FR3123591A1 - Equipement pour pousser un train suiveur d’un tunnelier - Google Patents
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Abstract
Equipement pour pousser un train suiveur (9) d’un tunnelier dont la paroi est recouverte de voussoirs (2), le train suiveur comportant des rouleaux (4) sur lesquels peut rouler le train suiveur, l’équipement comprenant un châssis d’ancrage (1), avec des pieds d’ancrage (7) escamotables via des vérins d’ancrage (17), par rapport à des trous dans les voussoirs, deux vérins de poussée (5,6) à double effet reliés au châssis d’ancrage et au train suiveur, un dispositif de freinage (3) avec des patins (14) pour bloquer sélectivement les rouleaux via des vérins de freinage (13), un système de commande hydraulique (10) pour diriger de l’huile sous pression sélectivement dans les chambres hydrauliques des vérins, l’équipement permettant de provoquer une extension des vérins de poussée pour éloigner le train suiveur du châssis d’ancrage, puis provoquer la rétraction des vérins de poussée pour rapprocher le châssis d’ancrage du train suiveur, et ainsi de suite. Figure pour l’abrégé : Fig. 4
Description
La présente invention est relative généralement aux équipements pour désassembler et retirer un tunnelier depuis un tunnel achevé. En particulier, on s’intéresse ici à un équipement destiné à repousser un train suiveur de tunnelier depuis le puits d’arrivée vers le puits de départ du tunnel, en vue du retrait du train suiveur.
En effet, il s’avère en pratique plus judicieux de repousser le train suiveur jusqu’au puits de départ du tunnel afin que le puits d’arrivée ne soit pas mobilisé par le désassemblage et le retrait du train suiveur. Le puits l’arrivée est alors disponible pour d’autres activités comme la finalisation du tunnel, la réalisation d’une station ou tous autres travaux.
Contexte et art antérieur
Un tunnelier est habituellement constitué d’une installation de tête qui comprend une roue de coupe, une jupe/bouclier et un dispositif de pose des voussoirs. À l’arrière de l’installation de tête est disposé un train suiveur qui contient une pluralité de fonctions auxiliaires comme un système pour l’évacuation des déblais issus du creusement, un système d’approvisionnement des voussoirs neufs, et de nombreuses autres fonctions auxiliaires.
Le train suiveur présente une longueur importante, souvent dans la pratique plus de 50 m, le plus souvent 80 m ou plus. Le désassemblage et le retrait d’un tel train suiveur nécessite un nombre d’opérations important et mobilise le chantier pendant un temps très important.
Il s’avère que dans de nombreux chantiers, il est préférable de ramener le train suiveur jusqu’au puits de départ de creusement du tunnel. On ne retire que certains composants de l’installation de tête du tunnelier par le puits d’arrivée, notamment la roue de coupe, et on repousse le reste du tunnelier sur un parcours ‘à reculons’ jusqu’à la zone de départ du creusement du tunnel.
Pour en revenir au train suiveur, ce dernier, outre sa longueur, présente une masse importante, le plus souvent plus de 400 tonnes, voire plus de 500 tonnes. Le poids total du train suiveur peut atteindre ou dépasser 1000 tonnes.
Par conséquent, le repoussage du train suiveur depuis le puits d’arrivée jusqu’au puits de départ du tunnel est une opération lourde.
Il a déjà été proposé d’utiliser des treuils ou des tracteurs chenillards pour tirer le train suiveur. Toutefois, ces solutions ne sont pas satisfaisantes. En effet, l’utilisation d’un système de treuils sur une grande longueur présente des risques de sécurité, et de plus cela n’est pas adapté à des configurations où le tunnel n’est pas rectiligne. S’agissant de la solution des tracteurs chenillards, pour tracter un train de 500 tonnes ou plus, il faut une adhérence au sol gigantesque et donc il faut charger avec de multiples lests le tracteur chenillard, ce qui est très fastidieux et coûteux, sans parler des risques de sécurité liée à la descente et à la remontée de lests lourds dans les puits d’accès.
Il est donc apparu un besoin pour proposer une solution plus optimisée.
