FR2813327A1 - DEVICE FOR DRAINING A FLOOR IN DEPTH - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF POUR DRAINER UN SOL EN PROFONDEURDEVICE FOR DRAINING A FLOOR IN DEPTH
La présente invention concerne un dispositif pour drainer un sol en profondeur au moyen d'au moins un drain, ledit drain comprenant une chambre obturée en sa partie inférieure par un clapet agencé pour être ouvert lorsque la chambre est en dépression par rapport à l'extérieur et se fermer quand la chambre est en surpression, la chambre comportant un détecteur de niveau de l'eau ou du liquide à évacuer par le drain au sein de ladite chambre, un tuyau d'arrivé d'air comprimé connecté à une réserve d'air comprimé et un tuyau d'évacuation de l'eau refoulée hors de ladite chambre par l'air The present invention relates to a device for draining a deep soil by means of at least one drain, said drain comprising a chamber closed in its lower part by a valve arranged to be open when the chamber is in depression relative to the outside. and close when the chamber is overpressure, the chamber comprising a water or liquid level detector to be evacuated through the drain within said chamber, a compressed air inlet pipe connected to a reserve of compressed air and a hose for discharging water discharged from said chamber by air
comprimé et aboutissant en zone inférieure de la chambre. compressed and ending in the lower zone of the chamber.
Un dispositif de ce genre peut être particulièrement adapté pour drainer un sol suite à un glissement de terrain profond mais aussi pour rabattre la nappe, par exemple, lors A device of this kind can be particularly suitable for draining soil following a deep landslide, but also for folding down the groundwater, for example, during
de réalisation de grandes fouilles, pour des terrains moyennement perméables. carrying out large excavations, for moderately permeable soils.
Lors d'un glissement de terrain dont la surface de cisaillement est située à une profondeur importante, c'est-à-dire supérieure à la dizaine de mètres, les techniques de stabilisation sont très limitées et il est souvent nécessaire de se contenter de suivre During a landslide whose shear surface is located at a significant depth, that is to say greater than ten meters, the stabilization techniques are very limited and it is often necessary to be content to follow
la déformation sans pouvoir la stabiliser. deformation without being able to stabilize it.
Les solutions mécaniques de stabilisation sont beaucoup trop lourdes compte tenu des The mechanical stabilization solutions are much too heavy given the
masses énormes à stabiliser.huge masses to stabilize.
Les solutions de drainage paraissent plus séduisantes. Les techniques de puits verticaux classiques sont fréquemment envisagées avec des pompes classiques immergées. Cependant, rutilisation de ces pompes entraîne des difficultés de gestion, d'entretien et de pérennité car les débits à extraire par puits sont très variables et souvent faibles: 10 à 500 /h est la gamme de débits les plus courants, sauf cas rares pour lesquels des débits ponctuellement forts peuvent alors être gérés correctement Drainage solutions seem more attractive. Conventional vertical well techniques are frequently considered with conventional submersible pumps. However, the reuse of these pumps leads to management, maintenance and sustainability difficulties because the flow rates to be extracted per well are very variable and often low: 10 to 500 / h is the most common range of flow rates, except in rare cases for which punctually high flows can then be managed correctly
par des pompes immergées.by submerged pumps.
On peut utiliser également des drains dits "siphons" pour lesquels révacuation de l'eau se fait par un siphonnage traditionnel. Cependant, la profondeur à laquelle on peut drainer l'eau est limitée par la dénivelée maximale entre le point haut du siphon et son exutoire. Cette solution nécessite un exutoire en dénivelée suffisante par rapport à la tête du siphon et son rendement est diminué lorsque l'eau est chargée de matières en One can also use so-called "siphon" drains for which the water is discharged by a traditional siphoning. However, the depth to which water can be drained is limited by the maximum drop between the high point of the siphon and its outlet. This solution requires an outlet in sufficient elevation relative to the head of the siphon and its yield is reduced when the water is loaded with materials
suspension, ce qui est généralement le cas lors d'un glissement de terrain. suspension, which is usually the case during a landslide.
