FR2759781A1

FR2759781A1 - Seismic monitoring used in testing density of ground along possible route of telecommunications cable trench

Info

Publication number: FR2759781A1
Application number: FR9701759A
Authority: FR
Inventors: Richard Brechotteau
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: FR2759781B1

Abstract

The procedure for monitoring the geological characteristics of a stretch of ground includes carrying out a continuous seismic recording along the whole length of the area of interest, in order to determine the density of the ground at all points. The procedure is carried out using a lorry with a support chassis (5) for a hammer (11) which is intended to create an acoustic shock wave at a given point (4) on the ground. At a distance from the hammer, behind the lorry, there is a receiving sensor (12) detecting the wave transmitted through the ground from the hammer. The hammer and sensor are each mounted on skis attached to the front and back of the vehicle respectively, so that they are able to slide over the ground as the lorry travels. Processing circuitry with a vehicle speed detector is mounted in the vehicle to analyse the results of the continuous testing.

Description

La présente invention est relative à un procédé de contrôle et de reconnaissance des caractéristiques géologiques d'un sol et en particulier de sa densité, préalablement à la réalisation à travers celui-ci d'une tranchée destinée à recevoir un câble de lignes téléphoniques ou autres, cette tranchée étant réalisée par un appareil et une méthode connus, utilisant notamment une lame vibrante ou une trancheuse en continu, comportant généralement un soc analogue à celui d'une charrue qui retourne et déplace la terre, la machine qui supporte ce soc comprenant des moyens de réglage de position de ce dernier et un ensemble de pose simultanée du câble, au fur et à mesure de l'avancement de la tranchée. The present invention relates to a method for controlling and recognizing the geological characteristics of a soil and in particular its density, prior to the construction through it of a trench intended to receive a cable of telephone lines or other , this trench being produced by a known apparatus and method, in particular using a vibrating blade or a continuous slicer, generally comprising a ploughshare similar to that of a plow which turns and displaces the earth, the machine which supports this plowshare comprising means for adjusting the position of the latter and a set of simultaneous laying of the cable, as the trench advances.

Le creusement de tranchées de grande longueur, s'étendant par exemple sur plusieurs kilomètres, pour la pose de câbles de la manière rappelée ci-dessus, nécessite une connaissance approfondie de la nature du sol à ouvrir pour y adapter la méthode de réalisation du sillon qui soit la plus efficace. On conçoit notamment que le matériel utilisé n'est pas le même lorsque le sol est rocheux ou meuble, les techniques mises en oeuvre étant différentes. The digging of very long trenches, extending for example over several kilometers, for laying cables in the manner recalled above, requires a thorough knowledge of the nature of the soil to be opened in order to adapt the method of making the furrow there. which is the most effective. It is understood in particular that the material used is not the same when the ground is rocky or loose, the techniques used being different.

Or, il est évident que le terrain, sur une distance aussi importante, n'est pas uniforme et que par endroits, il peut présenter des variations notables dans sa nature et sa densité, de telle sorte que l'appareil d'excavation en continu employé, qui se déplace sur le sol pour créer la tranchée en rejetant latéralement la terre lors de ce déplacement, et qui est choisi pour travailler un sol supposé meuble, se trouve particulièrement gêné pour sa mise en oeuvre, voire peut subir des détérioriations importantes, si brutalement la nature du sol se modifie, le soc ou outil tranchant de cet appareil pouvant par exemple rencontrer un rocher ou un obstacle similaire qui risque de le briser. However, it is obvious that the ground, over such a long distance, is not uniform and that in places, it can present notable variations in its nature and its density, so that the excavation device continuously employee, who moves on the ground to create the trench by laterally rejecting the earth during this movement, and who is chosen to work on a soil supposed to be loose, is particularly hampered for its implementation, or may even suffer significant deterioration, if suddenly the nature of the ground changes, the ploughshare or cutting tool of this device can for example meet a rock or similar obstacle which is likely to break it.

Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'un relevé précis et surtout continu des caractéristiques du terrain sur toute la longueur de la tranchée à réaliser, afin de connaître les changements de densité rencontrés et pouvoir les localiser le plus précisément possible. It is therefore desirable to be able to have an accurate and above all continuous record of the characteristics of the ground over the entire length of the trench to be made, in order to know the density changes encountered and be able to locate them as precisely as possible.

Il est par ailleurs bien connu d'effectuer la reconnaissance de la nature d'un sol par un procédé sismique, qui consiste à induire dans le terrain un choc mécanique ou autre puis, à une distance donnée de l'endroit où s'est produit ce choc, à placer un capteur qui fournit une indication sur la vitesse de propagation du son dans le terrain et par suite permet d'en déduire, après un étalonnage préalable, la densité ou la dureté de celui-ci. It is also well known to perform the recognition of the nature of a soil by a seismic process, which consists in inducing in the ground a mechanical or other shock then, at a given distance from the place where occurred this shock, to place a sensor which provides an indication of the speed of propagation of the sound in the ground and consequently makes it possible to deduce therefrom, after a prior calibration, the density or the hardness thereof.

Toutefois, cette méthode, généralement connue sous le terme de sismique réfractaire, n'est pas véritablement adaptée, du fait notamment qu'elle ne fournit une indication qu'en des points localement espacés sur le trajet de la tranchée à réaliser où, à l'endroit de chaque mesure, est amené l'appareil comportant un marteau frappant une plaque métallique en appui sur le sol pour initier l'onde de choc, et un capteur, placé à distance de cette plaque pour recueillir l'onde acoustique transmise. However, this method, generally known as refractory seismic, is not really suitable, in particular because it provides an indication only at locally spaced points on the path of the trench to be made where, at the 'place of each measurement, is brought the device comprising a hammer striking a metal plate resting on the ground to initiate the shock wave, and a sensor, placed at a distance from this plate to collect the transmitted acoustic wave.

Il faut donc procéder à de mutiples mesures successives, ce qui est long, coûteux et ne permet qu'un relevé par points selon le trajet de la tranchée destinée à recevoir la ligne téléphonique, cette méthode ne pouvant éviter qu'une zone singulière, par exemple rocheuse, qui se situe entre deux régions moins dures ne soit pas repérée, si les mesures ont été réalisées seulement dans ces autres régions. It is therefore necessary to carry out multiple successive measurements, which is long, costly and only allows a point reading along the path of the trench intended to receive the telephone line, this method being able to avoid only a singular zone, by example rock, which is located between two less hard regions is not identified, if the measurements were carried out only in these other regions.

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif qui évitent ces inconvénients. The subject of the invention is a method and a device which avoid these drawbacks.

A cet effet, le procédé proposé consiste à réaliser un enregistrement sismique continu sur la totalité du trajet de la tranchée à creuser, afin de déterminer en tous points la densité du sol rencontrée. To this end, the proposed method consists in carrying out a continuous seismic recording over the entire path of the trench to be dug, in order to determine at all points the density of the soil encountered.

L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant, d'une part un châssis de support pour un marteau ou analogue, propre à créer en un point du sol une onde de choc acoustique, d'autre part, à distance du marteau, un capteur de réception de l'onde émise après traversée du sol sur cette distance, qui se caractérise en ce que le châssis de support est porté par un engin propre à se déplacer en continu sur le sol et comprend deux skis ou éléments similaires, ayant une surface d'appui au sol, ces deux skis portant respectivement le marteau et le capteur, et un ensemble de mesure, apte à déclencher à intervalles de temps rapprochés le choc du marteau sur son ski et à calculer le temps de propagation de l'onde acoustique reçue par le capteur, cet ensemble comprenant en outre des moyens de mesure du déplacement et de la vitesse de l'engin. The invention also relates to a device for implementing this method, comprising, on the one hand a support frame for a hammer or the like, capable of creating an acoustic shock wave at a point on the ground, on the other hand , at a distance from the hammer, a sensor for receiving the wave emitted after crossing the ground over this distance, which is characterized in that the support frame is carried by a machine capable of moving continuously on the ground and comprises two skis or similar elements, having a bearing surface on the ground, these two skis respectively carrying the hammer and the sensor, and a measuring assembly, capable of triggering at short intervals the impact of the hammer on his ski and of calculating the propagation time of the acoustic wave received by the sensor, this assembly further comprising means for measuring the displacement and the speed of the machine.

