ارتباط علوم زمین‌شناسی و مهندسی مکانیک در افزایش بهره‌وری ماشین‌های حفار تمام مقطع

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه های زیرزمینی، شرکت مهندسین مشاور ساحل امید ایرانیان

2 دانشیار، دانشکده زمین‌شناسی، دانشگاه تهران

3 استاد، دانشکده زمین‌شناسی، دانشگاه اصفهان

چکیده

در محیط‎های دانشگاهی و صنعتی ایران، شناخت چندانی از ارتباط علم زمین‎شناسی با شاخه‎های فنی مکانیک و الکترونیک وجود ندارد. چنین مفاهیمی، در سرفصل‎های دروس آموزش عالی ایران تبیین نشده است و تقریباً هیچگونه منبع پژوهشی به زبان فارسی در این زمینه منتشر نشده است. پیشینة حوزه‎های مطالعاتی مشترک مابین مهندسین مکانیک با متخصصین علوم زمین را می‎توان در شروع مباحث ترامکانیک (Terramechanics) دانست. در این پژوهش با تشریح تجربیات حفاری مکانیزه در تونل بازی‎دراز، به ضرورت آغاز مطالعات بین‎رشته‎ای دانش‎آموختگان زمین‎شناسی با مهندسین مکانیک در آموزش عالی و صنایع کشور پرداخته می‎شود. در مقاله حاضر با تحلیل پارامترهای عملیاتی دستگاه حفار و بررسی شرایط زمین‎شناسی در پروژه تونل بازی‎دراز به چگونگی اعمال تغییرات در ساختار دستگاه تی‎بی‎ام پرداخته می‎شود. نتایج نشان می‎دهد در این پروژه جهت سازگار نمودن ویژگی‎های دستگاه با شرایط زمین‎شناسی مسیر، مجموعه‏ای از اصلاحات مکانیکی از جمله: حذف جک شمارة 26 تراست، تعبیه 9 عدد چال گمانه پیشرو در نیمکره پایین سپر دستگاه، حذف تمام جک‎های مفصلی پسیو دستگاه (به تعداد 16 جک)، تغییر آرایش ابزارهای برشی کله‌حفار و ساخت 7 عدد مبدل گیربکس برای افزایش سرعت چرخش کله‎حفار، اجتناب ناپذیر بوده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Relationship of Geosciences and Mechanical Engineering in Increasing the Productivity of Tunnel Boring Machines

نویسندگان [English]

  • vahid joudaki 1
  • Jafar Hassanpour 2
  • Rasoul Ajalloeian 3
1 Department of Underground Structures, Sahel Omid Iranian Consultant Engineers Co.,
2 Associate Professor, School of Geology, University of Tehran
3 Professor, School of Geology, University of Isfahan
چکیده [English]

In the academic and industrial environments of Iran, there is little understanding of the relationship between geological science and technical branches of mechanics and electronics. Such concepts are not explained in Iran's higher education curriculum, and almost no source of research has been published in Persian. The history of collaborative studies between mechanical engineers and geoscientists can be considered at the onset of the topics of the Terramechanics. In this research, by studying the excavation conditions in Bazideraz tunnel, the necessity of initiation of interdisciplinary studies of geology graduates with the mechanical engineers in higher education and industries of the country is discussed. In this paper, with the analysis of the operational parameters of the TBM and the study of geological conditions, discusses how to change the structure of the TBM. The results show that in this project, in order to adapt the structure of the machine to the geological conditions of the route, a series of structural reforms including the removal of 26 thrust jacks, the installation of 9 probe drilling holes in the shield, the removal of all passive articulation cylinders (16 jacks), a change in the arrangement of the disc cutters, and the construction of 7 gearbox converters to increase the rotary speed of the cutterhead, inevitable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Terramechanics
  • Mechanics
  • Gearbox Converters
  • Passive Articulation Cylinders

آقانباتی، ع.، 1383. زمین‎شناسی ایران، انتشارات سازمان زمین‎شناسی و اکتشافات معدنی کشور، چاپ اول، 586 صفحه.

جودکی، و.، اجل‏لوئیان، ر. و حسن‎پور، ج.، 1398. ضرورت بازنگری سرفصل‎های آموزشی و پژوهشی دانشکده‎های زمین‎شناسی جهت رویکرد به کاربردهای تکنولوژیکی در صنایع (با نگرش ویژه به فناوری تونل‎سازی مکانیزه)، فصلنامه علمی پژوهشی علوم زمین، سال 28، شماره 112. (در دست انتشار).

