now, in general, the only treatments envisaged have been limited to the treatment of a crown of peripheral land to the shield from holes inclined through the front kit of the shield so that the abandonment of part of a perforation drill string following the rupture of one of its component elements does not compromise the continued digging of the tunnel, the steel drill string, not "nibble" by the tools fitted to the felling head not being on the path of the shield. The object of the present invention is to make drilling possible through the felling head, and thus to allow reconnaissance and / or treatment of the entire excavated section.
Selon la présente invention, on réalise la consolidation depuis l'arrière de la tête d'abattage et, plus précisément, depuis l'arrière d'une paroi étanche qui constitue la cloison arrière d'une chambre de confinement à l'avant de laquelle se trouve la tête d'abattage. According to the present invention, consolidation is carried out from the rear of the harvester head and, more precisely, from the rear of a sealed wall which constitutes the rear partition of a containment chamber at the front of which is the harvester head.
Selon l'invention, on exécute depuis l'arrière de cette cloison et à différents endroits répartis autour de l'axe de la tête, les opérations dans lesquelles
- on exécute un premier forage, horizontal ou incliné, à travers ladite cloison, la chambre de confinement, la tête d'abattage au repos et dans la masse du terrain située en avant de cette tête, sur une longueur de quelques mètres dans le terrain, et on tube simultanément ce forage au moyen d'un premier tube
- on injecte un produit gonflant à prise quasi instantanée entre le tube et la paroi du forage de façon à sceller le tube à cette paroi
- on réalise au moins un deuxième forage, en passant par l'intérieur du premier forage et dans le prolongement de ce premier forage, sur une longueur d'au moins une dizaine de mètres
- on tube simultanément ce deuxième forage avec un deuxième tube, lesdits premier et deuxième tubes étant dans un matériau apte à protéger l'outil de forage d'un éboulement éventuel et à résister aux pressions d'injection du produit de consolidation tout en étant aussi apte à être grignoté par la tête d'abattage en service
- on scelle éventuellement le deuxième tube au premier tube par injection dudit produit gonflant entre les deux tubes ; et
- on injecte par le deuxième tube un produit de consolidation du terrain.According to the invention, operations are carried out from the rear of this partition and at different locations distributed around the axis of the head.
- a first drilling, horizontal or inclined, is carried out through said partition, the confinement chamber, the felling head at rest and in the mass of the ground located in front of this head, over a length of a few meters in the ground , and this drilling is simultaneously tubed by means of a first tube
- a swelling product is injected with almost instantaneous setting between the tube and the borehole wall so as to seal the tube to this wall
- at least one second drilling is carried out, passing through the interior of the first drilling and in the extension of this first drilling, over a length of at least ten meters
- This second drilling is simultaneously tubed with a second tube, said first and second tubes being made of a material capable of protecting the drilling tool from possible collapse and withstanding the injection pressures of the consolidation product while also being suitable for being nibbled by the harvester head in service
- Optionally sealing the second tube to the first tube by injecting said swelling product between the two tubes; and
- a soil consolidation product is injected through the second tube.
Le tubage à l'avancement du forage constitue donc une sorte de soutènement glissant immédiat. The casing at the advancement of the drilling therefore constitutes a sort of immediate sliding support.
"Simultanément" signifie que le tubage est réalisé en même temps que le forage au fur et à mesure de l'avancement du forage. "Simultaneously" means that the casing is carried out at the same time as the drilling as the drilling progresses.
L'invention permet de réduire très sensiblement la durée des travaux de consolidation et donc la durée d'immobilisation de la machine d'abattage. The invention makes it possible to very significantly reduce the duration of consolidation work and therefore the downtime of the slaughter machine.
L'invention permet en outre de récupérer un train de tiges de forage qui aurait été cassé, puisque ces tiges se trouvent à l'intérieur du tubage qui a progressé en même temps que le train. Le taillant situé en tête du train de tiges n'est généralement pas récupérable mais ses dimensions réduites lui permettent d'être ultérieurement évacué avec les déblais d'abattage. The invention also makes it possible to recover a train of drill pipes which has been broken, since these pipes are located inside the casing which has progressed at the same time as the train. The cutter located at the head of the drill string is generally not recoverable, but its reduced dimensions allow it to be later removed with the cuttings.
De plus, le tubage et le scellement isolent totalement la chambre de confinement de la machine des produits de traitement du sol. In addition, the casing and the sealing completely isolate the containment chamber of the machine from the soil treatment products.
