بررسي پديده سايش ديسكهاي برشي ماشين‌حفاري تونل در سنگهاي سخت

طرح مورد مطالعه در اين پژوهش، تونلي است به طول 36 كيلومتر و با قطر حفاري 32/6 متر كه به منظور انتقال آب از دامنه هاي غربي زاگرس به حوزه درياچه اورميه طراحي شده و در شرايط زمين شناسي تشكيل شده از سنگ هاي سخت با استفاده از دو دستگاه ماشين حفار تونل (TBM)، در حال اجراست. زمين شناسي مسير تونل از لحاظ ليتولوژي اغلب از سنگهاي گرانيت، گرانوديوريت، هورنفلس، شيست، آهك، دولوميت، شيل، اسليت و فيليت تشكيل شده است. يكي از چالش هاي اصلي تونل مورد مطالعه، سايش ديسكها ي برشي است كه علاوه بر هزينه، زمان موردنياز حفاري را افزايش داده است و بر اقتصاد پروژه تأثير جدي گذاشته است. سايش را مي توان به صورت از دست رفتن و زدوده شدن مداوم مواد از سطح يك جسم جامد، در اثر كنش هاي مكانيكي مانند تماس و حركت نسبي ميان دو جسم تعريف نمود. سايش ساينده و سايش تخريبي جزو مهمترين نوع سايش ديسكها ي برشي مي باشند. در اين مقاله براي بررسي سايندگي سنگ ها از داده هاي ميداني حاصل از حفاري9/5 كيلومتر تونل، ويژگي هاي ژئوتكنيكي و اطلاعات آزمايشگاهي استفاده شده است. مطالعات ميداني نشان مي دهد سايش غير نرمال، 51 درصد سهم خرابي ديسكهاي برشي را به خود اختصاص داده و بيشتر از سايش نرمال مي باشد. بررسي نرخ مصرف ديسكهاي برشي در ارتباط با ويژگي هاي زمين شناسي و پارامترهاي حفاري نشان مي دهد كه ارتباط نزديكي بين شاخص سايندگي سرشار و مقاومت فشاري سنگ با نرخ مصرف ديسكهاي برشي وجود دارد. نتايج شان مي دهد با كاهش نيروي پيشران و گشتاور ماشين حفار و افزايش نرخ نفوذ، ميزان مصرف ديسكهاي برشي نيز بطور نسبي كاهش يافته است. طول عمر نسبي ديسكهاي برشي بر حسب موقعيت آنها برروي كله حفاري در مقايسه با نمودار پيشنهادي توسط برولند (1998)، مطابقت خوبي نشان مي دهد

The research project in this study is a part of a 36 kilometer tunnel with 6.32 m in diameter for conveyance of water from the western of Zagros to the Uromia Lake that is under construction through hard rock by using of two tunnel boring machines. Lithology of the tunnel alignment including of granite, granodiorite, hornfels, schist, limestone, dolomite, shale, slate and phyllite. The wear of cutting tools is one of the main challenges of the studied tunnel, which impact significant cost and serious delays on schedule. Wear can be defined as the continuous and unwanted loss and removal of material from the surface of a solid object, as e result of mechanical actions, such as contact and relative motion between two objects. Abrasive wear and impact wear are one of the most important type of wear occurs on the TBM disc cutters. In this paper field actual cutter wear data belong to 9.5 Km of the bored tunnel, geotechnical properties and laboratory information are used to study the wear phenomena. Field data show that abnormal wear of disc cutters with 51 percent is more than normal wear. Also the study of disc cutter consumption rate in relation the geological characteristics and TBM parameters show that the Cerchar abrasivity index (CAI) and uniaxial compressive strength (UCS) are in agreement with disc cutter consumption rate. The obtained results indicate that thrust, torque and penetration rate have a relatively good relation with disc cutter consumption rate. It was not found any relation between rock mass quality index, geological strength index and disc cutter wear rate. In general the relative cutter life in the studied tunnel is in accordance with the relation proposed after Bruland (1998).