ارزیابی تاثیر چیدمان مارپیچ ابزار برش کاترهد در عملکرد ماشین حفاری مکانیزه TBM

از مهمترین عوامل موثر در عملکرد ماشین حفاری تونل TBM آرایش و چیدمان ابزار برش در کله حفار دستگاه بوده که به طور مستقیم بر راندمان عملیات حفاری، عمرمفید TBM و عملکرد مناسب ابزار برش تاثیرگذار می باشد. با توجه به پیچیدگی های طراحی چیدمان ابزار برش (الزامات فنی سازه TBM و الزامات مهندسی حفاری) ارائه مدل های محاسباتی کارآمد از چالش های اصلی محققین بوده است. در این پژوهش به هدف ارزیابی تاثیر چیدمان مارپیچ ابزار برش بر عملکرد ماشین TBM، مدل عددی با بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی فراابتکاری گرگ های خاکستری GWO برای طراحی چیدمان مارپیچ توسعه داده شده است. به جهت ارزیابی عملکرد مدل طراحی توسعه داده شده، فرایند طراحی چیدمان ابزار برش در کله حفار یک نمونه اجرایی TBM سنگ مورد ارزیابی قرار گرفته است. براساس نتایج حاصل مشخص می گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش باعث کاهش نیروی جانبی کل دستگاه Fs به میزان KN ۱۳۰.۱۸ (۸۴.۰۷ %) و کاهش گشتاور خروج از مرکز به میزان KN.m ۲.۴۳۸ (۲۱.۰۹ %) نسبت به چیدمان اصلی ابزار برش در کله حفار شده است. همچنین نتایج حاصل از مدل سازی المان محدود کله حفار نشان داد که پیاده سازی آرایش مارپیچ ابزار برش در TBM سبب افزایش چشم گیر عملکرد TBM از نقطه نظر سازه ای می گردد به گونه ای که در شرایط بارگذاری بار کل، مقادیر تنش بیشینه در مدل با چیدمان بهینه MPa ۱۳.۰۴۶ (۱۶.۶۲ %) و میزان تغییر شکل تحت این شرایط بارگذاری mm ۰.۱۳۵ (۴۱.۴۱ %) کاهش یافته است. براساس نتایج حاصل مشخص می گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش در کله حفار ماشین TBM هم از نظر مهندسی حفاری (افزایش بازده و پیشروی حفاری) و هم از دیدگاه سازه ای 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 پیاده سازی تحت شرایط مختلف عملیاتی و برای انواع مختلف ماشین های TBM را دارا بوده است.

کلیدواژه ها:

دستگاه حفاری تونل ، TBM ، ابزار برش ، چیدمان مارپیچ ، کاترهد ، الگوریتم GWO