在分析土壤物理力学及其相关特性的基础上,结合顶管施工工艺,论述了土壤物理性质对顶管施工的影响;以全断面顶管掘进系统结构分析为基础,对掘进刀盘的转矩、功耗、生产率等技术、性能参数进行分析、计算,建立了掘进系统的转矩、功耗和生产率的数学分析模型;借助计算机分析软件,对建立的数学分析模型进行计算机仿真,分析了阿基米德螺线转角、阿基米德螺旋面转角、刀盘顶角等刀盘结构参数以及刀盘转速等工艺参数对转矩、功耗、生产率的影响,并得到了相应的特性参数关系曲线;以掘进刀盘最小功耗及顶管作业最大生产率为目标函数,利用计算机分析软件,对掘进刀盘结构参数进行优化分析,得到了参数优化的全断面掘进式顶管施工掘进刀盘结构。理论计算及计算机仿真、优化分析结果,为全断面掘进式顶管施工和掘进刀盘设计提供了一定的理论参考。