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Dans les mines, le percement des galeries par avancement était effec- tué jusqu'à présent par explosion. Il fallait exécuter dans ce cas successivement différentes phases de travail pour chaque nouvelle section de la galerie. On forait tout d'abord les trous de mines, après quoi la perforatrice nécessaire à cet effet était éloignée de la zone dangereuse. Après l'explosion, la matière détachée était évacuée et ce n'est qu'après qu'on pouvait effectuer le revêtement de la nouvelle section de galerie. On a également proposé des machines dans les- quelles on utilisait des dispositifs tournants comportant des taillants enlevant des fragments de matière pour percer des galeries. Ces machines présentent tou- tefois des inconvénients.
C'est ainsi par exemple qu'on connaît un dispositif de percement de tunnels et de travers-bancs par avancement, dans lequel un châssis inférieur portant la tête porte-outils est guidé dans le sens longitudinal de la galerie par des barres de fer en U et est ancré par rapport à ces barres à l'aide de chevilles, les barres de fer en U étant montées sur des consoles fixées au ter- rain par des broches. Dans ce cas, le revêtement de la galerie ne peut s'effec- tuer qu'après avoir achevé une section de galerie d'une certaine longueur et avoir enlevé les barres de fer en U et les consoles de support. En outre, cela donne lieu à une grande dépense de matière et de travail, principalement pour le perçage initial des trous servant à recevoir les broches de fixation.
De plus, il est douteux que les consoles de support puissent absorber sans déplacement la grande force de réaction provenant de la force d'avancement. Dans une autre machine de percement de galerie par avancement comportant une tête porte-outils tournante, cette dernière prend appui sur le terrain à l'aide de deux trains de roulement à chenilles et est, en outre, guidée par un cadre ancré dans la galerie par des broches filetées, Dans ce cas aussi, le revêtement ne peut se faire qu'après avoir achevé le percement de la galerie. En outre, cela peut con- duire à des coincements, étant donné qu'il n'est pas assuré que le guidage de la tête porte-outils par les trains de roulement à chenilles coïncide toujours avec le guidage produit par le cadre mentionné.
Les inconvénients rappelés ci-dessus sont supprimés par l'invention, Celle-ci concerne une machine de percement de galerie par avancement présentant une tête porte-outils tournant autour de l'axe de la galerie et pouvant coulis- ser dans le sens de l'avancement par rapport à un bâti de support qui est guidé et ancré par des éléments fixés à la paroi intérieure de la galerie, l'invention étant caractérisée en premier lieu en ce que les viroles de revêtement déjà po- sées dans la galerie servent au guidage et à l'ancrage du bâti de support dans cette dernière et prennent appui les unes contre les autres dans le sens longi- tudinal de la galerie par des pièces d'écartement.
Des contre-fiches obliques, qui s'appliquent chacune entre deux viroles de revêtement par des plaques ou éléments analogues contre la paroi intérieure de la galerie, sont avantageuse- ment montées sur le bâti de support. Dans ce cas, les contre-fiches pouvant re- cevoir une extension télescopique peuvent être soumises à l'action d'un liquide sous pression et être raccordées, de préférence, à une source commune de liquide sous pression. Les contre-fiches présentent avantageusement une certaine sécuri- té envers les surcharges. La tête porte-outils peut être garnie de trépans à molettes qui sont montés en plusieurs groupes avec les axes de rotation se trou- vant sur une surface conique.
L'invention présente l'avantage que le revêtement de la galerie peut se faire immédiatement derrière la tête porte-outils sans interrompre le perce- ment. En outre, on obtient avec une dépense extrêmement faible de matière et de travail un guidage parfait du bâti de support dans la galerie et une absorption sûre des forces de réaction provenant'.de l'avancement de la tête porte-outils.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés.
La fig. 1 est une coupe médiane longitudinale verticale d'une machine
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de percement de galerie par avancement avec une partie de la galerie débouchant au jour ou fendue.
