METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUSLY INFORMING THE OPERATOR OF A TUNNELLING MACHINE ON PHYSICAL FEATURES OF A GROUND TO BE TUNNELLED

PROCEDE ET DISPOSITIFS POUR INFORMER EN PERMANENCE LE CONDUCTEUR D'UN TUNNELIER DE LA NATURE DU TERRAIN EN FRONT DE TAILLE

English Abstract

The invention relates to a method for informing the operator of a tunnelling machine on physical features of a ground to be tunnelled consisting in placing one or several sensors (1-4) directly on each cutter wheel of a drill head, wherein said sensors are selected such that they are capable of transmitting representative signals of the cutter wheel penetrating force into the ground, a rotating state, the position and the temperature of the cutter wheel and in transmitting said information to the operator of the tunnelling machine. Said invention is particularly suitable for detecting hard rocks during digging an excavation by means of a tunnelling machine.

French Abstract

L'invention concerne l'information du conducteur d'un tunnelier sur la nature
du terrain en front de taille. On place directement sur chaque molette (M)
concernée de la tête de forage du tunnelier un ou plusieurs capteurs (1-4)
choisis parmi les capteurs aptes a fournir des signaux représentatifs de la
force de pénétration de la molette dans le terrain, de l'état de rotation, de
la position et de la température de la molette et on transmet ces informations
au conducteur du tunnelier. L'invention s'applique notamment à la détection de
roches dures lors du creusement d'une excavation dans un terrain au moyen d'un
tunnelier.

Claims

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REVENDICATIONS



1. Procédé pour informer en permanence sur la nature du
terrain en front de taille le conducteur d'un tunnelier
équipé d'une tête d'abattage rotative munie d'une pluralité
de supports individuels pour des molettes de forage
rotatives, dans lequel on utilise des capteurs d'acquisition
de données aptes à fournir des signaux relatifs au
fonctionnement de la molette, on transmet ces signaux à
distance et on les exploite pour informer le conducteur du
tunnelier, caractérisé en ce qu'on place directement sur
chaque molette concernée un ou plusieurs capteurs choisis
parmi les capteurs aptes à fournir des signaux représentatifs
de la force de pénétration de la molette dans le terrain, de
la position de la molette, de l'état de rotation de la
molette et de la température de la molette.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on alimente
chaque molette concernée avec l'énergie électrique nécessaire
au fonctionnement des capteurs de la molette par batterie
intégrée à la molette ou par transmission sans fil depuis le
support de la molette.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on
munit le support de chaque molette concernée d'un récepteur
apte à recevoir par une transmission sans fil les signaux des
capteurs de la molette et à les transmettre à un réseau de
communication porté par la tête d'abattage, et on relie ledit
réseau à une unité de traitement et d'affichage dans la
cabine de conduite du tunnelier.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel
on munit chaque molette concernée de jauges de contrainte que
l'on colle sur l'axe de la molette et dans lequel on exploite


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les signaux de ces jauges pour obtenir des informations sur
les charges subies par la molette.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel
on munit chaque molette concernée d'un inclinomètre.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel
on équipe chaque molette concernée d'un capteur de rotation
magnéto-inductif..
7. Molette de forage M et son support R pour monter la
molette à rotation sur la tête d'abattage rotative d'un
tunnelier T, caractérisée en ce que la molette comprend un ou
plusieurs capteurs (1-4) choisis parmi les capteurs aptes à
fournir des signaux représentatifs de la force de pénétration
de la molette dans le terrain, de l'état de rotation, de la
position et de la température de la molette, et en ce que la
molette et son support comprennent des moyens (5, 6)
coopérant pour transmettre à distance les signaux des
capteurs de la molette.
8. Molette de forage et son support selon la revendication
7 dont la molette est équipée de l'ensemble des capteurs
susdits.
9. Molette et son support selon la revendication 7 ou 8
dont les capteurs (1-4) de la molette sont montés sur une
embase qui est rendue solidaire de la molette et qui est
équipée de modules d'acquisition et de traitement,
d'interface de communication avec le support de la molette et
d'une unité d'alimentation électrique.
10. Tunnelier équipé d'une tête d'abattage rotative qui
porte des supports R pour des molettes de forage rotatives M,
caractérisé en ce que les molettes et leurs supports sont
tels que définis dans l'une des revendications 7 à 9 et en ce
que le tunnelier comporte des moyens de transmission des


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signaux des capteurs à une centrale de traitement et
d'affichage placée dans la cabine de conduite du tunnelier.

Description

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WO 2006/027497 PCT/FR2005/002223
Procédé et dispositifs pour informer en permanence le
conducteur d'un tunnelier de la nature du terrain en
front de taille

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour
informer en permanence sur la nature du terrain en front de
taille le conducteur d'un tunnelier équipé d'une tête
d'abattage rotative munie d'une pluralité de supports
individuels pour des molettes de forage rotatives.
L'invention s'applique notamment à la détection de
roches dures dans un terrain meuble en cours de creusement au
moyen du tunnelier.
Il est connu dans le cas de forages verticaux de mesurer
des paramètres de forage, comme décrit par exemple dans la
publication FR 2 642 791, au moyen de capteurs installés
entre la tête de forage et le train de tiges de forage.
La publication WO 03/087537 décrit un dispositif qui
comprend un détecteur d'usure, un détecteur de tours et un
détecteur de charge placés sur le support de la mollette.
On connaît d'autres publications (EP 1 098 066, US
330 292, EP 1 253 287, JP 11 270283, JP 09 228 778) qui
placent des capteurs d'acquisition des données sur l'arbre de
la molette ou sur l'arbre de la tête de coupe ou sur la tête
de coupe.
Ces dispositifs sont susceptibles de fournir des
résultats parasites du fait qu'ils prennent en compte des
déformations de l'arbre ou du support de la molette, ou de la
tête de coupe ou de l'arbre de la tête de coupe.
La présente invention vise à éviter l'influence de ces
facteurs parasites.


