随着科技的发展、人口的增长以及对地面空间的不断利用,人们对地下空间的开发需求也变得越来越强烈。在地下工程和隧道工程的施工当中,复合式盾构机展现出了高度的自动化、高效、安全和能够连续作业长距离隧道的特点,在很大程度上引领了当代隧道掘进技术的发展。刀盘刀具是复合式盾构机的一个重要的组成部分,其主要作用是破碎岩石、剥离土壤、支护掘进界面、实现渣土的过流。其中,选择合适的刀具及其组合是盾构实现稳定高效开挖的重要保障,也是减小施工能耗,提高工作效率的重要措施。本文在大量查阅中外文献的基础上,结合工程实际,将典型盾构组合刀具切削效率影响因素、地层识别技术作为需要解决的关键问题,主要完成以下内容：(1)通过分析国内外广泛使用的滚刀线性破岩受力模型,推导了滚刀回转切削三向力计算公式,得出了三向力随不同刀间距、贯入度、刀具安装半径的变化规律。同时,针对不同的岩土破坏形式,推导出了岩石破碎体积的计算方法,并通过绘制三维图,可以直观的看出各影响因素变化时,被破碎岩石体积的变化规律。并根据推导出的三向力和岩石破碎体积计算方法,得到滚刀切削比能的理论计算模型,为仿真结果的验证提供依据。(2)以推导出的滚刀切削比能计算公式中的影响因素作为为研究目标,运用正交试验法建立仿真方案,分析了各因素对滚刀破岩效率影响的大小,并对影响显著的因素进行单因素分析,得到了滚刀切削比能随单因素变化的规律,通过将仿真结果与推导出的理论模型结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性。(3)运用大型仿真软件ABAQUS建立先行刀与刮刀组合切削的有限元模型,对先行刀和刮刀组合切削砂土和软岩的过程进行仿真分析,得到了不同贯入度下,不同刀具在不同地层中的受力和岩土切削情况,并以切削比能作为衡量指标,研究了先行刀和刮刀组合切削时,比能随贯入度的变化规律,通过工程案例与仿真结果进行对比分析,证实了仿真结果的正确性。同时,用C#编写程序,在Visual Studio平台实现刀具数目的确定。(4)提出基于盾构施工参数的地层识别技术,分析了组合参数与地层之间的映射关系,并以某工程标段为背景,运用盾构施工组合参数对误差反向传播神经网络进行训练,并用15%的组合参数对训练结果进行验证,验证结果表明此神经网络满足开挖地层识别的要求。