Durante la conducción subterránea, el equipo de excavación se encuentra con diversos estratos geológicos, como arcilla, arena, roca blanda y roca dura. A medida que avanza la excavación y gira la cabeza de corte, las cuchillas raspadoras del escudo están sometidas a fuerzas continuas y variables, que incluyen compresión, empuje, raspado, impacto y fricción. Esto se manifiesta principalmente como un desgaste intenso e impacto en las puntas de carburo cementado, fallo por cizallamiento en las uniones de soldadura (soldadura fuerte) y desgaste abrasivo por impacto en el cuerpo de la cuchilla.
Por lo tanto, la selección de herramientas debe considerar en primer lugar la aplicabilidad geológica de las mismas. En proyectos de ingeniería, las propiedades de los diferentes macizos rocosos y suelos varían significativamente; por ello, las herramientas deben seleccionarse y configurarse razonablemente según las condiciones geológicas específicas. Las características geológicas, los parámetros estructurales y de rendimiento de las herramientas, el comportamiento de fragmentación y desprendimiento de roca/suelo, así como los parámetros de perforación de la máquina, son bases fundamentales para la selección y disposición de las herramientas, e influyen estrechamente en la eficiencia de corte y rotura de roca de las mismas.
Actualmente, las herramientas en uso se clasifican generalmente en dos categorías principales según sus funciones: cortadores de rodillos y cuchillas raspadoras.
Cortadores de Rodillos (Cortadores de Disco)
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Los cortadores de rodillos se refieren a herramientas de rotura de roca que no solo giran con la cabeza de corte, sino que también realizan una autorrotación al mismo tiempo. Según el número de anillos de corte, se pueden clasificar en: cortadores de disco simple, cortadores de disco doble y cortadores de disco múltiple, etc.
Cortadores de Disco
- Las fresas de disco simple poseen una fuerte capacidad de rotura de roca y se utilizan principalmente para la excavación de túneles en roca dura; también pueden adaptarse como fresas de disco con botones de carburo.
- Las fresas de doble disco generalmente se instalan en el área central del cabezal de corte.
- Para las fresas de elevación, los dientes de corte se sueldan directamente sobre el cuerpo de la fresa. Cuando los dientes se dañan, se debe reemplazar todo el conjunto de la fresa de elevación, lo que resulta en costos operativos relativamente altos.
Fresas de Raspado
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Las cortadoras raspadoras se refieren a herramientas de rotura de roca que solo giran con el cabezal de corte y no giran por sí mismas. Existe una gran variedad de cortadoras raspadoras; actualmente, las más utilizadas en las tuneladoras (TBM) incluyen raspadores de frente, raspadores de calibre, cortadoras de precorte (arrancadores) y cortadoras de copia (cortadoras de sobrecorte).
Cortadoras centrales de cola de pez
La cortadora de cola de milano corta el suelo en el centro del cabezal de corte por delante de otras cortadoras para aflojar el terreno. Al mejorar la fluidez de la masa de suelo en el área central, facilita la excavación para otras cortadoras, reduce su resistencia al corte y minimiza su desgaste.
Rascadores (Cortadoras Raspadoras)
Los rascadores se instalan en la periferia curva del cabezal de corte. Se utilizan para cortar suelo blando así como roca blanda, y para limpiar el material excavado raspado. En condiciones de roca dura, pueden funcionar como rascadores de material para limpiar los escombros.
Cortadoras de Precorte (Rippers / Cortadoras en Forma de Concha)
Durante la excavación del suelo, las cortadoras de precorte cortan la masa de suelo antes que las cortadoras raspadoras principales. Al rebanar y dividir el suelo en bloques, crean condiciones de corte favorables para las cortadoras raspadoras posteriores.
Cortadoras de Protección (Protección de Calibre y Desgaste)
Las fresas de protección vienen en diversas formas y tamaños, incluyendo fresas de protección para la carcasa de fresas de disco, fresas de protección para la periferia del cabezal de corte, fresas de protección para puertos de espuma y fresas de protección para asientos de fresas. Su función principal es aprovechar la alta dureza del carburo cementado incrustado para proteger áreas críticas del cabezal de corte durante la excavación con escudo.
Fresa de Copiado
La cortadora de copia (cortadora de sobrecorte) está diseñada para el avance en curvas, giros y corrección de trayectoria; se instala en el borde del cabezal de corte y su distancia de extensión se controla mediante un cilindro hidráulico.
Las herramientas raspadoras son principalmente adecuadas para excavar estratos de arcilla blanda, suelo arenoso y suelo de grava arenosa; las herramientas de rodillos son adecuadas para excavar estratos de roca de dureza media y dura.