نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی آزمایشگاهی سایش ابزار برشی دستگاه EPB-TBM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.
چکیده
میزان سایندگی خاک و مقاومت ابزار برش در مقابل سایش یکی از مهمترین فاکتورها در راندمان ماشینهای EPB-TBM می‌باشد. سایش بیش از اندازه، تأثیر منفی بر روی پارامترهای اجرایی دستگاه حفار داشته و کارایی دستگاه را کاهش می‌دهد. با توجه به اینکه زمان هر عملیات هایپرباریک جهت تعویض ابزارهای سایش یافته در حدود یک تا دو هفته می‌باشد، زمانبندی پروژه و هزینه تمام شده تونل را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اما از آنجاییکه روش و آزمایش جامع و مورد قبولی در خصوص بررسی سایش و سایندگی در زمین‌های نرم وجود ندارد، در این مطالعه جهت درک بهتر اندرکنش بین خاک و ابزار برش اقدام به طراحی و ساخت دستگاه شبیه‌ساز حفاری TBM شده است. در این مقاله، پس از معرفی دستگاه جدید ساخته شده در دانشگاه صنعتی سهند تبریز ایران به منظور شبیه سازی مکانیزم حفاری TBM، به بررسی تاثیر دانسیته دو نوع خاک با دانه بندی متفاوت و با رطوبت‌های مختلف بر میزان سایش ابزار برش تحت شرایط مختلف پرداخته شده است. از مهمترین ویژگی‌های این دستگاه میتوان به سرعت پایین چرخش کله‌حفار(مشابه ماشین‌های EPB)، تماس مداوم ابزار برش با خاک دست نخورده، تزریق مداوم مواد عمل‌‌آوری با فشار تزریق مشخص در طول آزمایش و کارکرد افقی شبیه TBM آن اشاره کرد. نتایج اولیه آزمایش‌های 1.5 تا 2 گرم بر سانتی‌متر مکعب در رطوبت 7 درصد مقدار بیشینه سایش ابزارهای برش از 4.1 درصد به 11.6 درصد افزایش پیدا می‌کند.  این روند افزایشی برای رطوبت 13درصد نیز صادق است. همچنین بررسی سایش در تراکم های مختلف و در درصدهای رطوبت مختلف نشان می‌دهد در شرایط یکسان، در درصد رطوبت بیشتر، مقدار سایش کاهش می‌یابد. نتایج برخی آزمایشات عملکردی نشان می‌دهد که با افزایش نرخ نفوذ و سرعت چرخش کله‌حفار در شرایط متفاوت، به ترتیب سایش ابزار کاهش و افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

[1]Alavi Gharahbagh, E., Rostami, J., Palomino, A.M., 2011. New soil abrasion testing method for soft ground tunneling applications. Tunn. Undergr. Space Technol. 26 (5), 604–613. https://doi.org/10.1016/j.tust.2011.04.003
[2]Rostami, J., Alavi Gharahbagh, E., Palomino, A.M., Mosleh, M., 2012. Development of soil abrasivity testing for soft ground tunneling using shield machines. Tunnel. Undergr. Space Technol. J. 28, 245–256. https://doi.org/10.1016/j.tust.2011.11.007.
[3]Amoun, S., Sharifzadeh, M., Shahriar, K., Rostami, J., Tarigh Azali, S., 2017. Evaluation of tool wear in EPB tunneling of Tehran Metro, Line 7 Expansion. Tunnelling and Underground Space Technology 61, 233–246. https://doi.org/10.1016/j.tust.2016.11.001.
[4]Amoun, S., Sharifzadeh, M., Shahriar, K., & Rostami, J., 2015. Soil abrasiveness for EPB-TBM along Tehran metro tunnel line 7, Iran. In SEE Tunnel: Promoting Tunnelling in South East European Region: 41st General Assembly and World Tunnel Congress of International Tunnelling and Underground Space Association ITA-AITES, May 22-28.
[5]Nilsen, B., Dahl, F., Raleigh, P., Holzhäuser, J., 2007. The new test methodology for estimating the abrasiveness of soils for TBM tunnelling. In: Proceedings of the Rapid Excavation and Tunneling Conference (RETC), pp. 104–106.
[6]Gwildis, U.G., Sass, I., Rostami, J., Gilbert, M.B., 2010. Soil Abrasion Effects on TBM Tunnelling. World Tunnelling Congress, Vancouver, Canada.
[7]Köhler, M., Maidl, U., Martak, L., 2011. Abrasiveness and tool wear in shield tunnelling in soil. Geomechanik und Tunnelbau 4 (February), 36–53. https://doi.org/10.1002/geot.201100002.
[8] Shinouda, M.M., Frank, G., hauser, G., 2009. Planning and preparation for tunneling at Brightwater West. In: Proceedings Rapid Excavation and Tunneling Conference, Las Vegas, Nevada, June 2009.
[9]Moammeri, H., Tarigh Azali, S., 2010. Taking Abrasive Action. World Tunnelling, December 2010, pp. 24–27.
[10]Tarigh Azali, S., Moammeri, H., 2012. EPB-TBM tunneling in abrasive ground, Esfahan Metro Line 1. In: Phienwej, N., Boonyatee, T. (Eds.), ITA-AITES World Tunnel Congress (WTC), Bangkok, Thailand.
