盾构刀盘是盾构机完成掘进功能的主要载体,是决定隧道施工质量的关键部件。选择设计出与开挖地层相适应的盾构刀盘就成为了盾构机设计的关键。盾构刀盘的地质适应性设计是一个多输入多输出的复杂过程,涉及的参数不仅包括刀盘系统参数、地质参数,还包括盾构施工参数,怎么将这些相关参数联系起来完成刀盘的设计流程是关键。因此,本文开展了盾构地质适应性刀盘设计方法与流程方面的研究。本文的主要研究内容如下。(1)通过对盾构刀盘功能和施工问题的分析研究,确立了刀盘设计的功能用户需求;以功能需求为中心,通过分析地质参数、施工参数与刀盘系统结构分别和功能需求的影响关系,建立了从地质参数到刀盘结构参数的映射关系。为刀盘的地质适应性设计提供了基础依据。(2)通过对相关文献及工程实例数据的研究,总结了刀盘设计的经验规则,为盾构刀盘的设计提供了重要的方法与依据,通过实例验证设计规则的有效性与实用性。(3)核心内容是建立了基于BP神经网络的刀盘开口率预测模型,由于盾构刀盘设计过程的复杂性、非确定性和非线性,所以本文将神经网络方法运用到刀盘设计中,通过实例验证了预测模型的准确性与可行性。(4)建立了基于AHP(层次分析法)的CBR(基于实例推理)刀盘设计模型,利用层次分析法对刀盘设计相关影响参数进行了权重计算,克服了计算参数权重过程中利用经验的困难,通过实例验证了模型的准确性与实用性。(5)通过对机械产品设计流程及刀盘设计方法的研究,建立了基于正、逆向工程相结合的地质适应性刀盘设计流程,通过实例验证了流程的实用性。(6)对刀盘设计方案进行了参数化建模,并把三维模型导入ansys分析软件中进行了刀盘结构强度的分析,为刀盘的数字化设计和数字化设计平台的构建提供了基础。