Durante a condução subterrânea, o equipamento de escavação encontra diversos estratos geológicos, como argila, areia, rocha mole e rocha dura. À medida que a escavação avança e a cabeça de corte gira, as fresas raspadoras do escudo são submetidas a forças contínuas e variáveis, incluindo compressão, empuxo, raspagem, impacto e fricção. Isso se manifesta principalmente como desgaste intenso e impacto nas pontas de carboneto de tungstênio, falha por cisalhamento nas juntas de brasagem (soldagem) e desgaste abrasivo por impacto no corpo da fresa.
Portanto, a seleção das ferramentas deve primeiro considerar a aplicabilidade geológica das ferramentas. Em projetos de engenharia, as propriedades dos diferentes maciços rochosos e solos variam significativamente; assim, as ferramentas devem ser selecionadas e configuradas de forma racional de acordo com as condições geológicas específicas. As características geológicas, os parâmetros estruturais e de desempenho das ferramentas, o comportamento de fragmentação e desagregação da rocha/solo, bem como os parâmetros de perfuração da máquina, são bases críticas para a seleção e disposição das ferramentas, influenciando diretamente a eficiência de corte e quebra de rocha das ferramentas.
Atualmente, as ferramentas em uso são geralmente classificadas em duas categorias principais com base em suas funções: fresas rolantes e fresas raspadoras.
Fresas Rolantes (Fresas de Disco)
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Fresas rolantes referem-se a ferramentas de quebra de rocha que não apenas giram com a cabeça de corte, mas também realizam autorrotação ao mesmo tempo. De acordo com o número de anéis de corte, podem ser classificadas em: fresas de disco único, fresas de disco duplo e fresas de disco múltiplo, etc.
Fresas de Disco
- As fresas de disco único possuem forte capacidade de quebra de rocha e são utilizadas principalmente para tunelamento em rocha dura; também podem ser adaptadas como fresas de disco com botões de carboneto.
- As fresas de disco duplo são geralmente instaladas na área central do cabeçote de corte.
- Para fresas de alargamento, os dentes de corte são soldados diretamente no corpo da fresa. Quando os dentes são danificados, todo o conjunto da fresa de alargamento deve ser substituído, resultando em custos operacionais relativamente altos.
Fresas de Raspagem
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As fresas raspadoras referem-se a ferramentas de quebra de rocha que apenas giram com o cabeçote de corte e não giram por conta própria. Existe uma grande variedade de fresas raspadoras; atualmente, as fresas raspadoras mais comumente usadas em tuneladoras (TBMs) incluem raspadores de face, raspadores de calibre, fresas de pré-corte (rippers) e fresas de cópia (fresas de sobrecorte).
Fresas Centrais de Cauda de Peixe
A fresa de cauda de andorinha corta o solo no centro do cabeçote de corte, à frente de outras fresas, para soltar o terreno. Ao melhorar a fluidez da massa de solo na área central, facilita a escavação para outras fresas, reduz sua resistência de corte e minimiza seu desgaste.
Raspadores (Fresas Raspadoras)
Os raspadores são instalados na periferia curva do cabeçote de corte. São usados para cortar solo mole, bem como rocha mole, e para limpar o material raspado. Em condições de rocha dura, podem funcionar como raspadores de material para limpar detritos.
Fresas de Pré-Corte (Rippers / Fresas em Forma de Concha)
Durante a escavação do solo, as fresas de pré-corte cortam a massa de solo antes das fresas raspadoras principais. Ao fatiar e dividir o solo em blocos, criam condições favoráveis de corte para as fresas raspadoras subsequentes.
Fresas de Proteção (Proteção de Aro e Desgaste)
As fresas de proteção vêm em várias formas e tamanhos, incluindo fresas de proteção para o alojamento da fresa de disco, fresas de proteção para a periferia do cabeçote de corte, fresas de proteção para a porta de espuma e fresas de proteção para o assento da fresa. Sua função principal é aproveitar a alta dureza do carboneto cimentado embutido para proteger áreas críticas do cabeçote de corte durante a perfuração com escudo.
Fresa de Cópia
A fresa de cópia (fresa de sobrecorte) é projetada para avanço em curvas, giro e correção de trajeto; ela é instalada na borda do cabeçote de corte e sua distância de extensão é controlada por um cilindro hidráulico.
As ferramentas de raspagem são principalmente adequadas para escavar argila mole, solo arenoso e estratos de cascalho arenoso; as ferramentas de rotação são adequadas para escavar estratos de rocha de dureza média e dura.