EP3710676A1 - Procede de controle et/ou de guidage de la realisation d'une excavation - Google Patents

Procede de controle et/ou de guidage de la realisation d'une excavation

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Publication number
EP3710676A1
EP3710676A1 EP18799742.4A EP18799742A EP3710676A1 EP 3710676 A1 EP3710676 A1 EP 3710676A1 EP 18799742 A EP18799742 A EP 18799742A EP 3710676 A1 EP3710676 A1 EP 3710676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
excavation
topography
acquisition device
coordinate system
information
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18799742.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric DALLOT
Mathieu PEYREGA
Romain NICOLAS
Raphaël GUEULET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=61132596&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3710676(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3710676A1 publication Critical patent/EP3710676A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E21D9/004—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines using light beams for direction or position control

Definitions

  • the present invention relates to the field of underground work, and in particular that of control and / or guidance of the realization of excavations.
  • the invention relates more particularly to the realization of excavations by blasting or manual felling, in particular with a digger, a milling cutter or a hydraulic breaker (BRH).
  • BSH hydraulic breaker
  • Application EP 1 302 625 relates to a method of application by spraying concrete onto a surface of a hollow chamber or of an object, comprising the determination of the real geometry of the chamber or object, the comparison with the theoretical geometry and displaying the difference between the geometries.
  • Applications WO 2009/037381 and WO2012 / 172180 relate to a method and a device for designing drilling planes, in which the particular points for the drill holes are determined.
  • US Pat. No. 5,851,580 relates to a method of coating the interior walls of tunnels with shotcrete, in which an electronic control system designed so as to be able to control the process for the projection of concrete is used.
  • Application ES 2 389 802 relates to a method and a system for planning excavation work of a tunnel.
  • a bright image is formed on the excavation front, corresponding to the size of the excavation to be excavated. This shows the contour of the area to be excavated, which results from the intersection between two surfaces, namely the surface of the real face and the topographic data of the project.
  • Off-profiles refers to over-slaughter and under-slaughter, ie areas that have been over-excavated or have not been excavated enough. Also referred to as out-profiles and subprofiles respectively.
  • the measuring device may include in particular a tacheometer and prisms or targets that must be disposed of accurately, hence the need for such work to be performed by a qualified person. It is therefore essential to benefit from the assistance of a specialized person whenever a measure is necessary, and in particular at each new phase of slaughter.
  • the surveyor must control over-slaughter and under-slaughter. With this information, it is possible at each phase to correct the progress of digging operations by eliminating the sub-profiles with a milling cutter or hydraulic breaker (BRH), limiting the out-profiles, or, where appropriate, filling out the profiles with shotcrete.
  • BSH milling cutter or hydraulic breaker
  • the surveyor is not necessarily available at any time on the excavation site, for reasons of cost and site organization. In such cases, one may be forced to continue the digging without sufficient guidance, which can generate significant off-profiles and sub-profiles, and therefore additional costs and even delays in the progress of the site.
  • the object of the invention is thus, according to a first aspect, a method for controlling and / or guiding the carrying out of an excavation, comprising the step of a) (i) georeferencing, in particular by means of classical topography, a first device for acquisition of the relief in the excavation, in a system of general coordinates, or (ii) to acquire a first topography (A) of a first cloud of points of a portion of the surface of the excavation, in particular by a second acquisition device such as a topography laser scanner, and perform a process for georeferencing the first point cloud in a general coordinate system.
  • the method according to the invention may comprise the step consisting of b) acquiring a second topography (B) of a second cloud of points of at least one surface to be controlled from the excavation, in the local coordinate system of the first device acquisition method by means of the first acquisition device, (i) the first acquisition device having been previously georeferenced, or (ii) said second topography (B) having a common surface with the first topography (A).
  • the method according to the invention may comprise the step of c) obtaining the georeferencing in the general coordinate system of the second acquired topography (B) (i) by means of the georeferencing of the first acquisition device previously carried out, or ii) assembling the second cloud of points, obtained in the coordinate system of the first acquisition device, with the first point cloud of the first topography (A) georeferenced in the general coordinate system.
  • assembly is meant that it is sought to match the points of the first and second point clouds, so as to identify the position of the points of the second point cloud in the general coordinate system.
  • the method according to the invention may comprise the step of d) comparing the second acquired topography (B) with a georeferenced reference model in the general coordinate system, and then identifying a possible difference between the second acquired topography (B) and the reference model.
  • the excavation is then controlled and / or its realization guided according to the difference observed.
  • the reference model can be prerecorded for the excavation analyzed.
  • Steps a), b), c), and d) are preferably successive or even consecutive.
  • the general coordinate system is a site coordinate system. In one embodiment, the general coordinate system is known.
  • zones with off-profiles to be corrected are thus identified.
  • a distance between points and a surface is determined, namely on the one hand the points of the cloud of points and on the other hand the meshed surface of the reference model, in order to establish a map of the zones to be excavated or filled, as well on the vault of the excavation as on the face of size.
  • the subject of the invention is a method of controlling and / or guiding the execution of an excavation, comprising the following steps:
  • the first acquisition device can be arranged on a chassis.
  • conventional topography means for example a tacheometer which can for example be fixed on a frame.
  • the georeferencing can be performed by a surveyor, who targets graphical position topo targets to know the position of the frame.
  • the presence of the surveyor is only necessary when the chassis has to be moved.
  • Such an intervention can take place only at a frequency of the order of several hours, for example at least every 4 hours, or even every 5 hours, better every 6 hours, or even less, for example every 7 hours or every 8 hours.
  • step c a reference change from the local coordinate system to the general coordinate system is used, known through the georeferencing performed in a).
  • the subject of the invention is a method for controlling and / or guiding the execution of an excavation, comprising the following steps: a) acquiring a first topography (A) of a first cloud of points of a portion of the surface of the excavation, in particular by a second acquisition device such as a topography laser scanner, and performing a treatment for georeference the first point cloud in the general coordinate system,
  • the georeferencing of the first topography (A) can be carried out in particular by conventional topography means.
  • These means comprise for example at least one of a tacheometer, topographic targets previously arranged or remarkable points of the site previously identified by a qualified operator, surveyor or surveyor.
  • a remarkable point may for example be a sphere or a cross.
  • a target may have the shape of a sphere or a board with a checkered pattern. The acquisition of a point cloud on the sphere, or on the board, makes it possible to identify its center.
  • the method according to the invention may comprise the step consisting of e) generating, for a user, at least one piece of information relating to the possible difference identified. In step e), the development and transmission of a cartography of the controlled excavation is thus obtained.
  • Step e) may comprise a projection of light on the surface to be controlled by the excavation, or may comprise a display on a screen, or may comprise a display in virtual reality or augmented with information, for example on a tablet or in an augmented reality headset.
  • the tablet or headset may be related to its environment.
  • more one-off information can be projected using one or more motorized laser pointers, which could be used, for example, to show a remaining area to be excavated.
  • the laser pointer could eventually perform fast movements to show the operator lines on the wall through the phenomenon of retinal persistence.
  • Step e) may include a projection of light on the surface to be controlled of the excavation, in particular to indicate an off-profile or a sub-profile. This light carries information on the excavation carried out and / or work to be done.
  • the surface to be controlled of the excavation can be in particular a tunnel vault under construction. Step e) thus makes it possible to communicate at least one mapping of the comparison made to a user who performs operations in the excavation analyzed.
  • the projection can be performed with at least two different colors, or even at least three different colors, especially with a color indicating whether it is an off-profile or a sub-profile.
  • the projection is performed with at least three different colors, in particular with a gradient.
  • the projection may for example include a gradient for transmitting depth information to dig or fill with shotcrete.
