近年来随着我国经济的快速发展、地下空间工程建设的迫切需要和科学技术水平的提高,使得基础工程建设与日俱增,在铁路隧道、市政管线、引水灌溉、西气东输等隧道工程的施工中隧道掘进机得到广泛使用,其设计制造国产化,尤其是隧道掘进机刀盘刀具设计生产国产化日益突出。盘形滚刀作为硬岩隧道掘进机破岩的主要刀具,其破岩效率和承载载荷直接影响了地下工程施工的进度和成本。通过查阅大量国内外文献,在深入分析了盘形滚刀与岩石相互作用机理的基础上,进一步分析了影响盘形滚刀设计的关键因素,得出贯入度是最重要的影响因素。基于此对硬岩隧道掘进机盘形滚刀贯入度与结构参数优化设计进行了相关研究,论文主要研究工作如下：(1)采用ABAQUS软件建立了双刀顺次切削有限元模型,进行数值模拟,对切削现象进行了分析,计算刀具切削比能耗并进行曲线拟合,根据比能耗最小原则确定滚刀最优贯入度,并通过切削实验和工程应用验证了该数值仿真方法的准确性和可行性。(2)采用遗传优化设计理论,以盘形滚刀破岩过程中轴承受力最小为目标函数对盘形滚刀的关键几何结构参数进行了优化；以甘肃引洮一期工程T9隧道用TBM盘形滚刀和施工地质条件为例,得到了针对特定刀盘和岩石材料的滚刀刃形最优几何结构参数值,验证了该滚刀结构参数优化模型和遗传算法求解该模型的可行性和有效性,为实际的TBM掘进施工工具设计提供了依据。(3)通过理论研究分析确定了滚刀刀刃高度,并得出了刀圈其它结构参数,确定了刀圈形状；在理论初步确定盘形滚刀过盈量的基础上,采用数值方法进行了精确模拟,分析了刀圈刀毂过盈量、刀毂轴承外圈过盈量和刀圈厚度三个单因素对滚刀装配体各部件强度的影响规律；并设计了正交试验,采用模糊方法研究了三因素交互作用下对装配体整体强度的影响规律,得到了各因素对综合性能的影响程度大小和考虑各因素交互作用时对综合性能的影响显著程度。