在城市中,人口的快速增多使交通变的拥堵,为了缓解此问题,地下空间开发和利用成为城市发展的主要趋势,地下的工程建设主要依赖于盾构技术。土压平衡盾构机以高效安全、扰动小、地质条件适应力强等优点著称。但是它的施工水平要求高并且投资成本很大,为了能够节约成本就必须降低能耗,提高施工效率,节省不必要能源的浪费。为了解决以上问题,本文对土压平衡盾构机掘进过程中的能耗进行了研究:(1)对影响盾构机推进系统的参数进行理论分析,依据土力学和流体力学理论对推进系统进行受力分析,通过做功的角度定义能量的消耗。求出盾构机的推力,并依据能量守恒原理,进一步求出推进系统做功的数学模型。基于盾构施工现场数据,得到盾构推进系统能耗数学模型。利用自适应粒子群算法(APSO)进行仿真实验,分析能耗变化和各个参数的灵敏度。(2)对盾构机刀盘系统进行分析,根据物理学理论对刀盘系统进行剖析,通过做功的角度定义能量的消耗。依据经验推导法和理论推导法求出刀盘扭矩,并比较两种方法的优劣。根据能量守恒原理,进一步求出刀盘系统做功的数学模型。基于盾构施工现场数据,得到盾构刀盘系统能耗数学模型。利用自适应遗传算法(AGA)进行仿真实验,分析实验结果。(3)通过对盾构机掘进系统的分析,得到推力与刀盘扭矩的改进公式,同时对盾构排渣系统进行分析,得到螺旋输送机扭矩的推导公式。基于对以上三个系统的分析,构建出盾构机掘进系统能耗数学模型。利用果蝇优化算法(FOA),对多参数进行协同优化,获得推力、推进速度、刀盘转速、切削深度、埋深、螺旋输送机转速、螺旋输送机扭矩的最优值。同时对各参数的寻优轨迹进行研究,揭示了各参数对能耗的影响程度。对掘进系统多参数协同优化和推进系统、刀盘系统单个变量参数优化的控制效果进行对比。结果表明,FOA算法对掘进系统的协同控制效果要好于APSO算法和AGA算法对对推进系统和刀盘系统的单个变量控制的效果。