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本文选择非开挖技术中的重要设备—顶管机为研究对象，针对土压平衡顶管机的结构设计作为本文的研究重点。
土压平衡顶管施工是一种由泥水平衡顶管施工演化而来的新型施工技术，所谓的土压平衡实质上是指两个方面的平衡:一个是顶管机在项进过程中所处的土层的土压力和地下水压力处于平衡状态;另外一个是其刀盘切削下来的泥土的量和输送出去的排土量处于一种平衡状态。
本文土压平衡项管机结构设计及其关键技术研究包括:顶进系统的结构设计及静力仿真分析，刀盘系统的结构设计及关键部位的仿真分析及优化改进、驱动系统的结构设计，螺旋输送机结构设计，项管机液压系统设计。顶进系统部分是整个顶管施工过程的主要前进动力来源，因此涉及到顶推力的预算以及项进部分的结构强度分析。本文通过摩擦特性的实验测定验证钢筋混凝土管道在不同的润滑剂条件下的摩擦系数，由此推算顶推力的大小，再由该顶推力的大小选择合适的顶推油缸数量、泵站大小及顶进部分的结构设计。在长距离顶管中，中继间是必不可少项进工具，因此本文还针对长距离顶进顶推力不足的问题，设计了中继间，对中继间做了合适的结构设计和密封设计，使其能够在长距离顶管中发挥更大的作用。
刀盘系统是整个顶管施工过程的切削部分，主要包括切削刀盘和驱动系统。刀盘上装有各种刀具，刀具的主要作用是切割土体，使切削下来的土壤能顺利进入储土仓。驱动系统主要作用是提供刀盘转动切削的动力来源。由于刀盘在切削时的受力复杂，刀盘结构也比较复杂，对各部分一一分析不太现实，所以主要对刀盘的关键部分进行强度分析:选取传力环作为对象对刀盘的结构强度分析，通过传力环的结构强度来决定选择的结构强度是否满足掘进的要求。为了提高刀具的切削效率和刀具的寿命，当刀盘切削土壤的时候，通过泡沫系统对渣土进行改良，泡沫系统的润滑部位包括:刀盘部分、储土仓和螺旋输送机。
顶管机的螺旋输送机主要作用是排土，通过马达带动的驱动装置，将储土仓内的渣土输送到排土车内，通过控制检测螺旋输送机的压力来实现储土仓与螺旋输送机内的土压平衡。
顶管机液压系统包括刀盘驱动液压系统、顶管机顶进液压系统、螺旋输送机液压系统。顶管机在纠偏油缸的带动下可以实现一定角度的转动，来调节顶进的方向和实现项进的纠偏。在顶进系统、刀盘的驱动系统、纠偏系统的作用下分别实现顶管机在土壤中的前进、旋转切削、顶进方向的调整等功能，各部分协调动作完成顶管施工。