WO2001068990A1 - Appareil de forage en terrain dur - Google Patents

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Jean-Claude Gessay
Philippe Chagnot
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Compagnie Du Sol
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    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/20—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels
    • E02F3/205—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels with a pair of digging wheels, e.g. slotting machines
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    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/22—Component parts

Definitions

  • the subject of the present invention is a drilling device using a milling cutter for digging trenches in the ground and in particular in soils having a high hardness.
  • the trench drilling apparatus most often using two cutters are well suited to the realization of trenches of great depth and relatively reduced width.
  • these conventional machines may prove to be insufficient.
  • the milling cutters currently used for cover areas have a maximum weight of 60 tonnes. These devices being suspended from the end of lifting cables, their own weight is transmitted to the cutters to carry out the drilling.
  • the load necessary to obtain a correct drilling is in a range of 100 to 150 tonnes or even beyond. This force depends on the number and type of tool mounted on the wheels of the cutter.
  • FIG. 1 there is shown in elevational view the drilling apparatus described in the document mentioned above. It comprises a main frame 10 which is suspended from the end of a block 12 itself passing over a lifting mast.
  • the main frame 10 has two vertical main faces, only the front face 14 being visible.
  • the apparatus also comprises a drilling assembly 16 movable in vertical translation at the lower end of the main chassis 10.
  • This drilling assembly 16 essentially comprises a support structure 18 on which is mounted a pump 20 for resuming the flow of liquid d drive of the drilled cuttings, this pump 20 being connected to a flexible discharge pipe 22.
  • the drilling assembly also comprises two rotary cutters 24 and 26 secured to drums driven by hydraulic motors fixed on the support assembly 18.
  • L support 18 can be moved relative to the main frame 10 by means of jacks 28 and 30 which allow on the one hand the relative movement of the drilling assembly 18 relative to the main chassis 10 and on the other hand to apply to the drilling assembly an additional force when the main chassis 10 is anchored in the trench in progress drilling.
  • the main frame 10 has two pads, only the pad 30 being visible. These pads can be moved away from the chassis using for example jacks in order to anchor the main chassis in the trench.
  • An object of the present invention is to provide a drilling device of the rotary cutter type which effectively makes it possible to drill a trench even in very hard soil and in particular in the case where the soil has a significant transition zone between relatively soil furniture and very hard floor.
  • the apparatus for drilling trenches in the ground comprises an upper main chassis having two vertical main faces, a milling assembly comprising a support disposed at the lower part of said chassis, and means for causing a displacement in vertical translation of said milling assembly with respect to said main chassis by applying a predetermined force to said milling assembly with respect to said main chassis and means for anchoring the main chassis on the walls of said trench, said means being mounted on said main faces.
  • the apparatus is characterized in that the anchoring means comprise a plurality of deformable elements integral with said main faces of the main chassis, and means for injecting a pressurized fluid into said inflatable elements, whereby said inflatable elements apply a force between said main frame and the walls of the trench, and means for allowing the exit of said pressurized fluid from said inflatable elements whereby no force is transmitted between said main frame and the walls of the trench.
  • the anchoring means comprise a plurality of deformable elements integral with said main faces of the main chassis, and means for injecting a pressurized fluid into said inflatable elements, whereby said inflatable elements apply a force between said main frame and the walls of the trench, and means for allowing the exit of said pressurized fluid from said inflatable elements whereby no force is transmitted between said main frame and the walls of the trench.
  • a plurality of bands of elastically deformable material and the edges of which are integral with the main face of the main chassis are arranged on the external face of the inflatable elements, the inflatable elements thus being interposed between the band and the main face of the main chassis.
  • a rigid plate connected to the main face of the upper chassis is arranged opposite the faces of the inflatable elements facing the wall of the trench. Under the effect of their swelling, the inflatable elements transmit to this plate the force resulting from their internal pressure.
  • This embodiment has the advantage that the anchoring force is transmitted to the wall via the rigid plate which has a large surface area, which makes it possible to further reduce the pressure for a given anchoring force.
  • FIG. 2 is a simplified side view of a first embodiment of the drilling apparatus according to the invention.
  • FIG. 3a and 3b show a first embodiment of the inflatable elements in their respectively inflated and non-inflated state; and - Figures 4a and 4b show a second embodiment of the inflatable elements respectively in their inflated state and in their non-inflated state.
  • FIG. 2 shows the upper main frame 10 of the drilling rig with its main faces 32 and 32 '.
  • the drilling assembly 18 has also been represented symbolically with its cutters 24, 26 connected to the main chassis 10 by the vertically acting jacks 28, 30. According to the invention, on at least part of the main faces 32 and
  • each airbag 40 is covered by a strip 48 of a reinforced rubber element whose edges 48a and 48b are anchored in the wall 32 'of the upper chassis.
  • one also shows one of the walls 50 of the trench being drilled.
  • a pressurized fluid preferably a liquid
  • the inflatable element increases in volume and presses the strip of rubber material 48 against the wall 50.
  • the pressure prevailing in the inflatable element 40 develops against the wall 50 of the trench a force of horizontal component F which is converted into a vertical anchoring force F '.
  • F ' a force of horizontal component
  • FIGS. 3a and 3b we will describe a second embodiment of the anchoring means.
  • These consist of inflatable elements 40 consisting, for example, of airbags identical to those shown in FIGS. 3a and 3b. These cushions 40 are fixed by one of their faces to the wall 32 ′ of the main chassis and connected to the pipes for pressurized fluid.
  • a rigid plate 60 covering the entire surface occupied by the inflatable elements 40 is made integral with the wall 32 'by an articulated mechanical element 62.
  • the mechanical element 62 which consists for example of a connecting rod or more precisely a plurality of connecting rods is disposed above the upper airbag 40a.
  • the rigid plate 60 is applied with pressure against the wall 50 of the trench.

