盾构机作为地铁、隧道建设的主要工程装备,盘型滚刀是其破岩的核心部件,由于工作环境恶劣,致使盘型滚刀在施工中容易发生各类故障致使频繁停机换刀,增加施工成本。因此,为提高盾构机施工效率、降低施工成本,对盘型滚刀的安装方式进行改良并进行数值模拟及优化具有重要意义。本文围绕17英寸盘型滚刀展开研究,结合岩石强度理论和盘型滚刀破岩机理,基于ABAQUS构建盘型滚刀破岩模型;研究各类参数在单独作用下对破岩效率的影响,并运用正交试验分析在交互作用下各类参数对破岩效率的影响;利用遗传算法对滚刀的结构参数和安装参数进行优化,旨在提高盘型滚刀的破岩效率、降低施工成本。本文主要完成了以下研究工作:(1)分析了盘型滚刀的结构组成、岩石强度理论、滚刀破岩力学模型、滚刀破岩效率理论以及外倾安装理论模型,为建立滚刀破岩模型提供了理论基础。(2)将Cero中建立盘型滚刀的三维模型导入ABAQUS中,然后在ABAQUS软件环境下构建滚刀破岩仿真模型,计算出不同贯入度下的破岩比能,并运用滚刀破岩实验台进行滚刀破岩实验,验证破岩仿真模型的正确性,为后续的仿真实验奠定基础。(3)对影响滚刀破岩效率的掘进参数、结构参数及安装参数进行单因素分析,得出在外倾安装下各类参数对滚刀破岩效率的影响规律;运用正交试验对影响滚刀破岩效率的各类参数进行多因素分析,研究在交互作用下,各类参数对滚刀破岩效率影响程度大小以及各类参数的最优组合。(4)采用遗传算法优化理论,以破岩比能最小为目标函数对外倾式安装的盘型滚刀的关键结构参数以及安装参数进行优化,结合具体施工情况验证优化结果的正确性及有效性,为实际施工中的滚刀设计与选型提供了理论依据。