При проходке тоннелей в твердых породах и высокоабразивных геологических формациях резцы на режущей головке неизбежно изнашиваются. Строительство поперечных-морских и глубоководных-подземных туннелей-с высоким давлением воды- приводит к особенно сильному износу режущих головок щитовых туннельных машин (ТБМ). Своевременное обнаружение износа и систематический ремонт имеют решающее значение для обеспечения быстрого, безопасного и бесперебойного строительства ТБМ.
Исследования показывают, что износ фрезы следует определенным закономерностям. Например, в монцогранитных формациях совокупный износ торцевых резцов увеличивается примерно линейно по мере увеличения их радиального расстояния установки от центра режущей головки; среди кромочных фрез те, что расположены в переходной зоне, демонстрируют самый высокий совокупный износ, при этом уровень износа постепенно снижается по направлению к внешней и внутренней кромкам. По сравнению со скоростью износа на единицу расстояния прокатки, скорость износа на единицу объема вынутой породы служит более точным показателем для количественной оценки серьезности и скорости износа фрезы.
Для мониторинга состояния фрезы в режиме реального времени можно использовать системы онлайн-обнаружения. Например, системы, основанные на технологии лазерного обнаружения,-использующие выдвижные лазерные блоки и датчики, установленные непосредственно на режущей головке-, могут собирать данные об износе режущей головки в течение коротких интервалов времени, когда ТБМ продвигается (поддомкрачивается) вперед. Это обеспечивает возможность беспилотного-точного-мониторинга в реальном времени, тем самым сводя к минимуму риски безопасности, связанные с ручными проверками и техническим обслуживанием, выполняемым персоналом.
Когда режущая головка подвергается сильному износу при проходке туннелей через высокоабразивные породы, становится необходимым систематический ремонт. Эти ремонтные операции имеют решающее значение для обеспечения дальнейшего быстрого, безопасного и плавного продвижения ТБМ. Применение целевых, ключевых технологий ремонта является важным компонентом обеспечения непрерывности проекта строительства туннеля.
Для решения таких проблем, как повреждение режущей головки или чрезмерный крутящий момент,-часто вызванные неблагоприятными геологическими условиями, такими как зоны с плотным соединением горных пород,-необходимо принять комплексные меры противодействия. Эти меры включают оптимизацию конфигурации фрез режущей головки (например, увеличение использования дисковых фрез при отказе от использования рыхлительных фрез для снижения крутящего момента); выбор износостойких-резьбовых колец или принятие стратегии более частой замены резцов; и оптимизацию конструктивной конструкции режущей головки (например, расчет оптимального угла скребка для облегчения двунаправленного удаления навоза как при прямом, так и при обратном вращении, тем самым противодействуя силам вращения). Кроме того, важно своевременно очищать режущую головку от скопившейся грязи и осадка, чтобы предотвратить образование «грязевых лепешек». При необходимости могут быть предприняты структурные модификации самого оборудования для повышения его адаптивности к конкретным геологическим условиям.
