ابزارهای TBM و اصول سنگ‌شکنی

در حال حاضر، کاترهای مورد استفاده در ماشین‌های حفاری سپری به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: کاترهای خراشنده و کاترهای غلتشی.

کاترهای خراشنده (خراشنده‌ها، کندنده‌ها): کاترهای خراشنده به کاترهای سنگ‌شکنی اطلاق می‌شود که فقط با سر کاتر می‌چرخند و حول محور خود نمی‌چرخند. تنوع کاترهای خراشنده بسیار زیاد است. در حال حاضر، کاترهای خراشنده رایج در ماشین‌های حفاری سپری شامل خراشنده‌های گیج، خراشنده‌ها، دندان‌های سطلی، پیش‌کاترها، کاترهای کندنده، کاترهای دمی‌ماهی و غیره هستند.

کاترهای غلتشی (کاترهای دیسکی / غلتک‌ها): کاترهای غلتشی به کاترهای سنگ‌شکنی اطلاق می‌شود که نه تنها با سر کاتر می‌چرخند بلکه همزمان حول محور خود نیز می‌چرخند.

بر اساس شکل لبه برش، کاترهای غلتشی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: کاترهای دندانه‌دار (دندان‌های فولادی و دندان‌های قراردادی) و کاترهای دیسکی (کاترهای دیسکی حلقه فولادی و کاترهای دیسکی حلقه قراردادی).

بر اساس موقعیت نصب، کاترهای غلتکی را می‌توان به: کاترهای مرکزی، کاترهای سطحی، کاترهای گیج و کاترهای گشادکننده تقسیم کرد.

کاترهای غلتکی مورد استفاده در ماشین‌های حفاری سپری عمدتاً کاترهای دیسکی هستند که می‌توان آن‌ها را به انواع تک‌لبه، دولبه و چندلبه طبقه‌بندی کرد.

بر اساس قطر خارجی لبه برش، آن‌ها به مشخصاتی مانند ۱۳، ۱۵، ۱۷ و ۱۹ اینچ تقسیم می‌شوند که سری ۱۷ اینچ در حال حاضر بیشترین کاربرد را دارد. (اینچ: ۱ اینچ = ۲۵.۴ میلی‌متر؛ ۱۷ اینچ = ۱۷ × ۲۵.۴ میلی‌متر).

تحت نیروی رانشی اعمال‌شده توسط جک‌های هیدرولیک طولی، سر برنده کاترهای دیسکی نصب‌شده بر روی آن را مجبور به نفوذ در سنگ می‌کند. سر برنده که توسط سیستم چرخش هدایت می‌شود، کاترهای غلتشی را حمل کرده و حول محور مرکزی سر برنده می‌چرخد. در همان زمان، هر کاتر غلتشی حول شفت کاتر خود می‌چرخد و باعث می‌شود کاترها به طور مداوم روی سطح سنگ بغلتند و خرد کنند. سر برنده هم نیروی رانش و هم نیروی غلتشی (گشتاور) به حلقه‌های کاتر اعمال می‌کند. نیروی رانش حلقه کاتر را به داخل توده سنگ فشار می‌دهد، در حالی که نیروی غلتشی باعث می‌شود حلقه کاتر روی آن بغلتد. از طریق اعمال فشار و برش کاترهای غلتشی بر توده سنگ، سنگ شکسته می‌شود و مجموعه‌ای از دایره‌های هم‌مرکز روی سطح سنگ بریده می‌شود.