本文研究了基于南京地铁3号线D3-TA12标段使用的土压平衡盾构机的刀盘结构以及刀盘液压驱动系统。作为盾构机核心部件之一,刀盘结构型式复杂,需因地制宜结合具体施工地质情况具体设计与分析。刀盘液压驱动系统功率大、系统负载波动频繁,本文从实际出发,设计与分析了一种可靠性高、节能效果好的刀盘驱动系统,并结合AMESim软件对其性能进行详细分析。首先,分析影响刀盘扭矩的各种因素,确定刀盘扭矩的形成机理及构成,建立刀盘扭矩的力学数学模型,结合实际工程参数,计算出各组成扭矩数值,通过实际工程测量,验证该扭矩理论模型的正确性。其次,研究复合型土压平衡盾构刀盘刀具布置方式,利用SolidWorks三维建模软件建立刀盘实体模型,在ANSYS中创建刀盘有限元模型,对刀盘在正常运行及静启动脱困工况时的受力进行分析,得出各工况下刀盘上应力和应变分布,通过分析找出应力集中部位,以此为后续盾构刀盘的设计制造提供相关的改进参考。再次,基于施工要求设计了Φ6.4m土压平衡盾构刀盘液压驱动系统,分析其结构组成和工作原理,对液压系统变量泵变量马达回路、补油回路、功率控制回路进行设计与研究,并对刀盘液压驱动系统的压力、流量以及刀盘转速等参数进行计算,为后续仿真打下基础。最后,在AMESim仿真软件中搭建刀盘驱动的液压系统模型,设定工程参数,研究了驱动系统的调速特性、怠速运转系统响应、模拟马达受损情况以及系统对冲击的动态响应等,通过对系统添加蓄能器改善系统压力以及刀盘转速工作性能。通过对盾构刀盘结构设计以及液压驱动系统的仿真研究,得出南京地铁3号线所使用的盾构刀盘结构设计的合理性以及所设计液压驱动系统的动态响应性能,推动国产盾构刀盘结构设计及驱动相关技术的发展。