Le pertes de charge dans le circuit de boue d'une micro-tunneleuse Ils sont calculés en estimant la perte de charge qui se produit lors du pompage des boues à travers les canalisations, les tuyaux flexibles, les coudes, les vannes, les raccords, la chambre d'excavation, les conduites de refoulement et de retour, ainsi que l'installation de séparation. Le calcul doit tenir compte du débit, du diamètre intérieur des conduites, de la longueur du circuit, de la dénivellation, de la rugosité, de la densité, de la viscosité, de la teneur en solides, de la granulométrie, du régime d'écoulement et des pertes localisées.
Dans un microtunnel avec hydro-bouclier, le circuit de boues remplit trois fonctions essentielles : stabiliser le front de taille, évacuer les déblais et maintenir un débit compatible avec la production. C'est pourquoi le calcul des pertes de charge doit être coordonné avec la station de séparation des boues, la pression frontale, le débit d'excavation, la distance de pompage et les propriétés rhéologiques du fluide.
Que comprend le circuit de boue ?
Le circuit de boue comprend généralement :
| Élément | Comment cela influe-t-il sur la perte de charge ? |
|---|---|
| Ligne d'entraînement | Il achemine la boue propre ou traitée vers la foreuse de tunnel |
| Caméra d'excavation | Échange de pression et de charge avec le front de taille |
| Ligne de retour | Il achemine vers la surface la boue contenant les matériaux excavés |
| Tuyaux et flexibles | Elles génèrent des pertes par frottement |
| Coudes, vannes et raccords | Elles entraînent des pertes localisées |
| Pompes | Ils doivent compenser les pertes, les dénivelés et la pression de service |
| Puits d'attaque | Ajoute des dénivelés, des sections verticales et des liaisons |
| Installation de tri | Il entraîne des pertes internes et conditionne le débit de recirculation |
| Équipements de mesure | Ils permettent de mesurer le débit, la pression, la densité et la viscosité |
Dans les œuvres de le fonçage de tuyaux y microtunnelage, la conduite de retour est généralement plus sollicitée car elle transporte des matières solides, ce qui peut augmenter sa densité, et elle est davantage exposée à l'usure, à la sédimentation ou aux obstructions.
Principales variables du calcul
Les pertes de charge dépendent de plusieurs catégories de variables :
1. Géométrie du circuit
Sont pris en compte :
- Longueur totale de l'entraînement.
- Longueur totale du retour.
- Diamètre intérieur des tuyaux et des flexibles.
- Nombre de coudes.
- Vannes et raccords.
- Changements de section.
- Dénivelé entre la plate-forme, le puits et le tunnelier.
- Profondeur du puits.
- Longueur d'avance de l'enfoncement.
À mesure que le tunnelier avance, la longueur de la conduite augmente et, par conséquent, les pertes de charge peuvent s'accroître.
2. Débit de circulation
Le débit doit être suffisant pour évacuer les matériaux excavés et maintenir la stabilité du front de taille. Si le débit est faible, cela peut entraîner une sédimentation et un manque d'entraînement ; s'il est trop élevé, les pertes de charge, la consommation d'énergie et l'usure augmentent.
Le débit est coordonné avec :
- Diamètre de l'excavation.
- Vitesse d'avance.
- Volume de matériaux solides excavés.
- Capacité de pompage.
- Capacité de l'installation de tri.
- Pression frontale requise.
3. Propriétés des boues
Le propriétés rhéologiques des boues ont une incidence directe sur le calcul hydraulique.
Sont examinés :
- Densité.
- Viscosité.
- Limite élastique.
- Résistance du gel.
- Teneur en matières solides.
- Teneur en sable.
- Granulométrie en suspension.
- Température.
- pH et stabilité chimique.
- Tendance à la sédimentation.
Une boue plus dense ou plus visqueuse entraîne des pertes de charge plus importantes et nécessite une puissance de pompage plus élevée. Une boue contenant trop de matières solides peut en outre accroître l'abrasion, la sédimentation et le risque d'obstruction.
4. Type et quantité de matériaux solides excavés
Les boues de retour ne se comportent pas de la même manière que les boues d'alimentation. Lorsqu'elles sont mélangées à des terres excavées, leur densité, leur viscosité, leur abrasivité et leur capacité de transport changent.
L'analyse porte sur :
- Pourcentage de matières solides.
- Taille maximale des particules.
- Sables, limon, argiles ou graviers.
- Abrasivité.
- Risque de sédimentation.
- Capacité de tri dans l'usine.
- Vitesse minimale de transport.
Comment cela se calcule-t-il d'un point de vue conceptuel ?
Ce calcul combine trois éléments :
1. Pertes par frottement
Il s'agit des pertes dues au frottement de la boue contre les parois des canalisations. Elles dépendent de la longueur, du diamètre, du débit, de la rugosité et des propriétés du fluide.
