全断面岩石掘进机（TBM）是一种专门用于开挖岩石隧道与地下通道工程的大型高科技施工装备。在硬岩TBM掘进过程中，刀具磨损消耗一直是困扰施工效率的瓶颈问题之一。本论文以硬岩TBM的滚刀为对象，围绕着刀具磨损状态检测理论与预估方法展开研究。在研究中从装备载荷与能耗信息分析入手，建立这些信息与刀具摩擦和磨损的关联，进而从载荷与能耗信息的响应变化中对刀具磨损状态进行识别与提取，以此建立刀具磨损的分析方法与刀具磨损状态实时预估模型，并结合工程采集的掘进数据，对上述模型适用性进行了比较和验证。本论文对常截面（CCS）盘形滚刀进行受力分析，通过力学分析和有限元数值模拟研究了刀具与岩体接触曲面弧长上的载荷分布，提出了在接触曲面弧长上分布载荷的近似抛物线分布模型，通过相关试验研究结果和实际工程中的载荷数据，验证了这一载荷分布模型的有效性。通过分析掘进参数与刀具几何构形参数间的关联，建立了检测刀具磨损的分析方法。在建立刀具载荷分布模型的基础上，本论文进一步分析了硬岩TBM掘进参数与岩体参数和刀具几何构形之间的相互关系。通过对比能的研究，结合上述研究结果，提出了预估刀具磨损的掘进比能公式，建立了预估刀具磨损量的能量方法。并通过土耳其Kozyatagi-Kadikoy（Ko-Ka）地铁隧道和秦岭隧道对这一方法的有效性进行了验证。本论文从装备能耗及其变化信息分析出发，进一步研究了TBM掘进过程中摩擦功对扭矩功和推力功的影响，讨论了扭矩功与推力功之间存在相互关系，从能耗信息的响应变化中对刀具磨损状态进行提取，建立了刀具状态方程，提出了掘进能耗的上下限判据。根据盘形滚刀失效表面的宏观分析、扫描电镜分析及表层金相分析结果，考虑刀具表面接触疲劳磨损等主要因素，分析了摩擦功与摩擦体积的关系，建立了适于工程应用的磨损换刀模型。结合引洮工程9#隧洞硬岩阶段的掘进数据与相应的换刀记录，验证了这一磨损换刀模型的有效性。