项目所属科学技术领域：地下隧道工程施工；针对硬岩隧道掘进机（Hard Rock Tunnel Boring Machine，简记为TBM）施工中出现的盘形滚刀寿命低、磨损不均匀、磨损量难以预测和施工过程刀盘振动大、刀盘联接块螺栓断裂等一直困扰TBM应用的国际难题，项目组通过盘形滚刀圆形滚压破碎岩石的试（实）验和深入的现场研究，提出并建立了TBM盘形滚刀适应性设计理论、盘形滚刀磨损量（寿命）预测理论和TBM刀盘刚度强化理论并做出了如下创新性工作：1.发现了提高破岩盘形滚刀寿命的方法。项目组通过TBM盘形滚刀圆形滚压破碎岩石的试（实）验及其相互作用机理的揭示，发明了盘形滚刀刃宽和刃角的确定方法、刀盘支撑半径及刀具数量的确定方法和刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法；2.发现了预测盘形滚刀寿命的方法。项目组通过揭示盘形滚刀正刀（包括中心滚刀）和边刀（包括过渡盘形滚刀）破岩过程中的磨损机理，发明了用寿命系数和径向磨损系数对盘形滚刀磨损量（寿命）进行预测的方法；3.发现了降低硬岩隧道掘进机刀盘振动的方法。项目组通过揭示硬岩隧道掘进机掘进过程中刀盘的形变机理，发明了通过改变刀盘厚度和支撑半径、给刀盘以预变形等降低全断面岩石掘进机施工过程中刀盘的形变量及其振动的方法。 经济效益项目成果经武汉江钻恒立工程钻具股份有限公司、山西捷顺通隧道技术咨询有限公司推广应用，近三年累计经济效益分别达14536.47万元和31560.15万元。性能指标通过HJ隧道工程施工三标项目应用发现：盘形滚刀寿命整体提高215.6%以上；TBM利用率提高到原来的45.34%以上。项目成果的应用，使TBM驾驶室处的振动振幅总体降低62%以上，频率整体降低71%。项目获国家发明专利授权12项；软件著作权2项；发表学术论文20余篇，其中SCI论文5篇，EI论文4篇；出版领域教材1部；培养博硕士研究生16名。经教育部科技查新工作站查新显示：项目成果“在检索的国内外文献范围内未见报道。”经以工程院王浩院士为主任委员组成的鉴定专家委员会鉴定，“项目成果整体处于国际领先水平。”推动科学进步项目成果，使凭经验设计盘形滚刀的理念上升到了研究盘形滚刀与其作业对象的实际三维相互作用，也使对盘形滚刀寿命和消耗量的工程统计的宏观研究上升到了微观层次；认识到了刀盘支撑载荷与盘形滚刀破岩载荷相平衡而不对称产生的刀盘形变沿径向的不均匀性。因此，项目成果不仅跨越了以盘形滚刀线性滚压破碎岩石的试验为基础的TBM二维设计理论，更考虑到了TBM实际应用过程刀具的磨损效应，使TBM设计理论的研究进一步上升到了四维设计的理念；总之，项目成果提出的三大发现和相应发明为物联网和大数据等学科在TBM领域的应用注入了新动能；因此，项目研究方法、研究方案和相应成果不仅极大推进了TBM设计理论和应用技术的发展，并将继续推进和引领这一领域的发展和发展方向。