Abstract

L'invention concerne un appareil de forage de tranchées dans le sol comprenant un châssis principal (10) présentant deux faces principales verticales (32, 32'), un ensemble de fraisage (18) comprenant un support disposé à la partie inférieure dudit châssis, et des moyens (28, 30) pour provoquer un déplacement en translation verticale dudit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal en appliquant une force prédéterminée audit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal et des moyens d'ancrage du châssis principal sur les parois de ladite tranchée. Les moyens d'ancrage, montés sur lesdites faces principales, comprennent une pluralité d'éléments déformables (40) solidaires desdites faces principales (32, 32') du châssis supérieur (10), et des moyens pour injecter un fluide sous pression dans lesdits éléments gonflables par quoi lesdits éléments gonflables appliquent une force entre ledit châssis principal (10) et les parois de la tranchée et des moyens pour permettre la sortie dudit fluide sous pression hors desdits éléments gonflables par quoi aucune force n'est transmise.

Description

"Appareil de forage en terrain dur"
La présente invention a pour objet un appareil de forage par fraise pour creuser des tranchées dans le sol et notamment dans des sols présentant une grande dureté.
Les appareils de forage de tranchées utilisant le plus souvent deux fraises sont bien adaptés à la réalisation de tranchées de grande profondeur et de largeur relativement réduite. Cependant, lorsque l'appareil doit effectuer le forage dans un sol dur ou très dur tel que de la pierre, ces machines classiques peuvent s'avérer insuffisantes. Les fraises utilisées actuellement pour les terrains de couverture ont un poids maximum de 60 tonnes. Ces appareils étant suspendus à l'extrémité de câbles de levage, c'est leur poids propre qui est transmis aux fraises pour réaliser le forage. Or, dans ces terrains, il s'avère que la charge nécessaire pour obtenir un forage correct se situe dans une fourchette de 100 à 150 tonnes ou même au-delà. Cette force dépend du nombre et du type d'outil monté sur les roues de la fraise.
La solution la plus simple pour augmenter le poids de l'appareil est de charger le châssis de la fraise. Cependant, cela entraînerait l'utilisation d'un porteur de plus grande capacité, ce qui présente bien sûr des inconvénients importants quant à l'organisation du chantier.
Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé dans la demande de brevet français 2 749 333 au nom de la demanderesse un type particulier d'appareil de forage par fraise permettant le forage de tranchées dans un sol dur.
Sur la figure 1 annexée, on a représenté en vue en élévation l'appareil de forage décrit dans le document mentionné ci-dessus. Il comporte un châssis principal 10 qui est suspendu à l'extrémité d'un moufle 12 lui-même passant sur un mât de levage. Le châssis principal 10 comporte deux faces principales verticales, seule la face avant 14 étant visible. L'appareil comporte également un ensemble de forage 16 mobile en translation verticale à l'extrémité inférieure du châssis principal 10. Cet ensemble de forage 16 comporte essentiellement une structure support 18 sur laquelle est montée une pompe 20 pour la reprise du débit de liquide d'entraînement des déblais forés, cette pompe 20 étant reliée à une conduite souple d'évacuation 22. L'ensemble de forage comporte également deux fraises rotatives 24 et 26 solidaires de tambours entraînées par des moteurs hydrauliques fixés sur l'ensemble support 18. L'ensemble support 18 peut être déplacé par rapport au châssis principal 10 grâce à des vérins 28 et 30 qui permettent d'une part le déplacement relatif de l'ensemble de forage 18 par rapport au châssis principal 10 et d'autre part d'appliquer à l'ensemble de forage une force additionnelle lorsque le châssis principal 10 est ancré dans la tranchée en cours de forage. Pour réaliser cet ancrage, le châssis principal 10 comporte deux patins, seul le patin 30 étant visible. Ces patins peuvent être écartés du châssis à l'aide par exemple de vérins afin d'ancrer dans la tranchée le châssis principal.
Une telle disposition permet effectivement d'augmenter la force appliquée aux fraises 24 et 26 afin d'autoriser celles-ci à forer dans un terrain très dur. Cependant, compte tenu des dimensions relativement réduites de la surface active des patins 32 et de la force importante qu'il faut développer pour assurer l'ancrage du châssis supérieur, la pression exercée par ces patins sur les parois de la tranchée est très élevée. Si la tranchée au niveau des patins est en un matériau très dur tel que du rocher, cette pression est acceptable. En revanche, si les patins se trouvent dans une zone de transition entre des terrains de couverture relativement meubles déjà forés et le rocher, il est impossible de mobiliser avec les patins 32 l'effort nécessaire à la réalisation d'un ancrage efficace.
