结合穿黄隧洞衬砌1：1仿真试验，采用三维非线性有限元方法进行计算分析，跟踪对比仿真试验中无垫层衬砌段(联合承载)、有垫层衬砌段(独立承载)两种结构的试验监测数据，研究这种新型双层复合衬砌结构的受力特性。计算采用考虑接触的非线性有限元方法，模拟仿真试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉以及内水压力施加(充水)的实际过程，研究管片之间以及内外衬之间的接触状态和传力机理。研究结果表明：即使内、外衬处于完全张开状态，联合承载结构的预应力荷载也会通过插筋传递给外衬，表明插筋是实现内外衬联合受力的重要结构措施；独立承载模型的外衬在张拉或充水后的应力增量很小，验证了独立承载结构的受力特性。计算与试验的对比显示，无论是结构变形、缝隙开度还是结构应力，两者规律一致，数值接近，验证了这种预应力双层复合衬砌结构的受力特性和内外衬传力机理，其研究成果可供类似工程参考借鉴。