La tête de coupe est un composant essentiel d'une machine à bouclier ; pendant le processus de creusement du tunnel, il remplit les fonctions de concassage de la roche et du sol, facilitant l'écoulement de la déblais et fournissant un support à la face du tunnel.
Structure mécanique
Actuellement, les structures de tête de coupe des machines à boucliers se répartissent principalement en trois catégories : le type à rayons-, le type à disque- et une structure composite combinant à la fois des rayons et des disques. Les têtes de coupe des machines à boucliers de grande et moyenne taille-utilisent généralement une configuration de support central. Le taux de passage des particules-la proportion de la zone ouverte de la tête de coupe-est d'environ 67 % pour les têtes de coupe à rayons-et de 33 % pour les têtes de coupe à disque-de type.
Matériaux de coupe et technologies clés
Les "dents" d'une machine à bouclier sont les couteaux montés sur sa tête de coupe avant-. Sur les surfaces de travail de ces fraises-où une "confrontation" directe avec la roche est requise-des alliages durs sont utilisés ; ces matériaux possèdent une dureté juste derrière celle du diamant. Les coupeurs de machines à bouclier doivent posséder une dureté suffisante pour garantir une résistance à l'usure, une résistance adéquate pour éviter la rupture et une ténacité suffisante pour résister aux forces d'impact. L’un des facteurs critiques déterminant cette résistance et cette ténacité est le contrôle précis de la taille des grains lors de la préparation de la poudre de carbure de tungstène. Les technologies avancées dans ce domaine permettent la production de grains WC (carbure de tungstène) d'une taille aussi fine que 9 micromètres. D'autres technologies connexes clés incluent de nouvelles techniques de brasage régulé multi-domaines et multi-échelles comprenant un renforcement composite par ultrasons et nano-modification, ainsi que de nouvelles méthodes de fabrication additive laser pour les disques de coupe à haute-carbone et haute-dureté.
Systèmes auxiliaires et intelligents
Un anneau de vérins hydrauliques est positionné derrière la tête de coupe de la machine à boucliers. Un mélange de mousse est injecté pour faciliter l'agitation de la roche par la tête de coupe et pour ramollir le sol, réduisant ainsi la difficulté de l'opération de creusement du tunnel. Les configurations modernes de têtes de coupe présentent souvent des conceptions optimisées pour les sols meubles, intégrant la capacité de remplacement des fraises à pression atmosphérique-. La tête de coupe est équipée d'éléments de détection capables de surveiller l'état opérationnel des couteaux en temps réel. En augmentant le taux d'ouverture de la tête de coupe, en intégrant un système de rinçage central à haute-pression et haut-débit, et en déployant un système d'alerte précoce de "boue-agglutination" de la tête de coupe-complété par des caméras rétractables-il est possible d'observer les conditions dans la zone de travail de la tête de coupe sans avoir besoin que le personnel entre dans la chambre sous pression.