La fig. 2 est une élévation d'extrémité de la tête porte-outils.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig, 1.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 1.
Les fig. 5 et 6 sont des coupes médianes longitudinales verticales de parties de la tête porte-outils dans deux étapes préparatoires de l'opération de percement.
La galerie débouchant au jour a une section circulaire et est revêtue de viroles 1 ayant un profil en double T. Les viroles sont constituées chacune par trois ou quatre segments et sont étayées les unes par rapport aux autres dans le sens de la longueur par des pièces de bois 2. La machine de percement de gale- rie par avancement repose sur plusieurs viroles de revêtement 1 à l'aide de deux patins 3 qui sont fixés d'une façon décalée par rapport au plan médian longitu- dinal vertical à l'aide de bras 4 sur un cylindre 5 concentrique à la galerie et qui forment avec ce cylindre le bâti de support de la machine.
Un tube 6 est guidé par un filetage 7 à l'intérieur du cylindre 5.
Le tube 6 porte à son extrémité faisant saillie du cylindre 5 la tête porte-ou- tils constituée par trois parties. La partie médiane 8 est enfilée dans le sens axial sur le tube 6 et présente une surface cylindrique 9 sur laquelle est enfi- lée, dans le sens axial jusqu'à venir buter contre un collet de la partie média- ne 8, la seconde partie 10 de la tête porte-outils formant un corps creux annu- laire de section trapézoïdale. La troisième partie 11 qui forme un corps creux annulaire de section triangulaire, est finalement enfilée sur la seconde partie 10 de la tête porte-outils également par l'intermédiaire d'une surface cylindri- que 12 jusqu'à venir buter contre un collet de la partie 10. Les trois parties de la tête porte-outils forment une surface conique sur laquelle"sont supportés six groupes de trépans à molettes 13.
Chacun de ces groupes comporte plusieurs trépans à molettes montés de façon à pouvoir tourner librement sur des axes 14,15 et 16 qui sont disposés les uns derrière les autres parallèlement à une généra- trice du c8ne et qui reposent à l'aide de supports 17 sur les trois parties 8, 10, 11 de la tête porte-outils. Les trépans à.molettes ont un diamètre décrois- sant constamment vers la périphérie de la galerie. Ils comportent sur leur péri- phérie des dents à bords vifs, de sorte que la roche est brisée lorsque les mo- lettes roulent sur elle sous une grande pression. Les trépans à molettes peuvent aussi être profilés de toute autre manière. Les trépans à molettes de chaque groupe sont décalés par rapport à ceux de l'autre groupe.
Une roue dentée 18, qui est supportée de façon à pouvoir tourner à l'intérieur d'un boîtier 19 monté sur le cylindre 5, mais qui ne peut pas coulis- ser dans le sens axial, sert à la commande de la tête porte-outils;8, 10,11. La roue dentée 18 est accouplée avec le tube 6 du fait qu'elle s'engage par des saillies-20 dans des cannelures longitudinales 21 formées sur le côté extérieur du tube 6, de sorte que ce dernier peut exécuter avec la tête porte-outils pen- dant sa rotation des mouvements d'avancement qui sont déterminés par le pas du filetage 7. Deux moteurs 22, qui sont fixés des deux côtés du cylindre 5 sur des consoles 23a portées par le cylindre et qui entraînent chacun, par l'intermédiai- re d'un mécanisme de transmission 23, deux pignons 24 en prise avec la roue den- tée 18, sont destinés à la commande de cette dernière.
Un autre tube 25 est logé à l'intérieur du tube 6 et est fixé à l'ex- trémité opposée à la tête porte-outils sur le cylindre 5. des bagues de guidage 26 pour le tube 6 étant montées à des distances déterminées sur le tube 25. Un cadre 27 est fixé à l'intérieur du tube 25, un groupe 28 destiné à la commande de rotation et d'ayancement d'un foret d'amorçage 29 étant monté sur ce cadre 27.
