كليدواژه :
بهينه سازي , عملكرد TBM , نمودار اندركنش , شاخص نيروي عمودي , شاخص نيروي چرخشي
چكيده فارسي :
در مراحل طراحي و اجراي پروژه‌هاي حفاري تونل با TBM، بهينه‌سازي پارامترهاي عملكرد به منظور به حداكثر رساندن نفوذ ابزار برشي و سرعت پيشروي ضروري است. در اين راستا، انجام آزمايش‌هاي آزمايشگاهي مي‌تواند نتايج ارزشمندي به دست بدهد، اما به دليل وجود برخي نواقص براي چنين آزمايش‌هايي (به عنوان مثال اختلاف زياد بين نيروي چرخشي اندازه‌گيري شده در آزمايشگاه و داده‌هاي واقعي ميداني)، نياز به اصلاح چنين روش‌هايي همچنان وجود دارد. تاكنون تلاش‌هاي بسيار كمي براي بررسي عملكرد بهينه ابزار برشي (به عنوان مثال نيروي عمودي و نيروي چرخشي) بر اساس اطلاعات پروژه‌هاي تونلي تكميل شده از سراسر جهان انجام شده است. در اين مقاله براي بررسي پارامترهاي عملكرد TBM و بهينه‌سازي آنها، ابتدا يك بانك اطلاعاتي گسترده تهيه شده است و در ادامه روابط بين پارامترهاي مختلف اين بانك اطلاعاتي با دو شاخص نيروي عمودي و نيروي چرخشي مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس نتايج اين تحليل‌ها، مشخص شده است كه سرعت خطي ابزار برشي با دو پارامتر شاخص نيروي عمودي (NFI) و شاخص نيروي چرخشي (RFI) ارتباط مستقيم دارد. در اين راستا، دو رابطه با استفاده از تجزيه و تحليل آماري داده‌هاي بيش از 260 پروژه تونلي براي ارزيابي هر دو شاخص NFI و RFI توسعه يافته است. روابط مربوطه به ترتيب داراي ضريب تعيين 77 و 68 درصد هستند. در ادامه بر مبناي اين روابط، يك فرآيند بهينه‌سازي براي به حداكثر رساندن نفوذ ابزار برشي و سرعت پيشروي با استفاده از محدوديت‌هاي مختلف عملياتي (شامل ظرفيت نيروي ابزار برشي، محدوديت گشتاور كله حفار، محدوديت‌هاي هندسه برش و محدوديت نرخ نفوذ) ارائه شده است. در اين فرآيند، در مرحله اول، نمودار اندركنش نفوذ-نيروي عمودي ابزار برشي با در نظر گرفتن سه محدوديت حداكثر ظرفيت باربري ابزار برشي، حداكثر مقدار نفوذ به دليل محدوديت‌هاي هندسي ابزار برشي، و حداكثر گشتاور مجاز كله حفار در مقادير مختلف سرعت چرخش آن محاسبه شده است. در مرحله دوم، با استفاده از رابطه ارائه شده براي شاخص نيروي عمودي و نمودار اندركنش نفوذ-نيروي عمودي، حداكثر مقدار نفوذ ديسك برشي محاسبه شده است. در نهايت، با استفاده از روابط ارائه شده براي محاسبه نرخ پيشروي و با در نظر گرفتن تأخيرات توقف براي تعويض ديسك‌هاي برشي، نحوه به حداكثر رساندن نرخ پيشروي توضيح داده شده است.
چكيده لاتين :
In the phase of the design of a TBM, it is essential to optimize the cutter head characteristics concerning cut and cutter geometry parameters to maximize both cutter penetration and TBM advance rate. In this regard, valuable results have been achieved from numerical simulations and laboratory tests, however, due to the presence of some shortcomings for such methods (e.g. high difference between rolling force measured in the laboratory and actual field data), there is a high demand by the industry to conduct actual field data analyses. So far, very few efforts have been made to study the optimum cutter performance (e.g. penetration, normal force, and rolling force) based on the information of completed tunnel projects from around the world. To investigate the influence of various parameters on the cutter penetration and to provide basic guidelines for the evaluation of the optimum TBM performance in hard rock conditions, an extensive field database is compiled. Based on the data analysis of this database, it is found that the linear speed of the cutters has a direct correlation with two major parameters of normal force index (NFI) and rolling force index (RFI). In this regard, two formulas are generated using statistical analysis of the data from around 260 tunnel projects to evaluate both NFI and RFI. The corresponding formulas have a coefficient of determination of 77 and 68%, respectively. These formulas are used in an optimization process to maximize cutter penetration using the interaction of various operational constraints (cutter load capacity, cutter head torque limit, cutter geometry constrains, and cutter head penetration rate limits). The produced interaction diagram is called the force-penetration interaction diagram. The new findings of this study can provide a foundation to improve the design process of hard rock TBMs and to optimize their performance considering various project setting parameters.
