در حین حفاری زیرزمینی، تجهیزات حفاری با لایههای زمینشناسی مختلفی مانند رس، ماسه، سنگ نرم و سنگ سخت مواجه میشوند. با پیشرفت حفاری و چرخش سر برش، تیغههای خراشدهنده سپر تحت نیروهای پیوسته و متغیری از جمله فشار، رانش، خراش، ضربه و اصطکاک قرار میگیرند. این امر عمدتاً به صورت سایش و ضربه شدید بر روی نوکهای کاربید تنگستن، شکست برشی در اتصالات لحیمکاری (جوش) و سایش-ضربه بر روی بدنه تیغه ظاهر میشود.
بنابراین، انتخاب ابزار ابتدا باید کاربردپذیری زمینشناختی ابزارها را در نظر بگیرد. در پروژههای مهندسی، ویژگیهای تودههای مختلف سنگ و خاک بهطور قابل توجهی متفاوت است؛ از این رو، ابزارها باید بر اساس شرایط زمینشناختی خاص انتخاب و بهطور منطقی پیکربندی شوند. ویژگیهای زمینشناختی، پارامترهای ساختاری و عملکردی ابزار، رفتار خرد شدن و ریزش سنگ/خاک، و همچنین پارامترهای حفاری ماشین، مبنای حیاتی برای انتخاب و چیدمان ابزار هستند و بهطور نزدیکی بر راندمان برش و شکستن سنگ ابزارها تأثیر میگذارند.
در حال حاضر، ابزارهای مورد استفاده عموماً بر اساس عملکردشان به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: تیغههای غلتکی و تیغههای خراشدهنده.
تیغههای غلتکی (تیغههای دیسکی)
۰۱
تیغههای غلتکی به ابزارهای سنگشکنی گفته میشود که نه تنها با سر برش میچرخند، بلکه همزمان حول محور خود نیز دوران میکنند. بر اساس تعداد حلقههای برش، آنها به انواع زیر تقسیم میشوند: تیغههای تکدیسکه، تیغههای دو دیسکه و تیغههای چنددیسکه و غیره.
تیغههای دیسکی
- برشگرهای تکدیسکی دارای توانایی قوی در شکستن سنگ هستند و عمدتاً برای حفاری در سنگهای سخت استفاده میشوند؛ همچنین میتوان آنها را به برشگرهای دیسکی با دکمههای کاربیدی تبدیل کرد.
- برشگرهای دو دیسکی معمولاً در ناحیه مرکزی سر برش نصب میشوند.
- برای برشگرهای بالابر (رایز بورینگ)، دندانههای برش مستقیماً روی بدنه برشگر جوش داده میشوند. هنگامی که دندانهها آسیب ببینند، کل مجموعه برشگر بالابر باید تعویض شود که این امر منجر به هزینههای عملیاتی نسبتاً بالایی میشود.
برشگرهای خراشنده
02
کاترهای خراشدهنده به ابزارهای سنگشکنی گفته میشود که فقط با سر برش میچرخند و خودشان نمیچرخند. انواع مختلفی از کاترهای خراشدهنده وجود دارد؛ در حال حاضر، رایجترین کاترهای خراشدهنده مورد استفاده در ماشینهای حفر تونل (TBM) شامل خراشدهندههای سطحی، خراشدهندههای کناری، کاترهای پیشبرش (ریپر) و کاترهای کپی (کاتر برش اضافه) هستند.
کاترهای مرکزی دمماهی
تیغهی دمچلچلهای در مرکز سر برش، جلوتر از سایر تیغهها، به داخل خاک نفوذ میکند تا زمین را سست کند. با بهبود سیالیت تودهی خاک در ناحیهی مرکزی، حفاری را برای سایر تیغهها تسهیل میکند، مقاومت برشی آنها را کاهش میدهد و سایش و پارگی آنها را به حداقل میرساند.
خراشندهها (تیغههای خراشنده)
خراشندهها بر روی محیط منحنی سر برش نصب میشوند. از آنها برای برش خاک نرم و همچنین سنگ نرم و پاکسازی گل و لای خراشیدهشده استفاده میشود. در شرایط سنگ سخت، آنها میتوانند به عنوان خراشندهی گل و لای برای پاکسازی زبالهها عمل کنند.
تیغههای پیشبرش (تیغههای ریپر / تیغههای صدفی شکل)
در حین حفاری خاک، تیغههای پیشبرش قبل از تیغههای خراشندهی اصلی به تودهی خاک نفوذ میکنند. با برش و تقسیم خاک به بلوکها، شرایط برش مطلوبی را برای تیغههای خراشندهی بعدی فراهم میکنند.
تیغههای محافظ (محافظ گیج و سایش)
برشگرهای محافظ در اشکال و اندازههای مختلفی وجود دارند، از جمله برشگرهای محافظ محفظه دیسک، برشگرهای محافظ محیط سر برش، برشگرهای محافظ دریچه فوم و برشگرهای محافظ نشیمنگاه برشگر. وظیفه اصلی آنها بهرهگیری از سختی بالای کاربید سیمانی تعبیهشده در آنها برای محافظت از نواحی حیاتی سر برش در طول حفاری تونل با سپر است.
برشگر کپیبردار
کاتر کپی (کاتر برش اضافه) برای پیشروی در منحنی، چرخش و اصلاح مسیر طراحی شده است؛ این کاتر روی لبه سر برش نصب میشود و میزان بیرونزدگی آن توسط یک سیلندر هیدرولیک کنترل میشود.
ابزارهای خراشدهنده عمدتاً برای حفاری خاک رس نرم، خاک شنی و لایههای شنی-قلوهسنگی مناسب هستند؛ ابزارهای غلتشی برای حفاری لایههای سنگی نیمهسخت و سخت مناسب هستند.