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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مکانیک سنگ و تونلسازی، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در مراحل طراحی و اجرای پروژه های TBMای، 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 آزمایشهایی، نیاز به اصلاح چنین روشهایی همچنان وجود دارد. تاکنون تلاش های بسیار کمی برای بررسی عملکرد بهینه ابزار برشی (به عنوان مثال نیروی عمودی و نیروی غلطشی) 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 غلطشی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج این تحلیلها، مشخص شده است که سرعت خطی ابزار برشی با دو شاخص نیروی عمودی (NFI) و شاخص نیروی غلطشی (RFI) ارتباط مستقیم دارد. در این راستا، دو رابطه با استفاده از تحلیل آماری داده های بیش از 260 پروژه تونلی برای ارزیابی این دو شاخص 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) ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of TBM Performance Using Force-Penetration Interaction Diagram for Hard Rock

نویسنده [English]

  • Ebrahim Farrokh
Mining Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the phase of the design of a TBM, it is essential to optimize the cutterhead characteristics with respect to cut and cutter geometry parameters in order to maximize both cutter penetration and TBM advance rate. In this regard, valuable results have been achieved from numerical simulations and laboratory tests, however due to presence of some shortcomings for such methods (e.g. high difference between rolling force measured in laboratory and actual field data), there is a high demand by the industry to conduct actual field data analyses. So far, very few efforts have been made to study the optimum cutter performance based on the information of completed tunnel projects from around the world. To investigate the influence of various parameters on the cutter penetration and to provide basic guideline for the evaluation of the optimum TBM performance in hard rock conditions, an extensive field database is compiled.
On the basis of the data analysis of this database, it is found that the linear speed of the cutters has a direct correlation with two major parameters of normal force index (NFI) and rolling force index (RFI). In this regard, two formulas are generated using statistical analysis of the data from around 260 tunnel projects to evaluate these indices. The corresponding formulas have coefficient of determination of 77 and 68% respectively. These formulas are used in an optimization process to maximize cutter penetration using the interaction of various operational constrains. The produced interaction diagram is called force-penetration interaction diagram.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TBM
  • cutting force
  • interaction diagram
  • Penetration
  • optimization