Selon une caractéristique particulière du dispositif considéré, le châssis de support comporte une plateforme supportant deux vérins mécaniques, pneumatiques ou hydrauliques, dont l'élément mobile de chacun supporte un des deux skis pour l'appliquer en contact avec le sol ou le relever lorsque le véhicule n'est pas utilisé. According to a particular characteristic of the device considered, the support frame comprises a platform supporting two mechanical, pneumatic or hydraulic jacks, the movable element of each of which supports one of the two skis to apply it in contact with the ground or to raise it when the vehicle is not used.

Selon une autre caractéristique, l'ensemble de mesure comporte une interface informatique, traitant les informations fournies par le marteau et le capteur, les moyens de mesure du déplacement et de la vitesse étant constitués par un radar Doppler, monté sur l'engin et enregistrant les mouvements de celui-ci. According to another characteristic, the measurement assembly comprises a computer interface, processing the information supplied by the hammer and the sensor, the means for measuring the displacement and the speed being constituted by a Doppler radar, mounted on the machine and recording the movements of it.

De préférence, l'ensemble de mesure comporte un filtre pour les ondes acoustiques émises, le signal filtré étant transmis au capteur, une base de temps de synchronisation, un calculateur du temps de transmission de l'onde entre le marteau et le capteur, un circuit d'enregistrement des données fournies par le radar et un circuit d'affichage du résultat ou des mesures effectuées. Preferably, the measuring assembly comprises a filter for the acoustic waves emitted, the filtered signal being transmitted to the sensor, a synchronization time base, a calculator of the time of transmission of the wave between the hammer and the sensor, a circuit for recording data supplied by the radar and a circuit for displaying the result or the measurements carried out.

D'autres caractéristiques d'un procédé de contrôle de la densité d'un sol par voie sismique, préalablement à la réalisation d'une tranchée dans ce sol, et d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, conformes à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
- La Figure 1 illustre schématiquement un engin de transport pour le dispositif de l'invention au-dessus du sol dont on désire connaître en continu les caractéristiques au moyen du procédé de l'invention.Other characteristics of a method of controlling the density of a soil by seismic means, prior to the construction of a trench in this soil, and of a device for the implementation of this method, in accordance with the invention will appear through the following description of an exemplary embodiment, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 schematically illustrates a transport device for the device of the invention above the ground whose characteristics it is desired to know continuously by means of the method of the invention.

- La Figure 2 est un schéma synoptique permettant d'illustrer la manière dont est mis en oeuvre l'ensemble de mesure associé au dispositif de la Figure 1. - Figure 2 is a block diagram to illustrate how the measurement assembly associated with the device of Figure 1 is implemented.

Sur la Figure 1, la référence 1 désigne de façon schématique un engin du type camion ou autre, comportant un châssis 2, muni de roues 3, lui permettant de se déplacer sur le sol, selon le trajet d'une tranchée que l'on souhaite creuser dans ce dernier, au moyen d'un appareil de pénétration et de retournement du sol, en lui-même connu dans la technique et qui n'est pas ici représenté. In FIG. 1, the reference 1 schematically designates a machine of the truck or other type, comprising a chassis 2, provided with wheels 3, allowing it to move on the ground, along the path of a trench that is wishes to dig into the latter, by means of a device for penetrating and turning the soil, in itself known in the art and which is not shown here.

Selon l'invention, on souhaite en effet pouvoir connaître de façon précise les caractéristiques géologiques du sol, et en particulier sa densité en tous points le long du trajet de la tranchée, pour éviter que le soc de l'appareil qui en assure le creusement, en pénétrant dans le sol et en rejetant la terre latéralement au fur et à mesure du déplacement de ce soc, ne rencontre des zones dures et en particulier rocheuses où, sans précautions particulières, l'appareil pourrait être détérioré, voire être brisé. According to the invention, it is indeed desired to be able to know precisely the geological characteristics of the soil, and in particular its density at all points along the path of the trench, to prevent the ploughshare of the device which ensures its digging , penetrating into the ground and rejecting the earth laterally as the ploughshare moves, does not encounter hard and in particular rocky areas where, without special precautions, the device could be damaged or even be broken.

