盾构作为一种能使隧道一次成型的现代大型工程设备,在修建地铁隧道缓解城市地面交通压力上具有极其重要的作用。但是由于国内盾构推进系统设计理论不够完善,导致掘进过程中产生偏载而使管片被破坏,从而影响隧道的防水性能,大大减少隧道的使用寿命,因此推进系统设计理论研究是当前盾构领域的研究重点。本文主要对盾构推进系统抗偏载特性进行深入研究,现有盾构推进系统,由十几或几十根液压缸等间距均匀布置而成,由于推进系统均匀布局方式,不足以解决目前由于偏载过大导致管片破裂的问题。因此本文提出一种基于相对力系数的非均匀布局推进系统设计方法,分别对基于相对力系数的非均匀布局系统在复合地层的适应性、非均匀推进系统的实现方法以及不同布局系统下管片的受力情况三个方面进行了详细的研究,具体研究内容如下:首先对盾构推进系统在掘进过程中的受力情况进行了详细的分析,分析表明,在外界掘进阻力、水平阻扭矩以及纵向阻扭矩耦合作用下,推进系统中的液压缸就会产生非均匀的顶推力克服外界阻力,从而引起推进系统的偏载现象。其次在以减少偏载的目的下,提出了基于相对力系数的非均匀布局系统,以相对力系数变化最小为原则,运用拉格朗日法求解优化问题,通过求解拉格朗日偏微分方程,构建了非均匀推进系统的偏心率圆锥模型。在此基础上通过ADAMS进行动力学仿真,得到了各个液压缸的推力情况,仿真结果表明,推进系统非均匀布局具有较强的抗偏载特性。然后在推进系统抗偏载特性研究的基础下,提出了两方面非均匀布局的实现方法,一方面可以通过新机构实现非均匀的可调布局,另一方面可以通过液压系统控制实现非均匀可控布局,为实现盾构非均匀布局提供良好的理论基础。最后通过一个仿真实验,验证非均匀推进系统在复合地层下具有良好的抗偏载特性。主要是采用ANSYS有限元法,对隧道管片进行受力分析,分别考虑均匀系统,四分区系统以及非均匀系统在复合地层的影响下,管片的受力情况,通过分析管片变形云图,以及应力应变云图,发现在非均匀布局下,管片的变形最小,受力也最均匀。