FR2752877A1 - Method for laying pipes underground using tunnelling machine - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE PAR DEMI-BOUCLIER ET DISPOSITIF DE MISE EN
OEUVRE DE CELUI-CI
La présente invention concerne un procédé par demi-bouclier qui permet de faire avancer une canalisation sur une distance extrêmement longue dans le sol en poussant uniquement l'extrémité arrière du tuyau qui se trouve le plus en arrière, tout en réduisant notablement la résistance de frottement entre le tuyau d'avancement et le sol et en éliminant la nécessité de constituer un évidement arrière aussi important, et un dispositif destiné à mettre en oeuvre ce procédé.HALF-SHIELD PROCESS AND IMPLEMENTATION DEVICE
WORK OF IT
The present invention relates to a half-shield method which makes it possible to advance a pipe over an extremely long distance in the ground by pushing only the rear end of the pipe which is furthest back, while significantly reducing the frictional resistance between the advancement pipe and the ground and eliminating the need to constitute such a large rear recess, and a device intended to implement this process.
Un procédé par demi-bouclier est utilisé pour construire une canalisation dans le sol pour constituer un système d'égouts et d'autres installations souterraines. A half-shield process is used to construct a pipeline in the ground to form a sewer system and other underground facilities.
Dans un procédé par demi-bouclier, un vérin et une plaque d'appui pour force de réaction sont placés dans un puits de départ pour pousser une machine à bouclier et un tuyau de Hume dans le sol à l'aide du vérin. In a half-shield process, a jack and a reaction force backing plate are placed in a starting well to push a shield machine and a Hume pipe into the ground using the jack.
Lorsque le tuyau de Hume est poussé complètement dans le sol, un autre tuyau de Hume est poussé dans le sol à la suite du premier. Cette opération est répétée pour pousser une pluralité de tuyaux de Hume l'un après l'autre jusqu'à ce que la machine à bouclier atteigne un puits d'arrivée. La machine à bouclier est ensuite retirée du puits d'arrivée. Une canalisation est ainsi construite dans le sol entre le puits de départ et le puits d'arrivée.When the Hume pipe is pushed completely into the ground, another Hume pipe is pushed into the ground following the first. This is repeated to push a plurality of Hume pipes one after the other until the shield machine reaches an arrival well. The shield machine is then removed from the inlet well. A pipeline is thus built in the ground between the starting well and the arrival well.
Pour réduire le coût de la construction, ou lorsqu'une canalisation doit être construite sous une zone résidentielle fortement peuplée ou sous une rue à grande circulation, il est souhaitable de ramener le nombre de puits de départ et d'arrivée au strict minimum en augmentant la distance entre les trous de départ et d'arrivée adjacents. A cet effet, on doit faire avancer des tuyaux d'avancement sur une très longue distance d'un puits à un autre. To reduce the cost of construction, or when a pipeline must be built under a densely populated residential area or under a busy street, it is desirable to reduce the number of start and end wells to the strict minimum by increasing the distance between the adjacent start and finish holes. To this end, advancement pipes must be advanced over a very long distance from one well to another.
Pour faire avancer des tuyaux sur une distance aussi longue que possible dans le sol, il est extrêmement important de réduire les frottements entre les tuyaux et le sol. To advance pipes as far as possible in the ground, it is extremely important to reduce the friction between the pipes and the ground.
Les figures 4A et 4B montrent comment les frottements entre les tuyaux d'avancement et le sol sont réduits dans un procédé par demi-bouclier classique. Tandis que la machine à bouclier 1 et les tuyaux d'avancement 2 avancent dans le sol, la machine à bouclier 1 creuse un trou qui a un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur des tuyaux. FIGS. 4A and 4B show how the friction between the advance pipes and the ground is reduced in a conventional half-shield process. While the shield machine 1 and the advancement pipes 2 advance in the ground, the shield machine 1 digs a hole which has a diameter slightly greater than the outside diameter of the pipes.