Pour permettre cette reconnaissance précise de ces caractéristiques, tout au long de la tranchée, l'engin 1 comporte une plateforme de support 5, dont la dimension longitudinale est suffisamment grande pour permettre à deux skis ou éléments similaires, respectivement 6 et 7, portés par cette plateforme et en appui permanent contre la surface du sol 4, d'être séparés l'un de l'autre par une distance convenable. To allow this precise recognition of these characteristics, throughout the trench, the machine 1 comprises a support platform 5, whose longitudinal dimension is large enough to allow two skis or similar elements, respectively 6 and 7, carried by this platform and in permanent abutment against the surface of the ground 4, to be separated from each other by a suitable distance.

Chacun des skis 6 ou 7 est réuni à la plateforme 5 par un bras 8, solidaire du corps 9 d'un vérin de positionnement, hydraulique ou pneumatique, dont la tige ou partie mobile 10, est solidarisée du ski 6 ou 7 selon le cas, de manière à permettre, soit d'appliquer étroitement ce ski sur le sol, soit de la relever lorsque l'appareil n'est pas mis en oeuvre. Each of the skis 6 or 7 is joined to the platform 5 by an arm 8, integral with the body 9 of a positioning jack, hydraulic or pneumatic, whose rod or movable part 10, is secured to the ski 6 or 7 as the case may be , so as to allow either to apply this ski closely on the ground, or to raise it when the device is not used.

Les skis 6 et 7 sont avantageusement articulés à l'extrémité des tiges mobiles 10 des vérins, afin d'encaisser les défauts de planéité du sol sur lequel s'appuient ces skis. Ceux-ci sont de préférence réalisés à l'aide d'un matériau métallique et présentent une longueur et une largeur adaptée pour assurer une bonne assise sur le sol, se maintenant sensiblement égale à elle-même pendant tout le déplacement de l'engin 1 suivant le trajet prévu pour la tranchée à réaliser. The skis 6 and 7 are advantageously articulated at the end of the movable rods 10 of the jacks, in order to absorb the flatness defects of the ground on which these skis are based. These are preferably made using a metallic material and have a length and a width adapted to ensure a good seat on the ground, keeping itself substantially equal to itself throughout the movement of the machine 1 along the route planned for the trench to be made.

L'un des deux skis ainsi mis en appui au sol, par exemple le ski 6 sur la Figure 1, est par ailleurs associé à un marteau de frappe 11, très schématiquement illustré sur la Figure et dont le détail de la réalisation pratique n'importe pas à l'invention, ce marteau étant seulement destiné à créer, chaque fois qu'il est mis en oeuvre, un choc sur le ski 6 et à produire par conséquent une onde acoustique qui est transmise par ce ski au sol 4 contre lequel il s'applique. One of the two skis thus placed on the ground, for example the ski 6 in FIG. 1, is moreover associated with a striking hammer 11, very schematically illustrated in the FIG. And the detail of which is not practical. does not matter to the invention, this hammer being only intended to create, each time it is used, an impact on the ski 6 and consequently to produce an acoustic wave which is transmitted by this ski to the ground 4 against which it applies.

La fréquence et l'intensité des chocs créés par le marteau 11 sur le ski 6 peuvent être variables et adaptés à chaque cas particulier. De préférence, on peut choisir une fréquence de l'ordre de dix coups par seconde, le déplacement de l'engin étant usuellement de l'ordre de 2 km par heure. The frequency and intensity of the shocks created by the hammer 11 on the ski 6 can be variable and adapted to each particular case. Preferably, one can choose a frequency of the order of ten shots per second, the movement of the machine usually being of the order of 2 km per hour.

