随着经济的快速发展,铁路、地铁及水利等地下工程逐渐增多,对盾构机的需求量越来越大。在硬质岩层施工盾构机主要靠安装在刀盘上的滚刀切割岩石来进行掘进。在掘进过程中,滚刀按照一定规律布置在刀盘上,滚刀切割岩石,刀盘承受岩石反作用力,滚刀不可避免的会受到冲击和磨损。在出现岩石破碎效果不佳而不能及时调整时,滚刀与刀盘产生应力集中,磨损加速,不仅会影响工程质量也会拖延工期。因此如何准确了解滚刀破岩过程和刀盘整体受力特性,对盾构施工的顺利进行有着重大意义。本文为提高滚刀极限载荷,设计出一种新型重型滚刀,以滑动轴承代替滚动轴承,通过计算验证了方法的可行性,极大提高了滚刀轴向和径向承载能力。根据实际要求,对新型重型滚刀进行参数校核,结果符合设计要求。利用显性动力学软件LS-DYNA模拟了滚刀在不同刀间距下切割岩石的动态过程,结果与实际破岩过程相符;通过对比不同刀间距下的破岩效果与滚刀受力特性,结合实例求出最适刀间距。结合滚刀在某型盾构机刀盘上的布置,通过MATLAB软件编程完成了滚刀的布置位置连线图,验证了滚刀的螺旋线法则布置规律,并对刀具布置进行了优化,优化结果明显。完成了刀盘的整体建模,利用ANSYS/Workbench软件完成了刀盘的模态分析,并在不同工况下对刀盘进行应力与应变分析,得出刀盘应力集中点与应变较大处。