随着地下空间工程快速开挖的需要和科学技术水平的提高,TBM在修建地铁、轨道交通等地下工程建设中得到了广泛应用,我国政府相关部门和施工企业高度重视TBM在地下空间工程施工的应用。TBM不仅在比较均匀、单一的地层中得到应用,而且在复合地层中也得到应用。盘形滚刀作为TBM在掘进过程中破岩的主要工具,其破碎效率直接影响了TBM掘进的效率和成本。目前,有关复合地层中TBM滚刀磨损研究尚处于探索阶段。因此,在广泛阅读和钻研国内外有关TBM刀具的破岩机理及磨损原因相关文献的基础上,进而建立了复合地层中TBM滚刀磨损预测模型。论文主要研究内容有：(1)分析滚刀作用下的岩石破碎机理、滚刀磨损产生过程、滚刀磨损的原因与影响因素：研究滚刀力学性质、滚刀磨损机理、滚刀磨损产生过程及滚刀常见的磨损形式,为滚刀磨损预测模型的建立提供理论基础。(2)在ANSYS Workbench软件中建立盘形滚刀破岩过程有限元分析模型,对其进行了疲劳仿真分析与模态分析,验证了所设计的刀具在不同的工况下的性能需求。(3)介绍了CSM性能预测模型和能量法预测模型,结合CSM性能预测模型和能量法的优点建立复合地层中TBM比能预测模型,并在此基础上对复合地层TBM比能预测进行了研究。结合秦岭隧道工程实例,对TBM滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,验证了模型的有效性。(4)由复合地层中TBM比能预测模型推导出复合地层中TBM滚刀磨损预测模型,利用已有的TBM施工数据对提出的模型进行验证,预测结果与实际相符合,准确地判断刀具磨损状况。