À cet effet, il est donc proposé un équipement (ou ‘appareillage’ou ‘système’) pour pousser un train suiveur d’un tunnelier, le train suiveur étant situé à l’intérieur d’un tunnel de section circulaire formé, s’étendant selon une direction longitudinale (X) et dont la paroi est recouverte de voussoirs (2), le train suiveur comportant une pluralité de bogies avec des rouleaux sur lesquels peut rouler le train suiveur, le dispositif comprenant :
- un châssis d’ancrage (1), équipé d’une pluralité de pieds d’ancrage (7) escamotables, chaque pied étant déplaçable au moyen d’un vérin d’ancrage (17), les pieds étant destinés à venir s’engager dans des trous ménagés dans les voussoirs,
- au moins deux vérins de poussée (5,6), avec pour chacun une première extrémité attachée au châssis d’ancrage et une deuxième extrémité attachée au train suiveur, les vérins de poussée étant de type à double effet,
- un dispositif de freinage (3) avec une pluralité de patins adaptés pour venir en interaction avec les rouleaux, chaque patin étant déplaçable au moyen d’un vérin de freinage (13),
- un système de commande hydraulique, configuré au moins pour diriger un fluide hydraulique sous pression sélectivement dans les chambres hydrauliques des vérins de poussée, de vérins d’ancrage, et des vérins de freinage,
l’équipement étant tel que le procédé suivant peut être mis en œuvre:
a/ancrer le châssis d’ancrage par rapport aux voussoirs, grâce à une sortie des pieds d’ancrage,
b/libérer le dispositif de freinage pour débloquer les rouleaux des bogies,
c/provoquer l’extension des vérins de poussée pour éloigner le train suiveur du châssis d’ancrage, selon la direction longitudinale (X), sur une distance de pas de poussée (D1),
d/activer le dispositif de freinage pour bloquer les rouleaux des bogies,
e/rétracter les pieds d’ancrage pour libérer le châssis d’ancrage,
f/provoquer la rétraction des vérins de poussée pour rapprocher le châssis d’ancrage du train suiveur alors immobile, le châssis d’ancrage glissant sur les voussoirs selon la direction longitudinale,
g/répéter les étapesa/àf/jusqu’à ce que le train suiveur atteigne une position désirée.
Grâce à ces dispositions, on peut repousser de proche en proche le train suiveur jusqu’au puits de départ, et ensuite désassembler le train suiveur et le retirer par le puits de départ.
Dans l’application visée, le train suiveur a une masse importante, avec un poids d’au moins 300 tonnes. Très souvent dans la pratique, le train suiveur a un poids d’au moins 400 tonnes. Le système est prévu pour pouvoir repousser des trains suiveurs jusqu’à 1000 tonnes ou plus.
On remarque que le tunnel peut faire plusieurs kilomètres de longueur et par conséquent pour un pas de poussée de 2 m, il peut être nécessaire de faire un nombre important de séquences de poussée. Toutefois chaque poussée est réalisée dans des conditions de sécurité satisfaisante avec un contrôle visuel possible par un opérateur chargé de manœuvrer des distributeurs de commande reliés aux différents vérins hydrauliques. Dans certains cas, les séquences de poussée peuvent être mises en œuvre par un seul opérateur.
Chaque séquence de poussée ne dure que quelques secondes. A la fin de chaque séquence de poussée, on a un état stable et sécurisé et on peut procéder à des vérifications avant de continuer les séquences de poussée suivantes.
On note qu’à leur deuxième extrémité, les vérins de poussée sont attachés à un bâti du train suiveur, de préférence en partie basse, à savoir à faible distance du fond de tunnel. Ainsi les vérins de poussée sont en position horizontale ou en position légèrement inclinée avec la deuxième extrémité légèrement plus haute que la première extrémité, ce qui permet d’accroître l’effet d’ancrage des pieds, et de diminuer les couples parasites qui peuvent apparaître pendant la poussée.
On note que les patins venant en interaction avec les rouleaux peuvent être des patins à friction s’appuyant sur le rouleau ou peuvent être des cales ou des sabots s’interposant entre le sol et le rouleau.
Dans divers modes de réalisation de l’invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l’une et/ou à l’autre des dispositions suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Selon une option, la course des vérins de poussée est supérieure à la dimension axiale des voussoirs (L1), et le pas de poussée (D1) est égal à la dimension axiale L1 des voussoirs.
Dans la pratique, la dimension axiale L1 des voussoirs, autrement appelée largeur de voussoirs, est déterminée par les caractéristiques du tunnel à construire, notamment son diamètre et sa courbure maximum. En pratique, la dimension axiale L1 est comprise entre 100 cm et 250 cm, le plus souvent comprise entre 150 cm et 200 cm. La largeur de voussoir de 180 cm ou 200 cm est la plus courante pour les tunnels de grand diamètre.
On note ici que la largeur de voussoirs peut être unique pour tout le tunnel, mais il n’est pas exclu que certaines portions du tunnel aient des voussoirs de largeur plus faible.
Selon une option, la course des vérins de poussée peut être comprise entre 1900 mm et 2400 mm. Selon une option particulière on choisit 2200 mm.
Selon une option également possible, le pas de poussée (D1) peut être un multiple de la dimension axiale L1 des voussoirs. Si le train n’est pas trop lourd et que l’on choisit des vérins de poussée très robustes ou qu’on utilise plus de deux vérins de poussée, on peut avoir par exemple un pas de poussée au double de la largeur de voussoirs.
Selon une option, le châssis d’ancrage peut être formé par un assemblage mécano soudé de caissons, avec des premiers caissons (11) de forme parallélépipédique portant les vérins d’ancrage et des seconds caissons (12) de forme trapézoïdale interposés entre les caissons de forme parallélépipédique. On peut fabriquer à coût raisonnable chacun des caissons, puis les assembler. Les premiers caissons sont des standards et avantageusement, on peut changer les seconds caissons pour adapter le châssis d’ancrage à un diamètre intérieur de tunnel souhaité.
