随着地下空间的开发利用,全断面隧道掘进机(TBM)已经逐渐走进中国市场,并占有一席之地。TBM是一种对隧道进行全断面施工的机电一体化的高端装备,近几年国内的交通环境和市政建设都发生了很大变化,使TBM得到了广泛的应用。我国地广物博,岩土种类繁多、地质复杂多变,这对掘进机的寿命、磨损程度、承载载荷等因素都提出了更高的要求。而在实际作业中,施工效率直接与经济效益紧密联系,是施工单位最为看重的一项指标。大量的研究分析与实践检验表明,滚刀刀盘是影响TBM掘进效率关键的因素,所以通常把优化滚刀布局作为提高效率的核心任务之一。在实际作业中,刀具系统若发生失效,将直接对作业时间产生较大影响,不仅降低了掘进效率,而且提高了作业成本。因此,刀具如何布置、贯入度如何选择等,是影响刀具系统性能及稳定性的关键因素。本文通过阅读国内外文献,并掌握国内外研究现状基础上,深入分析了盾构机的发展现状和实际应用,并结合实验研究,运用有限元软件对双滚刀切割岩石的过程进行仿真模拟。本论文主要研究工作如下:(1)主要针对掘进工程中岩石对盘形滚刀的磨损进行了仿真模拟分析,通过分析滚刀结构等因素找出最佳刀圈刀刃的角度,研究优化滚刀结构与较少滚刀磨损量之间的关系,从而找到优化滚刀设计结构方法及依据。(2)运用有限元ANSYS软件仿真模拟双滚刀滚切砂岩过程,观察岩石破碎情况并分析其受力。同时,通过改变滚刀刀间距、贯入度等施工条件,找出贯入度与刀间距最佳对应关系。此项研究结果对优化滚刀布局、提高破岩效率具有重要意义。(3)对新型双滚刀岩石综合试验台切割花岗岩过程进行模拟,分析试验台关键部件的应力、应变分布情况,并分析试验台在各阶模态下的振动情况。利用实际生产出来的样机,进行实际滚切实验验证,分析刀具受力、振动及支撑框架的振动情况及中阶振型对试验台的影响。通过分析结果,仔细研究滚刀的破岩机理、结构特点等,对滚刀的特性有了更加深入的了解,为研究掘进机奠定了坚实基础。