Le foret d'amorçage est concentrique à la galerie et est monté à l'extrémité d'un arbre 30 qui prend appui dans une cloison 40 du tube 25 et qui est guidé à travers
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un alésage de la partie 8 de la tête porte-outils de façon à pouvoir coulisser et tourner librement.
La force de réaction, produite par l'avancement des outils et agis- sant sur le bâti de support 3,4,5, est absorbée par trois contre-fiches qui di- vergent depuis l'extrémité arrière du cylindre 5. (A la fige 1, la, contre-fiche dinférieurest représentée tournée de 60 par rapport à l'axe du cylindre 5).
'Les contre-fiches sont constituées chacune par un étançon de mine hydraulique ordinaire 31 et par un tube s'y raccordant 32. Elles prennent appui par leurs extrémités extérieures contre une virole de revêtement 1 du fait qu'elles s'en- gagent entre les deux ailes de cette virole, ces contre-fiches s'appliquant en même temps avec une plaque 33 contre la surface périphérique de la galerie. En outre, un appendice 34 monté sur chaque tube 32 vient saisir.-par l'arrière l'aile intérieure de la virole de revêtement 1 à la manière d'un crochet.
L'appui de chaque étançon de mine hydraulique 31 par rapport au bâti de support 5 et au tube 32 est effectué au moyen de calottes sphériques 35, ce qui donne une certaine mobilité aux étançons, Les trois étançons sont raccor- dés à une pompe commune 36 par des tuyaux souples 37, de sorte qu'ils sont tous soumis à la même pression. Cette pression peut être réglée de façon qu'une force d'avancement déterminée soit absorbée par les étançons et que ces derniers s'effacent lorsque cette force est dépassée, ce qui permet d'obtenir une certaine sécurité envers les surcharges.
Il est naturellement aussi possible d'utiliser d'autres contre-fi- ches quelconques pour l'application mentionnée, par exemple des étançons de mi- nes de type de construction quelconque. De même, on peut prévoir, au lieu de trois contre-fiches, quatre contre-fiches ou plus. Une bande transporteuse 38, dont l'extrémité de chargement est disposée immédiatement derrière la tête porte- outils se trouvant dans sa position extrême arrière, sert à l'évacuation de la matière détachée par les outils. Une tôle racleuse 39 qui pousse la matière à transporter sur la bande 38, est prévue au-dessous de l'extrémité de chargement.
La bande transporteuse s'élève l'extrémité de chargement entre les patins 3 et transporte la matière dans un dispositif d'évacuation ar- rière.
La fige 1 représente la tête porte-outils dans sa position extrême arrière. Lorsque cette tête est mise en rotation par l'intermédiaire de la roue dentée 18, le filetage 7 lui imprime en même temps un mouvement d'avancement. En conséquence, les trépans à molettes 13 roulent sous une grande pression sur la roche qui est ainsi brisée, le foret d'amorçage étant dans ce cas entraîné indépendamment de la tête porte-outils, de façon qu'il soit en avance par rapport à cette dernière. La tête porte-outils peut s'enfoncer dans le terrain, lorsque le bâti de supporta, 4 5 est arrêté, dans une mesure qui n'est pas aussi grande que la longueur du filetage 7. Dans ce cas, on fait de préférence suivre la tête porte-outils par l'installation de transport 38, de sorte que la matière déta- chée est constamment évacuée.
Pendant le percement par avancement avec la tête porte-outils, il est également possible d'avancer le revêtement de la galerie en plaçant successivement dans la section de galerie nouvellement formée d'autres viroles de revêtement 1.
Lorsque la tête porte-outils a effectué son mouvement d'avancement maximum par rapport au bâti de support immobile, ce dernier est avancé sur les viroles de revêtement posées 1 en reculant en même temps la tête porte-outils et en retirant le foret d'amorçage, jusqu'à ce que la tête porte-outils revienne dans la position représentée à la fig. 1 se trouvant immédiatement devant le boîtier 19 du bâti de support. Ce dernier prend alors de nouveau appui au moyen des contre-fiches 31 et 32 contre une virole de revêtement 1. Le processus de travail décrit précédemment est ensuite répété.
