随着对地下空间的开发利用规模日益扩大,TBM凭借高效经济、安全环保等特点已成为首要的硬岩隧道成型设备。刀盘作为TBM直接与岩石作用的核心工作部件,受到剧烈振动与冲击,频繁发生开裂,裂纹主要发生在刀盘面板和刀座部位,其中,刀座焊缝处为最易疲劳失效区域。本文分别以TBM刀盘整体结构和典型结构——刀座焊缝为研究对象,通过有限元仿真和可靠性建模得到结构的疲劳寿命和可靠度,并分析不同参数对结构失效概率的影响,为高可靠性、长寿命的刀盘结构设计制造和安全施工提供参考。主要工作和结论如下:（1）TBM刀盘的疲劳寿命预测。对刀盘进行有限元建模和静力分析,得到危险点位置,通过准静态法得到危险点的应力时间历程,并对其进行雨流计数法处理和分布拟合,以此作为疲劳可靠性分析的依据。根据名义应力法计算流程通过MATLAB图形用户界面设计功能建立刀盘疲劳寿命预测系统,计算刀盘盘面危险点的疲劳寿命。（2）TBM刀盘的疲劳可靠性分析。以疲劳极限作为刀盘可靠性的计算阈值,应用ANSYS的概率设计系统分析多工况下刀盘结构的疲劳失效概率,进行了功能函数的统计特征、敏感性、相关性分析,得出滚刀安装密集处的载荷是结构可靠度的敏感性因素。然后讨论了岩石单轴抗压强度和贯入度对刀盘失效概率的影响,结果表明刀盘的疲劳可靠性随着岩石单轴抗压强度值和贯入度的增大而降低,且当总载荷增大到一定程度后,刀盘的疲劳可靠度迅速降低。（3）刀座焊缝的疲劳寿命预测。利用实验得到的滚刀载荷,基于FE-SAFE疲劳分析软件的Verity模块预测刀座正面焊缝疲劳寿命。研究发现,中心滚刀的焊缝寿命比正滚刀大,且中心滚刀疲劳寿命随裂纹深度增加的增大幅度比正滚刀大,而各正滚刀的疲劳寿命增大的趋势相同。然后分析了不同裂纹扩展方向时三向力对焊缝疲劳寿命的影响,得到各单向力对疲劳寿命的影响由裂纹扩展方向和载荷大小共同决定。（4）刀座焊缝的疲劳可靠性分析。以疲劳寿命为基本变量建立裂纹扩展疲劳可靠性模型,通过JC法编程计算刀座焊缝在不同滚刀载荷下的疲劳可靠性,计算得出中心滚刀刀座焊缝的失效概率比正滚刀小,正滚刀的失效概率随安装半径增大而减小,这与由刀盘结构和施工特点得到的滚刀受力分析是一致的。然后分析了不同裂纹特征参数（初始裂纹深度、临界裂纹深度、裂纹形状比）对刀座失效概率的影响,得出焊缝失效概率随着初始裂纹深度的增大而显著增大,随着裂纹形状比的增大而减小,而随临界裂纹的变化不明显,因此施工时应密切关注裂纹深度和形状,及时采取措施补救。通过本论文的研究可以深入了解疲劳失效机理,提高装备刀盘的自主研发水平,又可以最大发挥TBM机械重大装备的作用且避免意外的事故和伤害,提高TBM在工程中的成本效益和安全性,对工程施工和设备制造具有很好的参考价值。