Le usure des disques, des pics, des racleurs et des outils de coupe Pendant le creusement, le contrôle s'effectue en combinant une bonne caractérisation géotechnique préalable, le choix approprié de la tête de forage, la prévision des pièces de rechange, la surveillance des paramètres de creusement, les inspections programmées et l'enregistrement des consommations et des incidents. L'objectif est de maintenir le rendement d'avancement, d'éviter d'endommager la tête de coupe, de réduire les arrêts imprévus et d'anticiper le moment où il est nécessaire de changer d'outils.
Dans les projets de le fonçage de tuyaux, microtunnelage, Traversées d'infrastructures ou excavation avec EPB TBM e hydro-bouclier, l'usure doit être analysée du point de vue de la charge, en particulier sur la roche, les graviers, les sables siliceux, les terrains mixtes, les sols contenant des galets ou des matériaux abrasifs.
Quels sont les facteurs qui favorisent l'usure ?
| Facteur | Quel est l'impact sur les outils ? |
|---|---|
| Abrasivité du sol | La consommation de disques, de pics, de racleurs et de protections augmente |
| Teneur en quartz | Augmente l'usure par abrasion minérale |
| Résistance de la roche | Cela nécessite un effort de coupe plus important et peut accélérer les ruptures |
| Quilles ou blocs | Ils provoquent des chocs, une usure irrégulière et d'éventuels dommages localisés |
| Fronts mixtes | Ils génèrent un travail inégal entre les zones souples et les zones dures |
| Granulométrie grossière | Augmentation de l'abrasion et du risque d'obstruction |
| Nappes phréatiques | Cela peut perturber le nettoyage de la façade et le transport des matériaux |
| Couple de coupe élevé | Cela implique des contraintes mécaniques plus élevées pour les outils |
| Progression insuffisante | Cela peut entraîner une surcharge, des vibrations ou une usure prématurée |
| Mauvaise évacuation des déchets | Cela entraîne une recirculation des solides et une abrasion secondaire |
L'évaluation de l'usure doit être coordonnée avec la abrasivité du sol et avec la choix de la tête de coupe.
Comment s'y préparer avant le chantier
Avant de creuser, on évalue le risque d'usure en vérifiant :
- Géologie et profil longitudinal.
- Résistance de la roche ou des matériaux cimentés.
- Abrasivité.
- Teneur en quartz.
- Granulométrie.
- Présence de graviers, de galets ou de blocs.
- Transitions sol-roche.
- Profondeur d'enfoncement.
- Diamètre de l'excavation.
- Type de tunnelier.
- Accessibilité à la tête de coupe.
- Possibilité d'intervention.
- Production prévue.
- Expérience dans des domaines similaires.
Ces informations permettent de définir la configuration des disques, des broches, des racleurs, des lames, des protections anti-abrasion, des ouvertures de la tête, des pièces de rechange et du plan de maintenance.
Sur des terrains complexes ou très abrasifs, la prévision de l'usure doit faire partie intégrante de la stratégie de mise en œuvre, et pas seulement de l'inventaire des pièces de rechange.
Paramètres indiquant une usure pendant le creusement
Au cours des fouilles, on examine les indices indirects pouvant indiquer une usure progressive ou des dommages sur les outils :
| Paramètres | Interprétation possible |
|---|---|
| Augmentation du couple de coupe | Résistance accrue à la coupe, outils usés ou matériau plus dur |
| Réduction de l'avance | Rendement d'excavation moindre ou tête moins efficace |
| Augmentation de la poussée | Des efforts accrus pour maintenir la production |
| Vibrations ou chocs | Bosses, roche fissurée, outils endommagés ou usure irrégulière |
| Consommation énergétique élevée | Perte d'efficacité de coupe |
| Variation de la granulométrie des matériaux excavés | Des outils moins efficaces ou les variations du terrain |
| Pression frontale instable | Problèmes liés au creusement, à l'écoulement ou à l'évacuation |
| Débit irrégulier de matière | Obstructions, accumulations ou perte de capacité de coupe |
| Écarts par rapport à l'axe ou à la cote | Excavation irrégulière ou front hétérogène |
| Arrêts fréquents | Signe d'obstruction, d'usure ou d'entretien insuffisant |
Aucun paramètre pris isolément ne permet de confirmer l'usure. L'interprétation doit se faire en combinant les données relatives à la machine, à la géotechnique, à la production et au comportement des matériaux excavés.
