全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)是一种能实现隧道的自动化挖掘与一次性成型的大型隧道施工装备。支撑-推进-换步机构是TBM推进系统中的核心驱动机构。在掘进作业中,机构承受大交变载荷,振动剧烈,易出现零部件损伤和偏离掘进轨迹等情况,需要精确分析机构的静、动力学特性。基于上述工程背景,本文从TBM支撑-推进-换步机构运动分析出发,研究了掘进作业中机构的静力学、模态及动响应有限元建模方法,并分析了机构的静、动态特性,以期为TBM设计与施工提供理论依据。在运动分析方面,从介绍支撑-推进-换步机构的结构与工作原理出发,对应一个工作循环的三个行程,分推进、换步和支撑三个工况对机构进行位置逆解与工作空间分析。揭示了驱动油缸行程随掘进行程的变化规律,明确了多种结构参数影响下的掘进最小转弯半径,为后文有限元建模提供依据。在静力学分析方面,建立了考虑构件自身刚度、油液刚度、运动副刚度、运动副连接关系及实际载荷的静力学模型。基于此,提出了可在掘进行程内多个位置实现快速重复建模的建模方法。以工程样机参数为例,选择两种典型载荷工况仿真分析了机构中驱动油缸受力特性与零部件应力状态,验证了冗余驱动油缸等效杆模型的准确性和快速建模方法的有效性。各驱动油缸受力均随掘进行程的增加而减小;各载荷工况下,推进油缸受力相同;竖直偏载力矩越大,其抵消的主梁重力越大,扭矩油缸受力越小;水平偏载力矩越大,支撑油缸受力越大。在模态特性分析方面,建立了考虑各弹性环节刚度和运动副连接关系的机构模态模型,仿真分析了机构固有特性及其在各刚度参数下的变化规律。得到了机构在掘进行程中点时的前六阶固有频率及其对应的振型;部分振型对应的固有频率随机构掘进行程变化明显;得到了推进油缸、扭矩油缸油液刚度以及护盾与围岩各方向的连接刚度对固有特性的影响,确定了机构各方向振动的薄弱环节。在动响应特性分析方面,建立了考虑各弹性环节刚度、运动副连接关系、掘进参数及实际载荷的机构动力学模型,仿真分析了刀盘动响应特性。综合考虑滚刀受力、实测载荷谱及滚刀在刀盘上的布置,得到了刀盘的载荷历程;动力学仿真得到从掘进行程中点开始十秒间机构发生受迫振动时的刀盘三向位移响应,沿掘进方向的振动幅度最大,水平方向次之,竖直方向最小。