ارزیابی سایش ابزار برشی در تونلسازی مکانیزه در زمینهای نرم- مطالعه موردی: تونل قطعه شمالی- جنوبی خط 7 متروی تهران

نوع مقاله: یادداشت فنی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن- دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران

3 استاد دانشکده مهندسی معدن- دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران

4 شرکت مهندسین مشاور ساحل

چکیده

سایش ابزارهای برش و دیگر اجزای ماشین حفر تونل فشار تعادلی زمین (EPB-TBM) که در تماس با مصالح برجا و حفاری شده هستند یکی از فاکتورهای مهم در تونلسازی مکانیزه در زمین‌های نرم است‌. در ماشن‌های EPB، بازرسی کله‌حفار ماشین و تعمیر و نگهداری ابزارهای برش تحت شرایط پرفشار یا هایپرباریک انجام می‌شود که یک فرآیند زمان‌بر، خطرناک و پرهزینه است و باعث ایجاد تأخیر در فرآیند حفاری و کاهش ضریب بهره‌وری عملیات تونلسازی می‌شود. در این مطالعه، سایش ابزارهای برش ماشین حفار خط 7 متروی تهران در طول 6500 متر ابتدایی مسیر تونل مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در این مسافت از تونل، تعداد 1169 ابزار برش مصرف شده است که از این تعداد 654 عدد ریپر، 357 عدد اسکریپر و 153 عدد دیسک است‌. در این مقاله تأثیر فاکتورهای زمین‌شناسی و اپراتوری ماشین روی سایش ابزارهای برش به‌صورت کمی و با استفاده از اندازه‌گیری‌های میدانی مورد مطالعه قرار گرفته شده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که با افزایش فشار زمین، نیروی پیشران و گشتاور کله‌حفار، مصرف ابزارهای برش به‌طور مشخص افزایش می‌یابد. همچنین، بهسازی خاک نقش کلیدی در کنترل سایش ابزارهای برش بازی می‌کند؛ به‌طوری‌که حتی در خاک‌های دانه‌درشت می‌توان با بهبود فاکتورهای بهسازی خاک، سایش ابزارهای برش را کاهش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of tool wear in EPB tunneling of Tehran Metro, Line 7 Expansion

نویسندگان [English]

  • Sadegh Amoun 1
  • Mostafa Sharifzadeh 2
  • Kourosh Shahriar 3
  • Sadegh Tarigh Azali 4
چکیده [English]

The total number of EPB-TBMs that were utilized for tunneling between 2005 and 2010 is approximately 350 units worldwide. One of the most critical adverse conditions is encountering abrasive soils and excessive wear on the cutting tools and the cutterhead as has been reported in many EPB tunneling projects worldwide. In this project, the number of cutting tools replaced were 1169, including 654 rippers, 357 scrapers and 153 disc cutters. In this paper the influence of geological parameters and operational factors on tool wear is studied. The objective of the current study was 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 introduces the subject tunnel project in this case study, describes the Cutter life parameters as observed in this project and presents results from TBM operation’s and soil properties and their influence on tool wear. The results of this study show that by increasing TBM thrust, earth pressure and torque, the cutter consumption generally increases. Also, soil conditioning plays an important role in controlling cutter wear, so that the tool wear can be reduced even in coarse-grained soils by improving the soil conditioning parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wear
  • Cutting tool
  • EPB-TBM
  • Abrasion
  • Tehran Metro Line 7
Home, L. (2010). Trends in the us of TBMs worldwide. Presented at NFF TBM seminar Bergen.

Tarigh Azali, S., & Moammeri, H. (2012). EPB-TBM tunneling in abrasive ground, Esfahan metro line 1. In ITA-AITES world tunnel congress, International Tunnelling and Underground Space Association (ITA-AITES) and the Thailand Underground and Tunnelling Group (TUTG), Bangkok, Thailand.

Amoun, S., Sharifzadeh, M., Kourosh, SH., Rostami, J. (2015). Soil abrasiveness for EPB-TBM along Tehran metro tunnel line 7, Iran. ITA-AITES World Tunnel Congress (WTC), Lacroma Valamar Congress Center, Dubrovnik, Croatia.

Nilsen, B., Dahl, F. E., Holzhauser, J., & Raleigh, P. (2006a). Abrasivity of soils in TBM tunnelling. Tunnels & Tunnelling International.