Le second ski 7, prévu à l'opposé du premier sur le support 5, donc séparé du premier par une distance suffisante, est équipé d'un capteur acoustique 12, à sensibilité variable, lequel peut enregistrer en permanence l'onde acoustique émise à partir du ski 6 sous l'effet des chocs successifs reçus du marteau 11. The second ski 7, provided opposite the first on the support 5, therefore separated from the first by a sufficient distance, is equipped with an acoustic sensor 12, with variable sensitivity, which can permanently record the acoustic wave emitted at from the ski 6 under the effect of successive shocks received from the hammer 11.

Connaissant les caractéristiques de l'onde émise et déterminant celles de l'onde reçue, l'appareil permet ainsi, à partir de la distance qui sépare les deux skis et qui permet de déterminer la vitesse de propagation de l'onde acoustique dans le sol, de connaître quelle est la densité relative de ce dernier et par suite de savoir en continu si cette densité est suffisamment faible pour que le soc de l'appareil de formation de la tranchée puisse être déplacé sans risques, ou bien est localement importante, de sorte que ce même soc soit susceptible d'être détérioré ou même brisé, en rencontrant par exemple une roche de grande dureté. Knowing the characteristics of the transmitted wave and determining those of the received wave, the device thus makes it possible, from the distance which separates the two skis and which makes it possible to determine the speed of propagation of the acoustic wave in the ground , to know what is the relative density of the latter and consequently to know continuously if this density is low enough so that the ploughshare of the trench forming apparatus can be moved without risks, or is locally important, so that the same share is likely to be damaged or even broken, for example by encountering a rock of great hardness.

L'appareil selon l'invention comporte, avantageusement, porté par l'engin 1 ou à distance de celui-ci, un ensemble de mesure comprenant une interface informatique, apte à traiter les informations provenant du marteau et du capteur, en combinaison avec des informations permettant de mesurer la vitesse de l'engin lorsqu'il se déplace sur le sol, de préférence fournies au moyen d'un radar de détection à effet Doppler monté sur l'engin et qui enregistre les mouvements de celui-ci. The device according to the invention advantageously comprises, carried by the machine 1 or at a distance from it, a measuring assembly comprising a computer interface, capable of processing the information coming from the hammer and the sensor, in combination with information allowing the speed of the machine to be measured when it is moving on the ground, preferably provided by means of a Doppler detection radar mounted on the machine and which records the movements thereof.

La Figure 2 est un schéma synoptique qui permet de préciser les fonctions mises en oeuvre et les données traitées par l'ensemble de mesure. Figure 2 is a block diagram which specifies the functions implemented and the data processed by the measurement system.

Sur cette figure, l'élément 13 détermine la fréquence de déclenchement du marteau au moyen de vérins de frappe (non représentés), les chocs successifs créés déclenchant à chaque fois une onde acoustique appropriée qui se répand dans le sol à partir du ski 6, et dont une fraction est recueillie par le capteur 12. Une base de temps 14 délivre des "tops" de synchronisation de manière à pouvoir étalonner convenablement le temps qui sépare l'émission de l'onde de sa réception. In this figure, the element 13 determines the frequency of triggering of the hammer by means of striking cylinders (not shown), the successive shocks created each time triggering an appropriate acoustic wave which spreads in the ground from the ski 6, and a fraction of which is collected by the sensor 12. A time base 14 delivers synchronization "tops" so as to be able to properly calibrate the time which separates the emission of the wave from its reception.

L'onde acoustique fournie par le marteau et transmise au capteur 12 est filtrée en 15. Simultanément, le radar de détection porté par l'engin 1 enregistre les mouvements de celui-ci et en fonction de la vitesse de cet engin, fournit des données représentatives de cette dernière. The acoustic wave supplied by the hammer and transmitted to the sensor 12 is filtered at 15. Simultaneously, the detection radar carried by the machine 1 records the movements of the latter and depending on the speed of this machine, provides data representative of the latter.