Un objet de la présente invention est de fournir un appareil de forage du type à fraises rotatives qui permette effectivement de forer une tranchée même dans un sol très dur et en particulier dans le cas où le sol présente une zone de transition importante entre un sol relativement meuble et le sol très dur.
Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'appareil de forage de tranchées dans le sol comprend un châssis principal supérieur présentant deux faces principales verticales, un ensemble de fraisage comprenant un support disposé à la partie inférieure dudit châssis, et des moyens pour provoquer un déplacement en translation verticale dudit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal en appliquant une force prédéterminée audit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal et des moyens d'ancrage du châssis principal sur les parois de ladite tranchée, lesdits moyens étant montés sur lesdites faces principales. L'appareil se caractérise en ce que les moyens d'ancrage comprennent une pluralité d'éléments déformables solidaires desdites faces principales du châssis principal, et des moyens pour injecter un fluide sous pression dans lesdits éléments gonflables, par quoi lesdits éléments gonflables appliquent une force entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée, et des moyens pour permettre la sortie dudit fluide sous pression hors desdits éléments gonflables par quoi aucune force n'est transmise entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée. On comprend que, grâce à la présence des éléments gonflables, la surface de la paroi de la tranchée sur laquelle s'appuient les éléments d'ancrage est importante. Il est donc possible de développer une force suffisante pour obtenir un ancrage convenable du châssis supérieur de l'appareil sans qu'une pression trop élevée ne soit exercée sur ces parois.
Selon un premier mode de mise en oeuvre, une pluralité de bandes de matériau élastiquement déformable et dont les bords sont solidaires de la face principale du châssis principal sont disposées sur la face externe des éléments gonflables, les éléments gonflables étant ainsi interposés entre la bande et la face principale du châssis principal.
Ainsi, on obtient d'une part une protection mécanique des éléments gonflables et d'autre part la transformation de la force horizontale développée par les éléments gonflables en une composante verticale permettant de compenser l'effort appliqué par les vérins sur l'ensemble de fraisage. En outre, du fait de la possibilité de déformation de ces bandes, elles peuvent se conformer aux inégalités géométriques de la paroi de la partie de la tranchée déjà forée.
Selon un deuxième mode de réalisation, une plaque rigide reliée à la face principale du châssis supérieur est disposée en regard des faces des éléments gonflables tournés vers la paroi de la tranchée. Sous l'effet de leur gonflement, les éléments gonflables transmettent à cette plaque la force résultant de leur pression interne.
Ce mode de réalisation présente l'avantage que la force d'ancrage est transmise à la paroi par l'intermédiaire de la plaque rigide qui présente une grande surface, ce qui permet de diminuer encore la pression pour une force d'ancrage donnée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 déjà décrite est une vue en élévation d'un appareil de forage connu ;
- la figure 2 est une vue de côté simplifiée d'un premier mode de réalisation de l'appareil de forage selon l'invention ;
- les figures 3a et 3b montrent un premier mode de réalisation des éléments gonflables dans leur état respectivement gonflé et non gonflé ; et - les figures 4a et 4b montrent un deuxième mode de réalisation des éléments gonflables respectivement dans leur état gonflé et dans leur état non gonflé.
En se référant tout d'abord à la figure 2, on va décrire les éléments principaux de l'appareil de forage selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté le châssis principal supérieur 10 de l'appareil de forage avec ses faces principales 32 et 32'. On a également représenté symboliquement l'ensemble de forage 18 avec ses fraises 24, 26 reliées au châssis principal 10 par les vérins à action verticale 28, 30. Selon l'invention, sur au moins une partie des faces principales 32 et
