减小盾构掘进刀具磨损,是保证土压平衡盾构长距离掘进的重要措施。盾构在砂卵石地层条件下施工,盾构刀具磨损严重,容易破损、脱落,经常导致工程事故的发生,给整个工程的工期、造价带来严重的影响,甚至威胁人的生命。因此,研究如何减少砂卵石地层条件下土压平衡盾构掘进刀具磨损,探究砂卵石地层中盾构最长掘进距离具有重要的意义。以北京地铁四号线4标为工程背景,利用现场监测、理论分析及室内相似模型试验等手段从机械与土壤两方面入手,对盾构刀具磨损的问题进行了研究,取得了下列研究成果:(1)研究了各种盾构掘进刀具的工作机理,及其磨损原因和影响因素。(2)针对砂卵石地层条件下盾构刀具磨损问题进行研究,特别是配备有超声波磨损探测装置刀盘的盾构(属原型试验、国内首次运用)展开研究,试验设计合理,试验结果真实、可靠。(3)对大量的现场动态监测数据进行了回归分析,得出切削刀具磨损系数与各掘进参数(推力、刀盘转速、掘进速度、刀盘扭矩)的数学关系式,并建议了掘进参数的合理选择范围,用其指导施工可达到减少盾构刀具磨损、延长掘进距离、减少换刀次数的目的。(4)根据所提出的盾构刀具磨损量与掘进距离的数学关系式,得出类似刀盘结构、类似工程地质条件下盾构最长掘进距离大概为1.84km。(5)设计了盾构模型机,依据相似理论原理设计出了试验程序,并对模型机进行了试掘进。