On connaît par ailleurs dans le brevet allemand DE-B-1 242 516 un dispositiftel que décrit en préambule. Cependant, dans ce dispositif, l'extérieur de la chambre est constamment mis en dépression. Cela signifie qu'il faut prévoir sur les lieux du drainage des moyens de création d'une telle dépression, particulièrement difficiles à mettre en place sur un forage. D'autre part, le dispositif utilise en alternance dans la chambre de rair comprimé ou une dépression, pour enchaîner sans discontinuer les phases de remplissage et d'évacuation de l'eau. Il peut y avoir alors une consommation inutile d'air s'il n'y a pas d'eau à pomper dans le terrain. Plus particulièrement lorsque le débit à extraire est discontinu, cela peut également entraîner un disfonctionnement du drain si reau ne remonte pas pendant un certain temps jusque dans la zone Also known in German patent DE-B-1 242 516 a device that described in the preamble. However, in this device, the outside of the chamber is constantly put under vacuum. This means that means must be provided on the drainage site for the creation of such a depression, which is particularly difficult to install on a borehole. On the other hand, the device alternately uses compressed air or a vacuum in the chamber, to connect the filling and evacuation phases of the water without interruption. There can then be an unnecessary consumption of air if there is no water to pump in the ground. More particularly when the flow to be extracted is discontinuous, this can also lead to a malfunction of the drain if the water does not rise for a certain time as far as the area
supérieure de la chambre.superior of the room.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif qui permet de drainer un sol à grande profondeur, pouvant fonctionner à des débits quasi nuls et/ou discontinus tout en ne nécessitant que des forages de faibles diamètres, et qui permet de réaliser des économies en ce qui concerne la consommation d'air comprimé. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que la chambre est obturée en sa partie supérieure par une cloison disposée en profondeur dans le drain, ladite cloison comportant trois passages pour recevoir le détecteur de niveau, le tuyau d'évacuation et le tuyau d'arrivée d'air comprimé, et en ce que ledit tuyau d'arrivée d'air comprimé aboutit dans la zone The present invention aims to overcome these drawbacks by proposing a device which makes it possible to drain a soil at great depth, which can operate at almost zero and / or discontinuous flows while requiring only drilling of small diameters, and which makes it possible to carry out savings in terms of compressed air consumption. To this end, the invention relates to a device of the type indicated in the preamble, characterized in that the chamber is closed at its upper part by a partition disposed deep in the drain, said partition comprising three passages for receiving the level detector, the exhaust pipe and the compressed air inlet pipe, and in that said compressed air inlet pipe ends up in the area
supérieure de la chambre.superior of the room.
D'une manière particulièrement avantageuse, le détecteur de niveau est constitué par un câble électrique trois conducteurs terminés par un contact et aboutissant à des niveaux différents, respectivement un premier contact au voisinage de la partie inférieure de la chambre, un deuxième contact légèrement au-dessus du tube d'évacuation d'eau puis un troisième contact au voisinage de l'extrémité du tube In a particularly advantageous manner, the level detector is constituted by an electric cable three conductors terminated by a contact and ending at different levels, respectively a first contact in the vicinity of the lower part of the chamber, a second contact slightly at- above the water evacuation tube then a third contact near the end of the tube
d'arrivée d'air comprimé.compressed air inlet.
Ledit détecteur de niveau est relié à une commande d'électrovanne alimentée électriquement et elle-même reliée à une électrovanne trois voies agencée pour injecter de l'air comprimé lorsque le niveau d'eau dans la chambre atteint le troisième contact au voisinage de l'extrémité du tube d'arrivée d'air comprimé et pour arrêter l'injection d'air comprimé lorsque le niveau d'eau repasse au-dessous du deuxième Said level detector is connected to an electrically powered solenoid valve control and itself connected to a three-way solenoid valve arranged to inject compressed air when the water level in the chamber reaches the third contact in the vicinity of the end of the compressed air supply tube and to stop the injection of compressed air when the water level drops below the second
contact.contact.