  • Step e) may include a virtual reality or augmented information display, for example with a virtual reality device, such as a virtual reality headset, augmented reality glasses or a tablet equipped for augmented reality. In another variant, it can be done by display on a screen.
  • a virtual reality device such as a virtual reality headset, augmented reality glasses or a tablet equipped for augmented reality.
  • it can be done by display on a screen.
  • the georeferencing step a) may comprise a step al) of positioning targets in the excavation, each at a known location, and a step a2) of determining the positioning of the acquisition device with respect to said previously positioned targets.
  • a tacheometer placed on the chassis of the device, in order to georeference the chassis of the device relative to the targets.
  • Step a1) can be performed by a qualified operator, surveyor or surveyor.
  • Step a2) can also be performed with the help of a qualified operator, surveyor or surveyor. Thanks to the method according to the invention, it may not be necessary to qualified operator, surveyor or topographer, to implement the method according to the invention, at a relatively low frequency, for example several hours, for example at least every 4h, or every 5h, better every 6h, even less, for example every 7h or 8h.
  • the steps of acquisition and / or comparison and / or identification and / or generation of information can be performed substantially in real time.
  • substantially real time is meant that these steps are performed at a speed sufficient to allow a user to adapt the operations he performs in the excavation according to the information generated.
  • All the steps of the process can be carried out for less than 10 minutes, or even less than 3 minutes, for example being of the order of 1 to 2 minutes, or even less than 1 minute.
  • the duration of the course of all the steps of the process may for example be of the order of about 15 seconds.
  • the acquisition stage b) can be renewed at least every 2 hours, better every hour or even every 30 minutes, especially with an interval of less than 20 minutes, better still less than 10 minutes, and even less than 3 minutes. , being for example of the order of 1 to 2 minutes, or even less than a minute, for example less than 30 s, even less than 20 s, better still less than 10 s.
  • the acquisition step b) can be renewed every 5 s or even every 2 s.
  • an excavation or concrete spraying tool By means of the cartography established in step e), it is possible to control, in particular automatically, an excavation or concrete spraying tool according to the identified difference (s).
  • the excavation or concrete spraying tool may in particular be a digging tool or an additive manufacturing tool.
  • the additive manufacturing tool can be guided by the user or in automatic mode. It may be for example a 3D printing device.
  • the excavation may be a tunnel under construction, and the surface to be controlled more particularly the vault of said tunnel and / or the face of size of said tunnel.
  • the area to be controlled of the excavation is the arch of a tunnel under construction.
  • the material elements necessary for step e) can be used to generate at least one piece of information, in particular for an operator, and to display it for an operator, depending on feedback.
  • a concrete excavation or projection tool used It can be for example an instruction about the tool to use, or to change tools, depending on the force feedback in the tool, the oil pressure in the tool, the energy consumed by the tool. For example, in the case where the strawberry used seems to be unsuitable, one can give an instruction to switch to a smaller or larger bur.
  • the information generated may include an indication of the mode of slaughter to be used, including a priority order of the areas to be felled, in which case the display may be performed on the vault or superimposed on the vault, or on the digging method to use.
  • the invention also relates to an assembly for implementing the method as described above, comprising a first acquisition device configured to be moved to several measurement points in the excavation.
  • the first acquisition device may comprise an optical measuring device.
  • the optical measuring device may in particular comprise a laser transmitter and / or a laser receiver.
  • the optical measuring device in particular by laser, can be configured to scan the excavation continuously.
  • the invention also relates to a method of assisting the production of a workpiece having a predefined shape and intended to be disposed in an excavation, in which said workpiece is produced by additive manufacturing as a function of a possible gap identified by a method as defined above.
  • the work element may for example be a flashing, a reinforcement, an architectural element, this list is not limiting.
  • the subject of the invention is also an excavation method, in which digging is carried out according to a possible gap identified by a method as defined above.
  • the excavation is preferably a tunnel under construction, and the surface to be controlled more particularly the vault of said tunnel and / or the face of said tunnel.
  • the area to be controlled of the excavation is the arch of a tunnel under construction.
  • the method according to the invention may comprise the step of mechanically slaughtering certain rocks of the excavation under construction, and in particular of a tunnel under construction, and more particularly of the vault of said tunnel and / or the front size of said tunnel, depending on the identified discrepancy (s).
  • some rocks in the vault of a tunnel under construction are mechanically fired.
  • the method according to the invention may comprise the step of generating said information concerning a possible difference identified between the second acquired topography and the reference model, according to a feedback of an excavation tool or concrete projection used.
  • the information generated may include information on the mode of slaughter to be used, in particular on an order of priority of the areas to be felled or filled, in particular shotcrete, or on the method of digging to be used.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view, schematic and partial, of an excavation site according to the state of the art
  • FIG. 2 is a schematic and partial perspective view of a geolocation device according to the state of the art
  • FIG. 3 is a view in longitudinal section of the excavation site of FIG. 1 according to the state of the art
  • FIG. 4a is a block diagram illustrating the method of the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4b is a block diagram illustrating the method of the invention according to a second embodiment
  • FIGS. 5a and 5b are diagrammatic and partial perspective views of an excavation site according to the invention.
  • FIG. 6 is a view from above in longitudinal section
  • FIGS. 7a and 7b are diagrammatic and partial cross-sectional views of the excavation site of FIGS. 5a, 5b and 6,
  • FIG. 8 is a view similar to FIG. 3 illustrating a particular mode of slaughter
  • FIG. 9a is a cross-sectional view, schematic and partial, and
  • Figures 9b and 9c are views similar to Figure 9a of alternative embodiments.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate the implementation of a state-of-the-art excavation site in which the excavation E is excavated by means of a BRH hydraulic breaker. Alternatively, one could use the method of blasting.
  • HP out-profiles and subprofiles SP are obtained which must be identified and corrected.
  • the surveyor uses a total station, formed of an improved tacheometer T accompanied by targets C, as illustrated in FIG. 2, which the topographer has disposed in excavation E while digging. It can for example project a series of laser points on the face and some points on the vault to identify out-profiles and sub-profiles, as the digging progresses.
  • the topograph guides the operators throughout the works, and it must be present at least at each digging phase to ensure good quality of the excavation.
  • HP out-profiles and SP subprofiles are corrected by additional digging or filling by injecting shotcrete (BP).
  • BP shotcrete
  • one or more BP concrete layers are also projected on the VI or the two VIs, V2 last flanks adjoining the face of size F, as illustrated in FIG. 3, before possibly having a bolting of primary support BS.
  • the first layer of shotcrete may be about 5 cm thick, while the second layer may be 5 to 25 cm thick, being projected in layers of about 10 cm. This allows a temporary securing of the vault.
  • the shotcrete can fill the off-profiles so that the hangers are well supported on the wall and that efforts are transmitted, thus securing the vault. Then, we can put in place a final coating of poured concrete.
  • the felling cycles, or passes, in principle have the depth between two hangers, for example between 0.80 and 1.50 meters.
  • a firing volley defines a linear excavation length, and may be between 1.2 and 5.8 meters.
  • a pass may have a depth of 0.5 to 6 m, or even 1 to 5 m, being of the order of 2 m approximately.
  • FIGS. 4a to 7b illustrate the implementation of an excavation method according to the invention, in which an excavation E is excavated.
  • the excavation is here a tunnel under construction, and the surface to be excavated. control more particularly the vault V of said tunnel and / or the face of size F of said tunnel, as illustrated in Figures 5a, 5b, 6, 7a and 7b.
  • the excavation E may have a height substantially between 2 and 12 m, a width of substantially between 2 and 12 m, and a length substantially less than 5 m.
