نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 3 پاییز 4331 3333

ارزيابي تأثير پارامترهاي عملکردي بر سايش
ابزارآلات حفاري مکانيزه با استفاده از نمونه هاي سيليسي

حسین میرمحرابی، محمد غفوری، غلامرضا لشکریپور؛ دانشگاه فردوسی مشهد
تاریخ: دریافت 41/1/32 پذیرش 41/1/33چکيده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

از چالشهاي حفاري مکانیزه، سایش زیاد و پیشبینی نشده ابزار برش در برخی پروژه هاي احداث تونل است. این مسئله علاوه بر افزایش هزینه، زمان حفاري را هم از طریق نیاز بیش تر به تعمیر و نگه داري اجزاي ماشین، افزایش میدهد. به منظور دست یابی به دید مناسبی از رابطۀ بین پارامترهاي اپراتوري ماشین حفار با پدیدۀ مورد نظر، دستگاه آزمایشگاهی جدیدي در آزمایشگاه زمینشناسی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شده است. در این مقاله نتیجۀ حاصل از آزمایش نمونه هاي سیلیسی به عنوان نمونههاي با سختی زیاد و فراوان در طبیعت با دستگاه مذکور ارائه شده است. براي این منظور 31 آزمایش با مقادیر متغیر سربار و سرعت چرخش در زمانهاي متفاوت روي ماسۀ درشت سیلیسی انجام شد. نتایج حاصل نشان میدهد که بین استهلاک سایشی ابزار برشی و زمان، فشار سربار و سرعت چرخش، رابطۀ مستقیم وجود دارد بهگونهايکه این رابطۀ مستقیم، در مورد تأثیر سربار و سرعت چرخش خطی، و در مورد تأثیر زمان لگاریتمی است.

واژه های کليدی: حفاري مکانیزه، سایش ابزار، سایندگی خاک، آزمایش سایش خاک
3333
مقدمه
امروزه حفاري مکانیزه بهدلیل مزایاي آن بسیار فراگیر شده است. این موضوع به خصوص در محیطهاي شهري به دلیل کاهش ریسک نشست با ماشینهاي حفاري سینه کار بسته، به سرعت در حال توسعه است. از جمله مخاطرات مهم این روش، استهلاک زیاد ابزار برش در اثر پدیدۀ سایندگی است. سایندگی را به صورت کلی میتوان به عنوان خصوصیت یا استعداد نوعی سنگ یا خاک براي ایجاد سایش در ابزارآلات تعریف کرد ]4[. مشکلات ناشی از زمین هاي ساینده در بسیاري از طرحهاي تونلسازي دنیا از جمله پروژۀ ECIS در لس آنجلس و تونل Elbe در هامبورگ، گزارش شده است ]2[. مشکلات سایندگی در خط 4 متروي اصفهان، خط 4 متروي شیراز، قطعۀ 4 تونل قمرود و خط 4 متروي تبریز نیز از زمرۀ پروژه هاي داخل ایران گزارش شده است ]3[.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

به طورکلی سه گروه عوامل در بحث خسارتهاي ناشی از سایندگی زمین در ماشینآلات حفاري دخیلاند که عبارتند از عوامل زمینشناسی، خصوصیات ابزارآلات، عوامل انسانی و اجرایی)شکل 4(. چنان که ملاحظه می شود، پارامترهاي مرتبط با اپراتوري، یکی از زیرمجموعه هاي بخش مدیریت ساخت است که بر استهلاک ابزار مؤثر است. حسنپور و رستمی به تأثیر برخی از پارامترهاي اپراتوري مانند سرعت چرخش کلۀ حفار و نیروي پیشران بالا بر روي سایش دیسکها اشاره کردهاند ]1[. هاشم نژاد و همکاران اخیراًرا با کمک آزمایش LCPC تأثیر برخی خصوصیات زمینشناسی بر سایندگی خاک را بررسی کرده اند ]5[.

شکل 1. پارامترهای مؤثر در سایش ابزار و عملکرد حفاری ]6[
3333
اثرات سایش و آسیب دیدگی کله حفاري ماشین تونلزنی در صدها پروژۀ تونلی از سراسررجهان مشاهده شده است. سایش ممکن اسرت در قسرمتهرا ي مختلفر ی از ماشرین ، از جملرهابزارآلات حفاري، جلو، عقب و محیط کله حفار، نقالۀ مارپیچ، لولههاي دوغاب و پمپهرا رخ دهد. واضح است که سازندۀ ماشین به منظور انتخاب اجزاي ماشین و حفاظرت از سرایشهرا ي ناشی از زمین، باید در مرحلۀ طراحی به خصوصیات سایندگی زمر ین دسترسر ی داشرته باشرد. به علاوه در زمان ساخت نیز هنگامیکه اجزاي ماشین در معرض زمین ساینده قرار مر یگیرنر د، پیمانکار باید برنامه اي مناسب براي تعمیر و نگه داري و بازرسیهاي زمان بندي شده، تهیه کنرد .
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