[11]Grødal, C., Equey, S., Armada, S., Espallargas, N., 2012. Effect of soil and rock composition on the wear process of cutter tool steel used in tunnel boring machines. In: Presented at the NordTrib Conference, Trondheim.
[12]LCPC, 1990. LCPC Abrasivemeter Standard. Normalisation Francaise, pp. 18–579.
[13]Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., Raleigh, J., 2006b. Abrasivity testing for rock and soils. Tunnels Tunneling Int. (April), 47–49.
[14]Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., Raleigh, P., 2006c. SAT: NTNU’s new soil abrasion test. Tunnels Tunn. Int. (May), 43–45.
[15]Thuro, K., Singer, J., Käsling, H., Bauer, M., 2007. Determining abrasivity with the LCPC test. In: Proceedings of the 1st Canada – U.S. Rock Mechanics Symposium. May 2007, ARMA-07-103.
[16]Thuro, K., Käsling, H., 2009. Classification of the abrasiveness of soil and rock. Geomech. Tunnel. 2 (2), 179–188. https://doi.org/10.1002/geot.200900012.
[17]Dahl, F., Bruland, A., Jakobsen, P.D., Nilsen, B., Grov, E., 2012. Classifications of properties influencing the drillability of rocks, based on the NTNU/SINTEF test method. Tunn. Undergr. Space Technol. 28, 150–158. https://doi.org/10.1016/j.tust.2011.10.006.
[18]Alavi Gharahbagh, E., Rostami, J., Talebi, K., Ibarra, J., 2013. Experimental and practical study of impact of soil conditioning on soil abrasion and cutter wear of EPB TBMs. In: RETC Conference June 23–26, Washington, DC.
[19]Jakobsen, P.D., Langmaack, L., Dahl, F., Breivik, T., 2012. Predicting the abrasivity of in-situ like soils. Tunnels and Tunnelling International (June), 41–44.
[20]Jakobsen, P.D., Bruland, A., Dahl, F., 2013. Review and assessment of the NTNU/SINTEF Soil Abrasion Test (SATTM) for determination of abrasiveness of soil and soft ground. Tunn. Undergr. Space Technol. 37, 107–114. https://doi.org/10.1016/j.tust.2013.04.003.
[21]Jakobsen, P.D., Lohne, J., 2013. Challenges of methods and approaches for estimating soil abrasivity in soft ground TBM tunnelling. Wear 308 (1–2), 166–173. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.06.022.
[22]Barzegari, G., Uromeihy, A., Zhao, J., 2013. A newly developed soil abrasion testing method for tunnelling using shield machines. Q. J. Eng. Geol. Hydrogeol. Volume 46, P 63-74. https://doi.org/10.1144/qjegh2012-039.
[23]Oñate Salazar, C.G., Todaro, C., Bosio, F., Bassini, E., Ugues, D., Peila, D., 2018. A new test device for the study of metal wear in conditioned granular soil used in EPB shield tunneling. Tunnelling and Underground Space Technology 73, 212–221. https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.12.014.
[24]Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., Raleigh, J., 2006a. Abrasivity of soils in TBM tunnelling. Tunnels Tunneling Int. (March), 36–38.
[25]Thuro, K. Plinninger, R. 2007. Determining abrasivity with the LCPC test. Proceedings of the 1st Canada – U.S. Rock Mechanics Symposium, p. 8. https://doi.org/10.1201/NOE0415444019-c103
[26]Alavi Gharahbagh, E., Rostami, J., Talebi, K., 2014. Experimental study of the effect of conditioning on abrasive wear and torque requirement of full face tunneling machines. Tunn. Undergr. Space Technol. 41, 127–136. https://doi.org/10.1016/j.tust.2013.12.003.
[27]Kupferle, J., Rottger, A., Theisen, W., Alber, M., 2016. The RUB Tunneling Device–A newly developed test method to analyze and determine the wear of excavation tools in soils. Tunneling and Underground Space Technology, pp. 1- 6. https://doi.org/10.1016/j.tust.2016.06.006.
[28]Wei, Y., yang, Y., Tao, M., 2018. Effects of gravel content and particle size on abrasivity of sandy gravel mixtures. Engineering geology, pp. 26-35. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.06.009. [29]Wei, Y., Zheng, X., Su, F., Li, M., Li, F., Yang, U., 2018. Evaluating of cutting tool wear of earth pressure balance shield in granular soil based on laboratory test. Testing and evaluation, pp. 927-941. https://doi.org/10.1520/JTE20180402.
[30]Wei, Y., Yang, U., Tao, M., Wang, D., Jie, Y., 2020. Earth pressure balance shield tunnel in sandy gravel deposits: a case study of applications of soil conditioning. Bulletin of Engineering Geology and the Environment volume 79, pp. 5013–5030 (2020). https://doi.org/10.1007/s10064-020-01856-1.
[31]Wei, Y., yang, Y., Qiu, T., 2021. Effects of Soil Conditioning on Tool Wear for Earth Pressure Balance Shield Tunneling in Sandy Gravel Based on Laboratory Test. Journal of Testing and Evaluation, July 19. https://doi.org/10.1520/JTE20180851.
[32]Wei, Y., Wang, D., Li, J., Jie, Y., 2020. Eects of Soil Conditioning on Characteristics of a Clay-Sand-Gravel Mixed Soil Based on Laboratory Test. May 9. Appl. Sci., 10, 3300. https://doi.org/10.3390/app10093300.