针对长大隧道工程中全断面隧道掘进机(TBM)施工面临的长距离独头掘进、施工环境恶劣导致的TBM刀盘疲劳开裂问题,对某型TBM刀盘疲劳裂纹扩展寿命进行预测研究,并分析了结构的安全性。介绍了TBM、刀盘的结构组成及工作原理,采用CSM模型计算了滚刀受力值,建立了刀盘有限元模型,分析了刀盘结构的静动态特性;静载作用下,刀盘结构最大应力84.449 MPa,刀盘的最大变形为1.375 mm,刀盘前六阶固有频率59.249 Hz～135.83 Hz,不会与外载荷共振,表明刀盘设计是合理的。建立了含多点热源(盘形滚刀及主轴承)的TBM刀盘温度场计算模型,分析了刀盘结构热-力耦合应力分布规律并进行了刀盘结构优化,优化后最大应力下降了7.15%;获取TBM刀盘的结构应力,按照正态随机分布理论确定结构应力的载荷-时间历程,构建多地质、多工况的合成载荷,采用雨流计数法进行统计计数,编制了典型地质下刀盘载荷谱,并为进一步计算TBM刀盘疲劳裂纹扩展寿命打下基础。根据已有的TBM刀盘疲劳失效统计数据,确定了三处裂纹失效关键区域,利用ANSYS软件分析了疲劳裂纹失效关键区域的裂纹扩展类型和扩展规律,拟合了裂纹深度与等效应力强度因子的函数关系表达式;根据工程实践,确定了初始裂纹尺寸,基于瞬态TBM刀盘不同位置的应力分布,计算了刀盘面板允许裂纹深度尺寸的最大值,提出了TBM刀盘面板损伤容限判据。结合概率断裂力学和Q345D材料疲劳裂纹扩展试验数据,建立了刀盘不同存活率下裂纹扩展速率模型;根据典型地质下刀盘载荷谱计算了TBM刀盘裂纹扩展寿命,分析了TBM刀盘结构安全性;对隧道施工项目进行了跟踪试验,验证了损伤容限判据数值、寿命预测的正确性,研究结果为TBM刀盘疲劳寿命预测提供了重要参考,同时为刀盘检修维护、再制造等提供了科学依据。