La partie marginale du trou qui dépasse le diamètre extérieur des tuyaux d'avancement 2 dans une proportion d'environ 50 mm est appelé évidement arrière 3. Une conduite d'alimentation 5 en matériau de remblayage est reliée à des trous d'injection 4 réalisés dans les tuyaux d'avancement 2 pour amener du matériau de remblayage 6 dans l'évidement arrière 3 par l'intermédiaire des trous 4 pour combler l'évidement 3 au moyen de matériau de remblayage. Le matériau de remblayage 6 remplissant l'évidement 3 réduit les frottements entre les tuyaux 2 et le sol.The marginal part of the hole which exceeds the outside diameter of the advancement pipes 2 in a proportion of approximately 50 mm is called rear recess 3. A supply pipe 5 of backfill material is connected to injection holes 4 made in the advancement pipes 2 to bring backfill material 6 into the rear recess 3 via the holes 4 to fill the recess 3 by means of backfill material. The backfill material 6 filling the recess 3 reduces the friction between the pipes 2 and the ground.
Chaque tuyau d'avancement 2 comporte un seul trou d'injection 4, situé à la partie supérieure ou à la partie inférieure de celui-ci. Ainsi, le matériau de remblayage 6 injecté dans l'évidement 3 par le trou d'injection 4 unique dans chaque tuyau 2 ne peut pas être distribué sur toute la circonférence du tuyau 2, comme il est indiqué sur les figures 4A et 4B. Au contraire, le matériau de remblayage 6 est présent uniquement au voisinage du trou d'injection 4. Etant donné que le matériau de remblayage 6 est présent non pas sur toute la circonférence des tuyaux, mais uniquement partiellement sur les tuyaux, les frottements entre les tuyaux et le sol restent toujours relativement importants. Il est ainsi difficile de faire avancer des tuyaux sur une distance aussi longue. Each advancement pipe 2 has a single injection hole 4, located at the top or at the bottom of it. Thus, the backfill material 6 injected into the recess 3 through the single injection hole 4 in each pipe 2 cannot be distributed over the entire circumference of the pipe 2, as indicated in FIGS. 4A and 4B. On the contrary, the backfill material 6 is present only in the vicinity of the injection hole 4. Since the backfill material 6 is present not on the entire circumference of the pipes, but only partially on the pipes, the friction between the pipes and soil are still relatively large. This makes it difficult to advance pipes over such a long distance.
Une façon de réduire les frottements entre les tuyaux et le sol consiste à réaliser un évidement arrière 3 qui correspond à plus du double des dimensions de l'évidement arrière ordinaire, par exemple environ 120 mm de large, ce qui fait que le matériau de remblayage 6 peut être distribué sur toute la circonférence des tuyaux. Mais un évidement arrière 3 aussi important augmente le jeu entre les tuyaux 2 et le sol naturel, permettant difficilement de maintenir les tuyaux de manière stable en position. C'est-à-dire que tandis que l'on fait avancer les tuyaux au travers d'un espace où la pression exercée par les eaux souterraines est élevée, ils vont "flotter" en raison de la poussée exercée, n'étant ainsi plus alignés les uns par rapport aux autres, ainsi qu'il est indiqué sur les figures 5A et 5B. One way to reduce the friction between the pipes and the ground is to make a rear recess 3 which corresponds to more than twice the dimensions of the ordinary rear recess, for example about 120 mm wide, which makes the backfill material 6 can be distributed over the entire circumference of the pipes. But such a large rear recess 3 increases the clearance between the pipes 2 and the natural soil, making it difficult to keep the pipes stable in position. That is to say that while the pipes are advanced through a space where the pressure exerted by the groundwater is high, they will "float" due to the pressure exerted, thus not being more aligned with each other, as shown in Figures 5A and 5B.
Un autre problème inhérent à l'évidement arrière 3 surdimensionné consiste en ce que l'évidement est plus susceptible de s'effondrer, provoquant un tassement de consolidation ainsi qu'il est indiqué par le repère 7 sur la figure 5c. Another problem inherent in the oversized rear recess 3 is that the recess is more likely to collapse, causing consolidation consolidation as indicated by the reference 7 in FIG. 5c.