Dans des modes de réalisation préférés, on met en oeuvre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- le premier forage a une longueur de 3 à 6 mètres et le deuxième forage a une longueur de 15 à 50 mètres.In preferred embodiments, one or more of the following features are implemented
- the first borehole is 3 to 6 meters long and the second borehole is 15 to 50 meters long.
- le premier forage a un diamètre de 120 à 200 millimètres et le premier tube a un diamètre extérieur de 100 à 180 millimètres. - the first bore has a diameter of 120 to 200 millimeters and the first tube has an outside diameter of 100 to 180 millimeters.
- le deuxième forage a un diamètre de 80 à 150 mm et le deuxième tube a un diamètre de 60 à 120 mm. - the second bore has a diameter of 80 to 150 mm and the second tube has a diameter of 60 to 120 mm.
- on détruit le deuxième tube localement, par éclatement, à un endroit voulu pour la sortie du produit d'injection hors du tube. - The second tube is destroyed locally, by bursting, at a desired location for the exit of the injection product from the tube.
- on utilise des tubes en matériau composite à base de résine et de fibres. - tubes made of composite material based on resin and fibers are used.
On décrira ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en référence aux figures du dessin joint sur lequel
la figure l est une coupe longitudinale d'une machine de creusement de tunnel équipée selon l'invention
.la figure 2 est un schéma de réalisation d'un premier forage et de son tubage, et
la figure 3 est un schéma de réalisation d'un deuxième forage et de son tubage.An example of implementation of the invention will be described below, with reference to the figures in the accompanying drawing in which
Figure l is a longitudinal section of a tunnel digging machine equipped according to the invention
FIG. 2 is a diagram of an initial drilling and its casing, and
Figure 3 is an embodiment of a second borehole and its casing.
La figure l représente, en coupe longitudinale un tunnelier T dont on a schématisé en l la tête d'abattage, située à l'avant d'une chambre de confinement 2 fermée à l'arrière par une cloison étanche 3 derrière laquelle se trouve, conformément à l'invention, une chambre d'injection 4, elle-même fermée à l'arrière par une cloison 5. FIG. 1 represents, in longitudinal section, a tunnel boring machine T of which the harvester head has been shown diagrammatically at 1, situated at the front of a confinement chamber 2 closed at the rear by a watertight partition 3 behind which is located, in accordance with the invention, an injection chamber 4, itself closed at the rear by a partition 5.
La chambre d'injection a une longueur correspondant à la longueur d'un sas d'injection à laquelle s'ajoute la longueur du matériel de perforation et/ou de reconnaissance des terrains. En général, celle-ci sera voisine de 5 m de longueur. Le centre de cette chambre est occupée par un cylindre métallique 6 de fort diamètre (2 à 4 m) dans lequel sont montés tous les organes nécessaires à la motorisation de la tête d'abattage du terrain. En partie basse de la chambre, sous le tube central, sont implantés les organes de transit des déblais depuis la chambre avant jusqu'à l'arrière du bouclier. The injection chamber has a length corresponding to the length of an injection airlock to which is added the length of the perforation and / or ground reconnaissance material. In general, it will be close to 5 m in length. The center of this chamber is occupied by a metal cylinder 6 of large diameter (2 to 4 m) in which are mounted all the members necessary for the motorization of the felling head of the ground. In the lower part of the chamber, under the central tube, are located the cuttings transit organs from the front chamber to the rear of the shield.
La cloison arrière 5 de cette chambre constitue la structure porteuse d'un érecteur de voussoirs. En rendant cette cloison étanche, la chambre d'injection peut, si nécessaire, être utilisée comme chambre de compression intermédiaire (SAS) pour l'accès au front du personnel. The rear partition 5 of this chamber constitutes the supporting structure of a segment erector. By making this partition watertight, the injection chamber can, if necessary, be used as an intermediate compression chamber (SAS) for access to the front of the personnel.
Sur la cloison avant 3 sont implantés des sas d'injection 7 correspondant aux endroits retenus pour les travaux de reconnaissances et/ou d'injection des terrains. On the front partition 3 are installed injection airlocks 7 corresponding to the locations selected for the reconnaissance and / or injection of the land.