در حالیکه بازرسیهاي روزانه از کله حفار در ماشینهاي زمینهاي سخت کاري عادي اسرتاین امر در ماشینهاي زمینهاي نرم به خاطر دشواريهاي موجود بسیار کم تر انجرام مری گیررد ]7[. شکلهاي 2 و 3 مثالهایی از میزان سایشی که در پروژههاي حفرار ي در زمر ین هرا ي نررمقابل مشاهده است را نشان میدهند. شکل 1 منطقۀ محیطی کله حفار را قبرل و بعرد از تعمیر ر ماشین در متروي پورتو نشان میدهد.

شکل 2. سایش ثانویۀ شدید در حد فاصل شکل 3. سایش ثانویۀ زیاد در دیوارۀ خارجي کله پشت کله حفار و سپر یک ماشين حفاری حفار یک ماشين EPB با قطر حفاری 7/3 متر ]7[ مکانيزه از نوع فشار تعادلي خاک ]8[

انتخاب روش بررسي
براي بررسی تأثیر پارامترهاي عملکردي ماشین حفار بر سایش ابزار برش ،با روش هاي آزمایشگاهی، از دو گزینه میتوان استفاده کرد که عبارتند از:
3336

شکل 3. یک باکت قبل از تعمير )چپ( و بعد از تعمير )راست( ]7[ الف( استفاده از دستگاههاي آزمایشگاهی موجود
ب( طراحی و ساخت دستگاهی جدید که مشابه فرایند حفاري عمل کند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

مهمترین پارامترهاي عملکردي دستگاههاي TBM فشار پیشرران 4 و گشرتاور کلره حفرار2 است کره بایرد ترأثیر آنهرا بررسری شرود. بررا ي ایر ن منظرور اسرتفاده از روش ) الرف( داراي محدودیتهایی است که در ذیل به تفک یرک ب یران شرده اسرت . از طرر دیگرر تراکنون روشپذیرفته شدۀ عمومی، براي تخمین میزان سایش مورد انتظرار در رابطره برا خصوصریات خراکوجود ندارد. به علاوه با توجه به گستردگی عوامل تأثیرگذار برر سرایش، ترا بره امرروز انجمرن بی نالمللی مکانیک سنگ و یا انجمن جهرانی ژئوتکن یرک روش اسرتاندارد ي را برراي آزمرایش سایندگی خاک پیشنهاد ندادند ]3[.
4. آزمایش لسآنجلس3 : در این آزمایش حدود 5 تا 41 کیلوگرم سرنگ دانره درون محفظرۀ استوانهاي دستگاه ریخته میشود. سپس استوانۀ حاوي سنگ دانهها کره دارا ي گروي هرايفولادي استاندارد نیز است، با سررعت 31 ترا 33 دور در دقیقره و در مجمروع 511 ترا4111 دور حول محور خود می چرخد. در اثر برخورد گويها برا سرنگ دانره هرا و خرود سنگدانهها به ی کدیگر، مصالح دچار سایش و خردایش میشوند.
-102971734694

برخی مزایاي استفاده از این دستگاه در تحقیقات سایندگی خاک ،دانه بندي وسیع به جز ریزدانه است که در آن ب هکار میرود. برخی محدودیتها نیز سایش سنگدانهها در این دستگاه است. به علاوه شباهت کمی با شرایط کله حفاري ماشینهاي مکانیزه دارد. )در نتیجه
.1 Thrust 2.Torque 3. ASTM C131-66
3337
تأثیر نیروي پیشران و گشتاور را نمیتوان بر ه راحتر ی در آن بررسر ی کررد (. هرم چنر ین سرا یش به دست آمده در این دستگاه ناشی از اثر توأم ضربه و سایش است در حالی که در ماشینهرا ي حفاري به دلیل سرعت کم چرخش کلۀ حفار )معمولاًمعمولا بین 4 تا 2 دور بر دقیقه(، نسربت ضرربه به سایش در این حد نیست. سایر آزمایشهرا ي مشرابه هماننرد نوردیر ک برال م یر ل4 و سرا یش دوري2 نیز براي تعیین استهلاک دانههاي خاک در اثر صفحه فلزي یا برخورد با سایر دانههرا ي خاک به کار میروند ]8[. در نتیجه این آزمایش ها براي هد این تحقیق مناسب نیستند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.3.3033 ]

آزمایش LCPC: این آزمایش شامل چرخش سرر یع )1511 دور برر دق یقره بره مردت 5 دقیقه(



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید