TBM具有高效、快速、安全、环保、优质等诸多优点,在近年的隧道建设中被广泛的推广应用。与其工程实践相比,TBM理论研究工作相对滞后,尤其是TBM滚刀的破岩力学行为及其与滚刀相互作用力学关系、刀盘破岩的影响因素及地层适应性、不同围岩TBM的快速掘进参数等技术问题尚不能形成统一的认识和了解。论文以尼泊尔引水隧道为工程依托,结合“引水(小断面)特长隧道双护盾TBM快速掘进施工关键技术研究”课题,以滚刀的破岩力、滚刀相互作用关系、刀盘破岩影响因素、TBM的地层适应性等方面为研究对象,采用“资料调研、室内试验、理论分析、数值模拟、现场数据分析”五位一体的方法,开展滚刀的破岩力学行为研究、滚刀相互作用关系分析、刀盘破岩的影响因素分析研究、TBM的地层适应性及快速掘进参数优化等研究。研究主要内容有以下几点:(1)确立TBM设备选型的原则,对比分析单、双护盾TBM的差异及优缺点,结合该工程条件确立双护盾TBM的施工方案。对不同机型的TBM设备组件进行系统的对比分析,确立罗宾斯双护盾TBM掘进机为该工程的优选机型。(2)基于三维颗粒离散元法,结合室内力学实验,对西瓦利克不同地段的泥岩、砂岩进行了颗粒流标定试验,建立了宏观力学参数与颗粒流细观参数之间的联系。对刀盘不同位置滚刀破岩力学行为进行了分析研究,并对比预测模型和现场掘进参数验证了离散元法计算的可行性,同时对滚刀的相互作用关系进行研究。(3)分别从贯入度、滚刀转速和岩石强度三种影响因素,对TBM刀盘破岩力进行深入研究,并建立正交试验设计法对三种因素显著性进行分析探讨。结合TBM施工现场掘进参数,对掘进参数进行统计分析,分析不同地层的合理掘进参数和掘进参数的相关性,以探明TBM掘进的地层适应性。(4)建立快速掘进参数求解方法,结合现场掘进参数和颗粒离散元法对西瓦利克不同围岩条件下的掘进参数进行优化研究,得到Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩下的最优快速掘进参数。