目前地铁施工建设进入快速发展阶段，应用于地铁施工的设备需求也越来越大，特别是广泛采用的浅埋暗挖法施工，相应的设备需求也日益增加。而目前广泛应用于隧道施工的挖装机的挖掘臂很难满足此类施工的需求，主要表现在很难实现横向沟槽和侧向沟槽的机械化挖掘及针对于掌子面的全断面开挖需求。基于以上问题本课题开发了一种针对地铁隧道施工的工作装置（挖掘臂），同时总结出了该类挖掘臂的设计思路与方法，针对不同的隧道断面能够快速完成适应全断面开挖的挖掘臂的初步方案设计，再通过运动分析和有限元分析对初步方案进行优化改进，设计出适用于各种隧道断面的挖掘臂产品。　　本课题首先对国内外地铁施工设备特别是挖掘臂的技术现状进行了分析，并对目前设备存在的问题进行了解读。然后通过对浅埋暗挖工法的分析，确定了挖掘臂的作业工况主要分为挖掘上方土、挖掘核心土、挖掘下方土、挖掘横沟槽和挖掘侧沟槽等五种工况。根据这五种实际工况，设计出既满足挖掘动作要求，又可具备足够挖掘力的挖掘臂。　　利用基于Pro/Engineer的骨架模型设计了挖掘臂的初步方案。根据地铁隧道施工设备的工作特性，从几何空间尺寸、运动学动力学特性、结构强度等方面分析了挖掘臂的方案可行性。根据设备适用的隧道空间设定合理的动臂、斗杆尺寸及相应的铰点位置。完成了挖掘臂的动力学分析，确定了挖掘臂的作业性能。并对挖掘臂铰点进行优化设计，确定了各油缸的具体参数。最后对优化后的挖掘臂三维模型进行有限元分析，根据分析结果对关键结构件包括动臂、二节臂、斗杆座、斗杆等零部件进行细化设计，最终设计出满足所需性能要求的挖掘臂。　　本设计解决了目前隧道挖装机工作装置不能实现全断面作业的不足，有助于提高地下施工设备在整个施工周期内的效率，降低工人的劳动强度，具有广阔的推广空间和应用价值，并对同类产品的开发具有指导意义。