Durante las operaciones de excavación de túneles en roca dura y formaciones geológicas altamente abrasivas, las fresas del cabezal de corte inevitablemente experimentan desgaste. La construcción de túneles enterrados a través-mar y en profundidad--caracterizados por la alta presión del agua-impone un desgaste particularmente severo a los cabezales de corte de las máquinas tuneladoras de escudo (TBM). La detección oportuna del desgaste y la reparación sistemática son cruciales para garantizar el progreso rápido, seguro y sin problemas de la construcción de la tuneladora.
Las investigaciones indican que el desgaste de las fresas sigue patrones específicos. Por ejemplo, en formaciones de monzogranito, el desgaste acumulativo de los cortadores frontales aumenta de forma aproximadamente lineal a medida que aumenta su distancia de montaje radial desde el centro del cabezal de corte; entre las cortadoras de bordes, las situadas en la zona de transición presentan el mayor desgaste acumulativo, y los niveles de desgaste disminuyen gradualmente hacia los bordes exteriores e interiores. En comparación con la tasa de desgaste por unidad de distancia de rodadura, la tasa de desgaste por unidad de volumen de roca excavada sirve como una métrica más precisa para cuantificar la gravedad y la velocidad del desgaste del cortador.
Para monitorear las condiciones del cortador en tiempo real, se pueden emplear sistemas de detección en línea. Por ejemplo, los sistemas basados en tecnología de detección láser-que utilizan unidades láser retráctiles y sensores montados directamente en el cabezal de corte-pueden adquirir datos sobre el desgaste del cortador durante los breves intervalos en los que la tuneladora avanza (se eleva). Esto permite un monitoreo no tripulado en tiempo real-de alta-precisión, minimizando así los riesgos de seguridad asociados con las inspecciones manuales y el mantenimiento realizado por el personal.
Cuando el cabezal de corte sufre un desgaste severo al perforar formaciones altamente abrasivas, se hace necesaria una reparación sistemática. Estas operaciones de reparación son fundamentales para garantizar el avance rápido, seguro y fluido de la tuneladora. La aplicación de tecnologías de reparación clave y específicas constituye un componente esencial para mantener la continuidad del proyecto de construcción del túnel.
Para abordar problemas como daños en el cabezal de corte o torsión excesiva-a menudo provocada por condiciones geológicas adversas, como zonas rocosas densamente unidas-se deben implementar contramedidas integrales. Estas medidas incluyen optimizar la configuración del cortador del cabezal de corte (por ejemplo, aumentar el uso de cortadores de disco y al mismo tiempo suspender el uso de cortadores desgarradores para reducir el torque); seleccionar anillos cortadores muy resistentes-al desgaste o adoptar una estrategia de sustitución más frecuente de los cortadores; y optimizar el diseño estructural del cabezal de corte (por ejemplo, calcular el ángulo óptimo del raspador para facilitar la eliminación de lodo bidireccional durante la rotación tanto hacia adelante como hacia atrás, contrarrestando así las fuerzas de rotación). Además, es esencial eliminar rápidamente la suciedad y los sedimentos acumulados en el cabezal de corte para evitar la formación de "tortas de lodo". Cuando sea necesario, se podrán realizar modificaciones estructurales en el propio equipo para mejorar su adaptabilidad a entornos geológicos específicos.