Un calculateur 17 mesure le temps de propagation de l'onde acoustique entre le marteau 11 et le capteur 12 en fonction de la distance fixe qui les sépare sur le support 5. A computer 17 measures the propagation time of the acoustic wave between the hammer 11 and the sensor 12 as a function of the fixed distance which separates them on the support 5.

La mesure ainsi effectuée, en même temps que les données fournies par le radar de déplacement, sont acheminées à une interface d'enregistrement 18, qui permet de savoir à tout moment, pendant le déplacement de l'engin 1 selon le trajet de la tranchée, quelle est la vitesse instantanée de l'onde acoustique et, par un étalonnage préalable, d'en déduire les caractéristiques de densité, donc de dureté, du sol en tous points. The measurement thus carried out, together with the data supplied by the movement radar, are sent to a recording interface 18, which makes it possible to know at any time, during the movement of the machine 1 according to the path of the trench , what is the instantaneous speed of the acoustic wave and, by prior calibration, to deduce the density characteristics, therefore hardness, of the soil at all points.

Un dispositif d'enregistrement et de représentation graphique 19 permet de fournir instantanément à l'utilisateur une représentation de la dureté du sol selon le trajet de la tranchée, en attirant immédiatement l'attention sur les points singuliers rencontrés où des précautions particulières doivent être éventuellement prises. A recording and graphic representation device 19 makes it possible to instantly provide the user with a representation of the hardness of the soil according to the path of the trench, by immediately drawing attention to the singular points encountered where special precautions may have to be taken. taken.

On réalise ainsi un dispositif de contrôle et de reconnaissance des caractéristiques géologiques d'un sol, particulièrement simples, qui adapte le principe classique de mesure dit de sismique réfractaire, de manière à disposer d'un enregistrement continu, à partir duquel il devient possible d'optimiser les techniques de pose d'un câble, en particulier à usage téléphonique, dans une tranchée enterrée, en limitant les risques résultant des variations parfois importantes de la densité de ce sol le long du trajet de cette dernière. We thus realize a device for controlling and recognizing the geological characteristics of a soil, particularly simple, which adapts the classic principle of measurement known as refractory seismic, so as to have a continuous recording, from which it becomes possible to '' optimize the techniques for laying a cable, in particular for telephone use, in a buried trench, by limiting the risks resulting from the sometimes significant variations in the density of this soil along the path of the latter.

Claims

1 - Method for the control and recognition of the geological characteristics of a soil, in particular along the path of a trench intended to receive a telephone line, characterized in that it consists in carrying out a continuous seismic recording over the entire path of the trench to be dug, in order to determine in all points the density of the soil encountered.

2 - Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises, on the one hand a support frame (5) for a hammer (11) or the like, suitable for creating at a point in the ground (4) an acoustic shock wave, on the other hand, at a distance from the hammer, a sensor for receiving (12) the wave emitted after crossing the ground over this distance, characterized in that the support frame is carried by a machine (1) able to move continuously on the ground and comprises two skis (6, 7) or similar elements, having a bearing surface on the ground, these two skis respectively carrying the hammer and the sensor, and a measuring assembly (17, 18), capable of triggering the impact of the hammer on its ski at close intervals and calculating the propagation time of the acoustic wave received by the sensor, this assembly further comprising measurement means (16) displacement and speed of the machine.

3 - Device according to claim 2, characterized in that the support frame (5) comprises a platform supporting two cylinders (9) mechanical, pneumatic or hydraulic, the movable element (10) of each supports one of the two skis ( 6, 7) to apply it in contact with the ground (4) or raise it when the vehicle is not in use.

4 - Device according to claim 2, characterized in that the measuring assembly comprises a computer interface (18), processing the information provided by the hammer (11) and the sensor (12), the measuring means (16) of the displacement and speed being constituted by a Doppler radar, mounted on the machine and recording the movements thereof.

5 - Device according to claim 4 characterized in that it comprises a filter (15) for the acoustic waves emitted, the filtered signal being transmitted to the sensor (12), a synchronization time base (14), a computer (17 ) of the transmission time of the wave between the hammer and the sensor, a circuit for recording (19) the data supplied by the radar and a circuit for displaying the result or the measurements carried out.