Des chemins de roulement 8, des crémaillères 9 ou des chaînes montés autour du tube central permettent le déplacement d'afflûts supports 10 des sondeuses ou des perforatrices pour mise en position au droit et en direction des sas implantés sur la cloison étanche. Tracks 8, racks 9 or chains mounted around the central tube allow the displacement of support mountings 10 for drilling machines or perforators for positioning in line with and in the direction of the airlocks installed on the watertight partition.
Le nombre d'affûts supports des sondeuses ou des perforatrices est fonction de l'importance des travaux à réaliser. Il est au minimum de 2 (1 à droite, 1 à gauche). Ce nombre peut être porté à 6 ou 8 sans inconvénient. The number of supports for sounders or hole punches depends on the importance of the work to be carried out. It is at least 2 (1 on the right, 1 on the left). This number can be increased to 6 or 8 without disadvantage.
En partie basse de la chambre, des puisards recueillent les eaux, les liquides et les produits de coupe. Ceux-ci sont évacués par pompage vers le train suiveur du bouclier d'où ils seront évacués en surface. In the lower part of the room, sumps collect water, liquids and cutting products. These are evacuated by pumping towards the follower train of the shield from where they will be evacuated on the surface.
Sur les parois de la chambre sont implantés les réseaux distribuant l'énergie, l'air comprimé, l'eau et les liquides aux divers matériels mis en oeuvre. On the walls of the room are located the networks distributing energy, compressed air, water and liquids to the various materials used.
On décrira ci-après un exemple de réalisation de forages avec tubages en référence aux figures 2 et 3 du dessin joint. An exemplary embodiment of boreholes with casings will be described below with reference to Figures 2 and 3 of the accompanying drawing.
On réalise les opérations suivantes
- Forage à partir de la cloison 3 d'un trou 11 de diamètre 162 mm et de 5 à 6 m de longueur dans le terrain avec tubage simultané par un tube 12 de 125 mm de diamètre intérieur et de 10 mm environ d'épaisseur.The following operations are carried out
- Drilling from the partition 3 of a hole 11 with a diameter of 162 mm and from 5 to 6 m in length in the ground with simultaneous casing by a tube 12 of 125 mm internal diameter and approximately 10 mm thick.
- Scellement du tube dans son forage par injection d'un volume prédéterminé d'un produit expansif gonflant 13 à prise quasi immédiate en présence d'eau. (Par exemple le produit MARISIL G de la Société WEBER) à l'aide d'une sonde se substituant au train de tiges de perforation (ce train n'est pas représenté sur les figures). - Sealing of the tube in its borehole by injection of a predetermined volume of an expanding swelling product 13 with almost immediate setting in the presence of water. (For example the product MARISIL G from the company WEBER) using a probe replacing the train of perforation rods (this train is not shown in the figures).
Ce tubage et ce scellement isolent totalement la chambre de confinement 2 du bouclier des produits de traitement des sols, la zone de terrain d'une épaisseur de 5 à 6 mm ayant été reconnue et traitée si nécessaire, lors des passes de reconnaissance et/ou de traitement précédentes. Il permet de rétablir l'accès direct à la tête du forage. This casing and this sealing completely isolate the containment chamber 2 of the shield from the soil treatment products, the area of ground with a thickness of 5 to 6 mm having been recognized and treated if necessary, during the reconnaissance passes and / or of previous treatment. It allows to restore direct access to the drilling head.
Quelques minutes après le scellement, il est possible de reprendre le forage au travers du tube de diamètre 125 mm. A few minutes after sealing, it is possible to resume drilling through the 125 mm diameter tube.
- Forage (Fig. 3) d'un trou 14 de 100 mm de diamètre et tubage simultané avec un tube 15 de 96 mm de diamètre extérieur et de 76 mm de diamètre intérieur sur la longueur correspondant au "pas" des phases successives des travaux de reconnaissance et/ou de traitement des terrains. - Drilling (Fig. 3) of a hole 14 with a diameter of 100 mm and simultaneous casing with a tube 15 with an outside diameter of 96 mm and an inside diameter of 76 mm over the length corresponding to the "pitch" of the successive phases of the work reconnaissance and / or treatment of land.
En général, ce pas sera de 15 à 20 m.In general, this step will be 15 to 20 m.
- Scellement sur une longueur de 8 à 10 m du tube de diamètre 96 mm dans le tube de diamètre 125 mm par injection, depuis la tête du forage, du produit gonflant décrit ci-dessus. - Sealing over a length of 8 to 10 m of the 96 mm diameter tube in the 125 mm diameter tube by injection, from the head of the borehole, of the swelling product described above.
