Lors des opérations de creusement de tunnels dans des roches dures et des formations géologiques hautement abrasives, les fraises de la tête de coupe subissent inévitablement une usure. La construction de tunnels-en mer et en profondeur-enfouis-caractérisés par une pression d'eau élevée-impose une usure particulièrement sévère aux têtes de coupe des tunneliers à bouclier (TBM). La détection rapide de l’usure et la réparation systématique sont essentielles pour garantir la progression rapide, sûre et fluide de la construction du tunnelier.
La recherche indique que l’usure des couteaux suit des modèles spécifiques. Par exemple, dans les formations de monzogranite, l'usure cumulée des fraises à tailler augmente de manière approximativement linéaire à mesure que leur distance de montage radiale par rapport au centre de la tête de coupe augmente ; parmi les coupe-bordures, ceux situés dans la zone de transition présentent l'usure cumulée la plus élevée, les niveaux d'usure diminuant progressivement vers les bords extérieurs et intérieurs. Comparé au taux d'usure par unité de distance de roulement, le taux d'usure par unité de volume de roche excavée sert de mesure plus précise pour quantifier la gravité et la vitesse de l'usure des couteaux.
Pour surveiller les conditions de coupe en temps réel, des systèmes de détection en ligne peuvent être utilisés. Par exemple, les systèmes basés sur la technologie de détection laser-utilisant des unités laser rétractables et des capteurs montés directement sur la tête de coupe-peuvent acquérir des données d'usure de la fraise pendant les brefs intervalles pendant lesquels le tunnelier avance (se soulève). Cela permet une surveillance en temps réel sans personnel-de haute précision-, minimisant ainsi les risques de sécurité associés aux inspections manuelles et à la maintenance effectuées par le personnel.
Lorsque la tête de coupe subit une usure importante lors du creusement de tunnels à travers des formations hautement abrasives, une réparation systématique devient nécessaire. Ces opérations de réparation sont essentielles pour garantir la poursuite de l’avancement rapide, sûr et fluide du tunnelier. L'application de technologies de réparation ciblées et clés constitue un élément essentiel pour maintenir la continuité du projet de tunnel.
Pour résoudre des problèmes tels que des dommages aux têtes de coupe ou un couple excessif-souvent déclenchés par des conditions géologiques défavorables telles que des zones rocheuses densément jointées-des contre-mesures complètes doivent être mises en œuvre. Ces mesures comprennent l'optimisation de la configuration de la tête de coupe (par exemple, en augmentant l'utilisation de couteaux à disque tout en arrêtant l'utilisation de couteaux à ripper pour réduire le couple) ; sélectionner des bagues de coupe très résistantes à l'usure- ou adopter une stratégie de remplacement de coupe plus fréquent ; et optimiser la conception structurelle de la tête de coupe (par exemple, calculer l'angle optimal du racleur pour faciliter l'enlèvement bidirectionnel des déblais pendant la rotation avant et arrière, contrecarrant ainsi les forces de rotation). De plus, il est essentiel d'éliminer rapidement la boue et les sédiments accumulés sur la tête de coupe pour éviter la formation de « gâteaux de boue ». Si nécessaire, des modifications structurelles de l'équipement lui-même peuvent être entreprises pour améliorer son adaptabilité à des environnements géologiques spécifiques.
