通过搭建盾构模型试验平台，进行刀具切削试验，研究砂卵石地层与刀具切削相关物理力学特性，提出了砂卵石地层盾构刀具切削机理和切削模式，并命名为犁松原理，为类似地层合理配置刀具提供了理论依据；并依托实际工程进行了现场盾构刀具磨损动态监测，研发了超声波动态监测盾构刀具磨损装置，基于监测数据建立了盾构掘进参数与刀具磨损的相关数学模型。基于颗粒流理论，建立了盾构刀具切削砂卵石地层细管力学模型，研究了不同刀间距、贯入度、地层条件切削效率问题，根据刀具间土体颗粒接触力的变化，总结归纳出了三种典型的土体耕松模式，三种耕松模式可根据切深和间距不同相互转化, 耕松土体面积也因耕松模式的变化而改变，并提出了耕松效率的概念, 结合相关参数的比较, 选择出了最优刀间距。结合北京地区砂卵石地层实际工程刀具磨损观测数据，总结了砂卵石地层刀具磨损规律，并从刀具配置和渣土改良两个方面提出了耐磨减磨措施，为盾构施工提供了指导。
