支撑机构是TBM连续掘进作业的关键部件,而撑靴又是支撑机构中的关健构件。TBM在推进过程中,掘进机和掌子面是分离开来的,支撑系统伸出撑靴撑紧围岩,依靠着撑靴与围岩的摩擦力平衡推进力,推进掘进机作业。基于撑子面撑不住、表层岩石易脱落、接地比压不均匀、零部件易损等问题,一旦撑靴出现故障,将严重影响工程的开挖效率和经济效益。则针对开发的新型缩尺实验机构撑靴需要提供足够大的支撑力,以满足推力与扭矩需求,如何提高撑靴与围岩接触表面均匀性,合理分配优化接地比压,提高支撑的可靠度和支撑能力,是制约工作效率的关键。因此开展研究新型TBM撑靴与围岩的仿真及应力均布性分析(均匀性分析)有极其重要的作用。本文以新型TBM撑靴为研究对象,围绕上述问题开展了以下方面的研究:1.基于高校与企业开发的缩尺试验台研究现状,提出了试验台的实验理论与设计方法,为新机构原理性样机设计的完成奠定了基础;基于国内外撑靴的研究现状,提出了各类撑靴的优缺点,为新型撑靴的设计提供了参考;基于围岩以及接触力学研究现状,提出了围岩的应力状态,以及解决撑靴与围岩接触问题的基本方法。2.利用三维制图软件SolidWorks绘制了TBM试验台模型,得到了内部机构的结构参数,对整机以及撑靴围岩进行了受力分析,描述了围岩与TBM内部结构相互作用力传递路径,运用轴对称围岩的弹性力学应力状态,分析了轴对称围岩的应力、位移通用表达式,确定了影响圈的范围为3R0~5R0,通过建立撑靴与围岩微观接触力学模型,得到了接触压力计算公式,设置了边界条件以及载荷工况相关的有限元接触模型参数,绘制了三类接触下不同支承载荷类型的有限元接触模型示意图。3.基于撑靴与围岩完全接触、中间有间隙接触、两侧有间隙接触三种有限元接触模型,采用Abaqus对完全接触模型的三种支承载荷工况进行有限元仿真分析,运用MATLAB编程归纳了撑靴与围岩接触表面的应力位移特性分布规律以及绘制了关键尺寸的变化曲线图,综合对比分析三类支承载荷对撑靴与围岩接触表面应力、位移以及接触压力的影响程度,绘制了每种接触模型三种支撑载荷工况下不同载荷差的应力位移等势线分布图,为围岩接触表面的均匀性分析提供基础。4.提出了接地比压均匀性指标λ,该评价指标愈高,所能提供推进力愈大,在给定支撑力条件下支撑安全性愈高,且成正比例关系。对三种接触类型的不同支承载荷工况的围岩接触表面进行了应力位移均匀性分析以及对比,得到了最优载荷差的范围。