Selon une option, les voussoirs sont posés en quinconce, avec des anneaux d’ordre impair et des anneaux d’ordre pair, la pluralité des pieds d’ancrage se décompose en un premier sous-groupe (7-G1) destiné à s’engager dans des trous des voussoirs des anneaux d’ordre impair, et un deuxième sous-groupe (7-G2) destiné à s’engager dans des trous des voussoirs des anneaux d’ordre pair.
On utilise ainsi en alternance le premier sous-groupe de pieds et le deuxième sous-groupe de pieds. Les deux sous-groupes de pieds sont disjoints.
Selon une option, on définit également un premier sous-groupe (17-G1) de vérins d’ancrage destinés à déplacer les pieds d’ancrage du premier sous-groupe de pieds et un deuxième sous-groupe (17-G2) de vérins d’ancrage destinés à déplacer les pieds d’ancrage du deuxième sous-groupe. On manœuvre sélectivement uniquement les pieds escamotables qui peuvent être descendus dans les trous, c’est-à-dire ceux du sous-groupe correspondant considéré.
Selon une option, le premier sous-groupe comprend quatre pieds escamotables, et le deuxième sous-groupe comprend quatre pieds escamotables.
D’une part, on obtient une même capacité d’ancrage sur les deux sous-groupes qui ont le même nombre de pieds. Et d’autre part avec quatre pieds pour chaque sous-groupe, on a une capacité d’ancrage élevée qui permet de prendre un appui très robuste pour repousser le train suiveur, même très lourd ou peu roulant.
Selon une option, les vérins d’ancrage peuvent être à double effet, et/ou les vérins de freinage sont à double effet.
Avantageusement, on a ainsi une commande fiable dans le sens sortie et dans le sens rentrée, même en présence d’efforts parasites. Les pieds d’ancrage ou les patins de freinage ne risquent pas de rester coincés.
Selon une option, le châssis d’ancrage présente une forme générale arquée, avec une interface inférieure en forme générale d’arc de cercle adaptée pour venir en vis-à-vis des voussoirs sur une plage angulaire comprise entre 60° et 120°, de préférence entre 90° et 110°.
Pour ‘atteindre’ 4 trous, il faut en pratique une plage angulaire suffisante. Dans un cas particulier, cela correspond à une plage angulaire occupée par deux voussoirs. De plus, les pieds et leurs guidages se trouvent à proximité des trous, limitant ainsi les porte-à-faux. La course utile des pieds est utilisée en majorité pour l’insertion dans les trous, la course morte étant beaucoup plus faible.
Selon une option, le châssis d’ancrage contacte la surface des voussoirs au niveau des arêtes inférieures de jonctions entre les premiers caissons et les seconds caissons. En effet, les faces inférieures des caissons sont plates et seuls leurs bords peuvent toucher le voussoir. Ainsi le glissement est favorisé.
Selon une option, le châssis d’ancrage peut comporter des patins anti-basculement. Ceci améliore la stabilité du châssis d’ancrage, en particulier lors des séquences de poussée.
Selon une option, les vérins de poussée sont en position la plus basse possible et parallèle à X ou inclinés avec une inclinaisonβpar rapport à X inférieure à 15°. Un tel angle de faible valeur a tendance à plaquer le châssis vers le bas, sans avoir trop de couple de basculement. Une inclinaison voisine de 10° peut présenter un optimum, ce qui limite le couple de soulèvement de la première remorque et le couple de basculement du châssis d’ancrage.
Selon une option, la fonction freinage agit sur quatre rouleaux, deux de la première remorque (RM1) et deux de la seconde remorque (RM2), de préférence les rouleaux les plus en avant (accès le plus aisé)
Selon une option, la portion active des pieds est conique, et les trous (20-27) dans les voussoirs sont coniques, avec des formes complémentaires. Moyennant quoi la surface des pieds épouse intimement la surface des trous et on évite tout contact ponctuel. De plus, l’insertion et le retrait des pieds est facilité, et des risques de coincement sont très faibles.
Selon une option, chaque vérin de poussée (5,6) est un vérin d’au moins 50 tonnes de poussée. Avec deux vérins, on peut développer une puissance de poussée importante, afin de pouvoir pousser le train (décollage de l’immobilité et roulage).
Selon une option, chaque vérin de poussée (5,6) est relié au châssis d’ancrage à sa première extrémité par une liaison rotule et/ou est relié au bâti du train suiveur châssis d’ancrage à sa deuxième extrémité par une liaison rotule. Ceci procure de la souplesse pour prendre en compte les courbures du tunnel ou les mouvements de roulis des remorques du train suiveur. Cela permet aussi de différencier les efforts et mouvements des deux vérins pour piloter finement la trajectoire de la tête de la première remorque.
Selon une option, le châssis d’ancrage présente une masse d’au moins 2 tonnes, de préférence d’au moins 5 tonnes.
Selon une option, le châssis d’ancrage ainsi que d’autres composants de l’équipement de repoussage ne font pas partie du tunnelier quand celui-ci creuse en avançant. Ils sont amenés pour l’opération de démantèlement du tunnelier, de préférence par le puits d’arrivée.
Le châssis d’ancrage est une pièce massive et robuste capable de reprendre des efforts de plusieurs dizaines de tonnes appliqués sur deux zones relativement localisées. De plus une telle masse procure une stabilité gravitaire importante.
