مراحل کار TBM
مرحله حفر توسط TBM
الف:. استقرار دستگاه
TBMمستقر شده و چنگ زنها به دیواره فشار وارد می کنند، جک عقبی بالاست.
ب. عمل حفر انجام می شود
پیشروی صفحه حفار تا ۳/۰ تا ۲ متر انجام می شود.
ج- استقرار مجدد دستگاه
جک عقبی باز می شود
د- جلو رفتن ماشین
چنگ زن ها به طرف جلو حرکت می کنند.
- تخلیه مواد حفر شده
- تعویض ابزار برش
- نگهداری تونل
بررسی عملکرد TBM
بررسی عملکرد TBM اطلاعات خوبی در مورد انتظاراتی که باید از TBM ها داشته باشیم را مشخص می نماید. پایه و اساس بررسی عملکرد TBM ها اکثراً به بررسی تاریخچه تونل هایی که تا کنون با TBMها حفر شده اند و مشکلات مواجهه در football carnival آن پروژه ها مربوط می شود. برای شروع بررسی عملکرد TBM ها در مرحله اول باید تعاریف و اصطلاحات مشخص و بررسی گردند.
تعاریف و اصطلاحات لازم برای بررسی عملکرد TBM
۱- آهنگ نفوذ Penetration rate
این شاخص آهنگ نفوذ TBM در سنگ هنگام حفاری را بیان می کند بر حسب میلیمتر بر یک دور چرخش صفحه حفار و یا متر در
casino roulette ساعت بیان می شود.
- آهنگ نفوذ با سرعت چرخش صفحه حفار رابطه مستقیم دارد.
- آهنگ نفوذ در سنگهای سخت کمتر از سنگهای نرم می باشد.
به عنوان مثال آهنگ نفوذ در شیل با مقاومت فشاری mpa 30 حدود ۳/۷ m\n
آهنگ نفوذ در دولومیت با مقاومت فشاری mpa 180 حدود ۳/۱m\n
آهنگ نفوذ در سنگهای رسوبی به اساس مقاومتشان ۱/۲ تا ۸/۲ m\n بر آورد شده است.
۲- آهنگ پیشروی (advance rate)
آهنگ پیشروی میزان پیشروی TBM (پیشروی تونل) را مدت معینی مشخص می نماید بنابراین آهنگ پیشروی واحدهای مختلفی می تواند داشته باشد. مثل متر بر شیف یا متر بر روز یا متر بر ماه و غیره.
آهنگ پیشروی از آهنگ نفوذ به علت توقف های ماشین همیشه کوچکتر می باشد.
آهنگ پیشروی به عوامل مختلفی بستگی دارد مانند:
- شرایط زمین
- طراحی تونل
- عوامل محیطی
- سیستم مدیریت
- قابلیت ماشین
۳- آماده بودن ماشینavailability
منظور از آماده بودن ماشین در صد زمانی است که طی آن در طول حفاری تونل ماشین آماده حفاری است. این زمان از کسر زمان لازم برای استقرار دستگاه و تعمیرات آن و نصب سیستم نگهداری و آماده سازی زمین و غیره از زمان کل بدست می آید. آماده بودن ماشین در حدود ۶۰تا۹۰ در صد است و بطور متوسط ۷/۸۶ در صد در نظر می گیرند.
۴- بهره دهی ماشین utilization:
بهره دهی ماشین عبارت است از در صد زمانی نسبت به زمان کل یک شیف که در آن دستگاه در حال حفاری بوده است.
بهره دهی ماشین عموماً کوچکتر از زمان آماده بودن ماشین است معمولاً بین ۳۰تا۳۶ در صد می باشد و بطور متوسط آن را ۲/۳۳ در صد در نظر می گیرند.
۵- وزن TBM
وزن ماشین تابعی از قطر ماشین است و با افزایش قطر ماشین وزن آن نیز افزوده می شود. بطوریکه:
وزن ماشین به قطر ۲ متر ۲۰ تن و وزن ماشین به قطر ۶ متر ۱۳۰ تن است.
۶- نیروی رانش:
منظور نیرویی است که به صفحه حفار اعمال می گردد و صفحه حفار با آن نیرو به سینه کار فشار می آورد این نیرو در اکثر TBM ها بوسیله میله های هیدرولیکی و از طریق بلبرینگ اصلی دستگاه به صفحه حفار وارد می شود. ولی در بعضی ماشین ها سیستم اعمال نیرو بوسیله حفر چال پیشاهنگ در سینه کار است بدین صورت که چالی در سینه کار حفر شده و سیستم چالزن در این چال حفر شده توسط جکهایی محکم می شود و صفحه حفار را به سینه کار فشار می دهد. برای محاسبه نیروی رانش به صورت سرانگشتی می توان گفت که نیروی رانش لازم به ازای هر متر مربع صفحه حفار ۴۳تن برآورد می شود و برای برآورد متوسط نیروی رانش لازم برای هریک از کاراکترهای دیسکی نیروی رانش لازم به ازای کیلونیوتن حدود ۵۰ برابر قطر تونل بر حسب متر می باشد.
