盾构掘进机作为目前城市地下隧道建设的重要施工装备,因其在解决城市地上交通压力方面发挥着越来越重要的作用,因而在隧道施工建设领域已经被越来越多的企业所采用。虽然使用盾构法施工在隧道施工建设中发挥的影响力愈发巨大,但其在施工过程中所面临的问题仍旧存在。对于盾构推进系统而言,盾构在掘进过程中由于地质条件的复杂性以及不确定性,推进液压缸的推力偏载效应造成后方管片产生破裂或者压溃等故障正日益频发。为了解决上述问题,本文基于所构建的复合地层条件下盾构推进系统负载模型,发现了消除偏载效应的盾构推进系统力均匀特性规律。并以此为理论指导原则,提出了解决圆形盾构和矩形盾构偏载效应的抗偏载布局设计优化方法。具体开展的工作情况如下:首先阐述了盾构推进系统的抗偏载工作机理。均匀推进系统在复合地层条件不可避免的存在偏载效应,因此通过调整盾构推进系统的布局使其适应外载荷从而消除或者降低偏载效应的影响成为一种行之有效的手段,并在此基础上介绍了两种可调整液压缸布局的可重构推进系统设计模型。然后构建了复合地层条件下盾构推进系统的负载模型。为了有效分析推进系统布局如何适应外界负载从而消除或者降低偏载效应的影响,从盾构推进系统的掘进负载,横向阻力矩和纵向阻力矩三个方面对盾构推进系统的外界负载进行系统化的建模。接下来发现了盾构推进系统的力均匀特性规律。该规律从本质上解释了如何通过调控盾构推进系统液压缸的布局适应外界载荷从而达到完全消除偏载效应的目的。依据该规律的指导性原则,为进一步提出解决盾构推进系统偏载效应的抗偏载布局设计方法奠定了理论基础。最后提出盾构推进系统的抗偏载布局设计优化方法。针对圆形盾构推进系统,提出失活和激活控制的推进系统布局设计优化模型和位移调控的推进系统布局设计优化模型。而对于矩形盾构推进系统,提出矩形盾构推进系统抗偏载布局设计优化模型。通过采用上述布局优化方法,以CV值作为盾构推进系统抗偏载特性的评价指标,并在ADAMS中进行仿真分析。结果表明:优化后的推进系统相比优化前的推进系统具有更良好的抗偏载特性,从而能够有效保护后方管片免遭破裂或者压溃。