我国是地下施工最多，全断面隧道掘进装备需求量最大和发展速度最快的国家。由于引进装备不适应我国复杂多变的地质情况，导致可靠性差，严重影响施工效率与效益，因此亟需发展相关设计技术并自主研制。掘进装备的关键核心部件是刀盘，缺少地质适应性好与可靠性高的刀盘设计技术是困扰掘进装备自主研制的瓶颈问题。项目组围绕国家重大隧道工程需求，攻克了刀盘地质适应性与高可靠性设计关键技术，促进了我国掘进装备自主设计能力跨越式发展。

    该项目技术发明一为提出了广谱地质适应性掘进载荷建模新理论。创建了掘进装备总载荷预测模型，突破了现有建模理论仅适用于单一地质的局限性，降低了总载荷预测误差，为刀盘地质适应性与高可靠性设计提供了载荷条件；本项目技术创新二为发明了软土类刀盘地质适应性设计新技术。建立了掘进装备刀盘高精度参数化建模新方法，实现了复杂地质条件下掘进过程全物理仿真及刀盘结构强度优化设计，突破了刀盘轻量化设计关键技术，降低了设计制造成本；本项目技术创新三为发明了硬岩类刀盘高可靠性设计新技术。提出了随机动态载荷作用下刀盘强度设计方法，突破了冲击动载作用下硬岩刀盘高可靠性设计关键技术，提高了刀盘连续安全掘进公里数。项目研究成果已获授权国家发明专利14项、获批软件著作权4项，在本领域国际权威期刊 Tunneling and Underground Space Technology 等发表学术论文21篇。

    该成果已应用于我国具有自主知识产权的首台复合盾构刀盘设计和首台敞开式TBM刀盘设计，并在我国掘进装备制造龙头企业铁建重工及中铁装备产业化应用。应用本项目技术，指导了百余台盾构及TBM的设计制造，大幅降低了制造成本，国内掘进装备售价比项目实施前降低了40%左右。提高了我国掘进装备制造企业的市场竞争能力，目前国产掘进装备市场占有率已达到90%，经济效益与社会效益显著。