L'électrovanne peut être reliée à une réserve d'air comprirmé alimentée par un compresseur. The solenoid valve can be connected to a reserve of compressed air supplied by a compressor.
Avantageusement, le tuyau d'évacuation de l'eau comprend au moins un clapet anti- Advantageously, the water evacuation pipe comprises at least one check valve.
retour du côté de son extrémité aboutissant à la chambre. back from the side of its end leading to the chamber.
Le tuyau d'évacuation de l'eau peut être dirigé dans une zone de dénivelée inférieure à The water drain hose can be directed into a drop zone less than
son niveau de sortie du drain pour constituer une canne de siphonnage. its outlet level from the drain to form a siphon rod.
Le dispositif peut comprendre une série de drains tels que définis cidessus, chaque drain ayant sa propre commande d'électrovanne et sa propre électrovanne, 'ensemble des électrovannes étant alimenté par une seule réserve d'air comprimé pouvant être alimentée par un compresseur. The device may include a series of drains as defined above, each drain having its own solenoid valve control and its own solenoid valve, the set of solenoid valves being supplied by a single reserve of compressed air which can be supplied by a compressor.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante The present invention and its advantages will appear better in the following description
d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement une coupe du dispositif selon l'invention mis en place au of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawing in which the single figure schematically represents a section of the device according to the invention installed in
sein d'un puits de forage.within a borehole.
Le dispositif de drainage 20 selon rinvention comprend un drain 1 positionné au niveau d'un forage. Ce drain pourrait bien entendu être lancé, c'est-à-dire enfoncé par injection d'eau à la base du drain ou mis en place pour tout autre procédé connu. Le The drainage device 20 according to the invention comprises a drain 1 positioned at the level of a borehole. This drain could of course be launched, that is to say driven by injecting water at the base of the drain or implemented for any other known process. The
drain 1 est mis en place verticalement mais peut aussi être incliné. drain 1 is placed vertically but can also be tilted.
Perpendiculairement au drain 1 est creusée une canalisation 15 dans laquelle débouche Perpendicular to the drain 1 is dug a pipe 15 into which opens
le drain 1, et comportant des regards de visite 2 permettant un accès au drain 1. the drain 1, and comprising inspection manholes 2 allowing access to the drain 1.
Il est bien sûr possible de prévoir que le drain 1 débouche directement au niveau du sol. Le drain 1 comporte du côté de son extrémité inférieure une chambre 3 constituant un volume fermé et obturée en sa partie inférieure 17 par un clapet 4 et en sa partie supérieure par une cloison 16. La chambre 3 est positionnée en profondeur à l'intérieur du drain 1 de sorte que sa partie inférieure 17 est à proximité de l'extrémité inférieure du drain I au contact de l'eau et que la cloison 16 soit elle- même disposée It is of course possible to provide that the drain 1 opens directly at ground level. The drain 1 comprises on the side of its lower end a chamber 3 constituting a closed volume and closed in its lower part 17 by a valve 4 and in its upper part by a partition 16. The chamber 3 is positioned deep inside the drain 1 so that its lower part 17 is close to the lower end of the drain I in contact with water and that the partition 16 is itself disposed
en profondeur et suffisamment éloignée du sol en fonction de la profondeur du forage. deep and sufficiently distant from the ground depending on the depth of the borehole.
Le clapet 4 est agencé pour être ouvert pour laisser rentrer dans la chambre 3 le liquide à pomper lorsque la chambre 3 est en dépression par rapport à l'extérieur et se fermer quand la chambre 3 est en surpression. Tout autre système assurant les mêmes The valve 4 is arranged to be open to allow the liquid to be pumped into the chamber 3 when the chamber 3 is under vacuum relative to the outside and to close when the chamber 3 is over-pressurized. Any other system ensuring the same
fonctions peut être utilisé.functions can be used.