D’autres aspects, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif. L’invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :
- la illustre, en vue de coupe longitudinale schématique, un tunnel creusé par un tunnelier, avec un puits de départ W1 et un puits d’arrivée W2,
- la est une vue de coupe transversale schématique du tunnel de la ,
- la illustre en perspective une portion de tunnel une fois creusé et les voussoirs posés,
- la , déclinée en figures 4A 4B 4C 4D 4E, illustre schématiquement une séquence de repoussage du train suiveur,
- la illustre en perspective une portion de tunnel avec l’équipement de repoussage du train suiveur selon un mode de réalisation de l’invention,
- la illustre en vue de coté de l’équipement de repoussage du train suiveur,
- la illustre en vue plus détaillée, de côté et en coupe, du châssis d’ancrage,
- la illustre un exemple de réalisation du schéma de commande hydraulique,
- la illustre schématiquement en coupe le châssis d’ancrage avec en évidence les deux sous-groupes de pieds escamotables utilisés en alternance,
- la illustre schématiquement en coupe transversale le train suiveur et la position des rouleaux des boggies,
- la en vue de dessus un boggie avec une partie du dispositif de freinage.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l’exposé certains éléments peuvent ne pas être représentés à l’échelle.
Tunnel
Lesfigures 1 et 2représentent un tunnel creusé par un tunnelier. Comme connu en soi, un tunnelier est une machine conséquente configurée pour creuser par grignotement souterrain un tunnel depuis un puits de départW1jusqu’à un puits d’arrivéeW2.
Il est fait recours à un puits de départW1pour pouvoir introduire et assembler le tunnelier.
La longueurL0du tunnel est de plusieurs kilomètres. Entre le puits de départ et le puits d’arrivée, il peut être prévu quelques puits intermédiaires, pour l’évacuation du personnel et aussi pour l’accès du personnel et de matériels légers.
Dans certains cas le parcoursPXpeut être rectiligne. Dans la plupart des cas, le parcoursPXprésentera des courbes, non seulement dans un plan horizontal, afin de suivre le tracé prévu pour la future ligne de transport ferroviaire, ou pour un évitement de certains obstacles géologiques. Il peut être aussi prévu des portions de descente et de montée dans les portions situées entre les futures stations (effet de cuvette).
La référenceXrepère la direction longitudinale locale.
Une fois les voussoirs posés, le diamètre intérieur utile est notéD0dans le présent document ( ). Le diamètre du tunnel a une valeur prédéterminée, qui selon le tunnel, peut aller de 5 mètres à 12 mètres. Le tunnel a localement une section circulaire.
Le tunnelier est constitué d’une installation de tête qui comprend une roue de coupe, une jupe/bouclier et un dispositif de pose des voussoirs. À l’arrière de l’installation de tête est disposé un train suiveur9qui sera décrit plus loin.
Les voussoirs2sont des structures en béton armé, destinés à former une portion d’un anneau qui forme paroi structurelle pour délimiter l’espace intérieur du tunnel
Les voussoirs2sont posés au fur et à mesure du creusement par un érecteur situé dans l’installation de tête du tunnelier. À une position longitudinale donnée, l’ensemble des voussoirs posés forme un anneau qui s’étend continûment circonférentiellement.
Par exemple, il peut être prévu 7 voussoirs pour former un anneau.
Un voussoir couvre un arc de cercle de plage angulaire comprise entre 40° et 70°, le plus souvent entre 45° et 60°. Une valeur proche de 48° ou 50° peut être choisie. Un voussoir de clé de voûte peut être plus petit.
Comme connu en soi, il est prévu un décalage des joints d’aboutement des voussoirs. Autrement dit, comme illustré à la , les voussoirs sont posés en quinconce.
Ainsi, dans la succession d’anneaux qui forment l’ensemble des voussoirs, on trouve des anneaux d’ordre impair (A1,A3,A5,A7,…) et des anneaux d’ordre pair (A0,A2,A4,A6,A8,…).
Les anneaux d’ordre impair forment un sous-groupe impair notéG1. Les voussoirs des anneaux d’ordre impair successifs sont à une même position angulaire (translation axiale de deux largeurs de voussoirs).
Les anneaux d’ordre pair forment un sous-groupe pair notéG2. Là aussi les voussoirs des anneaux d’ordre pair successifs sont à une même position angulaire (translation axiale de deux largeurs de voussoirs), mais décalés dans la direction circonférentielle par rapport voussoirs des anneaux d’ordre impair.
Dans l’exemple illustré, le décalage dans la direction circonférentielle correspond à une moitié de voussoir. Bien entendu, le décalage pourrait être différent, à savoir moins de la moitié d’un voussoir.
La dimension axialeL1des voussoirs, autrement appelée largeur de voussoirs, est déterminée par les caractéristiques du tunnel à construire, notamment son diamètre et sa courbure maximum. En pratique, la dimension axialeL1est comprise entre 100 cm et 250 cm, le plus souvent comprise entre 150 cm et 200 cm. Des largeurs de voussoir de 180 cm et 200 cm sont les plus courantes pour les tunnels de grand diamètre.
