FR2851009A1

FR2851009A1 - Tunnel digging device, has two chassis block enclosing pole placed horizontally supporting hammers equipped with wedge, where jacks ensure direction and stability of set of device

Info

Publication number: FR2851009A1
Application number: FR0301632A
Authority: FR
Inventors: Andre Boniface
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-13
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: FR2851009B1

Abstract

The device has two chassis blocks (12, 13) enclosing a pole (11) placed horizontally supporting hammers (2) equipped with a wedge (1). A cutting hole (3) is activated by hammers (25) that are positioned on an upper part of a set of chassis (2). Jacks (9) ensure the direction and the stability of the set of the device. A screw evacuates waste materials of the tunnel face towards back of a tunnel boring machine.

Description

TUNNELIER A PERCUSSION APTE A LA REALISATIONPUNCTURE TUNNELIER SUITABLE FOR REALIZATION

DE TUNNELS OU GALERIES A GEOMETRIE POLYGONALE TUNNELS OR GALLERIES WITH POLYGONAL GEOMETRY

DANS DES SOLS TRES DURS.IN VERY HARD SOILS.

La présente invention a pour objet un dispositif de creusement des sols 10 durs à très durs pour la réalisation de tunnels et galeries à géométrie polygonale. Le dispositif, objet de l'invention, met en oeuvre deux éléments de forme polygonale, dont l'un renferme des balanciers installés horizontalement munis de marteaux, lesdits marteaux se déplaçant verticalement et alternativement pour briser la roche 15 constituant le front de taille. Les deux éléments formant l'ossature du tunnelier sont indépendants mais reliés entre eux par des axes les rendant mobiles afin d'obtenir un ensemble souple permettant d'effectuer des tunnels avec des rayons de courbure réduits. The present invention relates to a device for digging hard to very hard soils for the production of tunnels and galleries with polygonal geometry. The device, object of the invention, implements two elements of polygonal shape, one of which contains pendulums installed horizontally provided with hammers, said hammers moving vertically and alternately to break the rock 15 constituting the working face. The two elements forming the frame of the tunnel boring machine are independent but connected to each other by axes making them mobile in order to obtain a flexible assembly allowing tunnels to be made with reduced radii of curvature.

Dans les dispositifs connus pour la réalisation des tunnels, l'appareil appelé tunnelier est formé par un tube de grande section supportant et entraînant en rotation un large plateau circulaire à une extrémité, muni de dents qui forent le sol, cette opération est possible, uniquement dans les formations géologiques moyennement dures, le résultat obtenu par 25 cette technique est une galerie cylindrique. In the known devices for the realization of tunnels, the apparatus called tunnel boring machine is formed by a tube of large section supporting and driving in rotation a large circular plate at one end, provided with teeth which drill the ground, this operation is possible, only in medium hard geological formations, the result obtained by this technique is a cylindrical gallery.

Pour la réalisation de tunnel de gabarit de forme rectangulaire, ce genre d'appareil ne peut pas être utilisé, également pour creuser des tunnels de secours, dans les roches dures, parallèles aux tunnels routiers existants. For the construction of a rectangular gauge tunnel, this type of device cannot be used, also for digging emergency tunnels, in hard rocks, parallel to existing road tunnels.

Seul le creusement avec des perforateurs et remploi d'explosifs est possible, ce qui reste dangereux et d'un avancement assez lent, le sol environnant le front de taille est souvent déstabilisé. Only digging with perforators and re-using explosives is possible, which remains dangerous and of a rather slow advance, the ground surrounding the working face is often destabilized.

Dans le but de supprimer ces inconvénients constitués par l'impossibilité 35 d'utiliser un tel outil, pour la réalisation de tunnels polygonaux, la présente invention propose un dispositif constitué de deux éléments formés par deux parallélogrammes reliés entre eux par un vérin hydraulique et deux paires de ciseaux télescopiques. Le premier élément avant renferme des balanciers généralement au nombre de quatre 40 installés par groupe de deux supportant chacun un ou plusieurs marteaux pneumatiques ou hydrauliques, munis à leur extrémité de taillants (Brevet BONIFACE 9901409). In order to eliminate these drawbacks constituted by the impossibility of using such a tool, for the production of polygonal tunnels, the present invention provides a device consisting of two elements formed by two parallelograms connected together by a hydraulic cylinder and two pairs of telescopic scissors. The first front element contains pendulums generally four in number 40 installed in groups of two each supporting one or more pneumatic or hydraulic hammers, provided at their ends with cutting edges (BONIFACE patent 9901409).

