ارزيابي تاثير چيدمان مارپيچ ابزار برش كاترهد در عملكرد ماشين حفاري مكانيزه TBM

از مهمترين عوامل موثر در عملكرد ماشين حفاري تونل TBM آرايش و چيدمان ابزار برش در كله‌حفار دستگاه بوده كه به‌طور مستقيم بر راندمان عمليات حفاري، عمرمفيد TBM و عملكرد مناسب ابزار برش تاثيرگذار مي‌باشد. با توجه به پيچيدگي‌هاي طراحي چيدمان ابزار برش (الزامات فني سازه TBM و الزامات مهندسي حفاري) ارائه مدل‌هاي محاسباتي كارآمد از چالش‌هاي اصلي محققين بوده است. در اين پژوهش به هدف ارزيابي تاثير چيدمان مارپيچ ابزار برش بر عملكرد ماشين TBM، مدل عددي با بهره‌گيري از الگوريتم بهينه‌سازي فراابتكاري گرگ‌هاي خاكستري GWO براي طراحي چيدمان مارپيچ توسعه داده شده‌است. به جهت ارزيابي عملكرد مدل طراحي توسعه داده شده، فرايند طراحي چيدمان ابزار برش در كله‌حفار يك نمونه اجرايي TBM سنگ مورد ارزيابي قرار گرفته‌است. براساس نتايج حاصل مشخص مي‌گردد كه چيدمان مارپيچ بهينه ابزار برش باعث كاهش نيروي جانبي كل دستگاه Fs به ميزان KN 130.18 (84.07 %) و كاهش گشتاور خروج از مركز به ميزان KN.m 2.438 (21.09 %) نسبت به چيدمان اصلي ابزار برش در كله‌حفار شده است. همچنين نتايج حاصل از مدل‌سازي المان محدود كله‌حفار نشان داد كه پياده‌سازي آرايش مارپيچ ابزار برش در TBM سبب افزايش چشم‌گير عملكرد TBM از نقطه‌نظر سازه‌اي مي‌گردد به‌گونه‌اي كه در شرايط بارگذاري بار كل، مقادير تنش بيشينه در مدل با چيدمان بهينه MPa 13.046 (16.62 %) و ميزان تغيير شكل تحت اين شرايط بارگذاري mm 0.135 (41.41 %) كاهش يافته است. براساس نتايج حاصل مشخص مي‌گردد كه چيدمان مارپيچ بهينه ابزار برش در كله‌حفار ماشين TBM هم از نظر مهندسي حفاري (افزايش بازده و پيشروي حفاري) و هم از ديدگاه سازه‌اي ماشين TBM بهبود قابل توجهي يافته است. مهمترين نتيجه حاصل از اين پژوهش ارائه يك مدل عددي كارآمد براي طراحي چيدمان مارپيچ بهينه ابزار برش در ماشين TBM بر اساس الگوريتم بهينهسازي GWO بوده است. مدل ارائه شده قابليت پياده‌سازي تحت شرايط مختلف عملياتي و براي انواع مختلف ماشين‌هاي TBM را دارا بوده ‌است.