نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار زمین شناسی مهندسی، گروه علوم زمین، دانشگاه تبریز

2 گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز

چکیده

طرح مورد مطالعه در این پژوهش، تونلی است به طول 36 کیلومتر و با قطر حفاری 32/6 متر که به منظور انتقال آب از دامنه های غربی زاگرس به حوزه دریاچه اورمیه طراحی شده و در شرایط زمین شناسی تشکیل شده از سنگ های سخت با استفاده از دو دستگاه ماشین حفار تونل (TBM)، در حال اجراست. زمین شناسی مسیر تونل از لحاظ لیتولوژی اغلب از سنگهای گرانیت، گرانودیوریت، هورنفلس، شیست، آهک، دولومیت، شیل، اسلیت و فیلیت تشکیل شده است. یکی از چالش های اصلی تونل مورد مطالعه، سایش دیسکها ی برشی است که علاوه بر هزینه، زمان موردنیاز حفاری را افزایش داده است و بر اقتصاد پروژه تأثیر جدی گذاشته است. سایش را می توان به صورت از دست رفتن و زدوده شدن مداوم مواد از سطح یک جسم جامد، در اثر کنش های مکانیکی مانند تماس و حرکت نسبی میان دو جسم تعریف نمود. سایش ساینده و سایش تخریبی جزو مهمترین نوع سایش دیسکها ی برشی می باشند. در این مقاله برای بررسی سایندگی سنگ ها از داده های میدانی حاصل از حفاری9/5 کیلومتر تونل، ویژگی های ژئوتکنیکی و اطلاعات آزمایشگاهی استفاده شده است. مطالعات میدانی نشان می دهد سایش غیر نرمال، 51 درصد سهم خرابی دیسکهای برشی را به خود اختصاص داده و بیشتر از سایش نرمال می باشد. بررسی نرخ مصرف دیسکهای برشی در ارتباط با ویژگی های زمین شناسی و پارامترهای حفاری نشان می دهد که ارتباط نزدیکی بین شاخص سایندگی سرشار و مقاومت فشاری سنگ با نرخ مصرف دیسکهای برشی وجود دارد. نتایج شان می دهد با کاهش نیروی پیشران و گشتاور ماشین حفار و افزایش نرخ نفوذ، میزان مصرف دیسکهای برشی نیز بطور نسبی کاهش یافته است. طول عمر نسبی دیسکهای برشی بر حسب موقعیت آنها برروی کله حفاری در مقایسه با نمودار پیشنهادی توسط برولند (1998)، مطابقت خوبی نشان می دهد

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of TBM disc cutter wear issue in hard rock tunneling; a case study

نویسندگان [English]

  • Ghodrat Barzegari 1
  • Jafar Khodayari 2

1 Assistant Professor of Engineering Geology, Department of Earth Sciences, University of Tabriz

2 Department of Earth Sciences, Faculty of Natural Science, University of Tabriz, Iran

چکیده [English]

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).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Disc cutter
  • Wear
  • TBM
  • tunneling
  • CAI