  • a first acquisition device 10 comprising a chassis, an optical measuring device 11 and a video projector 12 is used, as well as a computer running the software corresponding to the method according to the invention, as illustrated in FIG. 7a. .
  • the reference model M is prerecorded in step 110 in the acquisition device 10, which can be moved to several measurement points in the excavation as the work progresses.
  • the first acquisition device 10 comprises an optical measuring device 11, which comprises a laser emitter and a laser receiver. It may include a theodolite or a tacheometer, comprising a laser distance-meter for measuring both angles and distances, or a total station, that is to say, better automated and motorized.
  • the first acquisition device 10 comprises a georeferencing device, in order to allow its georeferencing in step 100, including by conventional surveying means, in the excavation, in a system of general coordinates of the site.
  • the georeferencing is in this example carried out by means of targets C whose location is previously located in the excavation, by a qualified operator, surveyor or surveyor.
  • the targets are each arranged at a known location behind the excavation zone, for example about fifteen meters behind the face of the face, as shown in Figure 5b.
  • the first acquisition device 10 can be installed by a skilled operator in the excavation at a known position, determined by targeting the targets, for example by determining two angles relative to two targets whose location is known in the local coordinates, and a distance from one of these targets, as shown in Figure 6.
  • a topography B of a cloud of points of the surface to be checked for the excavation is acquired.
  • the optical measuring device 11 comprising a laser emitter and a laser receiver, which can measure both the angles and the high frequency distances, is used, which enables it to obtain a dense 3D point cloud.
  • This type of device is commonly called “3D scanner”. It is in an embodiment configured to scan the excavation continuously.
  • a point cloud may have a minimum resolution of 100 points / m 2 , that is, approximately at least one point every 10 cm.
  • This acquisition can be done in a first embodiment in the general coordinate system by means of the acquisition device 10 previously georeferenced.
  • FIG. 4b It is possible to proceed in a variant according to a second embodiment, illustrated in FIG. 4b.
  • a second acquisition device such as a topography laser scanner.
  • the second acquisition device can also be confused with the acquisition device 10.
  • It comprises an optical measuring device 11, which comprises a laser emitter and a laser receiver. It is in an embodiment configured to scan the excavation continuously. In other words, as and when the work carried out by an operator progresses, the acquisition device 10 controls their progress and guides the operator for further operations.
  • the acquisition of step 200 can be done in a local coordinate system of the second acquisition device of said second topography B.
  • the topography B then has a common surface with a previously acquired A topography at a step 250 of a first cloud of points of a portion of the surface of the excavation, a treatment having been performed to georeference the first cloud of points in the general coordinate system of the site.
  • the prior acquisition of the topography A can be done by the second acquisition device such as a topography laser scanner.
  • An automatic assembly between the first and second point clouds of the topographies A and B makes it possible to pass the topography B in the general coordinate system of A.
  • This step 250 may be performed at regular intervals but rather far apart by a qualified person such as a surveyor. It can for example be implemented once or twice a week only, to the extent that the daily progress of the work can be of the order of 1 to 5 m, being in particular of the order of 2 m.
  • target targets may be used as described above.
  • step 300 it is sought to obtain the georeferencing in the general coordinate system of the site of the topography B acquired.
  • the georeferencing of the first acquisition device previously made or in the second variant embodiment an assembly of the second cloud of points, obtained in the coordinate system of the second device. acquisition, with the first cloud of points previously georeferenced in the general coordinate system of the site.
  • this processing step 300 it is possible for example to give some constraints, such as the positioning of the first acquisition device in the excavation, or the orientation therein.
  • this processing step 300 it is sought to determine the common portions of the two points cloud A and B, by segmenting the point cloud B to keep the common parts.
  • the common part is in principle the portion of vault extending behind the face of size.
  • a step 400 the acquired topography B is compared with a georeferenced reference model M in the general coordinate system, then a possible difference is identified between the acquired topography B and the reference model M, which has been previously recorded. in the acquisition device 10 in step 110. Areas with off-profile HP or subprofiles SP to be corrected are thus identified.
  • the distance between the point cloud points of the acquired topography B and the points of the reference model M is calculated.
  • a next step 500 at least one piece of information relating to the identified potential deviation is generated for a user.
  • the user can be the operator handling the BRH for example.
  • step 500 the development and transmission of a cartography of the controlled excavation is thus obtained.
  • Step 500 comprises in the example illustrated in FIGS. 7a and 7b, a projection of light on the surface to be checked from the excavation with the video projector 12. Step 500 thus makes it possible to communicate at least one map of the comparison made. to the operator working in excavation E.
  • the point cloud is projected into the focal plane of the video projector 12, to project the image onto the surface of the excavation E. It is thus possible to obtain a stream of images 570.
  • the projection is in the example described made by the acquisition device 10 with two different colors. It could also include from 2 to 5 colors, for example.
  • a step 550 it may be necessary in a step 550 to calibrate the video projector or projectors, to know its position relative to the cloud of points, and thus its focal plane. To do this, we can proceed to a calibration in the laboratory, then to a change of landmarks. In other words, the position of the video projector is calculated with respect to the acquisition device whose position is known.
  • one of the colors can be used to indicate the sub-profiles SP, for which it is necessary to continue to excavate, and the other for indicate that the corresponding area is sufficiently excavated, as shown in Figure 7a.
  • the acquisition device When the operator is in the process of excavating, the acquisition device is preferably placed elsewhere than directly below the working area, in order to avoid any damage to it.
  • one of the colors can be used to indicate the out-profiles HP, for which we must continue to project concrete, and the Another may be used to indicate that the corresponding area is sufficiently filled as shown in Figure 7b.
  • the acquisition device also makes it possible to control during the projection of concrete the presence of sub-profiles SP generated by the shotcrete.
  • Areas controlled and treated by concrete spraying may be the first flight or pass VI near the face of the face, as well as the second volley or pass V2 adjacent to the fly or pass VI. Such a control makes it possible to project a constant and minimal thickness of concrete on the vault.
  • the method includes a step 600 of validation of the progress of the building site, in which the control of the progress of the building site described above is used to raise predefined stopping points as to the quality of the excavation site. Once the break points are raised for a pass, it is possible to install a formwork or hangers.
  • the acquisition device 10 can be placed just behind the working area, about 2.5 m from the face of the face.
  • the acquisition device 10 can be moved in the excavation, and its automatic georeferencing renewed.
  • the acquisition device 10 also makes it possible to obtain a definitive topographic survey of the work carried out.
  • the steps of acquisition and / or comparison and / or identification and / or generation of information 200 to 500 are performed substantially in real time and during the excavation, excavation and concrete injection operations.
  • the duration of the course of all the steps of the process may be for example of the order of about 5 seconds.
  • the information generated in step 500 may include information on the mode of slaughter to be used, in particular on a priority order of areas to be felled or filled with shotcrete, or on the method of digging to be used.
  • the mode of felling to be used may in particular depend on the nature of the terrain in which the excavation is carried out.
  • the peripheral part S near the vault V is first hollowed out, leaving a belly Ve in the center which helps to maintain the ground, as illustrated in FIGS. 8 and 9a.
  • the present invention does not relate to excavation digging with a tunnel boring machine.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de contrôle et/ou de guidage de la réalisation d'une excavation (E), comportant les étapes suivantes : a) (i) géoréférencer un premier dispositif d'acquisition (10) du relief dans l'excavation, dans un système de coordonnées générales, ou (ii) acquérir une première topographie d'un premier nuage de points d'une portion de la surface de l'excavation (E), notamment par un deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie, et effectuer un traitement pour géoréférencer le premier nuage de points dans un système de coordonnées générales, b) acquérir une deuxième topographie d'un deuxième nuage de points d'au moins une surface à contrôler de l'excavation, dans le système de coordonnées locales du premier dispositif d'acquisition au moyen du premier dispositif d'acquisition (10), c) obtenir le géoréférencement dans le système de coordonnées générales de la deuxième topographie acquise, d) comparer la deuxième topographie acquise à un modèle de référence (M) géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis identifier un écart éventuel entre la deuxième topographie acquise et le modèle de référence (M).

