随着我国隧道及地下空间的发展,盾构施工技术也得到了广泛应用。然而目前尚未形成完善的盾构机设计理论。盾构机在砂卵石地层掘进时,刀盘刀具受力复杂,磨损严重,地层容易坍塌。为了掌握盾构机在砂卵石地层掘进时刀盘刀具受力情况,优化刀盘设计,提高盾构刀盘的地质适应性和掘进效率,本文在国家自然科学基金“盾构刀盘与岩土动态交互作用机理及刀盘系统设计理论(51105048)”资助下,完成主要工作如下：1.通过调研,研究了近几十年来国内外在砂卵石地层掘进的盾构施工技术以及刀具切削土体的研究现状及研究重点,分析了砂卵石地层特点和我国砂卵石地层盾构施工实例,研究适合砂卵石地层的刀盘结构形式、刀具和刀具配置,在此基础上,根据施工经验总结施工时常出现的问题及解决办法。2.利用三维建模软件Pro/E建立某一盾构刀盘刀具的三维实体模型,用ANSYS建立有限元模型,计算出各刀具的切削力,分别对盾构刀盘刀具在砂卵石地层不同推进工况下的受力进行静态有限元分析,得出应力、应变分布,并研究提出提高刀盘刀具耐用性的措施。3.运用动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA建立砂卵石地层刀具切削土体的三维有限元模型,选取适合土壤切削的土体本构模型,对刀具切削进行动态仿真。研究切削刀具在不同切削速度、切削深度和刀间距的情况下,刀具与土体接触过程中的力学变化规律,仿真结果得出：随着切削深度的增加刀具接触力增大,切削速度对刀具接触力的影响不大,随着刀间距的增加,刀具接触力有增大趋势,但增加量较小。双刀协同切削时刀具接触力比同掘进参数下单刀切削时的接触力明显降低。研究结果为砂卵石地层刀盘刀具布局设计及合理掘进参数的选择提供参考。