Chaque groupe de balanciers est mis en mouvement alternatif par une roue dentée entraînée par une deuxième roue dentée actionnée par un 45 motoréducteur. Une chaîne relie lesdites roues, un plateau circulaire affecté à chaque balancier transforme le mouvement rotatif en mouvement alternatif. Each group of pendulums is reciprocated by a toothed wheel driven by a second toothed wheel actuated by a geared motor. A chain connects said wheels, a circular plate assigned to each balance transforms the rotary movement into alternating movement.

Le vérin hydraulique reliant les deux blocs avant et arrière appelé vérin 50 pousseur assure une pression constante sur le bloc avant portant les marteaux, le bloc arrière étant stabilisé et immobilisé par des vérins prenant appui sur les flancs du tunnel. On comprend que le bloc avant 5 avance au fur et à mesure que la roche du front de taille se désagrège sous l'effet de la percussion des marteaux sur les taillants. The hydraulic cylinder connecting the two front and rear blocks called the pusher cylinder 50 ensures constant pressure on the front block carrying the hammers, the rear block being stabilized and immobilized by jacks bearing on the sides of the tunnel. It is understood that the front block 5 advances as the rock of the cutting face disintegrates under the effect of the percussion of the hammers on the cutting edges.

Le vérin hydraulique assurant la progression du dispositif peut être éventuellement remplacé par un engin sur roue ou chenillé prenant appui à l'arrière du dernier bloc châssis sur lequel il exerce son effort de poussée. The hydraulic cylinder ensuring the progression of the device can optionally be replaced by a wheeled or tracked vehicle bearing on the rear of the last chassis block on which it exerts its thrust force.

Le bloc arrière appelé bloc technique renferme tous les éléments électriques et électroniques ainsi que la centrale hydro-électrique 15 actionnant les moto-réducteurs, les vérins contenus dans les deux blocs, ainsi que les marteaux hydrauliques si l'on a préféré ceux-ci. The rear block called technical block contains all the electrical and electronic elements as well as the hydroelectric power station 15 actuating the geared motors, the jacks contained in the two blocks, as well as the hydraulic hammers if these have been preferred.

Grâce à cette disposition particulière, caractéristique de l'invention, des vérins positionnés à la base du bloc avant assurent la stabilité horizontale 20 et permettent au tunnelier d'obtenir si nécessaire une pente positive ou négative. Les vérins placés sur les flancs inférieurs et supérieurs dudit bloc assurent la stabilité latérale et le guidage de l'engin sur le tracé à suivre, mais laissent suffisamment de jeu pour le coulissage contre les parois du tunnel. Le pilotage de l'engin s'effectue à partir du poste de 25 commande situé dans le bloc arrière. Thanks to this particular arrangement, characteristic of the invention, jacks positioned at the base of the front unit provide horizontal stability 20 and allow the tunnel boring machine to obtain a positive or negative slope if necessary. The jacks placed on the lower and upper sides of said block provide lateral stability and guiding the machine on the path to be followed, but leave enough play for sliding against the walls of the tunnel. The control of the machine is carried out from the control station located in the rear block.

Selon une caractéristique, deux secteurs de cercle formant deux trousses coupantes positionnées sur la partie supérieure du bloc avant exerce leur activité de coupe sur le front de taille, déterminant une légère vote 30 formant le toit du tunnel. Lesdites trousses coupantes subissent l'action de deux marteaux ou plusieurs installés horizontalement sur la partie supérieure du bloc avant. According to one characteristic, two sectors of a circle forming two cutting kits positioned on the upper part of the front block exerts their cutting activity on the cutting face, determining a slight vote 30 forming the roof of the tunnel. Said cutting kits are subjected to the action of two or more hammers installed horizontally on the upper part of the front unit.

Avantageusement les déblais issus du front de taille sont évacués vers 35 l'arrière du tunnelier via une vis sans fin et un transporteur à bande. Advantageously, the cuttings from the cutting face are removed towards the rear of the tunnel boring machine via an endless screw and a conveyor belt.

La surface du front de taille poinçonnée par les marteaux est légèrement plus importante que la section des châssis formant les blocs du tunnelier afin de permettre un meilleur glissement et éviter tout blocage de 40 l'ensemble. The surface area of the face punched by the hammers is slightly larger than the section of the frames forming the blocks of the tunnel boring machine in order to allow better sliding and to avoid any blocking of the assembly.

Tous les éléments constituant le tunnelier sont amovibles et, de ce fait, le poids et encombrement desdits éléments sont réduits et peuvent être installés éventuellement au fond d'une mine pour réaliser des galeries. 45 Les dessins annexés, donnés à titre d'exemple seulement, montrent un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. All the elements constituting the tunnel boring machine are removable and, as a result, the weight and size of said elements are reduced and can possibly be installed at the bottom of a mine to make galleries. 45 The accompanying drawings, given by way of example only, show an embodiment of the device according to the invention.