Dans chaque soir, il est prévu deux trous de calage. De préférence les deux trous sont positionnés de façon symétrique à la fois dans la direction circonférentielle et à la fois dans la direction de la largeur comme illustré aux figures. En référence à la , le premier voussoir en bas à droite de l’anneauA0(pair) comporte des trous référencés20et22. Le premier voussoir en bas à gauche de l’anneauA0comporte des trous référencés24et26.
Concernant le deuxième anneauA1de la qui est un anneau impair, le voussoir central en bas comporte des trous référencés21et23. Le voussoir suivant sur la droite comporte un trou référencé25alors que le voussoir suivant symétrique sur la gauche comporte un trou référencé27.
On remarque que le principe proposé fonctionne avec d’autres positions de trous de calage.
Train suiveur
Le train suiveur9supporte une pluralité de fonctions auxiliaires, comme par exemple un système pour l’évacuation des déblais issus du creusement. Le train suiveur 9 est aussi utilisé pour l’approvisionnement en voussoirs 2. Le train suiveur peut aussi comporter des transformateurs électriques, des pompes hydrauliques, et tout autre fonction de support pour l’installation de tête du tunnelier.
Les voussoirs sont acheminés vers le train suiveur9depuis le puits d’entrée par un train spécifique ou des camions.
Le train suiveur comporte dans l’exemple illustré quatre remorquesRM1,RM2,….. Le train suiveur pèse au moins 500 tonnes. Souvent, le train suiveur pèse 800 tonnes ou plus. Les remorques sont liées par timonerie articulée. Ceci permet au train suiveur de bien suivre le parcours du tunnel lorsque celui-ci n’est pas rectiligne.
Chaque remorque repose sur des bogies. Dans l’exemple illustré, chaque bogie30comprend deux rouleaux4. Chaque rouleau est revêtu d’une bande de roulement. La bande de roulements permet d’égaliser les pressions de contact et évite de marquer le voussoir.
Le nombre de rouleaux et de bogies peut être important, selon la masse totale des remorques du train suiveur.
Comme illustré la , les remorques ne portent pas sur la partie la plus basse du tunnel mais légèrement de part et d’autre du fond du tunnel les rouleaux ont donc un axe A4 incliné par rapport à l’horizontale. On remarque que l’invention s’applique quelque soit l’angle de l’axe A4, par exemple de zéro à 45°.
Comme il sera vu plus loin, certains rouleaux peuvent être freinés par le système objet de l’invention.
Il peut être prévu un système d’orientation et/ou de guidage des bogies en vue de suivre une courbe et/ou corriger du roulis du train.
Equipement de repoussage – châssis d’ancrage et pieds
Comme illustré aux figures 4 à 9 et 11, il est prévu un équipement pour pousser le train suiveur. En particulier l’équipement permet de procéder au repoussage du train suiveur depuis le puits d’arrivéeW2jusqu’au puits de départW1, à reculons par rapport au trajet aller du tunnelier.
Ledit équipement comprend un châssis d’ancrage1. Dans l’exemple illustré, le châssis d’ancrage peut être formé par un assemblage mécano soudé de caissons.
Il n’est toutefois pas exclu d’imaginer un châssis d’ancrage intégral monolithique. Plus généralement une forme de poutre ou d’ossature avec des compléments peut conduire à réaliser le châssis d’ancrage.
Dans l’exemple illustré, l’assemblage mécano soudé comprend des premiers caissons11de forme parallélépipédique et des seconds caissons12de forme trapézoïdale interposés entre les caissons 11 de forme parallélépipédique.
Les caissons sont fabriqués avec de la tôle métallique épaisse, d’épaisseur au moins 10 mm. Il peut être prévu des nervures de renforts des équerres, des diagonales etc.
La masse totale du châssis d’ancrage est conséquente, elle peut aller jusqu’à 10 tonnes.
Le châssis d’ancrage est équipé d’une pluralité de pieds d’ancrage7escamotables. Chaque pied étant déplaçable dans le sens radial (par rapport à l’axe général X) au moyen d’un vérin d’ancrage17. Les pieds sont destinés à venir s’engager respectivement dans les trous (20à27) des voussoirs. On remarque qu’il n’est pas exclu d’avoir un vérin pour manœuvrer deux pieds escamotables (mise en commun d’un vérin).
Les premiers caissons11de forme parallélépipédique portent les vérins d’ancrage reliés aux pieds escamotables.
Dans l’exemple illustré, en référence à la , il est prévu un premier caisson central110. En partant du caisson central110vers la droite, on trouve accolés dans l’ordre : un second caisson121puis un premier caisson111puis un autre second caisson124et enfin un premier caisson de taille plus réduite114.
En partant du caisson central 110 vers la gauche, on trouve accolés dans l’ordre : un second caisson 122 puis un premier caisson 112 puis un autre second caisson 123 et enfin un premier caisson de taille plus réduite 113.
Tant les premiers caissons que les seconds caissons ont des faces inférieures planes.