- Injection d'un produit de consolidation par le deuxième tubage. - Injection of a consolidation product through the second casing.
Les procédures et moyens décrits ci-après correspondent à un traitement dit en retrait dans lequel le traitement se fait depuis l'extrémité du trou vers le bouclier. Le procédé inverse, dit à l'avancement, est également réalisable. The procedures and means described below correspond to a so-called withdrawal treatment in which the treatment is carried out from the end of the hole towards the shield. The reverse process, said to be in progress, is also feasible.
Sur la longueur de tubage, au-delà du premier tube 12, le deuxième tube 15 ne doit pas faire obstacle à la pénétration des produits dans le terrain à consolider. Pour ce faire, on peut utiliser l'une ou l'autre des techniques suivantes
a) Le tubage 15 est réalisé au moyen d'un tube dit à manchettes qui comporte dans sa paroi des perforations régulièrement espacées obstruées par des clapets empêchant la pénétration d'eau et/ou de particules provenant du terrain vers l'intérieur du tubage.Over the length of casing, beyond the first tube 12, the second tube 15 must not obstruct the penetration of the products into the ground to be consolidated. One of the following techniques can be used for this.
a) The casing 15 is produced by means of a tube called with cuffs which has in its wall regularly spaced perforations obstructed by valves preventing the penetration of water and / or of particles coming from the ground towards the interior of the casing.
b) Le tubage 15 est réalisé au moyen d'un tube continu et étanche, lors de sa mise en place dans le terrain, et on détruit ensuite localement la paroi de ce tube, aux endroits déterminés par l'exploitation de l'enregistrement des conditions du forage (vitesse d'avancement, couple de rotation sur le train de tiges, poussée sur le train de tiges), par l'un des procédés suivants. b) The casing 15 is produced by means of a continuous and sealed tube, when it is placed in the ground, and the wall of this tube is then locally destroyed, at the locations determined by the use of the recording of the drilling conditions (forward speed, torque on the drill string, thrust on the drill string), using one of the following methods.
-1- Découpe partielle locale de la paroi du tube par mise en oeuvre d'un jet d'eau orienté sous très forte pression (plusieurs dizaines de
MPa).-1- Local partial cutting of the wall of the tube by using a water jet oriented under very high pressure (several tens of
MPa).
-2- Fendage ou destruction locale, de la paroi du tube par mise en tension locale du tubage. Ceci pouvant être réalisé par mise sous forte pression (plusieurs MPa) d'un tronçon du tube, soit directement avec de l'eau, de l'air, ou tout autre liquide, ou gonflement d'une vessie, ou par création d'une onde de choc locale par mise à feu d'une charge explosive très faible adaptée. -2- Local splitting or destruction of the wall of the tube by local tensioning of the casing. This can be achieved by putting under high pressure (several MPa) a section of the tube, either directly with water, air, or any other liquid, or swelling of a bladder, or by creating a local shock wave by igniting an adapted very low explosive charge.
Le choix du procédé sera déterminé par la nature du traitement à réaliser
* Pour le comblement d'un vide ou le resserrement d'une zone de terrain décomprimé, le procédé par fendage ou destruction locale 52-2 sera avantageusement mis en oeuvre, le terrain ne s'opposant pas à la dilatation du tube, et par suite à son éclatement.The choice of process will be determined by the nature of the treatment to be performed
* For the filling of a void or the tightening of an area of decompressed ground, the method by local splitting or destruction 52-2 will be advantageously implemented, the ground not opposing the expansion of the tube, and by following its explosion.
* Pour le traitement de consolidation par imprégnation, on utilisera un tube à manchette ou un découpage au jet d'eau. * For the consolidation treatment by impregnation, a cuff tube or a water jet cutting will be used.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de machine et de mise en oeuvre qui ont été décrits. The invention is not limited to the examples of machine and implementation which have been described.
Claims (8)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9204369A FR2689932B1 (en) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | METHOD AND DEVICE FOR CONSOLIDATING A LAND IN FRONT OF A TUNNEL EXCAVATION MACHINE. |
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FR2689932A1 true FR2689932A1 (en) | 1993-10-15 |
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WO2022058885A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Hypertunnel Ip Limited | Tunnelling shield |
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1992
- 1992-04-09 FR FR9204369A patent/FR2689932B1/en not_active Expired - Fee Related
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FR2689932B1 (en) | 1994-07-08 |
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TP | Transmission of property | ||
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