EP0156087A1

EP0156087A1 - Dispositif de soutènement souple des parois de galeries souterraines

Info

Publication number: EP0156087A1
Application number: EP84420213A
Authority: EP
Inventors: Robert Gilon
Original assignee: Somafer SA
Current assignee: Somafer SA
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1985-10-02
Also published as: FR2557200A1; DK615584D0; GR82531B; DK615584A

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de soutènement métallique souple des parois (1) de galeries souterraines. Ce dispositif est constitué par un ensemble d'armatures posées perpendiculairement à l'axe de la galerie, espacées les unes des autres, réalisées en fer plat (2) percé d'ouvertures (7) et (7') dans lequel chaque armature comprend un élément supérieur (3) et au moins deux éléments latéraux (4) et (5), des tiges d'ancrage (6) enfilées dans les ouvertures, dont l'une des extrémités pénètre dans la paroi et dont l'autre extrémité filetée permet de plaquer ledit élément contre la paroi au moyen d'une plaquette d'appui (9) et d'un boulon de serrage (8) adapté au filetage. Il trouve son application dans la plupart des terrains chaque fois qu'on veut réaliser un soutènement souple, simple, peu encombrant, économique, permettant de diminuer la section de creusement de la galerie et d'éviter le problème de comblement de vides tout en assurant une bonne sécurité.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de soutènement souple des parois de galeries souterraines.
Dans la plupart des galeries et suivant la nature des terrains rencontrés, il est nécessaire, afin d'assurer la sécurité du personnel, de procéder à un soutènement plus ou moins important des parois pour maintenir les terrains et éviter les. éboulements.
L'homme de l'art sait qu'un soutènement est généralement composé de trois éléments :

- une armature dont la résistance est suffisante pour encaisser la poussée du terrain,
- un blindage qui s'applique directement sur l'armature,
- des matériaux de comblement destinés à supprimer les vides entre la surface du blindage et la surface de la paroi et à maintenir ainsi le terrain en place.

Les soutènements utilisés actuellement dans les diverses exploitations souterraines (mines, carrières souterraines, galeries EDF ou autres, etc...) sont de deux types différents :

- soit du type à armature en bois réalisée par la confection d'un boisage localisé à la demande,
- soit du type à armature métallique réalisée par boulonnage ponctuel au travers d'éléments rigides, ou par un boulonnage systématique avec ou sans pose de grillage, ou encore par la mise en place de cadres métalliques avec comblement des vides.

En ce qui concerne les armatures en bois, elles nécessitent, en raison de leur faible résistance, de recourir à des éléments de fortes dimensions qui sont fonction de l'importance des efforts à supporter. Le choix de ce mode de soutènement oblige le creusement de la galerie à une section supérieure à la section utile, d'où un accroissement du volume des déblais. Lorsque le soutènement s'avère nécessaire après creusement, sa mise en place diminue le gabarit de la galerie.
C'est pourquoi, on utilise de préférence des armatures métalliques. Ces dernières peuvent être réalisées par un boulonnage ponctuel dans lequel on procède à un traitement local des mauvais terrains rencontrés, et qui s'applique à bon nombre d'exploitations souterraines. Ce boulonnage ponctuel consiste en la pose aux endroits dangereux d'une armature constituée par une ou plusieurs tiges d'ancrage appelées boulôns, qui, introduites dans l'épaisseur de la paroi, et fixées par l'intermédiaire de plaques et d'écrous contre celle-ci, solidarisent les zones douteuses aux zones considérées comme saines.
Il existe plusieurs types et systèmes d'ancrage : à coin, à coquille d'expansion, à la résine, au ciment.
Souvent, pour augmenter la surface portante de ce type de soutène ment, des éléments rigides sont glissés entre la paroi à soutenir et l'ensemble plaque-écrou fixant la tige d'ancrage ; ce sont des plaques d'envol, IPN, rails, blochets etc..., mais ils n'adhèrent pas toujours correctement aux terrains à conforter.
L'inconvénient de ce type de soutènement est qu'en cas de pression des terrains dans la zone traitée, aucune déformation de l'armature ne permet à l'expoitant d'être prévenu, sauf dans le cas de pose de blochets et de pose de plaques dêformables.
Les armatures métalliques peuvent aussi être réalisées par un boulonnage systématique.
Dans ce type de soutènement, l'armature est constituée par un ensemble de tiges d'ancrage posées à des intervalles réguliers suivant un quadrillage et une profondeur définis par l'exploitant pour traiter systématiquement l'ensemble d'une galerie ou d'un quartier de galerie, et ce afin de favoriser la formation d'une voûte porteuse artificielle.
La densité de ce boulonnage doit être suffisante pour résister aux poussées du terrain. Il est parfois nécessaire de compléter ce soutènement par de la pose de grillage ou de gunite pour supprimer les risques représentés par l'écaillage de la roche entre les tiges d'ancrages. Ce procédé a le même inconvénient que celui signalé dans le boulonnage ponctuel, à savoir qu'aucune information n'est perçue par l'exploitant en cas de pressions locales des terrains. Les armatures métalliques peuvent enfin être réalisées au moyen de cadres métalliques.
Ces cadres sont généralement obtenus à partir de profilés (système TOUSSAINT-HEICHMANN, par exemple) fabriqués à façon et se présentant sous forme de plusieurs éléments en tronçons transportables, que l'on assemble sur place au moyen d'étriers et écrous.
Ces cadres forment alors une sorte de portique constitué par deux pontiers latéraux qui servent à transmettre au sol, les efforts résultant de la poussée du terrain s'exerçant sur le cintre supérieur. Ils sont placés à une certaine distance les uns des autres en fonction de la nature des terrains traversés et sont reliés entre eux par des barres d'assemblages longitudinales.
Le blindage de la galerie est alors réalisé au moyen de plaques métalliques qu'on glisse sur les cadres. Ce type de soutènement, bien que très répandu dans les houillères et les galeries EDF, pose cependant des problèmes. Malgré certaines facilités d'adaptation du cadre au profil de la galerie lors de son montage, on ne peut éviter l'existence de vides à la périphérie du cadre et la nécessité de ^pro- céder à leur comblement.
Par ailleurs, du fait de leur encombrement, la section des galeries est diminuée.
Or, avec les machines de creusement modernes, de type "Mineur continu" ou à attaque ponctuelle (type ROBBINS, ALPINE MINEER,PAURAT etc...) on ne dispose plus de gros éléments rocheux nécessaires à la réalisation de ce comblement, d'où la nécessité de procéder à un apport extérieur de matériaux permettant d'effectuer ce comblement. Ce qui grève le prix de revient.
Outre cet inconvénient, le problème-du surdimensionnement de la galerie existe toujours, bien qu'à un degré moindre lors du creusement.
C'est pourquoi, la demanderesse, consciente de ces difficultés, et guidée par le souci de travailler avec un maximum de sécurité, a cherché et trouvé un dispositif qui résout une partie des problèmes que posent les techniques actuelles de soutènement.
Ce dispositif appartient au soutènement du type métallique souple et a pour but notamment :

- de supprimer la contrainte du comblement des vides propres à la technique des cadres, car ce système peut épouser les formes du terrain lors de sa mise en place et par là même, éviter les surdi- mensionnements des galeries,
- de-liaisonner les différents types d'ancrages posés à l'intérieur de ce système et donc d'augmenter la résistance ponctuelle de chaque tige qui devient solidaire d'un ensemble,
- de prévenir l'exploitant des pressions exercées entre ou sur les tiges de ce système qui, dans ce cas, se déforme sous la poussée des terrains, éventuellement jusqu'à la rupture,
- d'être applicable à la majorité des natures de terrains rencontrés,
- d'être dimensionné, en fonction de son utilisation, suivant le modèle de galerie et suivant le désir de l'exploitant, de façon que chaque élément puisse être facilement mis en oeuvre par le oerson- nel.

Ce dispositif est constitué par un ensemble d'armatures posées ^per- pendiculairement à l'axe de la galerie et espacées les unes des autres, et caractérisé en ce que chaque armature est réalisée en fer plat dont la forme épouse la géométrie de la paroi et comprend un élément supérieur percé en son milieu d'un trou oblong et de rainures longitudinales, et au moins deux éléments latéraux placés de part et d'autre de l'élément supérieur assemblés entre eux par recouvrement et percés égaiement de rainures, des tiges d'ancrage enfilées soit dans le trou soit dans les rainures dont une extrémité pénètre dans la paroi et dont l'autre extrémité filetée permet de plaquer lesdits éléments contre la paroi au moyen d'une plaquette d'appui et d'un boulon de serrage adapté au filetage.
Ainsi, le dispositif selon l'invention, consiste-t-il en un ensemble d'armatures composées chacune d'éléments en fer plat, assemblés entre eux par recouvrement.
C'est là une première différence avec les dispositifs de l'art antérieur et notamment avec ceux qui utilisent des cadres métalliques et dans lesquels on emploie couramment, soit des fers profilés en T, en 1 ou en U, soit plus souvent des U spécialement lamines à forte inertie et des I à larges ailes, du type HEB ou HEM. Il s'agit ici tout simplement de fers plats dont le type peut être adapté aux efforts demandés et dont le prix de revient est plus faible que celui des profilés classiques.
Ces fers plats ont en plus l'avantage,en raison de leur faible épaisseur, de pouvoir épouser la géométrie de la paroi.
Chaque armature comprend plusieurs éléments. Un élément supérieur, le premier à être posé et qui intéresse donc la voûte de la galerie à consolider. Ce fer plat porte au sommet de son rayon de courbure, un trou oblong de faible dimension, au travers duquel est enfilée une tige d'ancrage dans un trou préalablement percé en tête de la galerie.
Cette tige d'ancrage, comme toutes les tiges d'ancrage, est constituée d'une tête qui pénètre dans la paroi de la galerie par l'intermédiaire du trou préalablement perforé.
Cette tête possède, soit un mécanisme d'expansion, un mécanisme du type coin ou tout autre solution bien connue de l'homme de l'art pratiquant le boulonnage (résine, ciment etc...) lui permettant,soit de s'ancrer définitivement dans les terrains par poussée ou tirage, soit d'adhérer à ces terrains par résine ou ciments.
L'autre extrémité de cette tige d'ancrage est filetée. Ce filetage permet, une fois l'enfilage réalisé, de "plaquer" le fer plat contre la paroi à l'aide d'une plaque d'acier serrée contre le fer plat par un écrou de serrage adapté au filetage ; de préférence, on utilise une plaque d'acier déformable qui évite l'arrachage de l'écrou sous la poussée des terrains.
