از مهمترین عوامل موثر در عملکرد ماشین حفاری تونل TBM آرایش و چیدمان ابزار برش در کله‌حفار دستگاه بوده که به‌طور مستقیم بر راندمان عملیات حفاری، عمرمفید TBM و عملکرد مناسب ابزار برش تاثیرگذار می‌باشد. با توجه به پیچیدگی‌های طراحی چیدمان ابزار برش (الزامات فنی سازه TBM و الزامات مهندسی حفاری) ارائه مدل‌های محاسباتی کارآمد از چالش‌های اصلی محققین بوده است. در این پژوهش به هدف ارزیابی تاثیر چیدمان مارپیچ ابزار برش بر عملکرد ماشین TBM، مدل عددی با بهره‌گیری از الگوریتم بهینهسازی فراابتکاری گرگ‌های خاکستری GWO برای طراحی چیدمان مارپیچ توسعه داده شده‌است. به جهت ارزیابی عملکرد مدل طراحی توسعه داده شده، فرایند طراحی چیدمان ابزار برش در کله‌حفار یک نمونه اجرایی TBM سنگ مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. براساس نتایج حاصل مشخص می‌گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش باعث کاهش نیروی جانبی کل دستگاه Fs به میزان KN 130.18 (84.07 %) و کاهش گشتاور خروج از مرکز به میزان KN.m 2.438 (21.09 %) نسبت به چیدمان اصلی ابزار برش در کله‌حفار شده است. همچنین نتایج حاصل از مدل‌سازی المان محدود کله‌حفار نشان داد که پیاده‌سازی آرایش مارپیچ ابزار برش در TBM سبب افزایش چشم‌گیر عملکرد TBM از نقطه‌نظر سازه‌ای می‌گردد به‌گونه‌ای که در شرایط بارگذاری بار کل، مقادیر تنش بیشینه در مدل با چیدمان بهینه MPa 13.046 (16.62 %) و میزان تغییر شکل تحت این شرایط بارگذاری mm 0.135 (41.41 %) کاهش یافته است. براساس نتایج حاصل مشخص می‌گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش در کله‌حفار ماشین TBM هم از نظر مهندسی حفاری (افزایش بازده و پیشروی حفاری) و هم از دیدگاه سازه‌ای ماشین TBM بهبود قابل توجهی یافته است. مهمترین نتیجه حاصل از این پژوهش ارائه یک مدل عددی کارآمد برای طراحی چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش در ماشین TBM بر اساس الگوریتم بهینهسازی GWO بوده است. مدل ارائه شده قابلیت پیاده‌سازی تحت شرایط مختلف عملیاتی و برای انواع مختلف ماشین‌های TBM را دارا بوده‌است.
)