长期以来，城市发展迅速，用地面积愈发紧张。为解决这一难题，可行方法之一是开发地下空间。作为性能优良的地下工程施工设备，全断面岩石掘进机（TBM）凭借自身的诸多优点广泛应用于城市地铁，输油管道，铁路运输等隧道工程，是我国重型装备制造行业领域里的标志性产品之一。由于技术薄弱，资金匮乏等原因，TBM在我国的发展并不顺利，在实际工程应用当中，大多需要从国外引进。为提高自主技术创新能力，及从整体上快速提高我国装备制造业的科技水平，亟需开展TBM关键技术的研发与探索。首先，通过对TBM开挖掘进系统的研究，归纳TBM种类，掌握选型方法，对关键部件破岩刀具进行分析，研究刀具的内部构成及其生产过程中的工艺要求，分析了岩石掘进机的破岩机理，为模拟掘进系统运行参数提供理论依据。其次，通过对滚刀破岩分析，概述滚刀破岩理论，总结滚刀受力预测模型；结合岩石力学，岩石强度理论，通过对岩体参数的分析，总结岩体的破坏准则及本构模型，为模拟TBM破岩过程提供岩体材料的仿真方法。再次，采用UG、ABAQUS有限元软件，对TBM单把滚刀岩石模型进行数值模拟。得出刀具破碎岩体过程的动态效果，应力云图和滚刀受力载荷曲线。考虑到刀具磨损问题，随着磨损量增加，刀具受力增大。最后，刀盘结构优化，模拟滚刀不同刀间距时的破岩效果，运用比能方法，确定两把滚刀破岩的刀间距，依此在刀盘上布置刀具，对TBM刀盘掘进过程进行数值模拟。得出刀盘转矩的变化规律曲线，可以真实反映刀盘整体与岩体相互接触中的形态变化，与计算理论数据相近，为工程设计、实践，提供理论支撑。