水平定向钻机是一种重要的非开挖工程机械,它广泛运用于各种管道的铺设。其中的扩孔器部件是水平定向钻机扩孔施工的关键部件。现在国内外对水平定向钻机扩孔器的研究多侧重于其结构的改进,缺乏对扩孔器表面形状优化的研究。由于扩孔器表面形状的优化问题涉及到扩孔器与土体的作用机理,这方面还缺乏理论方面的研究,其中土体对扩孔器的阻力和阻力矩通常根据经验来计算,致使出现理论滞后的局面。而扩孔器的形状以及尺寸对其工作过程中所受阻力和阻力矩的大小有很大影响,并直接关系到水平定向钻机的工作效率的高低。水平定向钻机扩孔器的最优形状的研究对于水平定向钻机的设计制造将有一定的理论意义。 本文以水平定向钻机的扩孔器部件为研究对象,对其的形状进行了优化。先以球孔扩张理论和边界元数值分析的方法为理论基础和分析手段,分析扩孔器表面与土体的作用过程,计算出土体对其表面的正压力：并在此基础上,引入盾构理论,根据扩孔器实际工作状况,计算出土体对扩孔器工作阻力和阻力矩；最后以土体对扩孔器阻力和阻力矩综合最小为目标函数,用遗传算法对扩孔器的表面形状进行了优化,最后得出满意的结果。