توسعه یک مدل تجربی برای پیش بینی سایش دیسک برشی TBM بر پایه پارامترهای عملیاتی و ژئومکانیکی: مطالعه موردی تونل انتقال آب قمرود

سایش دیسک های برشی یکی از مهم ترین عوامل محدودکننده بهره وری و افزایش هزینه های بهره برداری در ماشین های حفار تمام مقطع سنگ سخت (TBM) محسوب می شود. اگرچه مدل های متداول پیش بینی سایش عمدتا بر شاخص های سایندگی سنگ و ویژگی های ذاتی توده سنگ استوار هستند، سهم پارامترهای عملیاتی ماشین در بسیاری از این مدل ها به صورت محدود یا غیرمستقیم لحاظ شده است. در پژوهش حاضر، با استفاده از داده های واقعی حاصل از حدود ۱۸ کیلومتر حفاری تونل انتقال آب قمرود، چارچوبی تجربی برای پیش بینی نرخ سایش دیسک های برشی توسعه داده شد که در آن اثر هم زمان پارامترهای ژئومکانیکی و پارامترهای عملیاتی TBM مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور، داده های عملکردی شامل نیروی عمودی وارد بر دیسک (Fn)، سرعت دوران کله حفار (RPM)، موقعیت شعاعی و مشخصات هندسی دیسک ها به همراه پارامترهای ژئومکانیکی نظیر مقاومت فشاری تک محوره سنگ (UCS) استخراج و تحلیل شدند. به منظور انعکاس تفاوت های مکانیزم بارگذاری و شرایط تنش در نواحی مختلف کله حفار، مدل های مستقل برای دیسک های مرکزی–میانی و محیطی توسعه یافت. نتایج تحلیل رگرسیون چندمتغیره نشان داد که مدل های پیشنهادی با ضرایب تعیین حدود ۰.۸۸ قادر به بازتولید مناسب رفتار سایش دیسک ها هستند و نقش غالب پارامترهای Fn، UCS و RPM را در کنترل نرخ سایش تایید می کنند. اعتبارسنجی مستقل مدل ها با استفاده از آزمون های سایش دیسک در مقیاس کامل (FDAT) و تحت سطوح مختلف بارگذاری و سرعت دوران انجام شد که انحراف میان مقادیر پیش بینی شده و اندازه گیری شده را به کمتر از ۲۰ درصد محدود نمود. همچنین مقایسه با مدل کلاسیک Gehring نشان داد که مدل توسعه یافته، انطباق بهتری با داده های واقعی پروژه داشته و قابلیت بالاتری در بازنمایی رفتار سایش تحت شرایط عملیاتی متغیر ارائه می کند. نتایج این پژوهش می تواند مبنایی برای بهینه سازی پارامترهای بهره برداری، برنامه ریزی مداخلات کله حفار و توسعه راهبردهای نگهداری پیشگیرانه در پروژه های حفاری مکانیزه سنگ سخت فراهم آورد.

کلیدواژه ها:

سایش ، دیسک برشی ، پارامترهای عملیاتی ، آزمایش بزرگ مقیاس ، ماشین حفار تمام مقطع