针对超大异形全断面开挖、异形多曲率管片拼装等难题进行了深入研究，在超大异形全断面开挖技术、紧凑型刀盘驱动设计与多驱动联合控制技术、异形断面多曲率管片拼装机可靠性技术等十大方面实现突破，研发出新型多刀盘多驱动联合开挖技术、双螺旋耦动互馈与顶推载荷顺应性的土压自适应平衡技术，构建了管片拼装位姿的多体动力学模型，首创了7自由度管片拼装机构，成功研制出世界首创超大（10m级）异形全断面隧道掘进机，填补了国内开挖异形断面规格大于70m2的空白。

获2018年度国家科学技术进步二等奖；获发明专利6项、实用新型专利6项、软件著作权2项。该成果成功应用于郑州中州大道、新加坡汤申线、蒙华铁路白城隧道等十余工程，并在既有民居、商场等建筑群体地下联通作业项目中得到推广，为城市主干道下穿隧道、地铁站过街隧道、地下停车场、综合管廊、城市地铁双线隧道等市政、交通建设起到引领示范作用。