近年来复合式土压平衡盾构机在我国的应用越来越广,已成为岩土复合地质下隧道施工的重要技术手段,它较传统的人工挖掘和爆破具有高效、安全、稳定的特点。刀盘作为盾构机最前端唯一与岩土作用的部件,承担着切削岩土和排除碴土的作用,其整体结构设计的合理性是决定整个盾构掘进是否顺利的关键。本文针对刀盘在实际施工时出现的刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀盘开口模式和刀群切削效果角度对刀盘整体结构的合理性进行研究,同时开发出刀盘装配体模型自动生成系统,最后通过具体工程施工的刀盘进行了开口结构优化设计,验证了论文研究方法的可行性。论文研究内容涉及以下方面：(1)基于流动性分析的刀盘开口方式研究：通过对大量国内外刀盘开口模式的总结,提取刀盘典型拓扑结构,建立不同开口方式的刀盘模型,针对等开口率和变开口率情况,运用CFD方法对碴土流动性进行分析,建立盾构系统压力传递与刀盘开口的关系,为不同地质下刀盘的开口方式设计奠定基础。(2)基于刀具动态切削的刀群布置研究：针对多种地质条件,开展对切刀群和滚刀群的动态切削模拟,从切刀切削重叠量、装配内倾角和切刀布置方式等方面对比切刀群的切削效果；研究滚刀在软土地质下的切削能力,对比滚刀和切刀不同装配高度差在多种地质工况下的切削效果,为复合式土压平衡(Earth pressure Blance)盾构刀盘上刀具的合理布置提供设计依据。(3)刀盘模型的系统开发：针对工程上最常见的两种刀盘结构：四辐条四辐板和六辐条六辐板刀盘,对刀盘盘体结构、滚刀群装配和切刀群装配进行参数开发,设计人工智能界面、建立后台数据库,最后进行自动干涉程序编写,实现了刀盘三维模型及其参数同时输出的功能。(4)根据本文研究方法对南京地铁工程所用刀盘进行优化,包括设置切刀装配内倾角、改变刀具组合的高度差,重新设计刀盘开口方式,优化刀盘在碴土流动性和切削效果方面都优于原始刀盘。通过对刀盘开口模式和刀群组合布置设计的研究,可为刀盘设计过程提供依据,同时为具体工程施工刀盘优化奠定基础。