随着城市地铁建设的发展,国内已开始着手设计和研发国产盾构机。盾构刀盘是盾构机设计和制造的关键部件。与地质参数相关的刀盘选型以及刀盘的设计准则是刀盘设计的基本问题。刀盘所受载荷是刀盘结构设计及其性能分析的基本依据。因此,为了更好的研究盾构刀盘的设计准则及进行性能分析,本文开展了盾构刀盘选型、载荷分析和设计准则方面的研究。本文的主要研究内容如下:(1)通过对刀盘的功能与失效形式、刀盘的型式以及刀盘结构的分析,提出了刀盘的设计基本准则,给出了刀盘的强度、刚度和效率的计算公式,为刀盘的性能评价奠定了基础。(2)分析了地质参数在盾构施工中的重要作用,建立了颗粒级配、抗压强度、渗透系数、地层水压、N值等地质参数与盾构工法选择、刀盘型式选择和刀盘结构选择方面的对应关系,并把地质参数对刀盘的影响进行了量化分析。(3)通过对刀盘推力和扭矩构成要素的系统分析,建立了刀盘扭矩计算模型。提出了刀盘扭矩的新增要素,即刀盘背面渣土的摩擦阻力矩和刀盘的搅拌力矩,并对各扭矩分量计算公式进行了推导。(4)针对不同的地质情况建立了不同的载荷计算模型,即软弱地质、复合地质和岩石地质的载荷分析模型。该计算模型为盾构机刀盘的参数选择和正确选型提供了一定的理论依据。(5)基于盾构工程实际和现场测量数据,建立了适用于该地质的刀盘结构以及对应的刀盘载荷计算模型并进行了实例计算。运用建立的刀盘的设计基本准则对刀盘的强度、刚度、效率等性能进行了评价,分析了面板式刀盘和辐条式刀盘在该地质状况的适应性,为盾构刀盘的设计和刀盘之间的性能对比提供了参考。