刀盘是微型盾构掘进机的关键部位，在很大程度上决定着刀盘对土体的切削状况。因此，对微型盾构刀盘进行系统的性能分析和设计是保证盾构在施工过程中保持开挖面稳定的关键。本文结合北京某地段的地貌特征，重点在微型刀盘开口率选择、刀具的布置、刀盘受力和刀盘优化等方面进行了系统的研究，以得到一些对微型刀盘设计有意义理论，为刀盘设计和施工提供可靠的理论依据。第一章主要论述了微型土压平衡盾构机以及刀盘类型，着重分析了微型土压平衡盾构机刀盘结构的地层适应性和刀盘载荷国内外研究和应用现状。第二章首先介绍了开口率选型要求与原则，重点讨论了排土率与开口率的关系，结合北京某地段的地貌特征，论述了开口率选型方法。第三章首先分析了在砂砾石地层中刀具的选择，针对土压平衡盾构机，依据刀具磨损的等寿命原则，深入研究刀具在刀盘上的布置方法，并应用该方法验证北方重工盾构机实验室微型刀盘刀具布置是否合理。第四章首先在充分理解刀盘与土体相互作用的基础上，分析影响刀盘载荷的因素，并研究了刀盘和工作面作用关系；以北方重工盾构机实验室改进后刀盘为分析对象，采用有限元分析软件ANSYS建立有限元计算模型，并对刀盘进行强度和刚度分析，力求通过刀盘应力和应变云图来判定刀盘危险工况，并据此提出相应措施。第五章针对刀盘在最大工况下应力集中和刀盘轻量化问题，利用结构优化设计方通过参数化设计语言APDL编写参数优化命令流文件，并建立以刀盘所受最大应力为约束，以刀盘重量为目标函数的刀盘结构最优化设计模型，利用ANSYS软件提供的零阶最优化算法对提出的最优化模型进行优化计算。