32' du châssis principal 10 sont fixés des éléments gonflables tels que 40. Ces éléments gonflables font par exemple toute la largeur des faces principales et sont disposés sensiblement côte à côte. Chaque élément gonflable 40 est constitué par un coussin gonflable limité par une paroi en un matériau étanche et élastiquement déformable 42. Chaque coussin déformable est fixé par une de ses faces 42a sur la face principale 32' du châssis principal et est raccordé à une tubulure individuelle de gonflage 44 elle-même raccordée à une tubulure principale de gonflage 46. Ces tubulures peuvent comporter des limiteurs réglables de pression pour contrôler la valeur de la force d'ancrage. Selon ce premier mode de réalisation, chaque coussin gonflable 40 est recouvert par une bande 48 en un élément caoutchouteux armé dont les bords 48a et 48b sont ancrés dans la paroi 32' du châssis supérieur. Sur cette figure, on a également fait apparaître une des parois 50 de la tranchée en cours de forage. On comprend que, lorsqu'un fluide sous pression, de préférence un liquide, est injecté dans les éléments gonflables 40 par les tubulures 44 et 46, l'élément gonflable augmente de volume et plaque la bande en matériau caoutchouteux 48 contre la paroi 50. La pression régnant dans l'élément gonflable 40 développe contre la paroi 50 de la tranchée une force de composante horizontale F qui est convertie en une force d'ancrage verticale F'. On comprend qu'en disposant un nombre suffisant d'éléments gonflables 40 sur les faces principales on peut obtenir une force d'ancrage verticale totale très élevée sans que la pression appliquée par les éléments gonflables via les bandes déformables 48 soit élevée. On obtient ainsi un effet d'ancrage suffisant même si la nature du matériau dans laquelle cette partie de tranchée a été forée présente une résistance mécanique limitée. En revanche, comme le montre la figure 3b, lorsque l'élément gonflable 40 n'est plus sous pression, la bande 48 est écartée de la paroi interne 50 de la tranchée et l'appareil de forage peut être déplacé pour forer une nouvelle section de tranchée.
En se référant maintenant aux figures 4a et 4b, on va décrire un deuxième mode de réalisation des moyens d'ancrage. Ceux-ci sont constitués par des éléments gonflables 40 consistant par exemple dans des coussins gonflables identiques à ceux représentés sur les figures 3a et 3b. Ces coussins 40 sont fixés par une de leurs faces sur la paroi 32' du châssis principal et raccordés aux tubulures de fluide sous pression. Selon ce deuxième mode de réalisation, une plaque rigide 60 recouvrant l'ensemble de la surface occupée par les éléments gonflables 40 est rendue solidaire de la paroi 32' par un élément mécanique articulé 62. L'élément mécanique 62 qui consiste par exemple en une bielle ou plus exactement une pluralité de bielles est disposé au- dessus du coussin gonflable supérieur 40a. On comprend que, lorsque les éléments gonflables 40 sont effectivement gonflés, la plaque rigide 60 est appliquée avec pression contre la paroi 50 de la tranchée. On peut ainsi obtenir une force d'ancrage élevée tout en induisant dans la paroi de la tranchée une pression limitée en raison du fait que c'est la plaque 60, qui a une surface importante, qui est appliquée de façon continue sur la paroi de tranchée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil de forage de tranchées dans le sol comprenant un châssis principal présentant deux faces principales verticales, un ensemble de fraisage comprenant un support disposé à la partie inférieure dudit châssis, et des moyens pour provoquer un déplacement en translation verticale dudit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal en appliquant une force prédéterminée audit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal et des moyens d'ancrage du châssis principal sur les parois de ladite tranchée, lesdits moyens étant montés sur lesdites faces principales, ledit appareil étant caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent une pluralité d'éléments déformables solidaires desdites faces principales du châssis supérieur, et des moyens pour injecter un fluide sous pression dans lesdits éléments gonflables par quoi lesdits éléments gonflables appliquent une force entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée et des moyens pour permettre la sortie dudit fluide sous pression hors desdits éléments gonflables par quoi aucune force n'est transmise entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée.
2. Appareil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche mécaniquement résistante et mobile sous l'effet du gonflement des éléments gonflables est disposée sur la face des éléments gonflables tournée vers les parois de la tranchée.
3. Appareil de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mobile est constituée par une pluralité de bandes de matériau élastiquement déformable dont les bords sont solidaires d'une face principale du châssis principal, au moins un élément gonflable étant interposé entre ladite bande et ladite face principale.
4. Appareil de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mobile est constituée par une plaque rigide reliée à ladite face principale par des moyens mécaniques autorisant un déplacement de ladite plaque selon une direction orthogonale à ladite face principale, lesdits éléments gonflables étant interposés entre ladite face principale et ladite plaque.
5. Appareil de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits éléments gonflables sont des coussins gonflables réalisés en un matériau étanche et élastiquement déformable.
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