Le châssis d’ancrage présente une forme générale arquée, avec une interface inférieure en forme générale d’arc de cercle adaptée pour venir en vis-à-vis des voussoirs sur une plage angulaire comprise entre 60° et 120°, de préférence entre 90° et 110°. La surface inférieure du châssis d’ancrage qui peut aussi être appelé « surface radiale extérieure », présente un rayon de courbure dont le centre est au voisinage de l’axe X du tunnel.
Comme illustré à la , le châssis d’ancrage contacte la surface des voussoirs au niveau des arêtes inférieures de jonction (repère47 ) entre les premiers caissons et les seconds caissons.
Le châssis d’ancrage présente une longueur axialeL2. Dit autrement L2 est la dimension longitudinale du châssis. Par exemple on peut choisirL2= 600 mm.
On remarque queL2<L1.
Dans des modes de réalisation d’intérêt, on remarque queL2est compris entre 25% et 50% deL1.
Il est prévu du côté avant des patins anti-basculement,92ces derniers forment des éléments stabilisateurs.
Les premiers caissons11,110,111,112,113,114portent les vérins d’ancrage7. À l’inverse, dans l’exemple illustré, les seconds caissons12ne portent pas de vérins d’ancrage. Les seconds caissons12servent à relier entre eux les premiers caissons avec la courbure extérieure souhaitée au vu du diamètre du tunnel creuséD0. On choisit à cet effet l’angle de fermeture du trapèze que forme le second caisson dans un plan transversal à l’axe du tunnel.
En référence à la , on remarque que les pieds comportent une tige de guidage71et une portion active d’insertion. La tige de guidage est reçue dans une chemise de guidage70solidaire du premier caisson11. La chemise de guidage70est située au plus près de la surface du voussoir pour minimiser la course morte du pied et diminuer les effets de porte-à-faux.
La portion active des pieds est en acier de construction classe SJ.
La portion active des pieds est conique, de forme complémentaire aux formes des trous présents dans les voussoirs. La base du cône présente un diamètre compris entre 60 mm et 120 mm.
Equipement de repoussage – autres pièces et fonctions
Quatre systèmes de freinage viennent en interaction avec respectivement quatre rouleaux. Comme illustré la , un étrier31porte un vérin13avec une tige. La tige portant un patin14.
Le vérin de freinage peut être à double effet. Lorsque le vérin est activé dans le sens sortie, le patin vient frotter fermement contre le rouleau et l’empêche de tourner. À l’inverse lorsque le vérin est activé dans le sens « rentrée », le patin s’écarte du rouleau et le rouleau peut tourner librement.
D’une façon générale, il serait possible de freiner n’importe quel rouleau du train suiveur. Dans l’exemple illustré, on choisit de freiner les deux rouleaux avant de la première remorqueRM1ainsi que les deux rouleaux avant de la deuxième remorqueRM2. Nous avons donc par exemple illustré quatre patins de freinage14et quatre vérins de freinage13.
Comme déjà indiqué, en lieu et place des patins venant directement frotter contre les rouleaux, on pourrait prévoir un système de cale escamotable.
Vérins de poussée
On choisit des vérins de grande capacité par exemple supérieure 50 tonnes. La capacité de poussée peut atteindre ou dépasser 100 tonnes.
La course des vérins de poussée peut être comprise entre 1900 mm et 2400 mm. Selon une option particulière on choisit 2200 mm. Selon une option particulière on choisit un type de vérin avec une cuve de diamètre 250 mm et un diamètre de tige 180 mm.
Dans un exemple préféré, on choisit pour pas de pousséeD1la dimension axialeL1des voussoirs (i.e. la largeur des voussoirs).
Selon une alternative, le pas de pousséeD1peut être un multiple de la dimension axialeL1des voussoirs. Pour un train léger, avec des vérins de poussée très robustes, on peut avoir par exemple un pas de poussée D1 au double de la largeurL1de voussoirs.
Chaque vérin de poussée (5,6) est relié au châssis d’ancrage à sa première extrémité par une liaison rotule (axeY1). Le châssis d’ancrage comprend des chapes45massives et robustes permettant de reprendre et distribuer l’effort de poussée sur l’ensemble du châssis y compris à distance du centre.
Chaque vérin de poussée (5,6) est relié au bâti90du train suiveur châssis d’ancrage à sa deuxième extrémité par une liaison rotule (axeY2). Le bâti du train suiveur comprend des chapes massives et robustes permettant de reprendre et distribuer l’effort de poussée sur l’ensemble de l’première remorque.
Les vérins de poussée sont en position la plus basse possible et parallèle à X ou inclinés avec une inclinaisonβpar rapport à X inférieure à 15°. Un tel angle de faible valeur a tendance à plaquer le châssis vers le bas, sans avoir trop de couple de basculement.
Système de commande hydraulique
Le système de commande est illustré la .
Il est prévu des distributeurs hydrauliques à commande manuelle, notamment pour le pilotage de chacun des deux vérins de poussée, pour le premier groupe de vérins d’ancrage et pour le deuxième groupe de vérins d’ancrage.
