砂卵石地层土压平衡盾构长距离掘进是国内外罕见的难题。在这种地层施工，盾构刀具磨耗严重，容易破损、脱落。掘进中一旦出现这类情况，将导致刀盘扭矩上升，盾构推进困难，甚至无法施工，被迫开舱换刀。这很易引起开挖面坍塌，给整个工程的工期、造价带来严重的影响，甚至威胁人的生命。因此，研究如何减少砂卵石地层刀具磨损，探明砂卵石地层不换刀可能掘进的最长距离很有意义。 刀具与围岩的作用实际上属于土壤-机械系统的相互作用。本文在详细调研国内外相关理论研究成果和工程实例的基础上，以北京地铁五号线18标和四号线14标为工程背景，利用现场试验、理论分析及室内试验等手段从机械与土壤两方面入手，对北京砂卵石地层土压平衡盾构掘进刀具磨损的问题进行了研究，取得了下列研究成果： (1)系统分析了各种刀具的工作原理，及其磨损原因和影响因素。研究了刀盘、刀具形式及刀具的排列布置与各种土层的适用关系。在此基础上得出了砂卵石地层土压平衡盾构应选择的刀盘形式，刀具布置方式，及刀具的几何参数。 (2)通过地勘资料和多组颗粒分析试验对北京砂卵石地层的性质进行了分析研究，研制出了一种高效环保的泡沫泥浆混合添加剂，施工实践证明它能有效改良砂卵石地层的流塑性，降低刀盘扭矩，大大减少刀具磨损。 (3)对大量的现场监测数据进行了统计回归分析，得出了北京砂卵石地层的刀具磨损系数，并结合施工实践，得出土压平衡盾构在采用合理的刀盘形式、刀具配置及添加剂的基础上，长距离掘进2000m左右不换刀是完全可能的。 (4)基于大量的实测数据，运用回归分析方法和理论分析，总结出了砂卵石地层土压平衡盾构刀具磨损的一系列特征。 (5)设计了盾构模型机，并依据相似理论原理推导出了土壤-机械系统的相似系数；介绍了模型土的配置、并设计出了试验程序，为后续研究做了充足的准备。