Un objet de la présente invention consiste à fournir un procédé par demi-bouclier qui permet de faire avancer des tuyaux dans le sol sur une distance extrêmement longue par un système de commande centralisé placé en surface, supprimant ainsi la nécessité de toute main d'oeuvre manuelle en sous-sol, tout en répartissant un matériau de remblayage sur la totalité de la circonférence des tuyaux, réduisant ainsi au minimum la résistance entre les tuyaux et le sol naturel sans qu'il soit besoin de prévoir un évidement arrière surdimensionné. An object of the present invention is to provide a half-shield process which allows pipes to be advanced into the ground over an extremely long distance by a centralized control system placed on the surface, thus eliminating the need for any labor manually in the basement, while distributing a backfill material over the entire circumference of the pipes, thus minimizing the resistance between the pipes and the natural soil without the need for an oversized rear recess.
Selon la présente invention, il est fourni un procédé par demi-bouclier destiné à faire avancer une machine à bouclier et des tuyaux d'avancement qui suivent la machine à bouclier dans le sol sur une longue distance, le procédé étant caractérisé en ce que, tandis que l'on fait avancer la machine à bouclier et les tuyaux d'avancement, un matériau de comblement de l'évidement arrière est injecté sous pression dans un évidement formé autour de la périphérie extérieure des tuyaux d'avancement par l'intermédiaire d'une pluralité de points répartis autour de chacun des tuyaux d'avancement de sorte que le matériau de comblement de l'évidement arrière est réparti de manière uniforme sur la totalité de la circonférence de chacun des tuyaux d'avancement. According to the present invention, there is provided a half-shield process for advancing a shield machine and advancement pipes which follow the shield machine in the ground over a long distance, the method being characterized in that, as the shield machine and the feed pipes are advanced, a filling material from the rear recess is injected under pressure into a recess formed around the outer periphery of the feed pipes via 'a plurality of points distributed around each of the advancement pipes so that the filling material of the rear recess is distributed uniformly over the entire circumference of each of the advancement pipes.
D'autres caractéristiques et objets de la présente invention deviendront évidents à la lecture de la description suivante effectuée en faisant référence aux dessins ci-annexés, sur lesquels
La figure 1 est une vue en coupe montrant la façon dont on fait avancer des tuyaux dans le procédé par demi-bouclier, selon la présente invention
la figure 2 est une vue de côté en coupe en gros plan d'un tuyau intermédiaire utilisé dans le procédé selon la présente invention
la figure 3 est une vue en perspective d'un tuyau intermédiaire
la figure 4A est une vue en coupe montrant la façon dont on fait avancer des tuyaux dans un procédé par demi-bouclier classique
la figure 4B est une vue de côté en coupe verticale de la figure 4A
la figure 5A est une vue de côté en coupe verticale selon un procédé par demi-bouclier classique, dans lequel un évidement arrière surdimensionné est réalisé
la figure 5B est une vue en coupe montrant la façon dont les tuyaux d'avancement sont déformés dans le procédé classique illustré sur la figure 5A ; et
la figure 5C est une vue en coupe montrant la façon dont un tassement de consolidation se produit
Le mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit en faisant référence aux figures 1 à 3.Other features and objects of the present invention will become apparent on reading the following description made with reference to the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a sectional view showing how pipes are advanced in the half-shield process according to the present invention
Figure 2 is a side view in close-up section of an intermediate pipe used in the method according to the present invention
Figure 3 is a perspective view of an intermediate pipe
Figure 4A is a sectional view showing how pipes are advanced in a conventional half-shield process
Figure 4B is a side view in vertical section of Figure 4A
FIG. 5A is a side view in vertical section according to a conventional half-shield method, in which an oversized rear recess is produced
Figure 5B is a sectional view showing how the advancement hoses are deformed in the conventional method illustrated in Figure 5A; and
Figure 5C is a sectional view showing how consolidation consolidation occurs
The embodiment of the invention is now described with reference to Figures 1 to 3.
La figure 1 illustre un mode de réalisation du procédé par demi-bouclier selon la présente invention. FIG. 1 illustrates an embodiment of the half-shield method according to the present invention.