Dans cette variante, la chambre 3 est intégrée au drain. Dans ce cas, la paroi du drain 1 sur la hauteur de la chambre 3 est pleine et non crépinée pour constituer un volume clos. Dans une autre variante non représentée, la chambre peut être dissociée du drain In this variant, the chamber 3 is integrated into the drain. In this case, the wall of the drain 1 on the height of the chamber 3 is full and not screened to form a closed volume. In another variant not shown, the chamber can be separated from the drain
et portée par un support, le drain pouvant alors présenter une partie crépinée. and carried by a support, the drain can then have a screened portion.
La cloison 16 de la chambre 3 comporte trois passages pour recevoir un détecteur de niveau du liquide à évacuer 5, un tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé et un tuyau 7 The partition 16 of the chamber 3 has three passages for receiving a level detector of the liquid to be discharged 5, a pipe 6 for the arrival of compressed air and a pipe 7
d'évacuation du liquide refoulé hors de la chambre. evacuation of the pumped liquid out of the chamber.
Le détecteur de niveau du liquide à évacuer est constitué par un câble électrique 5. The level detector of the liquid to be evacuated consists of an electric cable 5.
comportant trois fils conducteurs, chaque fil étant arrêté à des profondeurs différentes et dont l'extrémité est dénudée et terminée par un contact. Ainsi, un fil est arrêté au voisinage de la partie inférieure de la chambre 3 définissant un premier contact A. Un autre fil est arrêté à un niveau légèrement supérieur (environ 10 cm) à l'extrémité du tuyau 7 définissant un contact B et le dernier fil est arrêté, en partie supérieure de la chambre 3 définissant un troisième contact C. Ainsi, les contacts A, B, C sont destinés à détecter le niveau de liquide dans la chambre 3 respectivement au fond de celle-ci légèrement au-dessus de l'arrivée du comprising three conductive wires, each wire being stopped at different depths and the end of which is stripped and terminated by contact. Thus, a wire is stopped in the vicinity of the lower part of the chamber 3 defining a first contact A. Another wire is stopped at a slightly higher level (about 10 cm) at the end of the pipe 7 defining a contact B and the last wire is stopped, in the upper part of the chamber 3 defining a third contact C. Thus, the contacts A, B, C are intended to detect the level of liquid in the chamber 3 respectively at the bottom of the latter slightly above of the arrival of
tuyau d'évacuation de l'eau et au niveau du tuyau d'arrivée d'air comprirmé. water evacuation pipe and at the compressed air inlet pipe.
Le câble 5 est relié à une commande d'électrovanne 9 alimentée électriquement et The cable 5 is connected to an electrically powered solenoid valve control 9 and
activant une électrovanne trois voies 10. activating a three-way solenoid valve 10.
La chambre 3 comporte également un tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé dont l'extrémité inférieure aboutit dans la zone supérieure de la chambre 3 sensiblement au niveau du contact C. Le tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé passe dans la canalisation de protection 15 et son autre extrémité est reliée à l'électrovanne trois voies 10, elle-même reliée, au moyen d'une vanne 11 à une réserve 12 d'air comprimé alimentée par un compresseur 13. La The chamber 3 also comprises a pipe 6 for the arrival of compressed air, the lower end of which terminates in the upper zone of the chamber 3 substantially at the level of the contact C. The pipe 6 for the arrival of compressed air passes through the pipe. 15 and its other end is connected to the three-way solenoid valve 10, itself connected, by means of a valve 11 to a reserve 12 of compressed air supplied by a compressor 13. The
réserve 12 est régulée entre une pression mini et une pression maxi. reserve 12 is regulated between a minimum pressure and a maximum pressure.
