盾构是在隧道与地下工程中广泛应用，且具有体积庞大、结构复杂、载荷巨大等特点的典型掘进装备。掘进载荷是盾构装备的核心力学参量，描述掘进载荷的地质适应性规律，实现掘进载荷的力学分析与建模，是装备正向设计与施工中载荷调控的重要理论基础，也是盾构快速、安全、高效掘进的基本保证。掘进载荷的预估与计算是装备设计与施工调控中的关键技术，也是盾构技术研究中的难点问题。本文首先分析了装备掘进参数的相互作用规律，确定了掘进载荷的核心影响参量。基于盾构装备掘进过程中的力学分析，从量纲分析角度研究影响载荷的主要因素和特征，以及它们间合理的组成形式，建立了掘进载荷力学模型基本框架，实现了操作状态、地质条件及装备结构这三类关键要素与掘进载荷间相互影响规律的力学描述，并基于力学模型分析讨论了掘进能耗模型表达式。在掘进载荷力学分析与建模基础上，结合天津地铁九号线工程实测数据，采用岭回归方法识别力学模型的无量纲待定系数，将基于内在机理研究的力学/量纲分析方法和数据挖掘技术结合，建立了掘进载荷与能耗的反演识别模型，并将其与支持向量机智能识别方法的结果进行对比讨论。进一步基于残差分析方法，讨论了掘进载荷力学模型的计算残差与其次要影响因素的作用规律，实现了掘进载荷力学模型的精度补偿与掘进载荷的动态预测。本文进一步将掘进载荷与能耗模型应用于我国天津、北京、深圳三类典型地质条件下地铁工程案例的载荷与能耗计算与分析，并讨论了不同地铁工程下进尺优化范围，验证了本文提出的掘进载荷与能耗模型的有效性与适用范围。