Lorsqu'une roche particulièrement résistante est rencontrée, l'avan- cement de la galerie ne se fait pas en même temps sur toute la section. L'abatta-
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ge se fait plutôt par étages. A cette fin, on enlève tout d'abord les deux par- ties extérieures 10 et 11 de la tête porte-outils, de sorte que, comme le montre la fige 5, seule la partie médiane 8 de celle-ci travaille et perce tout d'abord uniquement un trou d'un diamètre relativement plus petit au moyen des trépans à molettes 13 montés sur elle. Lorsque cette opération a été effectuée sur la longueur de l'avancement possible, la partie 8 est de nouveau retirée et la par- tie 10 de la tête porte-outils est enfilée sur elle, comme le montre la fig. 6.
On creuse à présent, dans la seconde phase du percement, un trou ayant un dia- mètre convenablement plus grand. Lorsque ce trou est achevé suivant la mesure de l'avancement possible, les parties 8 et 10 de la tête de percement sont retirées et la partie extérieure 11 est finalement enfilée, le trou étant creusé au dia- mètre définitif au moyen de cette partie 11.
Au lieu des trépans à molettes 13, on peut naturellement aussi uti- liser tous autres outils de perçage, tel que par exemple des outils comportant des bords de coupe. Le dispositif d'évacuation ne doit pas nécessairement com- porter une bande transporteuse, mais peut être constitué sous une forme quelcon- que. Au lieu d'être guidé par deux patins 3, le bâti de support de la machine peut encore être guidé dans certaines conditions par un troisième patin affleu- rant le toit de la galerie et monté sur le dessus du cylindre 5.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être apportées à la forme de réalisation, représentée et décrite en détail, sans sortir du cadre de l'in- vention.
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In mines, tunnel boring by advancement has hitherto been carried out by explosion. In this case, it was necessary to carry out successively different work phases for each new section of the gallery. First, the blast holes were drilled, after which the required drill was removed from the danger zone. After the explosion, the loose material was removed and it was only after that that the new section of the gallery could be coated. Machines have also been proposed in which rotating devices comprising cutters removing fragments of material to pierce galleries were used. These machines, however, have drawbacks.
Thus, for example, we know a device for boring tunnels and cross-beds by advancement, in which a lower frame carrying the tool-holder head is guided in the longitudinal direction of the gallery by iron bars. U and is anchored relative to these bars by means of dowels, the U-shaped iron bars being mounted on consoles fixed to the ground by pins. In this case, the lining of the gallery can only be carried out after completing a section of the gallery of a certain length and removing the U-shaped iron bars and support brackets. In addition, this gives rise to a great expenditure of material and labor, mainly for the initial drilling of the holes used to receive the fixing pins.
In addition, it is doubtful whether the support consoles can absorb without displacement the large reaction force from the advancing force. In another tunnel boring machine by advancement comprising a rotating tool-holder head, the latter is supported on the ground using two crawler undercarriages and is, moreover, guided by a frame anchored in the gallery by threaded pins. In this case too, the coating can only be done after having completed the drilling of the gallery. Furthermore, this can lead to jamming, since it is not ensured that the guiding of the tool head by the crawler undercarriages always coincides with the guiding produced by the mentioned frame.
The drawbacks mentioned above are eliminated by the invention. This relates to a tunnel boring machine by advancement having a tool-holder head rotating around the axis of the gallery and being able to slide in the direction of the tunnel. 'advancement in relation to a support frame which is guided and anchored by elements fixed to the inner wall of the gallery, the invention being characterized in the first place in that the covering rings already placed in the gallery serve for guiding and anchoring the support frame in the latter and bear against each other in the longitudinal direction of the gallery by spacers.
