EN
مهندسین مشاور جامع بهرو
داریوش محمدی، کوروش شهریار، پرویز معرفوند، ابراهیم فرخ
Geotechnical Engineering (ice publishing)
6 جون 2023
طراحی بازشوهای صفحه حفار (Cutterhead) در ماشینهای حفاری فشار تعادلی (EPBM) یکی از عناصر حیاتی عملکرد تونلسازی در زمینهای نرم است. اگرچه سازندگان TBM بر اساس تجربه عملی خود طرحهای متفاوتی برای توزیع بازشوها ارائه کردهاند، اما حجم ادبیات تخصصی منتشرشده در این زمینه بسیار محدود است. این مقاله با هدف پر کردن این خلأ علمی، ابتدا نتایج مطالعات میدانی درباره عملکرد بازشوهای صفحه حفار در زمینهای نرم را مرور میکند و سپس محور تحلیل را به مدلسازی عددی بر پایه روش المان مجزا (DEM) معطوف میسازد تا رفتار سیستم EPB و میزان روانی خاکهای چسبنده و غیرچسبنده در اثر تغییر الگوی بازشوها ارزیابی شود.
در بخش عددی تحقیق، الگوهای مختلف توزیع بازشو روی صفحه حفار مورد بررسی قرار گرفته و تأثیر آنها بر پارامترهای عملیاتی کلیدی نظیر نیروی رانش، گشتاور صفحه حفار و شرایط روانی خاک تحلیل شده است. نتایج نشان میدهد که برای خاکهای چسبنده، افزایش نسبت بازشو در بخش مرکزی صفحه حفار نقش اساسی در کاهش احتمال گرفتگی (Clogging)، بهبود جریان خاک، و کاهش نیروی رانش و گشتاور دارد. بر اساس مدلسازی DEM، نسبت بهینه بازشو و نحوه توزیع آن برای انواع خاک پیشنهاد شده و رفتار سیالگونه ذرات داخل محفظه EPB نیز از طریق تحلیل میدان سرعت خاک بررسی شده است.
مطالعات مقاله نشان میدهد که نسبت بازشو مرکزی بیش از ۵۰ درصد برای خاکهای چسبنده ضروری است. این رویکرد میتواند نیروی رانش و گشتاور صفحه حفار را تا حدود ۳۴ درصد کاهش دهد و شرایط جریان خاک را بهطور معناداری بهبود بخشد. همچنین توصیه شده است که توزیع بازشوها در نواحی مرکزی صفحه حفار با الگوی مشخص پیشنهادی (مطابق نمودار طراحی مقاله) انجام شود تا کارایی مکانیکی، هیدرولیکی و الکتریکی دستگاه بهبود یابد. این یافتهها در کنار بررسی یک نمونه واقعی، میتواند راهنمایی کاربردی برای صنعت TBM در طراحی نسلهای جدید صفحه حفار در شرایط زمینشناسی متفاوت باشد.