L'électrovanne 10 est agencée pour injecter de l'air comprimé dans la chambre 3 par le tuyau 6 lorsque le niveau d'eau dans ladite chambre 3 atteint le contact C au voisinage de l'extrémité du tube 6 d'arrivée d'air comprimé, pour arrêter l'injection d'air comprimé lorsque le niveau d'eau repasse au-dessous du deuxième contact B et pour The solenoid valve 10 is arranged to inject compressed air into the chamber 3 through the pipe 6 when the water level in said chamber 3 reaches contact C near the end of the air intake tube 6 compressed, to stop the injection of compressed air when the water level drops below the second contact B and to
remettre la chambre 3 à la pression atmosphérique. return chamber 3 to atmospheric pressure.
La chambre 3 comporte également un tuyau 7 d'évacuation de l'eau hors de la chambre 3, aboutissant en zone inférieure de la chambre 3, à un niveau légèrement inférieur au contact B. Le tuyau 7 d'évacuation comporte au moins un clapet anti-retour 8 choisi pour The chamber 3 also comprises a pipe 7 for discharging the water from the chamber 3, ending in the lower zone of the chamber 3, at a level slightly below the contact B. The pipe 7 for discharging comprises at least one valve check valve 8 chosen for
supporter le poids de la colonne d'eau évacuée. support the weight of the evacuated water column.
Le tuyau 7 d'évacuation passe dans la canalisation de protection 15 et se dirige vers un exutoire 14 situé à une cote et à une distance indifférentes. Il peut toutefois être intéressant d'utiliser le tuyau 7 comme canne de siphonnage si la dénivelée de l'exutoire 14 le permet. Pour cela, il sera conduit dans une zone en dénivelée inférieure par rapport au point haut du siphon. Son extrémité peut alors être traitée soit en la relevant vers le haut, soit en l'immergeant dans un réservoir rempli d'eau, The evacuation pipe 7 passes through the protective pipe 15 and goes towards an outlet 14 located at an indifferent dimension and distance. It may however be advantageous to use the pipe 7 as a siphon rod if the difference in level of the outlet 14 allows it. For this, it will be driven into a lower elevation area compared to the high point of the siphon. Its end can then be treated either by raising it upwards, or by immersing it in a tank filled with water,
l'ensemble permettant alors de travailler suivant un principe de siphonnage. the assembly then making it possible to work according to a siphoning principle.
Le dispositif selon l'invention constitue un drain électropneumatique qui fonctionne de la manière suivante: lorsque la colonne d'eau au sein du forage atteint une certaine hauteur, la chambre 3 devient alors en dépression par rapport à la pression exercée par reau. De ce fait, la clapet 4 s'ouvre, le fluide de forage pouvant alors pénétrer The device according to the invention constitutes an electropneumatic drain which operates in the following manner: when the water column within the borehole reaches a certain height, the chamber 3 then becomes in depression with respect to the pressure exerted by the water. Therefore, the valve 4 opens, the drilling fluid can then penetrate
dans le chambre 3 de par la seule pression hydrostatique de la colonne d'eau. in chamber 3 by the hydrostatic pressure of the water column alone.
Parallèlement, la chambre 3 est mise à la pression atmosphérique par l'intermédiaire du tuyau 6 et de rélectrovanne 10 dont la voie à rair libre est ouverte. Le passage du fluide devant le contact B ouvre le circuit de rélectrovanne 10. Lorsque la chambre 3 est pleine, le contact C ouvre 'électrovanne 10 de telle sorte à injecter de l'air comprimé par le biais du tuyau 6. La chambre 3 devient alors en surpression par At the same time, the chamber 3 is brought to atmospheric pressure by means of the pipe 6 and of the solenoid valve 10, the free air path of which is open. The passage of the fluid in front of the contact B opens the solenoid valve circuit 10. When the chamber 3 is full, the contact C opens the solenoid valve 10 so as to inject compressed air through the pipe 6. The chamber 3 becomes then in overpressure by
rapport à l'extérieur et le clapet 4 se ferme. outside and the valve 4 closes.
