盾构机主驱动轴承是刀盘驱动系统的核心部件之一,直接影响掘进机的效率、稳定、寿命等。由于盾构施工的不可逆性,在推进过程中不存在大范围的维修空间和时间,因此必须保证主轴承的可靠性。盾构机主轴承的疲劳可靠性设计一直主轴承设计阶段的重要问题,现有的轴承疲劳可靠性设计方法完全依赖轴承使用寿命公式,无法考虑将主轴承工作工程中载荷的随机性和损伤累积的分散性等影响因素的影响。若能针对盾构机主轴承的结构形式和工况特点提出一种应用于主轴承设计阶段的疲劳可靠性预测方法,则可以大大提高主轴承可靠性设计精度。为此本文以土压平衡盾构机(EPB)刀盘主驱动轴承为研究对象,以基于地层分隔带描述的掘进过程地层模型为基础,在全面考虑掘进过程地层时变和刀盘转动过程中刀具位置变化等因素的前提下,结合复合地层刀盘载荷计算模型,形成了复合地层刀盘掘进载荷动态仿真方法。将有限元分析与智能算法相结合实现载荷谱到应力谱的转化,在此基础上分析主轴承各组成部分的失效形式,结合断裂力学理论与强度退化理论建立了一套随机载荷作用下考虑系统失效相关性的主轴承疲劳寿命可靠性的预测方法。1)根据土压平衡盾构机掘进所在复合地层的特点,建立考虑地层时变的全工段地层分隔带模型,结合刀具受力模型进行刀盘掘进载荷的动态模拟；对不同工况下的载荷进行统计处理,将多种工况载荷进行合成,作为主轴承系统可靠性预测的载荷输入条件。2)分别研究了主轴承在载荷单独作用和耦合作用下的承载特性,依据有限元的概率设计方法研究讨论了不同载荷对主轴承接触应力的影响程度；考虑到轴承应力谱计算的理论方法和有限元仿真方法存在的缺陷,以有限元分析结果为样本,应用智能算法建立BP神经网络,进行轴承应力谱预测。3)在主轴承失效分析的基础上,从各部件的失效模式出发,分析主轴承疲劳损伤累积的随机性特点,引入随机过程的影响,分别采用断裂力学方法和强度退化方法建立部件的疲劳可靠性模型。根据主轴承各部件的相互关系,建立考虑失效相关性的串联系统疲劳可靠性模型。4)最后,为说明本文方法的客观性、科学性、系统性,应用沈阳地铁一号线工程实例,以国产某些盾构试验样机主轴承为计算对象贯穿全文所有理论与方法。实例表明本文建立的随机载荷作用下主轴承系统疲劳寿命可靠性的预测方法具有较高的精度,既可以在设计初期提供设计参考,也可对轴承系统可靠性进行动态预测和跟踪。