D'un point de vue conceptuel :
Longueur plus grande + diamètre plus petit + débit plus élevé + viscosité plus élevée = perte de charge plus importante.
Au stade de la conception, ils sont calculés par tronçons, en distinguant l'aller et le retour, car les conditions d'écoulement peuvent être différentes.
2. Pertes localisées
Il s'agit des pertes liées aux accessoires et aux changements de direction :
- Coudes.
- Vannes.
- Réductions.
- Élargissements.
- Entrées et sorties.
- Raccordements dans le puits.
- Éléments de mesure.
- Équipements de séparation.
Chaque élément entraîne une perte supplémentaire qui doit être ajoutée au frottement dans les conduites.
3. Dénivelé et pression de service
Le système de pompage doit également compenser la différence de niveau entre la plate-forme, le puits et le tunnelier, tout en maintenant la pression de service nécessaire au bouclier hydraulique.
C'est pourquoi la pression totale requise par les pompes s'obtient en additionnant :
- Pertes par frottement.
- Fuites localisées.
- Dénivelé géométrique.
- Pression requise sur le front.
- Marge opérationnelle pour les variations de terrain, les solides et l'usure.
Différence entre la conduite d'alimentation et la conduite de retour
| Ligne | Caractéristiques | Risque principal |
|---|---|---|
| Propulsion | Une boue plus propre, des propriétés mieux maîtrisées | Pertes dues au débit, à la viscosité et à la longueur |
| Retour | Boues contenant des matières solides issues des travaux d'excavation, présentant une densité et une abrasivité accrues | Sédimentation, usure, obstruction et augmentation des pertes |
| Tronçons verticaux | Influence du dénivelé et des accumulations | Exigences accrues en matière de pompage |
| Longs tronçons | Les frictions et les pertes cumulées augmentent | Nécessité de disposer de pompes adaptées et d'un contrôle de la vitesse |
Le retour est généralement dimensionné avec un soin particulier, car il doit acheminer les matériaux excavés sans que des matières solides ne se déposent dans la conduite.
Comment le calcul est-il validé pendant les travaux ?
Au cours de l'exécution, le calcul est validé en comparant les valeurs prévues aux mesures réelles :
- Pression de refoulement.
- Pression de retour.
- Débit de circulation.
- Densité de la boue.
- Viscosité.
- Teneur en matières solides.
- Teneur en sable.
- Pertes de charge par tronçon.
- Consommation de la pompe.
- Température.
- Rendement de l'installation de séparation.
- Volume excavé par rapport au volume transporté.
- Problèmes de sédimentation ou de colmatage.
- Usure des tuyaux, des vannes et des pompes.
Si les pressions réelles augmentent par rapport aux prévisions, cela peut s'expliquer par une teneur en solides plus élevée, une viscosité excessive, une obstruction partielle, l'usure des équipements, une réduction du diamètre utile, la sédimentation, des erreurs de dosage ou des variations du sol.
Risques liés à la sous-estimation des pertes de charge
Une estimation insuffisante peut entraîner :
- Pompes sous-dimensionnées.
- Débit insuffisant.
- Perte de capacité de transport.
- Dépôts dans les canalisations.
- Blocages dans le circuit.
- Perte de pression frontale.
- Rendement d'excavation réduit.
- Augmentation de l'usure.
- Consommation d'énergie élevée.
- Arrêts imprévus.
- Saturation ou déséquilibre de l'installation de séparation.
- Problèmes de sécurité et de contrôle du front.
Au traversées de rivières, émissaires sous-marins o prélèvements d'eau de mer, ces risques peuvent également avoir des répercussions sur la gestion de l'environnement, les rejets, la turbidité, les stocks et la continuité des opérations.
Informations nécessaires pour la conception ou l'appel d'offres
Pour calculer ou vérifier les pertes de charge dans le circuit de boue d'un micro-tunneleur, il convient de fournir les informations suivantes : le diamètre d'excavation, la longueur de forage, la profondeur du puits, le tracé du circuit, la longueur de refoulement, la longueur de retour, les diamètres intérieurs des canalisations, le nombre de coudes, de vannes et d'accessoires, les dénivelés, le débit cible, la vitesse d'avancement, la pression de front, le type de boue, densité, viscosité, limite élastique, teneur en solides, granulométrie, teneur en sable, température, capacité des pompes, puissance disponible, capacité de l'installation de séparation, distance entre l'installation et le puits, pertes admissibles, marges de sécurité, exigences environnementales et critères de contrôle pendant les travaux.
Demander un contrôle technique du circuit des boues, des pertes de charge et du système de pompage pour le bouclier hydraulique avant de procéder à la fermeture des pompes, des canalisations, de l'installation de séparation ou de la documentation relative aux appels d'offres.
Español 
English 
Français 