Un vérin 12 et une plaque d'appui pour force de réaction 13 sont placés dans un puits de départ 11. Une machine à demi-bouclier 14 et les tuyaux d'avancement 15 sont poussés dans le sol par le vérin 12 par une couronne de poussée 16.A cylinder 12 and a reaction force support plate 13 are placed in a starting well 11. A half-shield machine 14 and the advancement pipes 15 are pushed into the ground by the cylinder 12 by a crown of push 16.
La machine à demi-bouclier 14 est du type classique, comportant un trépan rotatif 17 au niveau de son extrémité antérieure destiné à percer un trou ayant un diamètre qui correspond à la somme du diamètre extérieur des tuyaux d'avancement 15 et de deux fois la largeur de l'évidement arrière 18, qui est par exemple de 50 mm. Des tuyaux intermédiaires de longueur réduite 19 comportant une pluralité de trous sont disposés entre les tuyaux d'avancement adjacents 15. The half-shield machine 14 is of the conventional type, comprising a rotary drill bit 17 at its anterior end intended for drilling a hole having a diameter which corresponds to the sum of the outside diameter of the advancement pipes 15 and twice the width of the rear recess 18, which is for example 50 mm. Intermediate pipes of reduced length 19 comprising a plurality of holes are arranged between the adjacent advancing pipes 15.
Les tuyaux intermédiaires 19 sont des tuyaux en béton ou en acier de longueur réduite et sont raccordés au niveau de leurs deux extrémités aux tuyaux d'avancement adjacents 15. Ainsi qu'il est indiqué sur la figure 3, chaque tuyau intermédiaire 19 comporte une pluralité de trous d'injection 20 dans sa paroi périphérique, et qui sont disposés de manière circonférentielle à des intervalles prédéterminés. The intermediate pipes 19 are concrete or steel pipes of reduced length and are connected at their two ends to the adjacent advancement pipes 15. As indicated in FIG. 3, each intermediate pipe 19 has a plurality injection holes 20 in its peripheral wall, and which are arranged circumferentially at predetermined intervals.
Les trous d'injection 20 sont reliés à une conduite de distribution 21 disposée dans chaque tuyau intermédiaire 19 par l'intermédiaire de buses 22 munies de clapets anti-retour. Les conduites de distribution 21 sont reliées ensemble par l'intermédiaire d'un flexible d'alimentation 23 en matériau de remplissage de l'évidement arrière s'étendant au travers des tuyaux d'avancement 15 (figure 1). Le flexible d'alimentation 23 est à son tour raccordé à un dispositif d'alimentation 24 en matériau de remplissage de l'évidement arrière placé sur le sol près du puits de départ 11. Le dispositif d'alimentation 24 comprend des injecteurs 25, un panneau de commande à distance 26, un coffret d'appareillages 27, une pompe d'alimentation sous pression 28, etc. The injection holes 20 are connected to a distribution pipe 21 disposed in each intermediate pipe 19 by means of nozzles 22 provided with non-return valves. The distribution pipes 21 are connected together by means of a supply hose 23 for filling material of the rear recess extending through the advancement pipes 15 (FIG. 1). The supply hose 23 is in turn connected to a supply device 24 for filling material of the rear recess placed on the ground near the starting well 11. The supply device 24 comprises injectors 25, a remote control panel 26, switchgear cabinet 27, pressure feed pump 28, etc.