Description

PROCEDE DE CONTROLE ET/OU DE GUIDAGE
DE LA REALISATION D'UNE EXCAVATION
La présente invention concerne le domaine des travaux souterrains, et notamment celui du contrôle et/ou du guidage de la réalisation d'excavations. L'invention concerne plus particulièrement la réalisation d'excavations par tir à l'explosif ou abattage manuel, notamment avec une pelle mécanique, une fraise ou un brise-roches hydraulique (BRH).
La demande EP 1 302 625 porte sur procédé d'application par pulvérisation de béton sur une surface d'une chambre creuse ou d'un objet, comportant la détermination de la géométrie réelle de la chambre ou objet, la comparaison avec la géométrie théorique et l'affichage de la différence entre les géométries.
Les demandes WO 2009/037381 et WO2012/172180 portent sur un procédé et un dispositif pour concevoir des plans de forage, dans lesquels on détermine les points particuliers pour les trous de forage.
Le brevet US 5 851 580 porte sur un procédé de revêtement des parois intérieures de tunnels avec du béton projeté, dans lequel on utilise un système de commande électronique conçu de manière à pouvoir piloter le procédé pour la projection de béton.
La demande ES 2 389 802 porte sur un procédé et un système pour planifier des travaux d'excavation d'un tunnel. On forme une image lumineuse sur le front d'excavation, correspondant au gabarit de l'excavation à creuser. On affiche ainsi le contour de la zone à creuser, lequel résulte de l'intersection entre deux surfaces, à savoir la surface du front de taille réel et les données topographiques du projet.
Cependant, un tel procédé ne fournit pas d'informations sur la conformité du creusement réalisé à l'arrière du front de taille, et notamment sur la voûte de l'excavation, c'est-à-dire le plafond de l'excavation.
Il existe donc un besoin pour bénéficier d'une identification des hors-profils aussi bien sur la voûte de l'excavation que sur le front de taille. Par « hors-profils », on entend les sur-abattages et les sous-abattages, c'est-à-dire les zones qui ont été trop creusées ou qui n'ont pas été assez creusées. On parle également respectivement de hors- profils et de sous-profils. Lors de la réalisation d'une excavation, on peut à cet effet guider le travail de creusement à partir de relevés topographiques effectués au moyen d'un dispositif de mesure manipulé par un topographe. Le dispositif de mesure peut notamment comporter un tachéomètre et des prismes ou cibles qu'il faut disposer de manière précise, d'où la nécessité qu'un tel travail soit réalisé par une personne qualifiée. Il est donc indispensable de bénéficier de l'assistance d'une personne spécialisée à chaque fois qu'une mesure est nécessaire, et notamment à chaque nouvelle phase d'abattage.
A chaque phase, le topographe doit contrôler les sur-abattages et les sous- abattages. Avec ces informations, on peut à chaque phase corriger l'avancement des travaux de creusement en éliminant les sous-profils avec une fraise ou un brise-roches hydraulique (BRH), en limitant les hors-profils, ou, le cas échéant, en comblant les hors- profils par du béton projeté.
Or le topographe n'est pas nécessairement disponible à tout moment sur le chantier d'excavation, pour des raisons de coût et d'organisation du chantier. Dans de tels cas, on peut être contraint de continuer le travail de creusement sans guidage suffisant, ce qui peut générer des hors-profils et sous-profils conséquents, et donc des coûts supplémentaires et même des retards dans l'avancement du chantier.
Il existe donc un besoin pour bénéficier d'un procédé permettant de contrôler et/ou de guider des travaux d'excavation sans nécessairement la présence constante ou fréquente d'un topographe.
Procédé de contrôle et/ou de guidage
L'invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, un procédé de contrôle et/ou de guidage de la réalisation d'une excavation, comportant l'étape consistant à a) (i) géoréférencer, notamment par des moyens de topographie classiques, un premier dispositif d'acquisition du relief dans l'excavation, dans un système de coordonnées générales, ou (ii) acquérir une première topographie (A) d'un premier nuage de points d'une portion de la surface de l'excavation, notamment par un deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie, et effectuer un traitement pour géoréférencer le premier nuage de points dans un système de coordonnées générales.
Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à b) acquérir une deuxième topographie (B) d'un deuxième nuage de points d'au moins une surface à contrôler de l'excavation, dans le système de coordonnées locales du premier dispositif d'acquisition au moyen du premier dispositif d'acquisition, (i) le premier dispositif d'acquisition ayant été préalablement géoréférencé, ou (ii) ladite deuxième topographie (B) comportant une surface commune avec la première topographie (A).
Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à c) obtenir le géoréférencement dans le système de coordonnées générales de la deuxième topographie (B) acquise (i) au moyen du géoréférencement du premier dispositif d'acquisition préalablement effectué, ou (ii) par assemblage du deuxième nuage de points, obtenu dans le système de coordonnées du premier dispositif d'acquisition, avec le premier nuage de points de la première topographie (A) géoréférencée dans le système de coordonnées générales.
Par « assemblage », on entend que l'on cherche à faire correspondre les points des premier et deuxième nuages de points, de manière à identifier la position des points du deuxième nuage de points dans le système de coordonnées générales.
Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à d) comparer la deuxième topographie acquise (B) à un modèle de référence géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis identifier un écart éventuel entre la deuxième topographie acquise (B) et le modèle de référence.
L'excavation est alors contrôlée et/ou sa réalisation guidée en fonction de l'écart constaté.
Le modèle de référence peut être préenregistré pour l'excavation analysée.
Les étapes a), b), c), et d) sont de préférence successives voire consécutives. Le système de coordonnées générales est un système de coordonnées du chantier. Dans un mode de réalisation, le système de coordonnées générales est connu.
Dans l'invention on identifie ainsi des zones comportant des hors-profils à corriger. On détermine une distance entre des points et une surface, à savoir d'une part les points du nuage de points et d'autre part la surface maillée du modèle de référence, afin d'établir une cartographie des zones à creuser ou à combler, aussi bien sur la voûte de l'excavation que sur le front de taille.
Dans l'invention, on peut réaliser un géoréférencement automatique, réalisable par un opérateur non nécessairement qualifié en topographie. A cet effet, on peut utiliser un assemblage automatique entre le premier (A) et le deuxième (B) nuage de points. Dans un premier mode de réalisation, l'invention a pour objet un procédé de contrôle et/ou de guidage de la réalisation d'une excavation, comportant les étapes suivantes :
a) géoréférencer, notamment par des moyens de topographie classiques, un premier dispositif d'acquisition du relief dans l'excavation, dans un système de coordonnées générales,
b) acquérir une deuxième topographie (B) d'un deuxième nuage de points d'au moins une surface à contrôler de l'excavation, dans le système de coordonnées locales du premier dispositif d'acquisition au moyen du premier dispositif d'acquisition, le premier dispositif d'acquisition ayant été préalablement géoréférencé,
c) obtenir le géoréférencement dans le système de coordonnées générales de la deuxième topographie (B) acquise au moyen du géoréférencement du premier dispositif d'acquisition préalablement effectué,
d) comparer la deuxième topographie acquise (B) à un modèle de référence géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis identifier un écart éventuel entre la deuxième topographie acquise (B) et le modèle de référence.
