全断面隧道掘进机刀盘设计理论及应用，项目属机械学科领域。全断面隧道掘进机是全断面岩石掘进机和盾构的总称，施工中振动大、能耗高、利用率低等一直是全断面隧道掘进机应用中存在的实际难题。为此，项目组以国家自然科学基金为依托，历时5年，经过深入的理论分析、数字模拟试验和实际工程应用检验的研究思路，发现了全断面隧道掘进机盘形滚刀与岩石相互作用的三维机理、施工中刀盘振动成因及利用率低的主要影响因素，从而提出并作出了以下创新性贡献。
成果介绍
1、提出并建立了刀具节能设计理论及应用技术，突破了上世纪80年代建立的刀具二维设计理论及应用技术，有效提高了刀具使用寿命、减小了刀具更换次数；
2、在领域内首次提出并建立了刀具平衡布置理论、刀盘支撑刚度理论和相应实施技术，有效解决了大直径全断面隧道掘进机施工中刀盘翘曲现象的发生；
3、提出并建立的刀具寿命系数预测刀具寿命的理论及实施技术，突破了传统经验模型，极大提高了刀具寿命预测的准确性。上述理论的提出和建立有效发展了全断面隧道掘进机设计理论和应用技术，为全断面岩石掘进机节能设计理论的建立及其施工三班倒作业制度的终结，使其施工真正实现节能、高效、作业人员环境友好及完全实现连续掘进奠定了理论和技术基础。
奖种、等级：河北省科学技术进步奖一等奖（2015年度）
项目主要完成人：
张照煌、孟亮、孙飞、叶定海
完成单位：
华北电力大学、水利部科技推广中心、北京建筑大学
项目实施过程中发表论文近20篇，其中SCI论文4篇、EI论文15篇，获国家发明专利授权5项、实用新型专利授权4项、软件著作权1项。项目成果不但具有极大的科学意义和价值，而且还产生了良好的经济效益和社会利益。
