全断面岩石掘进机在隧道建设、采煤采矿等工程中广泛使用。随着我国大规模基础设施建设,硬岩掘进机国产化进程也越来越快,但是由于技术封锁等原因,在此方面可见的技术成果非常有限,因此,建立我国自主的硬岩掘进机相关设计理论体系显得越来越重要。本文在国内外相关研究的基础上,开展了针对TBM刀盘的设计与评价研究,主要包括了以下几个方面的内容:为研究刀盘设计过程中刀盘载荷与地质参数、掘进参数之间复杂的耦合作用关系,基于CSM(Colorado School of Mines)模型的滚刀受力载荷模型,建立了新的滚刀受力载荷模型。以此模型为基础,研究了滚刀尺寸参数,地质参数,掘进参数(贯入度)对滚刀受力的影响。通过建立了整体的刀盘受力载荷模型,研究了滚刀在刀盘上载荷分布情况、刀盘上不同区域滚刀破岩比能情况。通过比能和场掘进指数两组指标,确定了掘进参数对掘进效率的影响,即在额定功率允许的条件下,大贯入度掘进有利于提高破岩效率。在滚刀受力的基础上,推导了刀盘总推力和总转矩的计算公式,计算了刀盘在不同地质条件下刀盘的推力和转矩的波动范围,建立了刀盘的可掘进性模型。推导了刀盘偏心距的计算公式,建立了刀盘的载荷均衡性模型。推导了刀盘在分层地质条件下刀盘破岩时的推力转矩波动模型,建立刀盘的动载稳定性评价模型,并研究了米字型刀盘和螺旋形刀盘在某种地质下的推力波动情况。以秦岭隧道TB880E刀盘为例,根据第二章建立的刀盘受力预测模型,计算了秦岭特定地质条件下刀盘受力情况,并与现场记录的掘进数据及状态对比,验证模型的可靠性。为研究掘进过程中推力与转矩设定关系,建立了滚刀转矩与推力比值和掘进贯入度的关系的预测模型,为刀盘掘进施工参数提供有效参考。通过与滚刀受力与磨损情况对比,提出了分区域分原则布刀的滚刀布置准则,即在刀盘内圈以滚刀受力为主要布刀原则,外圈以磨损量均等为主要布刀原则。