Le premier dispositif d'acquisition peut être disposé sur un châssis. Par « moyens de topographie classique », on entend par exemple un tachéomètre qui peut par exemple être fixé sur un châssis. Dans ce cas, le géoréférencement peut être effectué par un géomètre, qui vise des cibles topo graphiques de position permettant de connaître la position du châssis. Ainsi, la présence du géomètre n'est nécessaire que lorsque l'on doit déplacer le châssis. Une telle intervention peut avoir lieu seulement à une fréquence de l'ordre de plusieurs heures, par exemple au moins toutes les 4h, voire toutes les 5h, mieux toutes les 6h, voire moins, par exemple toutes les 7h ou toutes les 8h.
A l'étape c), on utilise un changement de repère du système de coordonnées locales au système de coordonnées générales, connu par le biais du géoréférencement effectué en a).
Dans un deuxième mode de réalisation, l'invention a pour objet un procédé de contrôle et/ou de guidage de la réalisation d'une excavation, comportant les étapes suivantes : a) acquérir une première topographie (A) d'un premier nuage de points d'une portion de la surface de l'excavation, notamment par un deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie, et effectuer un traitement pour géoréférencer le premier nuage de points dans le système de coordonnées générales,
b) acquérir une deuxième topographie (B) d'un deuxième nuage de points d'au moins une surface à contrôler de l'excavation, dans le système de coordonnées locales du premier dispositif d'acquisition au moyen du premier dispositif d'acquisition, ladite deuxième topographie (B) comportant une surface commune avec la première topographie (A),
c) obtenir le géoréférencement dans le système de coordonnées générales de la deuxième topographie (B) acquise, par assemblage du deuxième nuage de points, obtenu dans le système de coordonnées du premier dispositif d'acquisition, avec le premier nuage de points de la première topographie (A) géoréférencée dans le système de coordonnées générales,
d) comparer la deuxième topographie acquise (B) à un modèle de référence géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis identifier un écart éventuel entre la deuxième topographie acquise (B) et le modèle de référence.
Le géoréférencement de la première topographie (A) peut être effectué notamment par des moyens de topographie classiques. Ces moyens comportent par exemple l'un au moins d'un tachéomètre, de cibles topographiques préalablement disposées ou de points remarquables du chantier préalablement repérés par un opérateur qualifié, géomètre ou topographe. Un point remarquable peut par exemple être une sphère ou une croix. Une cible peut avoir la forme d'une sphère ou d'une planchette avec un motif à damier. L'acquisition d'un nuage de point sur la sphère, ou sur la planchette, permet d'identifier son centre.
Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à e) générer à destination d'un utilisateur au moins une information concernant l'écart éventuel identifié. A l'étape e), on obtient ainsi l'élaboration et la transmission d'une cartographie de l'excavation contrôlée.
L'étape e) peut comporter une projection de lumière sur la surface à contrôler de l'excavation, ou peut comporter un affichage sur un écran, ou peut comporter un affichage en réalité virtuelle ou augmentée de l'information, par exemple sur une tablette ou dans un casque de réalité augmentée. La tablette ou le casque peut être en relation avec son environnement. Dans un mode de réalisation, on peut projeter une information plus ponctuelle à l'aide d'un ou plusieurs pointeurs lasers motorisés, qui pourraient permettre, par exemple, de montrer une zone restante à excaver. Le pointeur laser pourrait éventuellement effectuer des mouvements rapides afin de montrer à l'opérateur des lignes sur la paroi grâce au phénomène de persistance rétinienne.
L'étape e) peut comporter une projection de lumière sur la surface à contrôler de l'excavation, notamment pour signaler un hors-profil ou un sous-profil. Cette lumière est porteuse d'une information sur l'excavation réalisée et/ou des travaux à effectuer.
La surface à contrôler de l'excavation peut être notamment une voûte de tunnel en construction. L'étape e) permet ainsi de communiquer au moins une cartographie de la comparaison effectuée à un utilisateur qui effectue des opérations dans l'excavation analysée.
La projection peut être effectuée avec au moins deux couleurs différentes, voire au moins trois couleurs différentes, notamment avec une couleur indiquant s'il s'agit d'un hors-profil ou d'un sous-profil. Dans un mode de réalisation, la projection est effectuée avec au moins trois couleurs différentes, notamment avec un dégradé. La projection peut par exemple comporter un dégradé permettant de transmettre une information concernant la profondeur à creuser ou à remplir de béton projeté.
L'étape e) peut comporter un affichage en réalité virtuelle ou augmentée de l'information, par exemple avec un dispositif de réalité virtuelle, notamment un casque de réalité virtuelle, des lunettes de réalité augmentée ou encore une tablette équipée pour la réalité augmentée. En variante encore, elle peut se faire par affichage sur un écran.
L'étape a) de géoréférencement peut comporter une étape al) de positionnement de cibles dans l'excavation, chacune à un emplacement connu, et une étape a2) de détermination du positionnement du dispositif d'acquisition par rapport auxdites cibles préalablement positionnées.
On peut par exemple utiliser un tachéomètre placé sur le châssis du dispositif, afin de géoréférencer le châssis du dispositif par rapport aux cibles.
L'étape al) peut être effectuée par un opérateur qualifié, géomètre ou topographe. L'étape a2) peut être effectuée également avec l'aide d'un opérateur qualifié, géomètre ou topographe. Grâce au procédé selon l'invention, on peut n'avoir besoin d'un opérateur qualifié, géomètre ou topographe, pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention, qu'à une fréquence assez faible, par exemple de plusieurs heures, par exemple au moins toutes les 4h, voire toutes les 5h, mieux toutes les 6h, voire moins, par exemple toutes les 7h ou toutes les 8h.
Les étapes d'acquisition et/ou de comparaison et/ou d'identification et/ou de génération d'informations peuvent être effectuées sensiblement en temps réel. Par « sensiblement en temps réel », on entend que ces étapes sont effectuées à une vitesse suffisante pour permettre à un utilisateur d'adapter les opérations qu'il effectue dans l'excavation en fonction des informations générées.
L'ensemble des étapes du procédé peut être mené sur une durée inférieure à 10 minutes, voire encore inférieure à 3 minutes, étant par exemple de l'ordre de 1 à 2 minutes, voire même de moins d'une minute. La durée du déroulement de l'ensemble des étapes du procédé peut être par exemple de l'ordre de 15 secondes environ.
L'étape b) d'acquisition peut être renouvelée au moins toutes les 2 heures, mieux toutes les heures, voire toutes les 30 minutes, notamment avec un intervalle inférieur à 20 minutes, mieux inférieur à 10 minutes, voire encore inférieure à 3 minutes, étant par exemple de l'ordre de 1 à 2 minutes, voire même moins d'une minute, par exemple de moins de 30 s, voire moins de 20 s, mieux encore moins de 10 s. L'étape b) d'acquisition peut être renouvelée toutes les 5 s voire même toutes les 2 s.
On peut commander au moyen de la cartographie établie à l'étape e), notamment automatiquement, un outil d'excavation ou de projection de béton en fonction du ou des écarts identifiés. L'outil d'excavation ou de projection de béton peut notamment être un outil de creusement ou un outil de fabrication additive. L'outil de fabrication additive peut être guidé par l'utilisateur ou en mode automatique. Il peut s'agir par exemple d'un dispositif d'impression 3D.
L'excavation peut être un tunnel en construction, et la surface à contrôler plus particulièrement la voûte dudit tunnel et/ou le front de taille dudit tunnel. Dans un mode de réalisation, la surface à contrôler de l'excavation est la voûte d'un tunnel en construction.
En complément, on peut mettre à profit les éléments matériels nécessaires à l'étape e) pour générer au moins une information, notamment à destination d'un opérateur, et l'afficher pour un opérateur, en fonction d'un retour d'informations d'un outil d'excavation ou de projection de béton utilisé. Il peut s'agir par exemple d'une instruction concernant l'outil à utiliser, ou de changer d'outil, en fonction du retour de force dans l'outil, de la pression d'huile dans l'outil, de l'énergie consommée par l'outil. Par exemple, dans le cas où la fraise utilisée semble être inadaptée, on peut donner une instruction de passer à une fraise plus petite ou plus grosse.
L'information générée peut comporter une indication sur le mode d'abattage à utiliser, notamment sur un ordre de priorité des zones à abattre, auquel cas l'affichage peut s'effectuer sur la voûte ou en superposition à la voûte, ou sur la méthode de creusement à utiliser.
Ensemble
L'invention a encore pour objet un ensemble pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, comportant un premier dispositif d'acquisition configuré pour être déplacé en plusieurs points de mesure dans l'excavation.
Le premier dispositif d'acquisition peut comporter un dispositif de mesure optique. Le dispositif de mesure optique peut notamment comporter un émetteur laser et/ou un récepteur laser.
Le dispositif de mesure optique, notamment par laser, peut être configuré pour scanner l'excavation en continu.
Procédé d'assistance à la réalisation d'un élément d'ouyrage
L'invention a encore pour objet un procédé d'assistance à la réalisation d'un élément d'ouvrage ayant une forme prédéfinie et destiné à être disposé dans une excavation, dans lequel on réalise ledit élément d'ouvrage par fabrication additive en fonction d'un écart éventuel identifié grâce à un procédé tel que défini plus haut.
L'élément d'ouvrage peut par exemple être un solin, un renfort, un élément architectural, cette liste n'étant pas limitative.
Procédé d'excavation
L'invention a encore pour objet un procédé d'excavation, dans lequel on procède au creusement d'une excavation en fonction d'un écart éventuel identifié grâce à un procédé tel que défini plus haut.
L'excavation est de préférence un tunnel en construction, et la surface à contrôler plus particulièrement la voûte dudit tunnel et/ou le front de taille dudit tunnel. Dans un mode de réalisation, la surface à contrôler de l'excavation est la voûte d'un tunnel en construction. Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à procéder à un abattage mécanique de certaines roches de l'excavation en construction, et notamment d'un tunnel en construction, et plus particulièrement de la voûte dudit tunnel et/ou du front de taille dudit tunnel, en fonction du ou des écarts identifiés.
Dans un mode de réalisation, on procède à un abattage mécanique de certaines roches de la voûte d'un tunnel en construction.
Le procédé selon l'invention peut comporter l'étape consistant à générer lesdites informations concernant un écart éventuel identifié entre la deuxième topographie acquise et le modèle de référence, en fonction d'un retour d'informations d'un outil d'excavation ou de projection de béton utilisé.
L'information générée peut comporter une information sur le mode d'abattage à utiliser, notamment sur un ordre de priorité des zones à abattre ou à combler, notamment en béton projeté, ou sur la méthode de creusement à utiliser.
Description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- La figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d'un chantier d'excavation conforme à l'état de la technique,
- La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'un dispositif de géo localisation conforme à l'état de la technique,
- La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du chantier d'excavation de la figure 1 conforme à l'état de la technique,
- La figure 4a est un schéma en blocs illustrant le procédé de l'invention selon un premier mode de réalisation,
- La figure 4b est un schéma en blocs illustrant le procédé de l'invention selon un deuxième mode de réalisation,
- Les figures 5a et 5b sont des vues en perspective, schématiques et partielles, d'un chantier d'excavation conforme à l'invention,
- La figure 6 en est une vue de dessus en en coupe longitudinale,
- Les figures 7a et 7b sont des vues en coupe transversale, schématique et partielles, du chantier d'excavation des figures 5a, 5b et 6, - La figure 8 est une vue analogue à la figure 3 illustrant un mode d'abattage particulier,
- La figure 9a en est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, et
- Les figures 9b et 9c sont des vues analogues à la figure 9a de variantes de réalisation.
Etat de la technique
On a illustré aux figures 1 et 2 la mise en œuvre d'un chantier d'excavation conforme à l'état de la technique, dans lequel on creuse l'excavation E au moyen d'un brise-roches hydraulique BRH. En variante, on pourrait utiliser la méthode de tirs à l'explosif.
En fonction du profil recherché pour l'excavation, dit « profil théorique » PT, on obtient des hors-profils HP et des sous-profils SP qu'il est nécessaire d'identifier puis de corriger.
A cet effet, le topographe utilise une station totale, formée d'un tachéomètre T amélioré accompagné de cibles C, tels qu'illustrés à la figure 2, que le topographe vient disposer dans l'excavation E en creusement. Il peut par exemple projeter une série de points lasers sur le front de taille et quelques points sur la voûte pour identifier les hors- profils et les sous-profils, au fur et à mesure de l'avancement du creusement. Ainsi, le topographe guide les opérateurs tout au long des travaux, et il doit être présent au moins à chaque phase de creusement pour garantir une bonne qualité de l'excavation.
A chaque phase, on corrige les hors-profils HP et les sous-profils SP par creusement complémentaire ou par comblement en injectant du béton projeté (BP).
Dans tous les cas, on projette en outre une ou plusieurs couches de béton BP sur la VI ou les deux VI, V2 dernières volées attenantes au front de taille F, comme illustré à la figure 3, avant, éventuellement, de disposer un boulonnage de soutènement primaire BS. La première couche de béton projeté peut être d'environ 5 cm d'épaisseur, tandis que la deuxième couche peut atteindre 5 à 25 cm d'épaisseur, étant projetée par couches de 10 cm environ. Cela permet une sécurisation temporaire de la voûte.
Ensuite, on met éventuellement en place un ou plusieurs cintres métalliques de soutènement. Le béton projeté permet de combler les hors-profils afin que les cintres s'appuient bien sur la paroi et que les efforts soient transmis, sécurisant ainsi la voûte. Ensuite, on pourra mettre en place un revêtement définitif en béton coulé.
Les cycles d'abattage, ou passes, ont en principe pour profondeur la distance entre deux cintres, par exemple entre 0,80 et 1,50 mètres.
Dans le cas d'un creusement par tirs à l'explosif, qui peut être utile dans le cas où le terrain présente une résistance plus élevée, une volée de tir définit une longueur d'excavation linéaire, et peut mesurer entre 1,2 et 5,8 mètres.
De manière générale, une passe peut avoir une profondeur de 0,5 à 6 m, voire de 1 à 5 m, étant de l'ordre de 2 m environ.
On va maintenant décrire en détails l'ensemble et le procédé selon l'invention. On a illustré aux figures 4a à 7b la mise en œuvre d'un procédé d'excavation selon l'invention, dans lequel on procède au creusement d'une excavation E. L'excavation est ici un tunnel en construction, et la surface à contrôler plus particulièrement la voûte V dudit tunnel et/ou le front de taille F dudit tunnel, comme illustré sur les figures 5a, 5b, 6, 7a et 7b.
L'excavation E peut avoir une hauteur comprise sensiblement entre 2 et 12 m, une largeur comprise sensiblement entre 2 et 12 m, et une longueur sensiblement inférieure à 5 m.
Pour guider et contrôler l'avancement des travaux d'excavation, on identifie un écart éventuel entre une topographie acquise B d'un nuage de points de la surface à contrôler de l'excavation et un modèle de référence M.
On procède alors à un abattage mécanique de certaines roches de l'excavation E en construction, et plus particulièrement de la voûte V et/ou du front de taille F, en fonction du ou des écarts identifiés.
Pour identifier les écarts, on peut procéder selon une premier mode de réalisation, illustré à la figure 4a.
