Bei Tunnelbauarbeiten in Hartgestein und stark abrasiven geologischen Formationen kommt es zwangsläufig zu Verschleiß an den Messern am Bohrkopf. Der Bau von Übersee- und Tieftunneln-, die durch hohen Wasserdruck gekennzeichnet sind-, führt zu einem besonders starken Verschleiß der Schneidköpfe von Schildtunnelmaschinen (TBMs). Die rechtzeitige Verschleißerkennung und systematische Reparatur sind entscheidend für den schnellen, sicheren und reibungslosen Fortschritt des TBM-Baus.
Untersuchungen zeigen, dass der Fräserverschleiß bestimmten Mustern folgt. Beispielsweise nimmt in Monzogranit-Formationen der kumulative Verschleiß an Stirnfräsern ungefähr linear zu, wenn ihr radialer Montageabstand von der Mitte des Bohrkopfes zunimmt; Unter den Kantenschneidern weisen diejenigen im Übergangsbereich den höchsten kumulativen Verschleiß auf, wobei der Verschleiß zu den Außen- und Innenkanten hin allmählich abnimmt. Im Vergleich zur Verschleißrate pro Einheit der Rollstrecke dient die Verschleißrate pro Volumeneinheit des ausgehobenen Gesteins als genauere Messgröße zur Quantifizierung der Stärke und Geschwindigkeit des Fräserverschleißes.
Um den Fräserzustand in Echtzeit zu überwachen, können Online-Erkennungssysteme eingesetzt werden. Beispielsweise können Systeme, die auf der Lasererkennungstechnologie basieren und -einziehbare Lasereinheiten und Sensoren verwenden, die direkt am Bohrkopf montiert sind-, während der kurzen Zeitintervalle, in denen die TBM voranschreitet (anheben), Daten über den Verschleiß des Bohrkopfes erfassen. Dies ermöglicht eine unbemannte, hochpräzise Echtzeitüberwachung und minimiert so die Sicherheitsrisiken, die mit manuellen Inspektionen und Wartungsarbeiten durch das Personal verbunden sind.
Wenn der Bohrkopf beim Tunnelbau durch stark abrasive Formationen starkem Verschleiß ausgesetzt ist, ist eine systematische Reparatur erforderlich. Diese Reparaturarbeiten sind von entscheidender Bedeutung, um den weiterhin schnellen, sicheren und reibungslosen Vortrieb der TBM sicherzustellen. Der Einsatz gezielter Schlüsselreparaturtechnologien ist ein wesentlicher Baustein zur Aufrechterhaltung der Kontinuität des Tunnelbauvorhabens.
Um Probleme wie Bohrkopfschäden oder übermäßiges Drehmoment anzugehen,-häufig ausgelöst durch widrige geologische Bedingungen wie dicht verwachsene Gesteinszonen-, müssen umfassende Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Zu diesen Maßnahmen gehört die Optimierung der Schneidkopfkonfiguration (z. B. verstärkter Einsatz von Scheibenschneidern bei gleichzeitigem Verzicht auf den Einsatz von Aufreißschneidern zur Reduzierung des Drehmoments); Auswahl hochverschleißfester Fräsringe oder Strategie eines häufigeren Fräserwechsels; und Optimierung des strukturellen Designs des Bohrkopfes (z. B. Berechnung des optimalen Abstreiferwinkels, um die bidirektionale Schlammentfernung sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsdrehung zu erleichtern und dadurch Rotationskräften entgegenzuwirken). Darüber hinaus ist es wichtig, angesammelten Schlamm und Sedimente umgehend vom Bohrkopf zu entfernen, um die Bildung von „Schlammkuchen“ zu verhindern. Bei Bedarf können strukturelle Änderungen an der Ausrüstung selbst vorgenommen werden, um ihre Anpassungsfähigkeit an bestimmte geologische Umgebungen zu verbessern.