Une fois fixé au sommet de la galerie, ce fer plat, qui possède des rainures longitudinales sur la majorité de sa longueur, permet à l'exploitant de perforer avec un minimum de sécurité au travers de ce fer plat autant de trous qu'il veut en fonction de la densité de boulonnage qu'il a choisie, puis de poser ces tiges d'ancrage qui vont faire adhérer étroitement le fer plat à la forme de la voûte à conforter.
Les rainures permettant le passage des fleurets de perforation et des tiges d'ancrages sont, de préférence allongées, suivant la plus grande dimension de l'élément, de façon à faciliter au maximum la perforation et permettre un plus grand choix quant au positionnement de ces tiges.
Ce dispositif est complété par deux, voire plusieurs fers plats latéraux. Leur nombre est fonction de la section de galeries réalisées. De préférence, chaque armature est constituée de trois éléments : un élément supérieur placé au faite de la paroi et deux éléments latéraux placés de part et d'autre dans le prolongement du premier.
Dans ce cas, et pour renforcer la tenue des éléments à la poussée des terrains, les extrémités en regard des éléments sont superposées et reliées entre elles par l'intermédiaire des tiges d'ancrage.
Les éléments latéraux sont légèrement différents de l'élément su^pé- rieur par le fait qu'ils ne comportent pas en leur milieu de trou oblong destiné au guidage, comme c'est le cas pour l'élément de faite. Ces deux éléments présentent une rainure discontinue sur toute leur longueur. Les arrêts de rainurage augmentent la résistance de l'élément.
De plus, ces éléments présentent à une au moins de leurs extrémités un logement d'emboîtement qui facilite leur montage.
L'armature ainsi réalisée, est relativement peu encombrante et s'applique exactement contre la paroi de la galerie. Elle évite tous les problèmes de comblement de vides et permet de diminuer la section de creusement de la galerie en raison de sa faible épaisseur.
Par ailleurs, elle solidarise l'ensemble des tiges d'ancrage d'une même armature, ce qui renforce la résistance du système, puisque la poussée des terrains est répartie sur une surface portante beaucoup plus conséquente. La nature souple du matériau employé pour la réalisation des fers plats (acier doux) permet à ce système de se déformer sous les poussées de terrain et donc de prévenir l'exnloitant de l'existence de ces poussées. Ce système est donc sécurisant par son comportement.
De plus, le dimensionnement de l'armature peut être différent en fonction de la nature des terrains et des demandes de l'exploitant. La seule contrainte étant un problème de poids, afin que l'armature reste manutentionnable par le personnel. Ainsi les armatures selon
l'invention présentent notamment les caractéristiques suivantes :

- largeur : 100 - 130 - 150 - 200 mm
- épaisseur : 6 - 8 - 10 mm
- largeur du rainurage : 30 - 35 - 40 mm
- longeurs : éléments supérieurs de 4 m éléments latéraux de 3,50 m Toutefois, ces paramètres sont adaptables aux contraintes locales, ce qui permet d'utiliser ce système dans la plupart des chantiers souterrains.

La solution apportée par cette armature, s'avère donc pratique, simple, sécurisante, souple et économique.
Le dispositif de soutènement est constitué par un ensemble de telles armatures posées perpendiculairement à l'axe de la galerie, espacées les unes des autres d'une distance fonction de la nature du terrain.
Ce dispositif peut être également complété par la pose initiale, sur la paroi, d'un treillis métallique qui est alors supporté par l'ensemble des armatures et empêche l'écaillage des terrains entre les armatures.
Ce treillis peut, aussi, être recouvert d'une couche de béton projeté capable d'assurer une parfaite homogénéité de l'ensemble du soutènement.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés à la présente demande.

La figure est une vue en perspective d'une galerie équipée d'un dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe suivant la plus grande longueur d'un élément supérieur.
La figure 3 montre un élément supérieur vu de dessus.
La figure 4 montre une vue en coupe suivant la plus grande longueur de la liaison entre un élément supérieur et un élément latéral.
La figure 5 est une vue en coupe suivant sa plus grande longueur d'une armature posée dans une galerie et ayant subi une déformation sous la poussée du terrain.

De façon plus détaillée sur la figure 1 apparaissent les trois éléments de fer plat (2): l'élément supérieur (3) et les deux éléments latéraux (4) et (5) dont les extrémités se superposent.
Les tiges d'ancrage ou "boulons" (6) sont enfilées, après percement de la paroi (1) dans le trou (7') de l'élément supérieur et les rainures (7) des trois éléments. Elles sont, soit scellées, soit ancrées dans cette paroi et permettent d'y plaquer les éléments d'armature par l'intermédiaire des écrous (8) et des plaques d'appui (9). La paroi de la galerie (1) est recouverte d'un treillis métallique (10).
La figure 2 représente, en coupe suivant la plus grande longueur, un fer plat (2) constituant l'élément supérieur (3) muni d'un trou (7') et de rainures (7), sur lequel s'exerce, suivant la flèche F, la poussée de la paroi du terrain.
La figure 3 représente un élément supérieur (3) vu de dessus, montrant la disposition des rainures (7) qui s'allongent suivant la plus grande dimension de cet élément et d'un trou central (7').
Sur la figure 4, on voit un élément supérieur (3), et un élément latéral (4) dont les extrémités se superposent par l'intermédiaire d'un logement d'emboîtement (11) et sont fixées entre elles, et à la paroi . (1), avec le treillis métallique (10), à l'aide de la tige d'ancrage (6). L'extrémité filetée de celle-ci est enfilée dans deux ouvertures (7) desdits éléments placés en regard, l'une de l'autre, et munie d'une plaque d'appui (9) et d'un écrou de serrage (8).
Sur la figure 5, on peut voir un exemple de poussée locale F' de terrains, contenue par le système de soutènement ci-dessus présenté et mis en évidence par la déformation du système, ce qui permet à l'exploitant d'intervenir pour remédier à cet état de faits.
L'invention peut être illustrée au moyen de l'exemple d'application suivant :

Une galerie souterraine ayant une section elliptique de 15 m² a été équipée d'une armature en fer plat d'une largeur de 200 mm et d'une épaisseur de 10 mm.

Chaque armature était composée de trois éléments distincts :

- 1 élément supérieur de 4,oo m de long, cintré suivant le nrofil de la voûte et muni de trois ouvertures :
- . une ouverture elliptique au sommet, ayant 20 cm de long,
- . deux ouvertures de part et d'autre de la première, ayant une longueur de 1,60 m ;
- 2 éléments latéraux de longueur unitaire de 3,50 m cintrés suivant le profil de la galerie, munis chacun, d'une ouverture de 320 cm et dont les extrémités se superposent avec les extrémités de l'élément supérieur sur une longueur de 50 cm.

Ces armatures ont été placées à une distance variant de 0,50 m à 1,60 m les unes des autres et un treillis métallique en fil de 5 mm, maille carrée de 100 mm x 100 mm recouvrait l'ensemble de la voûte.
Un tel dispositif permet de soutenir la paroi dans des conditions normales d'exploitation sans avoir recours, ni aux cadres classiques,.ni au comblement des vides et à réaliser ainsi un soutènement donnant à la galerie des dimensions sensiblement voisines de celles obtenues après creusement.

Claims

1. Dispositif de soutènement métallique souple des parois de galeries souterraines, constitué par un ensemble d'armatures posées perpendiculairement à l'axe de la galerie et espacées les unes des autres, caractérisé en ce que chaque armature est réalisée en fer plat (2) dont la forme épouse la géométrie de la paroi (1) et comprend un élément supérieur (3) percé en son milieu d'un trou oblong (7') et de rainures longitudinales (7) et au moins deux éléments latéraux (4) et (5)placés de part et d'autre de l'élément supérieur assemblés entre eux par recouvrement et percés de rainures (7), des tiges d'ancrage (6) enfilées soit dans le trou soit dans les rainures dont une extrémité pénètre dans la paroi et dont l'autre extrémité filetée permet de plaquer lesdits éléments contre la paroi au moyen d'une plaquette d'appui (9) et d'un boulon de serrage (8) adapté au filetage.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des extrémités des éléments latéraux présente un logement d'emboîtement (11).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi est recauverte d'un treillis métallique (10) supporté par l'ensemble des armatures.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le treillis est recouvert de béton.