盾构掘进机是一种集电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体的隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。随着经济社会的发展和城市化进程的加快,我国对盾构掘进机的需求不断增加。因此,针对盾构设计和制造中的关键技术开展理论研究,探讨盾构设计方法具有重要的实际应用价值。盾构铰接装置作为盾构掘进机推进系统的一个关键部分,它不但能用于盾构小半径的曲线掘进,也能用于盾构掘进方向纠偏,是保证盾构掘进机能够沿着设计路线方向准确推进的关键。盾构铰接装置可分为主动型铰接装置和被动型铰接装置两种。本论文以主动型盾构铰接装置为对象,研究如下问题:1、阐述课题的研究背景和意义,综述国内外盾构技术和盾构掘进机的发展历程、研究现状,并提出主要的研究内容。2、以铰接土压平衡式盾构机为研究对象,分析该盾构掘进机铰接装置的机构组成,研究盾构铰接装置的运动学问题。建立该铰接装置运动反解显示表达式,求得盾构铰接装置一阶逆影响系数矩阵、二阶逆影响系数矩阵及其各构件的速度、加速度通用表达式,为后续盾构铰接装置动力学研究奠定基础。3、研究盾构铰接装置的能控性问题,讨论铰接液压缸的驱动力对切口环上末端力的控制能力,通过盾构前体切口环的末端力能控性,理论证明盾构铰接装置在土层中工作时切口环的可行运动与不可行运动,并得到可行运动的运动特性曲线。4、研究盾构铰接装置静刚度,考虑影响铰接装置静刚度的众多因素,建立盾构铰接装置的静刚度模型;在铰接装置静刚度求解基础上,进行盾构铰接装置的静力学分析,求解其力雅可比矩阵,给出静力学正解与逆解。5、研究盾构铰接装置动力学问题,采用凯恩方法,建立盾构铰接装置的动力学方程;在给定盾构前体切口环运动速度和加速度条件下,研究铰接液压缸驱动力的变化情况。并给出动力学仿真图,验证动力学方程的正确性,为基于动力学模型的液压控制奠定基础。在国家重点基础研究发展计划(973计划)资助下,本论文系统研究主动型盾构铰接装置的运动学、能控性、静力学、静刚度、动力学等方面的内容,对盾构掘进机推进系统的设计研究具有重要意义。