بهینه سازی عملکرد TBM با معرفی نمودار اندرکنش نفوذ-نیروی عمودی

در مراحل طراحی و اجرای پروژه های حفاری تونل با TBM، بهینه سازی پارامترهای عملکرد به منظور به حداکثر رساندن نفوذ ابزار برشی و سرعت پیشروی ضروری است. در این راستا، انجام آزمایش های آزمایشگاهی می تواند نتایج ارزشمندی به دست بدهد، اما به دلیل وجود برخی نواقص برای چنین آزمایش هایی (به عنوان مثال اختلاف زیاد بین نیروی چرخشی اندازه گیری شده در آزمایشگاه و داده های واقعی میدانی)، نیاز به اصلاح چنین روش هایی همچنان وجود دارد. تاکنون تلاش های بسیار کمی برای بررسی عملکرد بهینه ابزار برشی (به عنوان مثال نیروی عمودی و نیروی چرخشی) بر اساس اطلاعات پروژه های تونلی تکمیل شده از سراسر جهان انجام شده است. در این مقاله برای بررسی پارامترهای عملکرد TBM و بهینه سازی آنها، ابتدا یک بانک اطلاعاتی گسترده تهیه شده است و در ادامه روابط بین پارامترهای مختلف این بانک اطلاعاتی با دو شاخص نیروی عمودی و نیروی چرخشی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج این تحلیل ها، مشخص شده است که سرعت خطی ابزار برشی با دو پارامتر شاخص نیروی عمودی (NFI) و شاخص نیروی چرخشی (RFI) ارتباط مستقیم دارد. در این راستا، دو رابطه با استفاده از تجزیه و تحلیل آماری داده های بیش از 260 پروژه تونلی برای ارزیابی هر دو شاخص NFI و RFI توسعه یافته است. روابط مربوطه به ترتیب دارای ضریب تعیین 77 و 68 درصد هستند. در ادامه بر مبنای این روابط، یک فرآیند بهینه سازی برای به حداکثر رساندن نفوذ ابزار برشی و سرعت پیشروی با استفاده از محدودیت های مختلف عملیاتی (شامل ظرفیت نیروی ابزار برشی، محدودیت گشتاور کله حفار، محدودیت های هندسه برش و محدودیت نرخ نفوذ) ارایه شده است. در این فرآیند، در مرحله اول، نمودار اندرکنش نفوذ-نیروی عمودی ابزار برشی با در نظر گرفتن سه محدودیت حداکثر ظرفیت باربری ابزار برشی، حداکثر مقدار نفوذ به دلیل محدودیت های هندسی ابزار برشی، و حداکثر گشتاور مجاز کله حفار در مقادیر مختلف سرعت چرخش آن محاسبه شده است. در مرحله دوم، با استفاده از رابطه ارایه شده برای شاخص نیروی عمودی و نمودار اندرکنش نفوذ-نیروی عمودی، حداکثر مقدار نفوذ دیسک برشی محاسبه شده است. در نهایت، با استفاده از روابط ارایه شده برای محاسبه نرخ پیشروی و با در نظر گرفتن تاخیرات توقف برای تعویض دیسک های برشی، نحوه به حداکثر رساندن نرخ پیشروی توضیح داده شده است.