Une vanne électromagnétique 29 est prévue au niveau de la liaison d'assemblage entre chaque conduite de distribution 21 et le flexible d'alimentation 23. A l'intérieur de chaque tuyau intermédiaire 19 se trouve un détecteur de pression 31 destiné à mesurer la pression du matériau de remplissage de l'évidement arrière 30 injecté dans l'évidement arrière 18, et un boîtier de commande 32 (figure 2) . Les vannes électromagnétiques 29, les détecteurs de pression 31 et les boîtiers de commande 32 sont reliés électriquement à une unité de commande centralisée montée en surface, c'est-à-dire un ordinateur, de sorte que l'ordinateur peut gérer les points d'injection, la pression et les quantités, la poussée totale, la résistance au niveau de la circonférence des tuyaux, la teneur en oxygène, etc. An electromagnetic valve 29 is provided at the connection point between each distribution pipe 21 and the supply hose 23. Inside each intermediate pipe 19 is a pressure detector 31 intended to measure the pressure of the filling material for the rear recess 30 injected into the rear recess 18, and a control unit 32 (FIG. 2). The solenoid valves 29, the pressure detectors 31 and the control boxes 32 are electrically connected to a centralized surface mounted control unit, i.e. a computer, so that the computer can manage the points of injection, pressure and quantities, total thrust, resistance at the circumference of the pipes, oxygen content, etc.
La distance entre les tuyaux intermédiaires 19 adjacents, le nombre de trous d'injection 20 réalisés dans chaque tuyau intermédiaire 19, leurs positions et la distance entre les trous 20 adjacents peuvent être fixés en fonction de la nature du sol et des conditions d'avancement des tuyaux. The distance between the adjacent intermediate pipes 19, the number of injection holes 20 made in each intermediate pipe 19, their positions and the distance between the adjacent holes 20 can be fixed according to the nature of the soil and the conditions of progress. pipe.
Le procédé par demi-bouclier va maintenant être décrit. The half-shield process will now be described.
Comme il est indiqué sur la figure 1, tandis que l'on fait avancer dans le sol la machine à demibouclier 14 et les tuyaux d'avancement 15, en creusant un trou à l'aide de la machine à demi-bouclier 14 et en les poussant à l'aide du vérin 12, chaque tuyau intermédiaire 19 est raccordé au tuyau d'avancement 15, maintenant un intervalle approprié entre les tuyaux adjacents 19, le flexible d'alimentation 23 raccordé aux conduites de distribution 21 des tuyaux intermédiaires 19 est raccordé au dispositif d'alimentation 24, et celle ou celles nécessaire(s) des vannes électromagnétiques 29 est (sont) ouverte(s) par l'ordinateur pour injecter sous pression le matériau de remplissage 30 de l'évidement arrière dans l'évidement arrière 18 par l'intermédiaire des trous d'injection 20. As indicated in FIG. 1, while the semi-shield machine 14 and the advancement pipes 15 are advanced in the ground, by digging a hole using the half-shield machine 14 and pushing them using the jack 12, each intermediate pipe 19 is connected to the advancement pipe 15, maintaining an appropriate gap between the adjacent pipes 19, the supply hose 23 connected to the distribution pipes 21 of the intermediate pipes 19 is connected to the supply device 24, and that or those necessary of the electromagnetic valves 29 is (are) opened (s) by the computer to inject under pressure the filling material 30 of the rear recess into the recess rear 18 via the injection holes 20.
En se basant sur la pression du matériau de remplissage 30 de l'évidement arrière injecté dans l'évidement arrière 18, telle qu'elle est mesurée par le détecteur de pression 31, l'ordinateur module la quantité de matériau de remplissage 30 injectée dans l'évidement arrière 18 en ouvrant et en fermant les vannes électromagnétiques 29 par l'intermédiaire du boîtier de commande 32. Based on the pressure of the filling material 30 from the rear recess injected into the rear recess 18, as measured by the pressure sensor 31, the computer modulates the amount of filling material 30 injected into the rear recess 18 by opening and closing the electromagnetic valves 29 via the control unit 32.
Ainsi qu'il est indiqué sur la figure 2, chaque tuyau intermédiaire 19 comporte une pluralité de trous d'injection 20 disposés de manière circonférentielle. As shown in Figure 2, each intermediate pipe 19 has a plurality of injection holes 20 arranged circumferentially.