- La figure (1) est une coupe axiale du dispositif de l'invention. - Figure (1) is an axial section of the device of the invention.

- La figure (2) est une vue de dessus du dispositif de l'invention. - Figure (2) is a top view of the device of the invention.

- La figure (3) est une vue en coupe de la vis transporteuse. - Figure (3) is a sectional view of the conveyor screw.

- La figure (4) est une vue de face des taillants et trousses coupantes sur le front de taille. - Figure (4) is a front view of the cutters and cutting kits on the cutting face.

Comme le montre la figure (1) le dispositif comprend un bloc châssis formant un parallélogramme rectangle(12).Un deuxième bloc arrière (13), quatre balanciers (11) sont montés par paire sur deux arbres (23). 15 Chaque balancier (11) possède un côté fixé mobile sur un arbre (22). A l'autre extrémité de chaque balancier sont fixés par filetage, deux par deux, les marteaux (2) munis de taillants (1). Une roue dentée (19) ainsi que deux plateaux (17) sont montés solidaires sur l'arbre mobile (23), ledit arbre étant maintenu par des paliers sur le châssis (24). 20 Les balanciers (11) installés par paire sont mis en mouvement alternatif deux par deux par les chapes (18) amovibles sur les plateaux (17) et calées à 1800 l'une par rapport à l'autre. As shown in Figure (1) the device comprises a chassis block forming a rectangular parallelogram (12). A second rear block (13), four pendulums (11) are mounted in pairs on two shafts (23). Each balance (11) has one side fixed movably on a shaft (22). At the other end of each pendulum are fixed by thread, two by two, the hammers (2) provided with cutters (1). A toothed wheel (19) and two plates (17) are integrally mounted on the movable shaft (23), said shaft being held by bearings on the frame (24). The pendulums (11) installed in pairs are put in reciprocating movement two by two by the yokes (18) removable on the plates (17) and set at 1800 relative to one another.

Chaque roue dentée (19) est reliée par une chaîne (20) à une deuxième roue dentée motrice (16) elle-même entraînée par le moto-réducteur (5) fixé sur le châssis formant le bloc avant (12). Each toothed wheel (19) is connected by a chain (20) to a second driving toothed wheel (16) itself driven by the gear motor (5) fixed on the chassis forming the front unit (12).

Comme le montre les figures (1) et (2) un vérin hydraulique à double 30 effet (8) prend appui sur le châssis (13) ainsi que sur le châssis avant (12). As shown in Figures (1) and (2) a double-acting hydraulic cylinder (8) is supported on the frame (13) as well as on the front frame (12).

Les deux points de fixation dudit vérin (8) sont montés sur rotule. The two fixing points of said cylinder (8) are mounted on a ball joint.

Comme le montre la figure (1), on peut constater que le bloc avant (12) repose sur des patins munis de vérins (9) afin d'assurer la rectitude de la 35 galerie dans la direction déterminée. As shown in Figure (1), it can be seen that the front unit (12) rests on pads fitted with jacks (9) in order to ensure the straightness of the gallery in the determined direction.

Le dispositif qui vient d'être décrit sera avantageusement complété par des vérins à double effets (10) fixés sur les flancs du bloc avant (12), lesdits vérins étant uniquement utilisés pour le guidage du tunnelier et 40 non pour le bloquer. The device which has just been described will advantageously be supplemented by double-acting cylinders (10) fixed to the sides of the front unit (12), said cylinders being used only for guiding the tunnel boring machine and 40 not for blocking it.

Par ailleurs le bloc arrière (13) comporte des vérins à double effets (7) munis de sabot afin d'exercer une pression latérale suffisante sur les parois pour stabiliser le bloc (13) et lui permettre d'exercer sous la 45 poussée du vérin (8) l'avancement progressif du bloc avant (12). Les balanciers (11) et marteaux (2) et (25) étant en action, on comprend que lorsque la course du vérin (8) est atteinte, le bloc arrière après déblocage des vérins (7) se rapproche du bloc avant sous l'effet de l'inversion du circuit hydraulique du vérin (8), ledit bloc arrière (13) étant à nouveau 50 stabilisé, la progression du tunnelier peut continuer. Furthermore, the rear unit (13) has double-acting cylinders (7) provided with a shoe in order to exert sufficient lateral pressure on the walls to stabilize the unit (13) and allow it to exercise under the thrust of the cylinder. (8) the progressive advancement of the front unit (12). The pendulums (11) and hammers (2) and (25) being in action, it is understood that when the cylinder stroke (8) is reached, the rear block after unlocking the cylinders (7) approaches the front block under the effect of the reversal of the hydraulic circuit of the jack (8), said rear unit (13) being again stabilized, the progress of the tunnel boring machine can continue.

