相比单圆盾构,矩形盾构因断面形状更接近成形隧道,隧道开挖面比圆形盾构大幅减小,地下空间利用率明显提高;另一方面,因独特衬砌结构,矩形盾构可一次成形两条隧道,衬砌效率高,施工成本节省。此外,矩形盾构采用多组小刀盘开挖土体,对周围土体扰动小,可实现较浅覆土施工;基于这些优点,矩形盾构拥有较广阔的应用前景。现矩形盾构在全世界不同地层的应用增加,开挖复合地层的机率增多,研究矩形盾构复合地层推进系统具有实际意义;推进系统作为盾构前进及姿态控制的动力部件,其油缸布局对管片受力均匀、避免应力集中具有决定作用。本文从盾构掘进负载、液压缸布局参数对推进系统影响、四分区推进系统液压缸布局设计、均匀及非均虚拟样机仿真及缩尺模型设计验证等方面进行研究,具体如下:(1)对矩形盾构结构及掘进过程中的垂向及轴向负载进行分析,建立泥土复合地层掘进的垂向及轴向受力关系式;对盾构自重阻扭矩及曲线行走变向扭矩进行阐述,在此基础上,建立了矩形盾构掘进负载模型。(2)对矩形盾构推进系统液压缸布局原理简单进行了阐述,提出了均匀、非均及类均匀三种系统。在此基础上,建立了均匀、非均及类均矩形盾构推进系统-管片一体的三维模型;并运用ANSYS从油缸对称性、排布间距、油缸组合方式及分区间隔角等参数对推进系统影响进行分析,得出布局参数对推进系统的影响规律;(3)对四分区均匀及非均系统液压缸布局关系进行了研究,得到了均匀及非均系统油缸布局关系式;运用优化函数建立两种系统的布局关系函数;应用遗传算法对两套系统相位角进行求解,得到了均匀及非均系统相位角值;并以相位角值为基础设计了均匀及非均推进系统。(4)结合工程案例,建立均匀及非均盾构虚拟样机,通过ADAMS对两套虚拟样机液压缸推力及均方差仿真得出;非均样机力学性能优于均匀样机。最后,提出了几套适合特定地层的非均系统及一台非均缩尺模型,对缩尺模型进行了简化,通过对简化的均匀及非均缩尺模型进行静力分析,验证了非均系统拥有较好的地层适应性、可用于隧道施工及缩尺模型与仿真模型等效应力基本相同的结论;总之,本文为矩形盾构推进系统负载研究、布局设计、两种系统性质验证及缩尺模型设计提供参考。