Du matériau de remplissage 30 de l'évidement arrière est injecté dans l'évidement arrière 18 par l'intermédiaire de tous ces trous d'injection 20, tous en même temps, de sorte qu'il est réparti de manière uniforme sur toute la circonférence des tuyaux intermédiaires 19 et des tuyaux d'avancement 15. Il est ainsi possible de maintenir les tuyaux 15 et 19 au centre de l'évidement arrière 18 avec une grande précision.Filling material 30 from the rear recess is injected into the rear recess 18 via all of these injection holes 20, all at the same time, so that it is distributed uniformly over the entire circumference intermediate pipes 19 and advancement pipes 15. It is thus possible to maintain the pipes 15 and 19 in the center of the rear recess 18 with great precision.
Le matériau de remplissage de l'évidement arrière utilisé dans la présente invention est un additif alimentaire en poudre blanche composé essentiellement de soude polyacrylique. Il est utilisé sous la forme d'un matériau visqueux ayant un pH de 7 par addition d'eau. Ce matériau de remplissage est absolument sans danger pour l'homme, les animaux et les plantes et ne pollue pas l'environnement. Lorsqu'il est injecté dans l'évidement, il forme instantanément un film en comblant les interstices entre les grains du sol, maintenant ainsi une pression hydraulique dans l'évidement. The filling material for the rear recess used in the present invention is a food additive in white powder composed essentially of polyacrylic soda. It is used in the form of a viscous material having a pH of 7 by adding water. This filling material is absolutely harmless to humans, animals and plants and does not pollute the environment. When injected into the recess, it instantly forms a film by filling the interstices between the grains of the soil, thus maintaining hydraulic pressure in the recess.
En ouvrant et en fermant de manière sélective les vannes électromagnétiques 29, le matériau de remplissage de l'évidement arrière 30 est instantanément distribué sur toute la circonférence des tuyaux intermédiaires 19 et des tuyaux d'avancement 15 au niveau des parties nécessaires. Ainsi, l'évidement arrière peut être maintenu durant un laps de temps important. Egalement, il est possible de réduire les frottements entre la périphérie extérieure des tuyaux d'avancement 15 et le sol naturel, et de faire ainsi avancer les tuyaux sur une très longues distance, de l'ordre de 1000 mètres. By selectively opening and closing the solenoid valves 29, the filling material of the rear recess 30 is instantly distributed over the entire circumference of the intermediate pipes 19 and the advancement pipes 15 at the necessary parts. Thus, the rear recess can be maintained for a significant period of time. Also, it is possible to reduce the friction between the outer periphery of the advancing pipes 15 and the natural ground, and thus to advance the pipes over a very long distance, of the order of 1000 meters.
Etant donné que la pression du matériau de remplissage 30 dans l'évidement arrière est surveillée de manière continue par les détecteurs 31, il est possible de réapprovisionner le matériau de remplissage 30 lorsque l'avance des tuyaux est stoppée et que le matériau de remplissage dans l'évidement diminue. Since the pressure of the filling material 30 in the rear recess is continuously monitored by the sensors 31, it is possible to replenish the filling material 30 when the advance of the pipes is stopped and the filling material in the recess decreases.
Selon la présente invention, il est possible de répartir le matériau de remplissage de l'évidement arrière de manière uniforme sur toute la circonférence des tuyaux que l'on fait avancer dans le sol. Ceci permet de conserver l'évidement arrière et de réduire les frottements entre la périphérie extérieure des tuyaux d'avancement et le sol naturel, sans avoir à réaliser un évidement arrière surdimensionné grâce au matériau de remplissage sous haute pression dans l'évidement. On peut ainsi faire avancer les tuyaux sur une distance extrêmement grande, de sorte qu'il est possible de réduire le nombre de puits verticaux et ainsi de construire une canalisation avec une grande productivité à faible coût. According to the present invention, it is possible to distribute the filling material of the rear recess uniformly over the entire circumference of the pipes which are advanced in the ground. This keeps the rear recess and reduces friction between the outer periphery of the advancement pipes and the natural ground, without having to make an oversized rear recess thanks to the filling material under high pressure in the recess. It is thus possible to advance the pipes over an extremely large distance, so that it is possible to reduce the number of vertical wells and thus to build a pipeline with high productivity at low cost.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described above and shown, from which we can provide other modes and other embodiments, without departing from the scope of the invention .
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