随着城市化进程的加快,地球上人类聚居的城市正在变得越来越拥挤,土地资源日趋紧张,越来越多的城市正在加快地下空间开发的步伐。在我国,地铁、地下公路、地下商业综合体及综合管廊等重要的城市大规模地下基础设施工程正在经历或者即将迈入建设高峰。新工法支撑的新型结构形式,以及采用新技术对传统工法实施创新升级,成为正在铺开的“新基建”的大势所趋。盾构法因其快速、经济、环保、自动化程度高等优点,近二十多年已经成为我国隧道与地下工程建设的最重要工法之一。然而,盾构机在地下掘进时会遭遇各类地层,特别是在并不鲜见的高磨蚀性砂性复合地层中,因其软硬不均、磨损阻力大等特性,盾构掘进刀具磨损极为迅速,且在刀盘上的磨损分布并不均衡。刀具若磨损更换不及时,会导致周围刀具超载负荷加速磨损,盾构掘进效率降低,甚至不得不停工。刀具的磨损状态如何快速准确评估,以及换刀时机如何科学高效决策,目前已经成为盾构掘进控制中的一个难题,在现在越来越多的14米直径以上的超大直径盾构施工中,尤其如此。目前,能够实现盾构刀具磨损快速精准评估的方法与技术,还很欠缺,并且磨损刀具的存在对其他服役刀具的影响规律仍有待进一步研究,鉴于此,本文基于对在役刀具的三维数字化重建和离散元数值分析方法对磨损刀具对其他服役刀具的影响进行了初步的量化研究,主要研究成果包括:（1）利用微软Kinect深度相机及其解析算法,围绕某盾构隧道工程现场获取的盾构磨损刀样本,对盾构磨损刀具实施了快速的三维数字化模型重建,获得了盾构刀具点云模型,通过与该刀型新刀设计数字化模型的比对,实现了盾构刀具磨损的全表面量化评估。结果显示,盾构掘进的刀具磨损,在单一刀具表面,不同区域差异较大,就磨损量来说,仅有小部分区域磨损量较大,大部分区域的磨损不到10mm。（2）基于3DMax、EDEM等商业建模与数值分析软件的组合使用,首先,建立了盾构施工中含在役掘进刀具的刀盘3D数字模型;其次,针对砂性地层高磨蚀的工程特性与散体材料特性,采用了离散元法,建立了砂性地层中的考虑刀盘刀具与砂性土介质相互作用的盾构掘进离散元数值仿真模型,初步模拟了盾构机掘进施工中刀具在切削磨蚀性砂性土时的磨损过程,首次实现了在数值模型中对既有磨损刀具与新刀任意混编工况的离散元模拟。（3）离散元数值模拟结果显示,盾构在散体材料介质中,尤其是在高石英矿物含量的砂性地层中,在同等约束条件下,磨损刀具的存在,会导致盾构刀盘上其它在役刀具在相同时间段内的磨损增加,且相同刀盘径距的刀具,其磨损增幅会大于不同径距刀具磨损增幅。随着刀盘上磨损刀具数量的增多,其它在役刀具磨损增加的边际效应有递减趋势。但总体来说,磨损刀的存在,虽然会一定程度上增加其它在役刀具的磨损量,但是增加的幅度并不显著。此外,除了加速其它在役刀具的磨损,磨损刀的存在也会较大幅度增加盾构掘进所需的能量。数值模拟的结果,通过与理论磨损公式的对比,验证了离散元法在模拟此类砂性地层中盾构掘进问题的有效性。