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Creado 09.04
Componente central de tunelización con TBM – Herramienta de corte
Componente central de excavación con TBM – Herramienta de corte
Composición de la TBM – Herramientas de corte
Las herramientas de corte de la TBM se utilizan para excavar y mecanizar masas de roca y suelo; representan un componente crítico y propenso al desgaste de una tuneladora (TBM).
Su condición operativa impacta directamente tanto en la eficiencia de excavación de la tuneladora (TBM, por sus siglas en inglés) como en el costo de la excavación del túnel. Las herramientas de corte de la TBM incluyen principalmente cortadores de disco, cortadores dentados, raspadores y otros tipos. Según su posición dentro del cabezal de corte, estas herramientas se clasifican en cortadores centrales, cortadores de frente y cortadores laterales. El cortador central se ubica en el centro del cabezal de corte; para tuneladoras de roca dura y escudos compuestos, el cortador central generalmente emplea uno o múltiples cortadores de disco de doble filo, mientras que los cortadores de frente y los cortadores laterales utilizan cortadores de disco de filo único.
1. Cortador de disco
El cortador de disco es una herramienta comúnmente utilizada por las tuneladoras (TBM) para excavar macizos rocosos; se compone principalmente de un anillo de corte, un cuerpo de cortador, un sello del cuerpo del cortador y un eje del cortador. Dependiendo del número de anillos de corte instalados en el cuerpo del cortador, el cortador puede configurarse como de un solo filo, de doble filo o de múltiples filos. Entre estos, el cortador de disco de un solo filo es actualmente el tipo de cortador más utilizado en aplicaciones de tuneladoras de sección completa y ha demostrado en la práctica de ingeniería ser el más eficaz para la rotura de rocas.
Durante la operación, bajo la influencia del empuje y el par de la máquina, el anillo de corte de la fresadora frontal de tipo disco penetra en la masa rocosa, y el proceso de ruptura de la roca se logra mediante el contacto continuo de rodadura con la masa rocosa. La fresadora frontal de tipo disco se fabrica principalmente con materiales de acero especial; toda la herramienta, en particular su anillo de corte, debe poseer suficiente resistencia, rigidez, tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas.
Figura | Diagrama de estructura del cortador de disco
Con el continuo avance de la tecnología y el uso cada vez mayor de materiales de alta resistencia, el diámetro de los discos de corte y las cargas que soportan han ido aumentando de manera constante. Los diámetros de los discos varían desde 11 pulg, 12 pulg, 14 pulg, 15,5 pulg, 16,5 pulg, 17 pulg y 19 pulg hasta un máximo de 20 pulg (500 mm); las cargas correspondientes se muestran en la Tabla 2.4. Actualmente, los discos con diámetros de 17 pulg o 19 pulg son los más utilizados. El uso de discos de corte de gran diámetro permite aumentar adecuadamente la separación entre los discos en la cabeza de corte, reduce el número de discos necesarios y mejora la fuerza de propulsión de la cabeza de corte. Esto no solo mejora la eficiencia de rotura de roca, sino que también prolonga la vida útil de las herramientas de corte, reduce la frecuencia de reemplazo de discos durante la excavación del túnel, lo que aumenta el tiempo total de excavación y mejora la eficiencia general de la excavación.
Figura | Diagrama esquemático del mecanismo de ruptura de roca con cortador de rodillos
Las fresadoras de disco tempranas presentaban un anillo cortador de sección transversal en forma de V, con ángulos de filo típicamente establecidos en 60°, 75°, 90° o 120°. Los ángulos de filo más grandes se empleaban generalmente al excavar roca dura, mientras que los ángulos más pequeños se utilizaban para formaciones de roca más blanda. Sin embargo, debido al rápido desgaste y la alta susceptibilidad a la fractura asociados con el diseño del anillo cortador en forma de V, lo que aumentaba los costos de excavación de túneles, este diseño fue reemplazado gradualmente por anillos cortadores con superficies de corte convencionales.
Figura | Herramienta de corte
2. Cortador dentado
El cortador dentado se utiliza principalmente para excavar capas de suelo blando, como estratos arenosos, limosos o arcillosos; es la herramienta de excavación principal de las máquinas de escudo y las máquinas de escudo compuestas. El cortador dentado se monta en el panel del cabezal de corte; su principio de funcionamiento difiere del de un cortador de disco: en lugar de rodar sobre el frente del túnel para fracturar la roca, el cortador dentado excava el material excavado a medida que el cabezal de corte gira y es impulsado por el empuje del cabezal.
Figura | Cuchilla
3. Cuchilla
La rasqueta, que se clasifica en rasqueta frontal y rasqueta de borde, sirve como herramienta de excavación para máquinas tuneladoras y máquinas tuneladoras compuestas. El principio de corte de la rasqueta frontal es relativamente sencillo: utiliza el empuje transmitido desde el cabezal de corte para penetrar en el suelo en la superficie de excavación; a medida que el cabezal de corte rota, la rasqueta corta el suelo bajo la acción de una fuerza tangencial. La rasqueta de borde, ubicada en el borde del cabezal de corte, recoge los escombros rocosos excavados por el cortador de discos; a medida que el cabezal de corte rota, estos escombros se transportan a través del canal en el cabezal de corte hacia una cinta transportadora.
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