EPB盾构在进行隧道施工时,实现密封舱内土压力根据施工要求及地质条件的变化自动进行动态平衡控制,可有效降低由于盾构施工引起的地表变形,从而降低事故发生的概率。掌握具有地质适应性的EPB盾构密封舱土压力动态平衡控制技术,对提高我国复杂掘进装备控制水平,具有重要的工程实用价值和战略意义,也是未来盾构技术发展的必然趋势。由于缺乏对EPB盾构螺旋输送机在复杂塑性挤出过程中压力与流动之间准确的数学描述,给密封舱土压力动态平衡控制带来困难。因此,EPB盾构螺旋输送机承压输送机理己成为密封舱土压力动态平衡控制亟待解决的重要课题。基于上述工程背景,本文针对EPB盾构密封舱土压力动态平衡控制中,螺旋输送机在复杂的塑性挤出过程中所表现出的承压输送特性展开研究。首先通过实验研究了密封舱土压力系统内改性土体的流变特性,实现了密封舱土压力系统工作过程的数值模拟,进而揭示了盾构螺旋输送机承压输送特性及控制参数对密封舱土压力的作用机理等被控系统特性,建立了密封舱土压力系统数学模型,提出一种基于模型参数在线辨识结合最优控制的EPB盾构密封舱土压力动态平衡控制方法。本文的主要研究内容包括以下几个方面：(1)提出了一种压力相关的Bingham粘塑性非牛顿流体粘度模型。基于自主研发的适合于EPB盾构改性土体流变特性研究的实验装置,对实验室重建的典型改性土体进行流变特性实验,发现了当围压不变时改性砂呈现出剪切稀化的非牛顿流体特性,剪切应力与剪切速率满足经典Bingham粘塑性流体本构关系,获得了典型配比下改性砂的流变参数的范围,并发现粘度系数和屈服应力均随围压的增大而增大,进而提出了一种压力相关的Bingham粘塑性非牛顿流体粘度模型。该模型的提出为密封舱土压力系统工作过程数值仿真研究奠定基础。(2)提出了CFD仿真环境下非牛顿流体压力相关的粘度模型及密度模型的自定义方法,实现了对EPB盾构密封舱土压力系统工作过程中改性土体粘-弹-塑性流动行为的数值模拟。与实验结果在压力场分布及流量等方面均具有较好的一致性。该结论为进一步采用数值仿真方法研究螺旋输送机承压输送特性及控制参数对密封舱土压力的作用机理等方面研究工作的展开奠定基础。(3)提出了EPB盾构螺旋输送机在复杂的塑性挤出过程中的排土效率计算方法。通过对密封舱土压力系统工作过程的数值仿真并结合理论分析的方法,研究了EPB盾构螺旋输送机进出口压差,所输送介质流变特性及螺旋输送机几何参数对排土效率的影响规律,揭示了螺旋输送机承压输送特性,提出了EPB螺旋输送机在复杂的塑性挤出过程中的排土效率计算方法。解决了建立密封舱土压力系统数学模型所涉及的关键问题。为密封舱土压力系统数学模型的建立奠定基础。(4)提出了一种基于模型参数在线辨识结合最优控制的密封舱土压力动态平衡控制方法。建立了EPB盾构密封舱土压力系统数学模型,考虑了密封舱内改性渣土的等效切线变形模量E1和螺旋输送机排土效率n与密封舱内土压力的相关性。建立了单独控制螺旋输送机转速与同时控制推进速度和螺旋输送机转速这两种控制模式下,EPB盾构密封舱土压力系统控制方程。基于优化方法根据实际施工数据在线辨识控制方程中参数矢量,解决了控制方程参数矢量受到施工地层地质条件的随机性和密封舱内介质改性处理的不均匀性等因素影响所具有的时变性问题,并取得较好的辨识结果。基于最优化控制策略获得了密封舱土压力系统控制的最优控制律,讨论了比例因子及模型参数矢量取值对控制效果的影响,给出两种控制模式间切换的依据,说明了双控模式下存在最优化的推进速度。在密封舱土压力模拟实验台上取得了较好的控制效果。