جودکی، و.، سهرابی‎بیدار، ع.، اجل‏لوئیان، ر.، امینی، ن. و دیکمن، ت.، 1397. ارزیابی نتایج آزمایش پیش‎بینی‎ لرزه‎ای تونل (TSP) بر اساس شواهد زمین‎شناسی و تحلیل پارامترهای عملیاتی دستگاهِ EPB Hard Rock، مجله علمی پژوهشی انجمن زمین‎شناسی مهندسی ایران، جلد یازدهم، شماره 2، صفحات 31-15.

Bacon, S.N., McDonald, E.V., Baker, S.E., Caldwell, T.G. and Stullenbarger, G. 2008. Desert terrain characterization of landforms and surface materials within vehicle test courses at U.S. Army Yuma Proving Ground, USA: Journal of Terramechanics, Vol. 45, pp. 167–183.

Bekker, M.G. 1956. Theory of land locomotion: the mechanics of vehicle mobility. Ann Arbor: The University of Michigan Press.

Bekker, M.G. 1960. Off the road locomotion. Ann Arbor, Michigan: University of Michigan Press.

Bekker, M.G. 1969. Introduction to terrain–vehicle system. Ann Arbor: The University of Michigan Press.

Bruland, A., 1998. Hard rock tunnel boring, vol.1-10, Ph.D. thesis, Norwegian university of science and technology (NTNU), Trondheim, Norway.

Dasch, J.M. and Gorsich, D.J. 2012. TARDEC story: sixty-five years of innovation, 1946–2010. Defense Department, Army, U.S. Army Tank Automotive Research, Development and Engineering Center (TARDEC); 309 p.

Drescher A. and Hambleton, J.P. 2010. Geotechnics and Terramechanics, 58th Annual Geotechnical Engineering Conference, University of Minnesota, pp. 7-19.

Halvorson, J.J., McCool, D.K., King, L. and Gatto, L. 2001. Soil compaction and over-winter changes to vehicle ruts, Yakima Training Center, Washington:Journal of Terramechanics, Vol. 38, pp. 133–151.

Harmon, R.S. and McDonald, E.V. 2014. Military geoscience in the twenty-first century- A historical perspective and overview,The geological society of america Reviews in Engineering Geology XXII,  pp.1-10.

Hassanpour, J., Rostami, J. and Zhao, J. 2011. A new hard rock TBM performance prediction model for project planning, Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 26, no. 5: 595–603.

Henderson, J.P. 2014. Dust storms and the 1980 Iran hostage rescue attempt, The geological society of america Reviews in Engineering Geology XXII, pp.49-55.

Macias, F.J., 2016. Hard Rock Tunnel Boring, Performance Predictions and Cutter Life Assessments (Ph.D. thesis). Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim, Norway, p. 203.

Moreland, S.J., Newby, M.A., Stein, N., Steffy, A.C., Zhou, F., Zastrow, A.M., Vasavada, A.R., Fraeman, A.A. and Stilly, E.K. 2017. Relating geologic units and mobility system kinematics contributing to Curiosity wheel damage at Gale Crater, Mars. Journal of Terramechanics, Vol.73, pp. 73–93.

Muro, T. 1988. Drilling  rate of  rotary percussion Drill bits and rock characteristics, Journal of Terramechanics, Vol. 25, No. 3, pp. 191-199.

SCE (Sahel Consultant Engineers)., 2015. Geological and Engineering Geological Review of Bazideraz Water Conveyance Tunnel. SCE 4120 UNG TUN EG RP 001 D0.

Shoop, S.A. 1993. Thawing soil strength measurements for predicting vehicle performance: Journal of Terramechanics, Vol. 30, pp. 405–418.

Stocklin, J., 1977. Structural correlation of the Alpine range between Iran central Asia. Memoire Hors-Serve No.8 dela Societe Geologique de France, 8: 333-353.

Rostami, J., 1997. Development of a Force Estimation Model for Rock Fragmentation with Disc Cutters Through Theoretical Modeling and Physical Measurement of Crushed Zone Pressure. Ph. D. Thesis, Colorado School of Mines, Golden, Colorado, USA, P. 249.

Thuro, K., Wilfing, L., 2017. TBM performance prediction in hard rock.12th Iranian and 3rd Regional Tunnel Conference, 27-29 Nov. 2017, Tehran, Iran.

Villeneuve, M.C., 2017. Hard rock tunnel boring machine penetration test as an indicator of chipping process efficiency. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol. 9, No. 4, pp. 611-622.

Wong, J.Y. 2010. Terramechanics and Off-Road Vehicle Engineering, Elsevier, pp. 1–19.