On utilise à cet effet un premier dispositif d'acquisition 10 comportant un châssis, un dispositif de mesure optique 11 et un projecteur vidéo 12, ainsi qu'un ordinateur exécutant le logiciel correspondant au procédé selon l'invention, comme illustré à la figure 7a.
Le modèle de référence M est préenregistré à l'étape 110 dans le dispositif d'acquisition 10, lequel peut être déplacé en plusieurs points de mesure dans l'excavation au fur et à mesure de l'avancement des travaux. Le premier dispositif d'acquisition 10 comporte un dispositif de mesure optique 11, lequel comporte un émetteur laser et un récepteur laser. Il peut comporter un théodolite ou un tachéomètre, comportant un distance-mètre laser permettant de mesurer à la fois les angles et les distances, ou encore une station totale, c'est-à-dire mieux automatisée et motorisée.
Le premier dispositif d'acquisition 10 comporte un dispositif de géoréférencement, afin de permettre son géoréférencement à l'étape 100, y compris par des moyens de topographie classiques, dans l'excavation, dans un système de coordonnées générales du chantier.
Le géoréférencement est dans cet exemple effectué au moyen de cibles C dont l'emplacement est préalablement repéré dans l'excavation, par un opérateur qualifié, géomètre ou topographe. Les cibles sont disposées chacune à un emplacement connu, en arrière de la zone d'excavation, par exemple à une quinzaine de mètres en arrière du front de taille, comme illustré sur la figure 5b. Une fois les cibles C disposées dans l'excavation, on repère leur emplacement, puis le premier dispositif d'acquisition 10 peut être installé par un opérateur qualifié dans l'excavation à une position connue, déterminée en visant les cibles, par exemple en déterminant deux angles par rapport à deux cibles dont l'emplacement est connu dans les coordonnées locales, ainsi qu'une distance par rapport à l'une de ces cibles, comme illustré à la figure 6.
A l'étape 200, on acquiert une topographie B d'un nuage de points de la surface à contrôler de l'excavation. On utilise pour cela le dispositif de mesure optique 11 comportant un émetteur laser et récepteur laser, pouvant mesurer à la fois les angles et les distances à fréquence élevée, ce qui lui permet d'obtenir un nuage de points 3D dense. Ce type de dispositif est couramment appelé « scanner 3D ». Il est dans un mode de réalisation configuré pour scanner l'excavation en continu.
Un nuage de point peut comporter une résolution minimale de 100 points/m2, c'est-à-dire environ au moins un point tous les 10 cm.
Cette acquisition peut se faire dans une première variante de réalisation dans le système de coordonnées générales au moyen du dispositif d'acquisition 10 préalablement géoréférencé.
On peut procéder en variante selon un deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 4b. Dans cet exemple, on peut utiliser un deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie. Le deuxième dispositif d'acquisition peut aussi être confondu avec le dispositif d'acquisition 10.
Il comporte un dispositif de mesure optique 11, lequel comporte un émetteur laser et un récepteur laser. Il est dans un mode de réalisation configuré pour scanner l'excavation en continu. Autrement dit, au fur et à mesure de l'avancement des travaux exécutés par un opérateur, le dispositif d'acquisition 10 contrôle leur avancement et guide l'opérateur pour la suite des opérations.
Dans cette deuxième variante de réalisation, l'acquisition de l'étape 200 peut être faite dans un système de coordonnées locales du deuxième dispositif d'acquisition de ladite deuxième topographie B. La topographie B comporte alors une surface commune avec une topographie A préalablement acquise à une étape 250 d'un premier nuage de points d'une portion de la surface de l'excavation, un traitement ayant été effectué pour géoréférencer le premier nuage de points dans le système de coordonnées générales du chantier.
L'acquisition préalable de la topographie A peut être faite par le deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie. Un assemblage automatique entre les premier et deuxième nuages de points des topographies A et B permet de passer la topographie B dans le système de coordonnées générales de A.
Cette étape 250 peut être réalisée à intervalles réguliers mais assez éloignés par une personne qualifiée telle qu'un géomètre. Elle peut par exemple être mise en œuvre une à deux fois par semaine seulement, dans la mesure où l'avancement quotidien des travaux peut être de l'ordre de 1 à 5 m, étant notamment de l'ordre de 2 m. Dans cette étape 250, on peut utiliser des cibles servant de repère, comme décrit plus haut. A l'étape 300, on cherche à obtenir le géoréférencement dans le système de coordonnées générales du chantier de la topographie B acquise.
A cet effet, on peut utiliser dans la première variante de réalisation le géoréférencement du premier dispositif d'acquisition préalablement effectué, ou dans la deuxième variante de réalisation un assemblage du deuxième nuage de points, obtenu dans le système de coordonnées du deuxième dispositif d'acquisition, avec le premier nuage de points préalablement géoréférencé dans le système de coordonnées générales du chantier. Afin de faciliter la réalisation de cette étape 300 de traitement, on peut par exemple donner quelques contraintes, telles que le positionnement du premier dispositif d'acquisition dans l'excavation, ou encore l'orientation dans celle-ci.
Dans cette étape 300 de traitement, on cherche à déterminer les portions communes aux deux nuages de points A et B, en segmentant le nuage de point B pour conserver les parties communes. La partie commune est en principe la portion de voûte s 'étendant en arrière du front de taille.
Enfin, dans une étape 400, on compare la topographie acquise B à un modèle de référence M géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis on identifie un écart éventuel entre la topographie acquise B et le modèle de référence M, qui a été préalablement enregistré dans le dispositif d'acquisition 10 à l'étape 110. On identifie ainsi des zones comportant des hors-profils HP ou des sous-profils SP à corriger.
A cet effet, on calcule la distance entre les points du nuage de points de la topographie acquise B et les points du modèle de référence M.
Dans une étape 500 suivante, on génère à destination d'un utilisateur au moins une information concernant l'écart éventuel identifié. L'utilisateur peut être l'opérateur manipulant le BRH par exemple. A l'étape 500, on obtient ainsi l'élaboration et la transmission d'une cartographie de l'excavation contrôlée.
L'étape 500 comporte dans l'exemple illustré aux figures 7a et 7b une projection de lumière sur la surface à contrôler de l'excavation avec le projecteur vidéo 12. L'étape 500 permet ainsi de communiquer au moins une cartographie de la comparaison effectuée à l'opérateur travaillant dans l'excavation E.
A cette étape 500, on procède à une projection du nuage de points dans le plan focal du projecteur vidéo 12, pour projeter ensuite l'image sur la surface de l'excavation E. On peut ainsi obtenir un flux d'images 570.
La projection est dans l'exemple décrit effectuée par le dispositif d'acquisition 10 avec deux couleurs différentes. Elle pourrait aussi comporter de 2 à 5 couleurs, par exemple.
Il peut être nécessaire dans une étape 550 de calibrer le ou les projecteurs vidéos, pour connaître sa position par rapport au nuage de points, et ainsi son plan focal. Pour ce faire, on peut procéder à une calibration en laboratoire, puis à un changement de repères. Autrement dit, on calcule la position du projecteur vidéo par rapport au dispositif d'acquisition dont on connaît la position.
Dans le cas où l'opérateur est en train de manipuler le BRH et est en train d'excaver, l'une des couleurs peut servir à indiquer les sous-profils SP, pour lesquels il faut continuer à excaver, et l'autre pour indiquer que la zone correspondante est suffisamment excavée, comme illustré à la figure 7a.
Lorsque l'opérateur est en train d'excaver, on place de préférence le dispositif d'acquisition ailleurs que directement en dessous de la zone de travail, afin d'éviter tout endommagement de celui-ci.