Oblique struts, which each apply between two covering shells by plates or the like against the inner wall of the gallery, are advantageously mounted on the support frame. In this case, the struts which can receive a telescopic extension can be subjected to the action of a liquid under pressure and be connected, preferably, to a common source of liquid under pressure. The struts advantageously have a certain safety against overloads. The tool head can be packed with knurled bits which are mounted in several groups with the axes of rotation lying on a tapered surface.
The invention has the advantage that the gallery can be coated immediately behind the tool holder head without interrupting the drilling. In addition, with an extremely low expenditure of material and labor, a perfect guiding of the supporting frame in the gallery and a reliable absorption of the reaction forces from the advancement of the tool head is obtained.
An embodiment of the object of the invention is shown, by way of non-limiting example, in the accompanying drawings.
Fig. 1 is a vertical longitudinal median section of a machine
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tunnel piercing by advancement with part of the gallery opening to the day or split.
Fig. 2 is an end elevation of the tool head.
Fig. 3 is a section taken along line III-III of FIG, 1.
Fig. 4 is a section taken along line IV-IV of FIG. 1.
Figs. 5 and 6 are vertical longitudinal mid-sections of parts of the tool head in two preparatory stages of the drilling operation.
The gallery opening to the day has a circular section and is lined with ferrules 1 having a double T profile. The ferrules each consist of three or four segments and are supported with respect to each other lengthwise by parts. of wood 2. The tunneling machine by advancement rests on several casing collars 1 by means of two runners 3 which are fixed in a manner offset with respect to the vertical longitudinal median plane using arms 4 on a cylinder 5 concentric with the gallery and which together with this cylinder form the support frame of the machine.
A tube 6 is guided by a thread 7 inside the cylinder 5.
The tube 6 carries at its end projecting from the cylinder 5 the tool-holder head formed by three parts. The middle part 8 is threaded in the axial direction on the tube 6 and has a cylindrical surface 9 on which is threaded, in the axial direction until it abuts against a collar of the middle part 8, the second part 10 of the tool-holder head forming an annular hollow body of trapezoidal section. The third part 11, which forms an annular hollow body of triangular section, is finally threaded onto the second part 10 of the tool-holder head also via a cylindrical surface 12 until it abuts against a collet. part 10. The three parts of the tool head form a conical surface on which "are supported six groups of roller bits 13.
Each of these groups comprises several knurled bits mounted so as to be able to rotate freely on axes 14, 15 and 16 which are arranged one behind the other parallel to a generator of the cone and which rest with the aid of supports 17 on the three parts 8, 10, 11 of the tool head. Knurled drill bits have a constantly decreasing diameter towards the periphery of the gallery. They have sharp-edged teeth on their periphery, so that the rock is broken when the wheels roll over it under great pressure. Roller drill bits can also be profiled in any other way. The roller bits in each group are offset from those in the other group.
A toothed wheel 18, which is supported so as to be able to turn inside a housing 19 mounted on the cylinder 5, but which cannot slide in the axial direction, serves to control the carrier head. tools; 8, 10,11. The toothed wheel 18 is coupled with the tube 6 because it engages by projections-20 in longitudinal grooves 21 formed on the outer side of the tube 6, so that the latter can perform with the tool head during its rotation advancement movements which are determined by the pitch of the thread 7. Two motors 22, which are fixed on both sides of the cylinder 5 on consoles 23a carried by the cylinder and which each drive, through the intermediary - re of a transmission mechanism 23, two pinions 24 in engagement with the toothed wheel 18, are intended to control the latter.
Another tube 25 is housed inside the tube 6 and is fixed at the end opposite the tool head on the cylinder 5. guide rings 26 for the tube 6 being mounted at fixed distances on the cylinder 5. the tube 25. A frame 27 is fixed inside the tube 25, a group 28 intended for controlling the rotation and stepping of a starter drill 29 being mounted on this frame 27.
