Durante le operazioni di scavo di gallerie in rocce dure e formazioni geologiche altamente abrasive, i taglienti della testa fresante sono inevitabilmente soggetti a usura. La costruzione di tunnel-attraversati il mare e-interrati in profondità-caratterizzati da un'elevata pressione dell'acqua-impone un'usura particolarmente grave alle teste di taglio delle Shield Tunneling Machines (TBM). Il rilevamento tempestivo dell’usura e la riparazione sistematica sono fondamentali per garantire il progresso rapido, sicuro e regolare della costruzione della TBM.
La ricerca indica che l'usura della taglierina segue modelli specifici. Ad esempio, nelle formazioni di monzogranito, l'usura cumulativa sui taglienti frontali aumenta in modo approssimativamente lineare all'aumentare della loro distanza di montaggio radiale dal centro della testa tagliente; tra i tagliabordi, quelli situati nella zona di transizione mostrano l'usura cumulativa più elevata, con livelli di usura che diminuiscono gradualmente verso i bordi esterni ed interni. Rispetto al tasso di usura per unità di distanza di rotolamento, il tasso di usura per unità di volume di roccia scavata costituisce un parametro più accurato per quantificare la gravità e la velocità dell'usura della fresa.
Per monitorare le condizioni della taglierina in tempo reale, è possibile utilizzare sistemi di rilevamento online. Ad esempio, i sistemi basati sulla tecnologia di rilevamento laser-che utilizzano unità laser retrattili e sensori montati direttamente sulla testa di taglio-possono acquisire dati sull'usura della fresa durante i brevi intervalli in cui la TBM avanza (sollevamento). Ciò consente un monitoraggio in tempo reale-non presidiato e ad alta precisione, riducendo così al minimo i rischi per la sicurezza associati alle ispezioni manuali e alla manutenzione eseguita dal personale.
Quando la testa di taglio subisce una forte usura durante lo scavo di tunnel attraverso formazioni altamente abrasive, diventa necessaria una riparazione sistematica. Queste operazioni di riparazione sono fondamentali per garantire il continuo avanzamento rapido, sicuro e regolare della TBM. L'applicazione di tecnologie di riparazione chiave e mirate costituisce una componente essenziale per mantenere la continuità del progetto del tunnel.
Per affrontare problemi quali danni alla testa di taglio o coppia eccessiva-spesso innescati da condizioni geologiche avverse come zone rocciose densamente articolate-è necessario implementare contromisure complete. Queste misure includono l'ottimizzazione della configurazione della testa di taglio (ad esempio, aumentando l'uso di frese a disco interrompendo l'uso di frese ripper per ridurre la coppia); selezionando anelli taglienti altamente resistenti all'usura-o adottando una strategia di sostituzione più frequente della taglierina; e ottimizzazione della progettazione strutturale della testa di taglio (ad esempio, calcolo dell'angolo ottimale del raschiatore per facilitare la rimozione bidirezionale del letame durante la rotazione sia in avanti che in retromarcia, contrastando così le forze di rotazione). Inoltre, è essenziale eliminare tempestivamente la melma e i sedimenti accumulati dalla testa di taglio per prevenire la formazione di "torte di fango". Ove necessario, potranno essere intraprese modifiche strutturali all'attrezzatura stessa per migliorarne l'adattabilità ad ambienti geologici specifici.
