随着大规模地下工程的开展,全断面岩石隧道掘进机(TBM)被广泛地应用于地下隧道工程。盘形滚刀作为TBM破岩的主要工具,消耗量大、成本高,且对全断面岩石掘进机的作业性能有较大影响,所以对盘形滚刀的研究具有十分重要的意义。本文主要从盘形滚刀的布置方法和安装方式两个方面进行分析研究。首先,分析了盘形滚刀的类型、破岩机理以及盘形滚刀的受力预测模型,研究了盘形滚刀受力对刀盘平衡性的影响,计算出刀盘的径向力和倾覆力矩,总结了盘形滚刀在刀盘上的布置原则和不稳定时的调整方案。然后,在满足盘形滚刀布置原则的前提下,提出了盘形滚刀螺旋线布置方法,分析了螺旋线布置对刀盘平衡性的影响,在刀盘布置参数确定的条件下,详细阐述如何实施盘形滚刀螺旋线布置。利用Visual Basic编写了盘形滚刀螺旋线布置优化程序,并将其运用到秦岭隧道工程中引进的国外TB880E机型上,验证了刀具螺旋线布置的可行性和有效性。最后,针对盘形滚刀传统的正安装方式,提出了外倾安装和前倾安装两种新型安装方式。采用ABAQUS有限元软件,对三种安装方式下盘形滚刀的三维破岩过程进行了数值模拟。发现在盘形滚刀滚动破岩过程中,外倾安装时岩石表面应力的最大值普遍小于正安装：前倾安装时刀圈上破岩刃域的侧应力分布优于正安装。验证了外倾安装和前倾安装在某些方面确实比正安装有优势。