随着我国经济的高速发展,对土压平衡盾构机的需求也日趋增加。刀盘及刀具作为盾构机关键部件,具有开挖搅拌过流岩土、支撑掘进面等作用,合理的刀盘设计是盾构机安全、稳定、高效掘进的前提。本文在查阅大量文献与工程资料的基础上,对土压平衡盾构机刀盘选型、开口设计、刀具布置及刀盘CAD系统开发进行相关研究,论文主要研究工作如下：(1)分析典型地质参数,提出了基于BP神经网络的刀盘地质适应性选型方法,以盾构机设计成功案例为训练及检测样本,验证其可行性。(2)以哈尔滨地铁某标段刀盘结构及地质参数为原型建立了刀盘CFD仿真模型,通过工程实测的土舱压力值验证该模型有效性；在此基础上研究了施工参数、开口特征对刀盘掘进性能以及压力传递系数的影响,并提出了刀盘开口设计方法。(3)提出了基于受力平衡与磨损量均匀的切刀布置方法,并将其应用于北京地铁某刀盘切刀布置；建立了滚刀最优刀间距理论模型并通过实验验证其正确性；建立了滚刀多目标优化布置模型,通过对深圳地铁某施工刀盘滚刀进行优化布置,验证布置模型实用性。(4)分析刀盘系统设计需求与目标,规划了系统框架与设计流程；以本文提出的刀盘设计方法为基础,开发了土压平衡盾构机刀盘CAD系统,实现刀盘开口设计、刀具优化布置以及自动装配等功能。图117幅,表15个,参考文献115篇。