全断面岩石隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,TBM）被广泛应用于轨道交通等重大基础设施建设中。支撑-推进-换步机构是TBM实现连续、高效及精准掘进的核心传动机构。但是,在作业时,由于恶劣地质环境及强冲击载荷作用,机构振动剧烈,容易导致关键构件损伤、铰链磨损、焊缝开裂、液压设备不正常运转等工程问题发生,严重影响整机掘进效率和施工安全。基于上述工程背景,开展了开敞式TBM支撑-推进-换步机构动力学建模与振动特性分析等相关研究,旨在为该类机构的设计与施工提供重要的技术基础,主要内容如下:在拓扑结构分析研究方面,系统分析了TBM支撑-推进-换步机构组成与工作原理,确定了机构自由度数目及类型。基于机构拓扑结构特性,归纳总结出在复杂地质条件下满足掘进作业需求的机构拓扑结构设计准则。机构拓扑结构分析为其动力学建模、振动特性分析、结构及尺度参数设计奠定了基础。在动力学建模研究方面,基于机构组成及各构件间刚度拓扑关系,采用集中参数法建立了TBM支撑-推进-换步机构动力学模型。该模型计及机构沿水平、竖直及掘进方向平移与绕水平、竖直及隧道中心轴线扭转自由度,同时还考虑了护盾-围岩间隙、驱动系统刚度、运动副刚度、围岩刚度、阻尼、实际破岩载荷等多种因素。在固有特性分析研究方面,基于机构动力学模型,深入研究了固有特性及其随参数的变化规律。得到了机构在某位姿的前4阶固有频率及对应振型。揭示了固有频率随刚度、惯性和尺度参数的变化规律,得出驱动油缸刚度是影响低阶固有频率的主要因素,且固有频率随刚度变化的过程中存在多处模态跃迁现象。初步揭示了模态跃迁现象的本质,并给出了模态跃迁点的具体位置。在振动响应分析研究方面,采用Runge-Kutta法求解了机构在计入护盾-围岩间隙时的动态响应,研究了护盾-围岩间隙、驱动油缸刚度和刀盘转速对响应幅值的影响。研究结果表明:护盾-围岩间隙对沿水平方向平移、绕竖直及隧道中心轴线扭转振动具有显著影响;增大油缸刚度是减小机构振动幅值的有效手段,在作业时可通过调整油液压力来增大油缸刚度,从而达到抑制机构振动的目的。