全断面隧道掘进机(TBM)是采用滚刀滚动破碎岩石来挖掘隧道的特大型高端工程设备,其制造能力是衡量某个国家装备制造业发展水平的标杆。刀盘系统是TBM的核心部分,在掘进过程中起着破碎岩石,支撑掌子面的作用,一旦出现问题,将会导致延长工期,甚至报废整个隧道。刀盘的法兰为其提供输入扭矩,是该系统中的重要组成部分,其螺栓连接的可靠性对整个设备的掘进效率具有重要影响。然而目前企业对于该处螺栓的频繁断裂问题并没有好的办法,只能采用停工更换的方式,严重影响了施工效率。针对螺栓的频繁断裂问题,并没有学者对此做出详细、具体的研究工作。因此,本文围绕法兰螺栓断裂问题对刀盘载荷的传递、螺栓连接结构及螺栓预紧力的加载工艺等问题展开了一系列的研究工作。本文的具体内容如下：(1)首先,综合考虑了刀盘结构的复杂性,通过现有的比较成熟的计算公式得出刀盘在掘进过程中所受外载,并以此作为输入条件进行仿真,得到了刀盘法兰处的轴向载荷及扭矩。采用工程实测的方式对仿真结果的准确性加以验证,得到的结果表明法兰处载荷仅为设计标准的十分之一,法兰处载荷并非螺栓断裂的主要因素。(2)其次,以理论计算辅以仿真分析的方式得到了标准螺纹牙连接结构中的载荷分布规律、各圈螺纹牙根部的最大应力,指出了这种连接结构的不足,说明了这种连接结构需要做出相关的改进。并通过对标准螺纹连接结构的双头螺柱进行疲劳实验,以一组实验样件的疲劳断裂情况对理论计算及仿真分析方式的准确性加以验证。(3)再次,在理论分析的基础上对螺纹连接结构进行改进,引入了锥度螺纹结构改进方向。通过对不同锥度的螺纹连接结构进行仿真分析,得出了最佳的改进结构为1：400锥度的内螺纹牙。继续对其进行在不同受载条件下的仿真分析,得到了该结构的最佳应用载荷为245kN-408kN。(4)最后,本文针对盘形法兰螺栓的预紧工艺问题,采用环式拉力传感器对TBM刀盘法兰缩尺实验样件螺栓的预紧力进行实时测量,比较分析了星形拧紧及分块拧紧两种工艺的各自优劣,指出了针对不同应用场合两种拧紧工艺的适用性。