L'air comprimé refoule le liquide hors de la chambre 3 par le biais du tuyau d'évacuation 7 aboutissant à la vidange de ladite chambre 3, jusqu'à ce que le fluide repasse devant le contact B, induisant alors la fermeture de l'électrovanne 10 et la The compressed air discharges the liquid out of the chamber 3 via the evacuation pipe 7 leading to the emptying of the said chamber 3, until the fluid passes again in front of the contact B, thus inducing the closing of the solenoid valve 10 and the
remise de la chambre 3 à la pression atmosphérique. return of chamber 3 to atmospheric pressure.
Le contact entre C et A ouvre donc l'électrovanne 10. En revanche, rabsence de The contact between C and A therefore opens the solenoid valve 10. On the other hand, the absence of
contact entre B et A ferme ladite électrovanne, si celle-ci est ouverte. contact between B and A closes said solenoid valve, if the latter is open.
L'eau contenue dans le tuyau d'évacuation 7 ne peut pas redescendre dans la chambre The water contained in the evacuation pipe 7 cannot go back down into the chamber
3 du fait des clapets anti-retour 8. 3 due to the non-return valves 8.
Si le tuyau 7 est utilisé comme canne de siphonnage, ledit tuyau 7 est alors amorcé, le volume évacué de la chambre 3 étant calibré pour être supérieur au volume nécessaire pour que le tuyau 7 s'amorce. Le siphon débite alors jusqu'à son désamorçage éventuel. L'opération peut ainsi être renouvelée de manière périodique un grand nombre de fois If the pipe 7 is used as a siphon rod, said pipe 7 is then primed, the volume evacuated from the chamber 3 being calibrated to be greater than the volume necessary for the pipe 7 to prime. The siphon then flows until it can be defused. The operation can thus be repeated periodically a large number of times
pour aboutir à la vidange du forage. to end up draining the borehole.
Le drain électropneumatique selon rinvention permet de pouvoir pomper à grande profondeur, en jouant sur la pression de l'air comprimé, des débits quasi nuls jusqu'à des débits inférieurs à 5 m3/h; tout en ne nécessitant que des forages de diamètres The electropneumatic drain according to the invention makes it possible to be able to pump at great depth, by acting on the pressure of the compressed air, almost zero flow rates up to flow rates of less than 5 m3 / h; while requiring only boreholes of diameters
faibles, ce qui est particulièrement avantageux pour des forages de grande profondeur. low, which is particularly advantageous for very deep drilling.
D'autre part, selon l'invention, l'injection d'air comprimé se fait seulement lorsque la chambre 3 est pleine. Quand le drain, sur la hauteur du refoulement, est vide, il peut rester vide, sans besoin d'air comprimé. Cela permet une grande économie d'air comprirné. Enfin, la mise à la pression atmosphérique de la zone supérieure de la chambre 3 après le refoulement du liquide hors de la chambre permet une nouvelle rentrée de liquide dans la chambre 3 par le clapet 4 uniquement par le poids de l'eau à l'extérieur du drain. Cela évite l'utilisation d'air en dépression, d'o une économie importante au On the other hand, according to the invention, the injection of compressed air is done only when the chamber 3 is full. When the drain, on the height of the discharge, is empty, it can remain empty, without the need for compressed air. This allows a great saving of compressed air. Finally, putting the upper zone of the chamber 3 at atmospheric pressure after the liquid has been discharged from the chamber allows a new return of liquid into the chamber 3 by the valve 4 solely by the weight of the water in the outside the drain. This avoids the use of vacuum air, resulting in significant savings in
niveau de l'équipement du forage.level of drilling equipment.
La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier. Notamment, il est possible de travailler avec plusieurs drains en série, chaque drain ayant sa propre commande d'électrovanne et sa propre électrovanne, l'électrovanne étant alimenté par The present invention is not limited to the embodiment described but extends to any modification and variant obvious to a person skilled in the art. In particular, it is possible to work with several drains in series, each drain having its own solenoid valve control and its own solenoid valve, the solenoid valve being supplied by
une seule réserve d'air cornprimé alimentée par un compresseur. a single reserve of compressed air supplied by a compressor.
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