Pour un fonctionnement optimum du dispositif selon l'invention, une 5 paire de ciseaux télescopiques (6) relie les deux blocs avant (12) et arrière (13) afin d'assurer un meilleur guidage. La fixation desdits ciseaux sur les châssis (12) et (13) comporte des rotules, ceci afin d'éviter la rigidité de l'ensemble du tunnelier et permettre des rayons de courbure plus faible dans les tunnels. For optimum functioning of the device according to the invention, a pair of telescopic scissors (6) connects the two front (12) and rear (13) blocks in order to ensure better guidance. The attachment of said scissors to the chassis (12) and (13) comprises ball joints, this in order to avoid the rigidity of the entire tunnel boring machine and allow smaller radii of curvature in the tunnels.

Le bloc arrière (13) renferme la centrale électro-hydraulique (14) ainsi que le poste de commande (15). The rear unit (13) contains the electro-hydraulic unit (14) as well as the control station (15).

Comme le montre la figure (3) une vis transporteuse (21) récupère les 15 déblais à la base du front de taille et les achemine vers l'arrière du tunnelier. Ce procédé étant très connu, il n'est pas décrit. As shown in Figure (3) a conveyor screw (21) collects the 15 cuttings at the base of the cutting face and routes them towards the rear of the tunnel boring machine. This process being very well known, it is not described.

On remarque Figure (4) que deux trousses coupantes (3) peuvent être installées à la partie supérieure du tunnelier sur le bloc avant (12) et 20 soumises à l'action de deux marteaux (25) positionnés également à la partie supérieure du bloc (12). Note in Figure (4) that two cutting kits (3) can be installed at the top of the TBM on the front unit (12) and 20 subjected to the action of two hammers (25) also positioned at the top of the block (12).

Le déplacement des marteaux (25) est assuré par deux vérins à double effets (4), l'ensemble vérins (4) et marteaux (25) est maintenu en ligne par les glissières (24). The movement of the hammers (25) is ensured by two double-acting cylinders (4), the set of cylinders (4) and hammers (25) is kept in line by the slides (24).

L'alimentation en fluide, en l'occurrence de l'air comprimé provenant des compresseurs extérieurs, est distribué aux marteaux (2) et (25) par le conduit (26). The fluid supply, in this case the compressed air coming from the external compressors, is distributed to the hammers (2) and (25) by the conduit (26).

Un tunnelier à percussion construit selon l'invention peut être avantageusement utilisé pour réaliser des tunnels de forme polygonale dans des sols très durs. An impact tunnel boring machine constructed according to the invention can advantageously be used to make polygonal tunnels in very hard soils.

Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui en a 35 été donné, toute variante considérée comme équivalence ne pouvant en modifier la portée. It is understood that the invention is not limited to the example which has been given of it, any variant considered to be equivalent cannot modify its scope.

Claims

10) Device suitable for producing tunnels or galleries of polygonal shape comprising two chassis blocks (12) (13) in the form of a parallelogram linked together by a pair of telescopic scissors (6) and a jack (8), the chassis (12) contains pendulums (11) installed horizontally, supporting hammers (2) equipped with cutters (1), said cutters exert their striking action by moving alternately and vertically on the cutting face, the double-acting cylinder (8) ensures permanent contact between the cutters (1) and the cutting face, the cutting kits (3) actuated by the hammers (25) are positioned on the upper part of the chassis (12), the jacks (9) and (7) provide direction and stability of the entire device, an endless screw (21) removes the cuttings from the cutting face towards the rear of the tunnel boring machine.

20) Device according to claim 1, characterized in that the assembly of the device called tunnel boring machine 25 is composed of two elements forming two chassis blocks (12) (13) connected together by means of a central double jack effect (8) and a pair of telescopic scissors (6) fixed mobile on the chassis blocks (12) (13).

30) Device according to claim 2, characterized in that the chassis block (12) comprises at its front and rear base slides adjustable in height under the effect of vertically installed jacks (9).

40) Device according to claim 3, characterized in that the cutters (1) exert their striking action on the cutting face by moving alternately and 40 vertically on said cutting face.

50) Device according to claim 4, characterized in that the double-acting cylinder (8) mounted on 45 ball joints bears on the block (13) and exerts pressure on the front block (12).

60) Device according to claim 5, characterized in that the driving force driving the rockers (11) via the pinions (19) (16) and chain (20) is provided by the electric or hydraulic gear motor ( 5).

70) Device according to claim 6, 10 Characterized by the fact that hammers (25) are positioned on the upper front part of the chassis block (12) and exert their striking action on the cutting kits (3), kept in a horizontal position by the slides (24).

80) Device according to claim 7, characterized in that the electro-hydraulic unit (14) and the control station (15) are contained inside the chassis block (13).