全断面岩石隧道掘进机(TBM)具有开挖效率高、工程质量优、施工安全性好等优点,广泛应用于公路和铁路隧道、城市地铁、输水隧道、国防工程等领域。在掘进过程中,TBM的撑靴压紧围岩,靠摩擦力来平衡支撑力和推进力。由于TBM常工作于重载荷、大突变载荷和强振动载荷等恶劣环境,刀盘受力不均,导致撑靴支撑不稳、围岩受力不均、侧壁撑不住等问题。为了研究围岩接触表面的应力均布性,提高围岩接触表面应力分布的均匀性,本文做如下工作:对主梁式TBM进行受力分析,建立单只撑靴的力平衡方程。基于隧道围岩的二次应力状态模型,确定有限元仿真时围岩的边界条件。建立了在不同载荷作用下的撑靴中间先接触围岩和撑靴两端先接触围岩的接触仿真模型,以及在理想均布载荷作用下围岩的接触仿真模型。对仿真结果进行坐标变换,采用MATLAB对结果进行了分析,得到三种接触模型中撑靴和围岩接触表面应力和位移的分布规律,以及在不同法向载荷作用下,撑靴和围岩接触表面的应力、位移与法向载荷的关系。提出了接触表面应力分布均匀性的概念,建立了评价应力分布均匀性的指标?,分别对三种接触模型中撑靴和围岩接触表面的应力均布性进行分析。为TBM通过地质复杂地段如何加固围岩和操控TBM提供了理论依据。基于接触表面应力分布均匀性的分析,以应力分布均匀性系数λ最大为目标,选取几种不同的撑靴与围岩接触半径差,建立了撑靴与围岩接触仿真模型,分析了半径差对接触表面应力分布均匀性的影响,找出最优的半径差,为优化撑靴结构、提高接触表面应力分布均匀性提供了理论基础。