بررسی تاثیر شرایط زمین‌شناسی و پارامترهای عملیاتی بر عمر دیسک برشی در تونل انتقال آب قمرود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده‌ مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک)

10.22044/tuse.2020.9499.1391

چکیده

یکی از عوامل مهم تاثیر گذار بر روی هزینه های تمام شده و زمان لازم برای اجرای یک پروژة تونلسازی با دستگاه حفاری TBM، میزان عمر دیسکهای برشی است. از جمله مهمترین پارامترهای تأثیرگذار بر روی عمر دیسک برشی، پارامترهای زمین شناسی (از جمله امتیاز توده سنگ، مقاومت تک محوری ماده سنگ) و پارامترهای عملیاتی (از جمله نیروی عمودی و نیروی غلتشی اعمال شده به دیسک برشی) است. در این مقاله با به کارگیری اطلاعات زمین شناسی و عملیاتی حفر تونل در طول 18 کیلومتر قطعات 3 و 4 تونل انتقال آب قمرود، به بررسی تأثیر پارامترهای یاد شده بر روی عمر دیسکهای برشی با استفاده از تحلیل آماری پرداخته شده است. نتایج تحلیلها نشان می دهد که با افزایش نیروی عمودی و نیروی غلتشی، میزان عمر دیسک برشی کاهش می یابد. در این مطالعه، بهترین نتیجه تحلیلهای آماری انجام شده بر روی اطلاعات حفاری برای برآورد عمر دیسک برشی، به یک ترکیب از نیروی غلتشی، اندیس نفوذ میدانی، و مقاومت تک محوری ماده سنگ، با ضریب همبستگی 75 درصد، منتهی شده است. با توجه به شرایط غالب زمین شناسی مسیر تونل قمرود در قطعات 3 و 4، فرمول به دست آمده عمدتا برای شرایط زمین شناسی ضعیف تا متوسط توده سنگ، کارایی بهتری خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Study of Cutter Life and its Influential Factors in Ghomrud Water Conveyance Tunnel

نویسنده [English]

  • E. Farrokh
Mining Eng. Department, Amirkabir University f Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Cutter life is one of the major hard rock TBM performance parameters which has a direct effect on the total cost and completion time of a tunneling project.
Major influential factors of the cutter life include geological parameters as well as operational and design characteristics. In this regard, the operational parameters are not deeply investigated in combination with other factors mentioned. In this paper, the results of statistical analyses of the cutter life information of Ghomrud water conveyance tunnel project (lots 3 and 4) along with its influential factors are presented. The results show the cutter rolling and normal force are among the most influential factors of the TBM operational parameters. A combination of these two along with uniaxial compressive strength gives a multi regression formula with a coefficient of determination of 75%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TBM
  • Cutter Life
  • UCS
  • RMR
  • Operational Parameters
Bieniawski, Z.T. (1989). Engineering rock mass classifications: a complete manual. John Wiley & Sons, New York.

Bruland, A. (1998). Hard rock tunnel boring. Ph.D. Thesis, The Norwegian University of Science and Technology, Trondheim.

Du, L.J., Ji, S.S., Zuo, L.F., Kong, H.X., Xu, J.L., Du, Y.L. (2015). Wear and consumption of large diameter disc cutters for hard rock TBM under giant porphyritic granite. J China Coal Soc, 40(12), 2974–2978.

Farrokh, E., & Kim, D.Y. (2018). A discussion on hard rock TBM cutter wear and cutterhead intervention interval length evaluation. Tunn Undergr Space Technol, 81, 336-357.

Farrokh, E., Rostami, J. & Laughton, C. (2012). Study of various models for estimation of penetration rate of hard rock TBMs. Tunn Undergr Space Technol, 30: 110-123.

Farrokh, E., Rostami, J., & Askilsrud, O.G. (2013). A discussion on TBM cutter change time and cutter life. SME Annual Meeting.

Frenzel, C. (2005) Mechanical tunneling in hard rock. Performance and wear predictions. Lecture at the TU Munich.

Frenzel, C., (2012). Modeling uncertainty in cutter wear prediction for tunnel boring machines. GeoCongress 2012: State of the Art and Practice in Geotechnical Engineering, 3239–3247.

Frenzel, C. (2011). Disc cutter wear phenomenology and their implications on disc cutter consumption for TBM. In: 45th American Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. San Francisco, USA.

Gehring, K. (1995). Prognosis of advance rates and wear for underground mechanized excavations. Felsbau, 13(6), 439–448.

Hassanpour, J., Rostami, J., Azali, S.T., & Zhao, J. (2014). Introduction of an empirical TBM cutter wear prediction model for pyroclastic and mafic igneous rocks; a case history of Karaj water conveyance tunnel, Iran. Tunn Undergr Space Technol, 43, 222–231.

ISRM. (1979). Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials, International Journal of Rock Mechanics and Mining, 16, 135-140.

Jin, Y.Q., Liu, Z.H., Yang, L., Zheng, G.S. (2011). Analyzing the cause of TBM disc cutter wear in Yintao project No.9 tunnel. Constr Mech, 6, 79–81.

Liu, Q.S., Liu, J.P., Shi, K., Pan, Y.C., Zhang, X., Peng, X., Gong, Q.M., Du, L.J. (2017). A wear rule and cutter life prediction model of a 20-in. tbm cutter for granite: a case study of a water conveyance tunnel in china. Rock Mech Rock Eng.

Maidl, B., Schmidz, L., Ritz, W., & Herrenknecht, M. (2008). Hard rock tunnel boring machines. Wiley, New York.

Paez, C.V.G. (2014). Performance, wear and abrasion in excavation mechanized tunneling in heterogeneous land. PhD thesis, Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

Rostami, J. (1997). Development of a force estimation model for rock fragmentation with disc cutters through theoretical modeling and physical measurement of crushed zone pressure. Dissertation, Colorado School of Mines.

Rostami, J. (2008). Hard rock TBM cutterhead modelling for design and performance prediction. Geomechanik und Tunnelbau, 1(1), 18-28.

Rostami, J., Ozdemir, L., Bruland, A., & Dahl, F. (2005). Review of issues related to cerchar abrasivity testing and their implications on geotechnical investigations and cutter cost estimates. - In: HUTTON, J. D. (Hrsg.): RETC 2005 proceedings, S. 738 - 751, Littelton (Society for Mining, Metallurgy and Exploration).

SCE (2002). Ghomrud tunnel geological engineering report for lots 3 and 4. Iran.

Schneider, E., Thuro, K., Galler, R. (2012). Forecasting penetration and wear for TBM drives in hard rock–results from the ABROCK research project. Geomech Tunn, 5(5), 537–546.

Wan, Z.C., Sha , M.Y., Zhou, Y.L. (2002). Study on disc cutters for hard rock (1)-Application of TB880E TBM in Qinling tunnel. Mod Tunnel Technol, 39(5), 1–11.

Yang, Y.D., Chen, K., Li, F.Y., & Zhou, J.J. (2015). Wear prediction model of disc cutter. J China Coal Soc, 40(6), 1290–1296.

Zhao, Z.X. (2015). Research on the wear of TBM disc cutter during the excavating of the mountain tunnel. Chin J Undergr Space Eng, 11(S1), 367–372.