Dans le cas où l'opérateur est en train de combler les hors-profils HP avec du béton projeté, l'une des couleurs peut servir à indiquer les hors-profils HP, pour lesquels il faut continuer à projeter du béton, et l'autre peut servir à indiquer que la zone correspondante est suffisamment comblée, comme illustré à la figure 7b.
Le dispositif d'acquisition permet également de contrôler pendant la projection de béton la présence de sous-profils SP générés par le béton projeté.
Les zones contrôlées et traitées par projection de béton peuvent être la première volée ou passe VI proche du front de taille, ainsi que la deuxième volée ou passe V2 adjacente à la volée ou passe VI . Un tel contrôle permet de projeter une épaisseur constante et minimale de béton sur la voûte.
En parallèle à l'étape 500, le procédé comporte une étape 600 de validation de l'avancement du chantier, dans laquelle on utilise le contrôle de l'avancement du chantier décrit ci-dessus pour lever des points d'arrêts prédéfinis quant à la qualité du chantier d'excavation. Une fois les points d'arrêt levés pour une passe, on peut le cas échéant installer un coffrage ou des cintres.
Durant cette étape, le dispositif d'acquisition 10 peut être disposé juste en retrait de la zone de travail, à environ 2,5 m du front de taille.
On peut ensuite entamer la passe suivante. A cet effet, le dispositif d'acquisition 10 peut être déplacé dans l'excavation, et son géoréférencement automatique renouvelé.
Le dispositif d'acquisition 10 permet également d'obtenir un relevé topographique définitif des travaux effectués. Les étapes d'acquisition et/ou de comparaison et/ou d'identification et/ou de génération d'informations 200 à 500 sont effectuées sensiblement en temps réel et pendant les opérations d'excavation, de creusement et d'injection de béton. La durée du déroulement de l'ensemble des étapes du procédé peut être par exemple de l'ordre de 5 secondes environ.
L'information générée à l'étape 500 peut comporter une information sur le mode d'abattage à utiliser, notamment sur un ordre de priorité des zones à abattre ou à combler en béton projeté, ou sur la méthode de creusement à utiliser. Le mode d'abattage à utiliser peut notamment dépendre de la nature du terrain dans lequel l'excavation est réalisée.
Dans le cas d'un terrain meuble ou très instable, on creuse en premier la partie périphérique S proche de la voûte V, en laissant un ventre Ve au centre qui aide à maintenir le terrain, comme illustré aux figures 8 et 9a.
Dans le cas d'un terrain stable, on procède par passes en commençant par le bas afin de décomprimer le terrain et faciliter le creusement, comme illustré à la figure 9b.
Enfin, dans le cas d'une excavation ayant une grande section, on excave par demi-sections afin de limiter la durée d'ouverture du terrain, en commençant par le bas pour chaque demi-section, comme illustré à la figure 9c.
La présente invention ne concerne pas le creusement d'excavation avec un tunnelier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle et/ou de guidage de la réalisation d'une excavation (E), comportant les étapes suivantes :
a) (i) géoréférencer (100) un premier dispositif d'acquisition (10) du relief dans l'excavation, dans un système de coordonnées générales, ou (ii) acquérir une première topographie (A) d'un premier nuage de points d'une portion de la surface de l'excavation (E), notamment par un deuxième dispositif d'acquisition tel qu'un scanner laser de topographie, et effectuer un traitement pour géoréférencer le premier nuage de points dans un système de coordonnées générales,
b) acquérir (200) une deuxième topographie (B) d'un deuxième nuage de points d'au moins une surface à contrôler de l'excavation, dans le système de coordonnées locales du premier dispositif d'acquisition au moyen du premier dispositif d'acquisition (10) (i) le premier dispositif d'acquisition ayant été préalablement géoréférencé, ou (ii) ladite deuxième topographie (B) comportant une surface commune avec la première topographie (A),
c) obtenir (300) le géoréférencement dans le système de coordonnées générales de la deuxième topographie (B) acquise (i) au moyen du géoréférencement du premier dispositif d'acquisition préalablement effectué, ou (ii) par assemblage du deuxième nuage de points, obtenu dans le système de coordonnées du premier dispositif d'acquisition, avec le premier nuage de points de la première topographie (A) géoréférencée dans le système de coordonnées générales,
d) comparer (400) la deuxième topographie acquise (B) à un modèle de référence (M) géoréférencé dans le système de coordonnées générales, puis identifier un écart éventuel entre la deuxième topographie acquise (B) et le modèle de référence (M), e) Générer (500) à destination d'un utilisateur au moins une information concernant l'écart éventuel identifié, l'étape e) comportant une projection de lumière sur la surface à contrôler de l'excavation, ou comportant un affichage sur un écran, ou comportant un affichage en réalité virtuelle ou augmentée de l'information.
2. Procédé selon la revendication précédente, l'étape e) comportant une projection de lumière sur la surface à contrôler de l'excavation, notamment pour signaler un hors-profil ou un sous-profil.
3. Procédé selon la revendication précédente, la projection étant effectuée avec au moins deux couleurs différentes, voire au moins trois couleurs différentes, notamment avec une couleur indiquant s'il s'agit d'un hors-profil ou d'un sous-profil.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étape e) comportant un affichage en réalité virtuelle ou augmentée de l'information, notamment avec un dispositif de réalité virtuelle, notamment un casque de réalité virtuelle, des lunettes de réalité augmentée ou encore une tablette équipée pour la réalité augmentée.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape a) (i) de géoréférencement comporte une étape al) de positionnement de cibles (C) dans l'excavation, chacune à un emplacement connu, et une étape a2) de détermination du positionnement du dispositif d'acquisition (10) par rapport auxdites cibles (C) préalablement positionnées.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes d'acquisition (200) et/ou de comparaison (400) et/ou d'identification et/ou de génération (500) d'informations sont effectuées sensiblement en temps réel.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on commande, notamment automatiquement, un outil d'excavation ou de projection de béton en fonction du ou des écarts identifiés.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'excavation est un tunnel en construction, et la surface à contrôler plus particulièrement la voûte dudit tunnel et/ou le front de taille dudit tunnel.
9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on génère au moins une information, notamment à destination d'un opérateur, en fonction d'un retour d'informations d'un outil d'excavation ou de projection de béton utilisé.
10. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel l'information générée comporte une indication sur le mode d'abattage à utiliser, notamment sur un ordre de priorité des zones à abattre ou sur la méthode de creusement à utiliser.
11. Ensemble pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un premier dispositif d'acquisition (10) configuré pour être déplacé en plusieurs points de mesure dans l'excavation.
12. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le premier dispositif d'acquisition (10) comporte un dispositif de mesure optique (11).
13. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de mesure optique (11), notamment par laser, est configuré pour scanner l'excavation en continu.
14. Procédé d'assistance à la réalisation d'un élément d'ouvrage ayant une forme prédéfinie et destiné à être disposé dans une excavation, dans lequel on réalise ledit élément d'ouvrage par fabrication additive en fonction d'un écart éventuel identifié grâce à un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
15. Procédé d'excavation, dans lequel on procède au creusement d'une excavation en fonction d'un écart éventuel identifié grâce à un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
16. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on procède à un abattage mécanique de certaines roches de l'excavation en construction, et notamment d'un tunnel en construction, et plus particulièrement de la voûte dudit tunnel et/ou du front de taille dudit tunnel, en fonction du ou des écarts identifiés.
17. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel on génère lesdites informations concernant un écart éventuel identifié entre la deuxième topographie acquise et le modèle de référence, en fonction d'un retour d'informations d'un outil d'excavation ou de projection de béton utilisé.
18. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel l'information générée comporte une information sur le mode d'abattage à utiliser, notamment sur un ordre de priorité des zones à abattre ou à combler, notamment en béton projeté, ou sur la méthode de creusement à utiliser.
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