ارزيابي سايش ابزار برشي در تونلسازي مكانيزه در زمينهاي نرم- مطالعه موردي: تونل قطعه شمالي- جنوبي خط 7 متروي تهران

Evaluation of Tool Wear in EPB Tunneling of Tehran Metro, Line 7 Expansion

سايش ابزارهاي برش و ديگر اجزاي ماشين حفر تونل فشار تعادلي زمين (EPB-TBM) كه در تماس با مصالح برجا و حفاري شده هستند يكي از فاكتورهاي مهم در تونلسازي مكانيزه در زمين‌هاي نرم است‌. در ماشنهاي EPB، بازرسي كله‌حفار ماشين و تعمير و نگهداري ابزارهاي برش تحت شرايط پرفشار يا هايپرباريك انجام ميشود كه يك فرآيند زمانبر، خطرناك و پرهزينه است و باعث ايجاد تاخير در فرآيند حفاري و كاهش ضريب بهرهوري عمليات تونلسازي ميشود. در اين مطالعه، سايش ابزارهاي برش ماشين حفار خط 7 متروي تهران در طول 6500 متر ابتدايي مسير تونل مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. در اين مسافت از تونل، تعداد 1169 ابزار برش مصرف شده است كه از اين تعداد 654 عدد ريپر، 357 عدد اسكريپر و 153 عدد ديسك است‌. در اين مقاله تاثير فاكتورهاي زمينشناسي و اپراتوري ماشين روي سايش ابزارهاي برش بهصورت كمي و با استفاده از اندازهگيريهاي ميداني مورد مطالعه قرار گرفته شده است. نتايج اين مطالعه نشان ميدهد كه با افزايش فشار زمين، نيروي پيشران و گشتاور كلهحفار، مصرف ابزارهاي برش بهطور مشخص افزايش مييابد. همچنين، بهسازي خاك نقش كليدي در كنترل سايش ابزارهاي برش بازي ميكند؛ بهطوريكه حتي در خاكهاي دانهدرشت ميتوان با بهبود فاكتورهاي بهسازي خاك، سايش ابزارهاي برش را كاهش داد.

The total number of EPB-TBMs, utilized for tunneling between 2005 and 2010, is estimated to be approximately 350 units worldwide. One of the most critical adverse conditions is when encountering abrasive soils and excessive wear on the cutting tools and the cutter head as reported in many EPB tunneling projects across the world. In the tunneling project of line 7 of Tehran metro, the number of cutting tools, needed to be replaced, has been 1169 including 654 rippers, 357 scrapers and 153 disc cutters. In this paper, the influence of geological parameters and operational factors on the tool wear is examined. The objective of this research is to investigate tool wear on EPB machines through a case study and field measurements. This refers to assessment of the fundamental reasons for increases of TBM tool wear in certain ground conditions to find a correlation between geological conditions and operational parameters with cutter life in soft ground tunneling. This paper investigates the cutter life parameters as observed in this project and presents results from TBM operation and soil properties and their influences on the tool wear. The results of this study show that by increasing TBM thrust, earth pressure and torque, the cutter consumption generally increases. Moreover, soil conditioning plays an important role in controlling the cutter wear, so that the tool wear can be reduced even in coarse-grained soils by improving the soil conditioning parameters.