随着国家经济的快速发展,基础工程建设需求的不断增加,盾构机在地下轨道交通、市政管线、引水灌溉、西气东输等工程建设中得到了广泛使用。刀盘刀具是盾构机的关键部件,其主要作用是支护掘进界面,破碎剥离岩土,实现碴土过流。刀盘上合理的刀具布置是盾构实现高效稳定掘进的基本保证。本文在查阅了大量文献的基础上,结合工程实践,将盾构刀具组合参数分析、刀具组合布置规律、地层识别技术作为拟解决的关键问题,进行了以下研究工作：(1)分析了刀具切削岩土破岩机理,通过对土壤侧部失效区的研究,建立了不同组合方式下切刀组合切削土壤的受力预测模型,得到了较优的切刀组合方式。(2)对切刀与切刀组合、切刀与先行刀组合和切刀与滚刀组合的切削特点及破岩机理进行深入的分析,利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟,对组合参数进行了深入探讨,搭建了回转式刀具切削性能测试试验台,借助该试验台对刀具组合切削参数进行了验证。(3)对复合地层下土压平衡盾构刀盘刀具组合布置规律进行了研究。基于刀盘受力平衡和刀具磨损的等寿命原则对切刀和先行刀进行组合布置,采用分层布置的方法对切刀与滚刀进行组合布置。最后均结合实际施工标段的工程需求,设计了具有地质适应性的刀盘。(4)提出了基于掘进参数的地层识别技术。以某掘进标段盾构掘进实践为背景,运用神经网络,对盾构掘进过程中地层识别的方法进行了研究,并完成对该段掘进工程的地层识别。