Gharahbagh, E. A., Rostami, J., & Palomino, A. M. (2011). New soil abrasion testing method for soft ground tunneling applications. Tunnelling and Underground Space Technology, 26(5), 604-613.

Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., & Raleigh, P. (2007). New test methodology for estimating the abrasiveness of soils for TBM tunneling. In Proceedings of the rapid excavation and tunneling conference (RETC) (pp. 104-106).

Gwildis, U. G., Sass, I., Rostami, J., & Gilbert, M. B. (2010, May). Soil abrasion effects on TBM tunneling. In World Tunnelling Congress, Vancouver, Canada.

Köhler, M., Maidl, U., & Martak, L. (2011). Abrasiveness and tool wear in shield tunnelling in soil/Abrasivität und Werkzeugverschleiß beim Schildvortrieb im Lockergestein. Geomechanics and Tunnelling, 4(1), 36-54.

Shinouda, M. M., Frank, G., & Hauser, G. (2009, June). Planning and preparation for tunneling at Brightwater West. In Proceedings Rapid Excavation and Tunneling Conference, Las Vegas, Nevada.

Moammeri, H., Tarigh Azali, S. (2010). Taking abrasive action. World Tunnelling, December 2010, pp. 24–27.

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 NordTrib Conference, Trondheim.

LCPC, (1990). LCPC Abrasivemeter Standard. Normalisation Francaise P18–579.

NILSEN, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., & Raleigh, P. (2006b). Abrasivity testing for rock and soils. T & T international, (AVR), 47-49.

Thuro, K., Singer, J., Kasling, H., & Bauer, M. (2007, January). Determining abrasivity with the LCPC test. In 1st Canada-US Rock Mechanics Symposium. American Rock Mechanics Association.

Thuro, K., & Käsling, H. (2009). Classification of the abrasiveness of soil and rock. Klassifikation der Abrasivität von Boden und Fels. Geomechanics and Tunnelling, 2(2), 179-188.

Dahl, F., Bruland, A., Jakobsen, P. D., Nilsen, B., & Grøv, E. (2012). Classifications of properties influencing the drillability of rocks, based on the NTNU/SINTEF test method. Tunnelling and Underground Space Technology, 28, 150-158.

Gharahbagh, E. A., Rostami, J., & Talebi, K. (2014). Experimental study of the effect of conditioning on abrasive wear and torque requirement of full face tunneling machines. Tunnelling and Underground Space Technology, 41, 127-136.

Rostami, J., Gharahbagh, E. A., Palomino, A. M., & Mosleh, M. (2012). Development of soil abrasivity testing for soft ground tunneling using shield machines. Tunnelling and Underground Space Technology, 28, 245-256.

Jakobsen, P. D., Langmaack, L., Dahl, F. E. B., & Breivik, T. (2012). Predicting the abrasivity of in-situ like soils. Tunnels and Tunnelling International, 6, 41-46.

Jakobsen, P. D., & Lohne, J. (2013). Challenges of methods and approaches for estimating soil abrasivity in soft ground TBM tunnelling. Wear, 308(1), 166-173.

Barzegari, G., Uromeihy, A., & Zhao, J. (2013). A newly developed soil abrasion testing method for tunnelling using shield machines. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 46(1), 63-74.

SELI, (2008). Tehran Metro Project- Line 7, North- South Section, general project design review.

Zum Gahr, K. H. (1987). Microstructure and wear of materials (Vol. 10). Elsevier.

O'Carroll, J. B. (2005). A Guide to Planning, Constructing, and Supervising Earth Pressure Balance TBM Tunneling. Parsons Brinckerhoff.

Thuro, K., Singer, J., Käsling, H., & Bauer, M. (2006). Soil abrasivity assessment using the LCPC testing device. Felsbau, 24(6), 37-45.

Frenzel, C., Käsling, H., & Thuro, K. (2008). Factors influencing disc cutter wear. Geomechanik und Tunnelbau, 1(1), 55-60.

U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, 2001. Engineering geology field manual, Second edition, Vol. 2.

Gharahbagh, E. A., Rostami, J., & Talebi, K. (2014). Experimental study of the effect of conditioning on abrasive wear and torque requirement of full face tunneling machines. Tunnelling and Underground Space Technology, 41, 127-136.

EFNARC, A. (2005). Specifications and Guidelines for the use of specialist products for Mechanized Tunnelling (TBM) in Soft Ground and Hard Rock.