泥水加压平衡盾构机(简称泥水盾构)是适用于大断面、长距离、高渗透软硬不均地层的一次成型的大型隧道挖掘机械系统。在泥水盾构包含刀盘驱动系统、推进系统、泥水环流系统等诸多子系统中,刀盘主驱动系统是能耗最大的部分。泥水盾构掘进施工环境较为封闭且不确定较大,过大的能量耗散会使其施工环境更为恶劣,对刀盘液压驱动技术进行节能化和智能化的研究是十分有重要的。因此,需要从以下两个方面研究新一代泥水盾构刀盘驱动控制策略进行研究:第一,研究泥水盾构地质适应性,开展掘进载荷预测模型和优化决策理论的研究;第二,研究刀盘驱动液压系统数学模型,提出智能控制方法以便实现刀盘功率与实际载荷的自适应匹配,降低刀盘驱动能耗。本课题在省重大科技专项的资助下,以京沈高铁隧道工程的掘进施工数据为基础,分析了泥水盾构操作参数与掘进载荷的函数映射关系,建立了基于AdaBoost提升方式回归算法的泥水盾构载荷预测模型,并通过现场数据对其加以训练、评估和修正。结合泥水盾构载荷预测模型和改良的粒子群(PSO)优化算法,建立了以掘进比能为决策目标函数的泥水盾构参数优化模型。设计了具备负载敏感特征的刀盘主驱动液压系统,并对变量泵控马达调速回路进行了数学建模,最后设计了泥水盾构缩尺试验台为上述理论研究提供实验验证的基础。论文中各章的具体内容如下:第一章,论述了盾构掘进机的技术概况,重点说明了泥水盾构施工工法,阐述了泥水盾构技术国内外发展历程及研究现状,讨论了泥水盾构地质特征适应性、刀盘驱动控制技术、以及盾构掘进控制参数关联性的研究现状,介绍了泥水盾构掘进施工中存在的问题和泥水盾构的研究需求,说明了进行本文研究的必要性,最后阐述了本文研究的必要性与主要研究内容。第二章,主要做了泥水盾构掘进参数之间的相关性研究,介绍了京沈高铁望京隧道的工程概况和地质分布特点,并对该工程盾构机施工数据进行了数据的预处理,并选择合理的掘进操作参数作为刀盘载荷预测模型的输入特征维度,同时提出了基于AdaBoost回归算法的刀盘载荷预测模型,利用样本总数为464616的数据集,对载荷预测模型进行训练、测试和优化.最终得到刀盘载荷的预测结果。预测模型的评估结果表明,对总推进力和刀盘扭矩预测值与实测值的相关系数平方均控制在5%左右,可见所建立的AdaBoost刀盘载荷预测模型具有较高的预测精度。第三章,概述了各类优化决策方法,对于基于AdaBoost回归算法的刀盘载荷预测模型提出改进的粒子群优化决策(PSO)算法,以能耗最低为决策目标函数,进行操作参数的优化设定。最后给出不同泥水仓压力范围下,以掘进比能最小为决策目标函数的最优操作参数表。第四章,依据现有分析方法和基础理论,建立了较为完整的A4VSG变量泵控马达系统数学模型,包括主驱动柱塞泵变量机构传递函数和稳态方程、液压缸变量活塞-变量泵斜盘运动方程、变量泵控马达回路流量连续性方程和力矩平衡方程。本数学模型对于泵控马达容积调速系统具有一定的通用性。通过对整套数学模型的定性分析,可以初步得到A4VSG变量泵控马达系统的流量特性及控制特性,为后续研究做好理论铺垫。第五章,设计了泥水盾构缩尺试验台的盾构机械结构和主驱动液压系统,并对系统中的主要设计参数进行了计算和校核,完成关键元件的选型。同时,采用模糊自适应PID控制器对变量泵驱动马达调速系统进行控制仿真,证明了主驱动液压系统的可行性,且通过自适应控制能够实现负载适应的功能。第六章,归纳总结了本文主要研究内容、结论及创新点,并对今后的研究工作和方向的推进做了思考与展望。