Podczas drążenia tuneli w twardych skałach i wysoce ściernych formacjach geologicznych, ostrza głowicy urabiającej nieuchronnie ulegają zużyciu. Budowa tuneli-morskich i głęboko-kopanych-charakteryzujących się wysokim ciśnieniem wody-powoduje szczególnie poważne zużycie głowic urabiających maszyn do tunelowania tarczowego (TBM). Terminowe wykrywanie zużycia i systematyczne naprawy mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia szybkiego, bezpiecznego i płynnego postępu budowy TBM.
Badania wskazują, że zużycie frezów przebiega według określonego wzorca. Na przykład w formacjach monzogranitu skumulowane zużycie frezów czołowych wzrasta w przybliżeniu liniowo wraz ze wzrostem ich promieniowej odległości mocowania od środka głowicy urabiającej; wśród frezów krawędziowych największe skumulowane zużycie wykazują te, które znajdują się w strefie przejściowej, przy czym poziom zużycia stopniowo maleje w kierunku krawędzi zewnętrznych i wewnętrznych. W porównaniu ze stopniem zużycia na jednostkę drogi toczenia, stopień zużycia na jednostkę objętości wydobytej skały służy jako dokładniejszy miernik do ilościowego określenia stopnia i szybkości zużycia frezu.
Aby monitorować stan frezu w czasie rzeczywistym, można zastosować systemy detekcji online. Na przykład systemy oparte na technologii detekcji laserowej-wykorzystujące wysuwane jednostki laserowe i czujniki zamontowane bezpośrednio na głowicy tnącej-mogą zbierać dane o zużyciu ostrza w krótkich odstępach czasu, gdy TBM przesuwa się (podnosi) do przodu. Umożliwia to bezobsługowe,-precyzyjne-monitorowanie w czasie rzeczywistym, minimalizując w ten sposób ryzyko bezpieczeństwa związane z ręcznymi inspekcjami i konserwacją wykonywaną przez personel.
Kiedy głowica tnąca ulega dużemu zużyciu podczas drążenia tuneli w formacjach o dużym stopniu ścierania, konieczna staje się systematyczna naprawa. Te operacje naprawcze mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia ciągłego szybkiego, bezpiecznego i płynnego rozwoju TBM. Zastosowanie ukierunkowanych, kluczowych technologii naprawczych stanowi istotny element utrzymania ciągłości projektu tunelu.
Aby zaradzić problemom takim jak uszkodzenie głowicy urabiającej lub nadmierny moment obrotowy-często powodowane przez niekorzystne warunki geologiczne, takie jak strefy skał o gęstych spoinach,-należy wdrożyć kompleksowe środki zaradcze. Środki te obejmują optymalizację konfiguracji głowicy tnącej (np. zwiększenie wykorzystania frezów tarczowych przy jednoczesnym zaprzestaniu stosowania frezów zrywających w celu zmniejszenia momentu obrotowego); wybór pierścieni tnących o dużej-zużyciu lub przyjęcie strategii częstszej wymiany ostrza; oraz optymalizację konstrukcji głowicy tnącej (np. obliczenie optymalnego kąta zgarniacza w celu ułatwienia dwukierunkowego usuwania obornika zarówno podczas obrotów do przodu, jak i do tyłu, przeciwdziałając w ten sposób siłom obrotowym). Ponadto istotne jest szybkie usunięcie nagromadzonego błota i osadu z głowicy tnącej, aby zapobiec tworzeniu się „placów błotnych”. W razie potrzeby można podjąć modyfikacje konstrukcyjne samego sprzętu, aby zwiększyć jego zdolność dostosowania do określonych środowisk geologicznych.