Plus précisément, le distributeur repéré85permet de piloter le vérin à double effet de poussée repéré 5. La position stable correspond à l’absence de mouvement et les deux positions de part et d’autre correspondent respectivement à la sortie de la tige ou la rentrée de la tige.
De manière similaire, le distributeur repéré86permet de piloter le vérin à double effet de poussée repéré6. La position stable correspond à l’absence de mouvement et les deux positions de part et d’autre correspondent respectivement à la sortie de la tige ou la rentrée de la tige.
Le distributeur repéré87permet de piloter ensemble des quatre vérins à double effet du premier groupe 17-G1 reliés aux pieds d’ancrage 7-G1.
De manière similaire, le distributeur repéré88permet de piloter ensemble des quatre vérins à double effet du deuxième groupe 17-G2 reliés aux pieds d’ancrage du deuxième groupe 7-G2. Là aussi il s’agit de vérins à position centrale stable sans mouvement. En pratique, dans l’exemple illustré, on manœuvre alternativement soit le distributeur87soit le distributeur88.
Concernant la fonction freinage et défreinage, le distributeur hydraulique qui commande la fonction freinage est un distributeur à commande électrique (électro-hydraulique). Il est activé en fonction de l’appui sur un bouton de défreinage84. Avantageusement, la position de repos du distributeur (sans excitation électrique) correspond à la sortie des vérins de freinage qui conduit au blocage des rouleaux.
Ceci permet de faciliter la manipulation des distributeurs à commande manuelle car en effet le bouton de défreinage84peut être à proximité adjoint aux manettes des distributeurs hydrauliques. En outre, un (ou plusieurs) autre contacteur électrique en parallèle peut aussi commander le solénoïde du distributeur électro hydraulique83pour défreiner en cas de besoin.
On note que la pression hydraulique utilisée peut aller jusqu’à 250 bars.
Il peut être prévu un ou plusieurs limiteurs de pression dans le circuit hydraulique. De manière opérationnelle, au vu des efforts demandés, on utilise au moins 100 bars de pression hydraulique utile.
Les vérins d’ancrage 17 et les vérins de freinage 13 peuvent avoir une puissance utile de 100 kg, de plusieurs centaines de kg, voire de quelques tonnes.
Il est prévu un pupitre de commande44agencé sur le châssis d’ancrage. Il peut être aussi prévu un poste de commande dans lequel s’installe un opérateur pour activer des boutons et manettes sur le pupitre de commande, comme illustré à la . Avantageusement, l’opérateur peut constater visuellement les effets des ordres de commande qu’il engage. Il peut aussi être prévu un repère d’avancement qui indique que le pas de poussée D1 est atteint.
On note également, qui peut être prévu un chariot remorque auxiliaire (non représenté aux figures) qu’on vient attacher au châssis d’ancrage à l’opposé de la première remorque. On peut prévoir ainsi de ramener vers le puits d’entrée des équipements auxiliaires du bouclier du tunnelier qui ne sont pas remontés par le puits d’arrivéeW2.
Claims (15)
1. Equipement pour pousser un train suiveur (9) d’un tunnelier, le train suiveur étant situé à l’intérieur d’un tunnel de section circulaire formé, s’étendant selon une direction longitudinale (X) et dont la paroi est recouverte de voussoirs (2), le train suiveur comportant une pluralité de bogies avec des rouleaux (4) sur lesquels peut rouler le train suiveur, l’équipement comprenant :
- un châssis d’ancrage (1), équipé d’une pluralité de pieds d’ancrage (7) escamotables, chaque pied étant déplaçable au moyen d’un vérin d’ancrage (17), les pieds étant destinés à venir s’engager dans des trous () ménagés dans les voussoirs,
- au moins deux vérins de poussée (5,6), avec pour chacun une première extrémité attachée au châssis d’ancrage et une deuxième extrémité attachée au train suiveur, les vérins de poussée étant de type à double effet,
- un dispositif de freinage (3) avec une pluralité de patins (14) adaptés pour venir en interaction avec les rouleaux, chaque patin étant déplaçable au moyen d’un vérin de freinage (13),
- un système de commande hydraulique (10), configuré au moins pour diriger un fluide hydraulique sous pression sélectivement dans les chambres hydrauliques des vérins de poussée, de vérins d’ancrage, et des vérins de freinage,
l’équipement étant tel que le procédé suivant peut être mis en œuvre à savoir :
a/ancrer le châssis d’ancrage par rapport aux voussoirs, grâce à une sortie des pieds d’ancrage,
b/libérer le dispositif de freinage pour débloquer les rouleaux des bogies,
c/provoquer l’extension des vérins de poussée pour éloigner le train suiveur du châssis d’ancrage, selon la direction longitudinale (X), sur une distance de pas de poussée (D1),
d/activer le dispositif de freinage pour bloquer les rouleaux des bogies,
e/rétracter les pieds d’ancrage pour libérer le châssis d’ancrage,
f/provoquer la rétraction des vérins de poussée pour rapprocher le châssis d’ancrage du train suiveur alors immobile, le châssis d’ancrage glissant sur les voussoirs selon la direction longitudinale,
g/répéter les étapesa/àf/jusqu’à ce que le train suiveur atteigne une position désirée.
