随着地下工程项目的快速发展和科学技术水平的进一步提高，掘进机施工技术得到了广泛应用和快速发展，TBM（硬岩隧道掘进机）就是其中常用设备之一，由于我国对TBM的研究还处于起步阶段，对TBM的进行深入研究具有重大的现实意义。本文研究的课题是郑州大学与中铁隧道装备有限公司合作承担的国家科技部“863”计划项目“大直径硬岩隧道掘进机装备（TBM）关键技术及运用（国家高技术研究发展计划资助项目：2012AA041801）”的子课题之一，旨在通过对TBM撑靴系统的关键件异形轴的研究分析，为其主机和撑靴系统的设计提供依据。论文首先从主机构成与工作原理展开，对其推进与撑靴系统进行分析研究；第二，对所设计的TBM撑靴系统的关键件异形轴从结构、材料选择、不同工况等进行了详细分析，并对其最大受力情况进行了理论校核与静力学有限元仿真分析，获得其可能发生危险的部位；最后，通过对异形轴的特殊结构和应用特点对其加工工艺和材料进行分析研究，制定出相应的制造加工工艺及选择出国内符合要求的材料。论文通过对异形轴的研究结果表明：异形轴最大受力情况是在水平调向时受到的水平调向力；理论校核和仿真结果均显示设计的异形轴完全满足强度要求；同时根据异形轴的结构制定出相应的加工工艺；通过对国外异形轴产品材料性能的分析，寻找出的替代材料且满足异形轴的设计要求。本文的研究结果对TBM撑靴系统及异形轴的研究设计提供了参考。