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Selon l'invention, on place directement sur chaque
molette concernée un ou plusieurs capteurs choisis parmi les
capteurs aptes à fournir des signaux représentatifs de la
force de la pénétration de la molette dans le terrain, de
l'état de rotation de la molette, de la position de la
molette dans le terrain et de la température de la molette.
De préférence, la molette est équipée de tous les
capteurs susdits.
Les supports des molettes concernées sont munis de
récepteurs-transmetteurs des signaux fournis par les capteurs
d'acquisition.
On transmet ces signaux à distance et on les exploite
pour informer le conducteur du tunnelier.
De préférence, on alimente chaque mollette instrumentée
avec l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement des
capteurs de la molette, par une batterie intégrée à la
molette ou par transmission sans fil depuis le support de la
molette. De préférence, on munit le support de chaque
molette instrumentée d'un récepteur apte à recevoir par une
transmission sans fil les signaux des capteurs d'acquisition
de la molette et à les transmettre à un réseau de
communication porté par la tête d'abattage, et on relie ledit
réseau à une unité de traitement et d'affichage dans la
cabine de conduite du tunnelier.
De préférence, on munit chaque molette concernée de
jauges de contrainte que l'on colle sur l'axe de la molette
et on exploite les signaux de ces jauges pour obtenir des
informations sur les charges subies par la molette.
De préférence, on munit chaque molette concernée d'un
inclinomètre apte à envoyer des signaux représentatifs de la
position de la molette.


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De préférence, on équipe chaque molette concernée d'un
capteur de rotation magnéto-inductif.
L'invention a aussi pour objet une molette de forage et
son support pour monter la molette à rotation sur la tête
d'abattage rotative d'un tunnelier, caractérisée en ce que la
molette comprend un ou plusieurs capteurs d'acquisition de
données choisis parmi les capteurs aptes à fournir des
signaux représentatifs de la force de pénétration de la
molette dans le terrain, de l'état de rotation, de la vitesse
de rotation et de la température de la molette, la molette et
sur son support étant munis de moyens coopérant pour envoyer
des signaux représentatifs de la position de la molette.
De préférence, la molette est équipée de tous les
capteurs susdits.
L'alimentation électrique nécessaire au fonctionnement
des capteurs peut être autonome et intégrée à la molette ou à
son support, ou peut provenir d'une source électrique située
à distance.
Les capteurs de la molette'sont de préférence fixés sur
une embase, par exemple un disque, qui est rapportée
latéralement sur la molette ou dans le moyeu de la molette et
cette embase et le support comportent des moyens coopérant
pour recevoir et transmettre les signaux de ces capteurs.
Les figures du dessin joint sont des schémas illustrant
respectivement une vue de face d'une implantation de molettes
sur la tête d'abattage du tunnelier_ (figure 1), une coupe par
un plan perpendiculaire à celui de la figure 1, de la tête
avec la transmission électrique des capteurs jusqu'à une
unité de traitement et d'affichage (figure 2), et une coupe
axiale d'une molette (figure 3).


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Sur la figure 1, chaque molette a été schématisée par un
cercle M et son support individuel par un rectangle R. La
molette est montée folle sur un axe défini par le support et
les supports sont répartis sur des bras B solidaires de la
tête T du tunnelier.
Ces dispositions sont bien connues de l'homme du métier.
Conformément à l'invention, chaque molette est équipée
d'une pluralité de capteurs, et notamment

= d'un capteur de position,
= d'un capteur de pression,

= d'un capteur de l'état de rotation,
= d'un, capteur de vitesse,

= d'un capteur de température.
L'homme du métier choisit ces capteurs parmi les
capteurs connus aptes à,remplir ces fonctions.
Pour le capteur de position, le choix préféré est un
inclinomètre.
Pour le capteur de pression, le choix préféré est un
ensemble de jauges de contraintes.
Les capteurs de position, de vitesse et de température
sont avantageusement montés sur une embase qui est rendue
solidaire de la molette, par exemple un disque rapporté sur
un côté de la molette. Cette embase peut être équipée de
modules d'acquisition et de traitement, d'une interface de
communication avec le sû.pport de la molette, et d'une unité
d'alimentation électrique.
Les supports R des molettes instrumentées sont reliés
par une transmission avec ou sans fil à une centrale C de
traitement et d'affichage placé dans la cabine de conduite du
tunnelier. Sur la figure 2, on a schématisé une transmission
F par fils qui assure les transmissions individuelles des


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signaux des capteurs des molettes et/ou des supports des
molettes portés par un même bras B, au moyen de joints
tournants.
La figure 3 est une coupe axiale schématique d'une
molette (M) équipée d'inclinomètres (1), d'un capteur de
rotation (2), de sondes de température (3) et de jauges de
contrainte (4).
La molette (M) et son support (R) comprennent des moyens
de communication respectifs (5,6) qui coopèrent en vue de
permettre la transmission à distance des signaux des
capteurs.
L'invention n'est pas limitée à cet exemple de
réalisation.

Representative Drawing