۷- گشتاور صفحه حفار:
این پارامتر عبارت است از میزان گشتاوری که برای چرخش صفحه حفار اعمال می گردد. حفاری و پیشروی TBM در اثر ترکیب نیروی رانش و گشت آور اعمالی توسط صفحه حفار بوجود می آید.
گشتاور صفحه حفار برای TBM به قطر ۳ متر حدود ۱۲۰تن.متر است.
گشتاور صفحه حفار برای TBM به قطر ۶ متر حدود ۳۵۰تن.متر است.
۸- سرعت دوران :
منظور سرعت دوران صفحه حفار می باشد. سرعت دوران برای ماشین های مختلف بین ۵ تا ۳۰ دور در دقیقه تغییر می کند ولی بطور معمول بین ۸ تا ۱۸ دور در دقیقه است.
۹- توان ماشین:
عبارت از مقدار نیروی اعمالی در واحد زمان توسط ماشین می باشد و برای ماشین به قطر ۳ متر حدود ۲۰۰ کیلو وات و برای ماشین به قطر ۶ متر حدود ۶۰۰ کیلو وات تغییر می کند. توان ماشین متناسب با مجذور قطر ماشین می باشد.
۱۰-اندیس قابلیت حفاری(DRI):
اندیس قابلیت حفاری Drilhing Rate Index پارامتری می باشد که میزان حفاری سنگ را مشخص می نماید. برای تعیین DRI دو روش وجود دارد.
الف. با استفاده از نمودارها و روابط تجربی موجود
بر اساس جنس سنگ و مقاومت فشاری آن نمودارهای ارائه شده که می توان از روی آن نمودارها اندیس قابلیت حفاری سنگ را تعیین کرد.
همچنین از روابط تجربی مانند رابطه ذیل برای تعیین DRI hsjthni kl,n:
DRI=E ×σc-۰.۶
۶c: مقاومت فشاری تک محوری سنگ mpa
E : فریب مربوط به جنس سنگ (عددی بین ۱۰۰۰-۵۰۰)
ب- با استفاده از آزمایشهای استانداردی برای تعیین DRI تدوین شده است که با استفاده از این آزمایش ها نیز می توان DRI را دقیقاً تعیین نمود.
- آزمایش تردی شکنندگی
- آزمایش حفر مینیاتوری
۱۱- اندیس عمر کاتر CLI
شاخص عمر کاتر cutter Life Index بیانگر میزان مصرف کاتر در حفاری می باشد هر چقدر این پارامتر بزرگتر باشد یعنی مصرف کاتر کمتر می باشد.
۱۲- انرژی ویژه se
انرژی ویژه عبارت است از مقدار انرژی که برای حفر واحد حجم سنگ مصرف می شود.
مکانیسم های حفاری در TBM
برای بررسی عملکرد TBM دانستن مکانیسم های حفاری سنگ توسط TBM لازم و ضروری می باشد. زیرا دانستن این مکانیزم ها، عوامل تاثیر گذار در کارکرد TBM را بهتر مشخص می نماید.
در TBM حفاری و عمل نفوذ در سنگ به دو شکل انجام می گیرد.
در روش اول (بریدن سنگ) ابزارهای برش با خراشیدن و تراشیدن سنگ عمل حفاری را انجام می دهند که این نوع حفاری مخصوص ابزارهای برش مخروطی شکل می باشد. و در این نوع مکانیسم حفاری تولید نرمه زیاد بوده و مصرف ابزار برش نیز به علت ساییدگی زیاد آنها بالا می باشد همچنین میزان انرژی مخصوص لازم نیز در این نوع روش حفاری بالاست.
ولی در روش دوم (خرد کردن سنگ) ابزارهای برش با بهره گیری از مقاومت کشش کم سنگ ها نیروی تراست و گشتاور صفحه حفاری را ترکیب نموده و باعث خرد کردن سنگ می شوند در این نوع سیستم حفاری اساس کار بر تولید هر چه بیشتر چیپس های سنگ می باشد و تا جایی که ممکن است باید نرمه کمتر تولید شود. این نوع سیستم حفاری بیشتر مخصوص انواع کاتر دیسک ها می باشد.