Inspection et remplacement des outils
La possibilité d'inspecter ou de changer les outils dépend du type de tunnelier, du diamètre, de l'accès, de la pression au front de taille, du niveau de la nappe phréatique et des conditions du sol.
Cela peut se faire par :
- Inspections programmées.
- Inspection depuis l'intérieur de la machine, si la conception le permet.
- Accès dans des conditions météorologiques où le front est stable.
- Interventions spéciales en cas de pression d'eau ou de sol instable.
- Changements préventifs avant les tronçons critiques.
- Contrôle des outils à la fin du tronçon.
Dans le cas des tunneliers à bouclier fermé, s'il n'est pas possible d'accéder à la pression atmosphérique, il peut être nécessaire d'envisager une traitement hyperbare pour l'inspection, le nettoyage, la réparation ou le remplacement des outils.
Mesures visant à réduire l'usure
Pour contrôler et réduire l'usure, plusieurs mesures peuvent être mises en œuvre :
- Choisir des outils adaptés au terrain.
- Utiliser des disques, des pointes ou des grattoirs adaptés au matériau principal.
- Intégrer des protections anti-abrasion au niveau de la tête.
- Régler la vitesse d'avance et la vitesse de rotation.
- Éviter les surcharges de couple et de poussée.
- Améliorer l'évacuation des déblais.
- Contrôler la rhéologie des boues dans le bouclier hydraulique.
- Régler la climatisation dans l'EPB.
- Prévoir les pièces de rechange essentielles.
- Planifier des inspections.
- Enregistrer la consommation d'outils par mètre excavé.
- Anticiper les changements avant les carrefours à risque.
- Vérifier les paramètres dès que des changements de terrain sont détectés.
Au fronts mixtes de sol et de roche, le contrôle doit être plus prudent car l'usure peut être irrégulière et affecter la direction de déplacement.
Traçabilité et contrôle de la production
L'usure doit être consignée afin de comparer les prévisions et la réalité. Les enregistrements habituels comprennent :
- Type et nombre d'outils installés.
- Position de chaque outil sur la tête d'usinage.
- Mètres creusés par outil.
- Terrain accidenté.
- Couple, poussée et vitesse d'avancement.
- Incidents liés à un blocage ou à un choc.
- Consommation de pièces de rechange.
- Outils remplacés.
- État des outils retirés.
- Photographies ou rapports d'inspection.
- Relation entre l'usure et la géologie réelle.
- Impact sur les délais et la production.
Cette traçabilité permet de justifier les décisions de maintenance, d'ajuster les paramètres et d'améliorer les prévisions pour les étapes suivantes.
Risques liés à l'absence de contrôle de l'usure
Une usure non détectée à temps peut entraîner :
- Baisse de rendement.
- Augmentation du couple et des poussées.
- Déviations du tracé.
- Vibrations.
- Dommages au niveau de la tête de coupe.
- Blocages.
- Sur-excavation ou excavation irrégulière.
- Consommation d'énergie plus élevée.
- Arrêts imprévus.
- Interventions complexes.
- Surcoûts.
- Retards.
- Risques aux carrefours situés sous des infrastructures sensibles.
Lors de travaux sous des routes, des voies ferrées, des cours d'eau, des réseaux existants ou en milieu urbain, l'usure doit être maîtrisée avant qu'elle n'affecte le contrôle du front de taille, l'alignement ou la stabilité du terrain.
Informations nécessaires à l'étude du projet
Pour évaluer la résistance à l'usure des disques, des pics et des outils, il convient de fournir les informations suivantes : profil géotechnique, résistance de la roche, abrasivité, teneur en quartz, granulométrie, présence de blocs ou de roches isolées, front mixte, niveau de la nappe phréatique, diamètre de l'excavation, longueur d'enfoncement, profondeur, type de tunnelier, type de tête de forage, outillage prévu, protections anti-abrasives, couple disponible, poussée prévue, vitesse d’avancement estimée, système d’extraction, accessibilité pour l’inspection, possibilité d’intervention, pièces de rechange prévues, sensibilité de l’environnement et exigences de production.
Demander un contrôle technique de l'usure des outils et de la tête de coupe, et entretien de la tunnelière avant de finaliser l'étude géotechnique, la configuration de la coupe ou le dossier d'appel d'offres.
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