- un châssis d’ancrage (1), équipé d’une pluralité de pieds d’ancrage (7) escamotables, chaque pied étant déplaçable au moyen d’un vérin d’ancrage (17), les pieds étant destinés à venir s’engager dans des trous () ménagés dans les voussoirs,
- au moins deux vérins de poussée (5,6), avec pour chacun une première extrémité attachée au châssis d’ancrage et une deuxième extrémité attachée au train suiveur, les vérins de poussée étant de type à double effet,
- un dispositif de freinage (3) avec une pluralité de patins (14) adaptés pour venir en interaction avec les rouleaux, chaque patin étant déplaçable au moyen d’un vérin de freinage (13),
- un système de commande hydraulique (10), configuré au moins pour diriger un fluide hydraulique sous pression sélectivement dans les chambres hydrauliques des vérins de poussée, de vérins d’ancrage, et des vérins de freinage,
l’équipement étant tel que le procédé suivant peut être mis en œuvre à savoir :
a/ancrer le châssis d’ancrage par rapport aux voussoirs, grâce à une sortie des pieds d’ancrage,
b/libérer le dispositif de freinage pour débloquer les rouleaux des bogies,
c/provoquer l’extension des vérins de poussée pour éloigner le train suiveur du châssis d’ancrage, selon la direction longitudinale (X), sur une distance de pas de poussée (D1),
d/activer le dispositif de freinage pour bloquer les rouleaux des bogies,
e/rétracter les pieds d’ancrage pour libérer le châssis d’ancrage,
f/provoquer la rétraction des vérins de poussée pour rapprocher le châssis d’ancrage du train suiveur alors immobile, le châssis d’ancrage glissant sur les voussoirs selon la direction longitudinale,
g/répéter les étapesa/àf/jusqu’à ce que le train suiveur atteigne une position désirée.
2. Equipement selon la revendication 1, dans lequel la course des vérins de poussée est supérieure à une dimension axiale des voussoirs (L1), et dans lequel le pas de poussée (D1) est égal à la dimension axiale L1 des voussoirs, la dimension axiale des voussoirs étant comprise entre 100 cm et 250 cm.
3. Equipement selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le châssis d’ancrage est formé par un assemblage mécano soudé de caissons, avec des premiers caissons (11) de forme parallélépipédique portant les vérins d’ancrage et des seconds caissons (12) de forme trapézoïdale interposés entre les caissons de forme parallélépipédique.
4. Equipement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les voussoirs sont posés en quinconce, avec des anneaux d’ordre impair et anneaux d’ordre pair, et dans lequel la pluralité des pieds d’ancrage se décompose en un premier sous-groupe (7-G1) destiné à s’engager dans des trous des voussoirs des anneaux d’ordre impair, et un deuxième sous-groupe (7-G2) destiné à s’engager dans des trous des voussoirs des anneaux d’ordre pair.
5. Equipement selon la revendication 4, dans lequel le premier sous-groupe comprend quatre pieds escamotables, et le deuxième sous-groupe comprend quatre pieds escamotables.
6. Equipement selon la revendication 4, dans lequel il est prévu un premier sous-groupe (17-G1) de vérins d’ancrage destinés à déplacer les pieds d’ancrage du premier sous-groupe et un deuxième sous-groupe (17-G2) de vérins d’ancrage destinés à déplacer les pieds d’ancrage du second sous-groupe.
7. Equipement selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les vérins d’ancrage sont à double effet, et/ou les vérins de freinage sont à double effet.
8. Equipement selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le châssis d’ancrage présente une forme générale arquée, avec une interface inférieure en forme générale d’arc de cercle adaptée pour venir en vis-à-vis des voussoirs sur une plage angulaire comprise entre 60° et 120°, de préférence entre 90° et 110°, et de manière encor plus préférée autour de XX°.
9. Equipement selon la revendication 3 et la revendication 8, dans lequel le châssis d’ancrage contacte la surface des voussoirs au niveau des arêtes inférieures de jonction (47) entre les premiers caissons et les seconds caissons.
10. Equipement selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les vérins de poussée sont en position la plus basse possible et parallèle à X ou inclinés avec une inclinaison β par rapport à X inférieure à 15°.
11. Equipement selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la fonction freinage agit sur quatre rouleaux, deux de la première remorque (RM1) et deux de la seconde remorque (RM2), de préférence les rouleaux les plus en avant.
12. Equipement selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la portion active des pieds est conique, et les trous (20-27) dans les voussoirs sont coniques, avec des formes complémentaires.
13. Equipement selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel chaque vérin de poussée (5,6) est un vérin d’au moins 50 tonnes de poussée.
14. Equipement selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel chaque vérin de poussée (5,6) est relié au châssis d’ancrage à sa première extrémité par une liaison rotule et/ou est relié au bâti du train suiveur châssis d’ancrage à sa deuxième extrémité par une liaison rotule.
15. Equipement selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le châssis d’ancrage présente une masse d’au moins 2 tonnes, de préférence d’au moins 5 tonnes.
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- 2021-06-04 FR FR2105912A patent/FR3123591B1/fr active Active
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