The starter drill is concentric with the gallery and is mounted at the end of a shaft 30 which is supported in a partition 40 of the tube 25 and which is guided through
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a bore of part 8 of the tool-holder head so that it can slide and rotate freely.
The reaction force, produced by the advancement of the tools and acting on the support frame 3,4,5, is absorbed by three struts which diverge from the rear end of cylinder 5. (At the freeze 1, the, lower counter-plug is shown rotated 60 relative to the axis of the cylinder 5).
'The struts are each formed by an ordinary hydraulic mine prop 31 and by a tube connecting thereto 32. They bear by their outer ends against a coating ring 1 because they engage between the two wings of this shell, these struts applying at the same time with a plate 33 against the peripheral surface of the gallery. In addition, an appendage 34 mounted on each tube 32 grips from the rear the inner flange of the coating ring 1 in the manner of a hook.
The support of each hydraulic mine prop 31 against the support frame 5 and the tube 32 is effected by means of spherical caps 35, which gives a certain mobility to the props. The three props are connected to a common pump 36 by flexible pipes 37, so that they are all subjected to the same pressure. This pressure can be adjusted so that a determined forward force is absorbed by the props and that the latter are erased when this force is exceeded, which makes it possible to obtain a certain safety against overloads.
Of course, it is also possible to use any other strut braces for the mentioned application, for example mine props of any type of construction. Likewise, instead of three struts, four or more struts can be provided. A conveyor belt 38, the loading end of which is placed immediately behind the tool holder head in its extreme rear position, serves to discharge the material detached by the tools. A scraper plate 39 which pushes the material to be transported on the belt 38 is provided below the loading end.
The conveyor belt lifts the loading end between the runners 3 and conveys the material in a rear discharge device.
Fig. 1 represents the tool holder head in its extreme rear position. When this head is rotated by means of the toothed wheel 18, the thread 7 simultaneously gives it a forward movement. Consequently, the knurled bits 13 roll under great pressure on the rock which is thus broken, the starter drill being in this case driven independently of the tool head, so that it is in advance with respect to the latter. The tool head can sink into the ground, when the support frame 45 is stopped, to an extent which is not as great as the length of the thread 7. In this case, the following is preferably followed. the tool head by the transport device 38, so that the loose material is constantly removed.
During the drilling by advancement with the tool-holder head, it is also possible to advance the coating of the gallery by successively placing in the newly formed section of the gallery other coating rings 1.
When the tool-holder head has made its maximum forward movement relative to the stationary support frame, the latter is advanced over the placed coating collars 1 while at the same time retracting the tool-holder head and removing the drill bit. priming, until the tool head returns to the position shown in fig. 1 located immediately in front of the housing 19 of the support frame. The latter then bears again by means of the struts 31 and 32 against a coating ferrule 1. The working process described above is then repeated.
When a particularly resistant rock is encountered, the gallery does not advance at the same time over the entire section. The slaughter
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ge is rather done in stages. To this end, first of all the two outer parts 10 and 11 of the tool-holder head are removed, so that, as shown in pin 5, only the middle part 8 of the latter works and pierces everything. first only a relatively smaller diameter hole by means of the knurled bits 13 mounted on it. When this operation has been carried out over the length of the possible advance, part 8 is again withdrawn and part 10 of the tool head is threaded over it, as shown in fig. 6.
In the second phase of the drilling, a hole with a suitably larger diameter is now made. When this hole is completed according to the extent of the possible progress, the parts 8 and 10 of the drilling head are withdrawn and the outer part 11 is finally threaded, the hole being dug to the final diameter by means of this part 11. .
Instead of the knurled bits 13, it is of course also possible to use any other drilling tools, such as for example tools having cutting edges. The discharge device need not necessarily include a conveyor belt, but can be in any form. Instead of being guided by two runners 3, the machine support frame can still be guided under certain conditions by a third runner flush with the roof of the gallery and mounted on top of cylinder 5.
Various modifications can moreover be made to the embodiment, shown and described in detail, without departing from the scope of the invention.