随着盾构技术的不断发展,盾构隧道已经成为交通、水利、市政、电力等领域隧道结构的主要形式。而处于不同环境下的盾构隧道无论是在施工阶段还是在其使用阶段是不可避免地会受到各种工程活动的影响。作为一个由螺栓连接管片拼装起来的在役结构,接头和管片在新的施工荷载作用下的受力变形性能好坏将决定着隧道结构的整体安全。为了保证盾构隧道在外界荷载作用下的安全,对隧道管片及接头在外界荷载作用下的响应规律和失效机制进行研究具有重要的工程实际意义。近年来对隧道结构在外界荷载作用下的研究逐渐增多,但现有的大部分研究要不就是把问题简化为二维的平面应变问题,要不就是把隧道当成一等效刚度均质梁或是等效均质圆筒,并不能真实反映出隧道结构在外界荷载作用下的响应。为了进一步完善现有研究成果的不足,本文对隧道管片以及接头形成的拼装结构在外界荷载作用下的响应规律和失效机制进行了研究,主要做了如下工作:1.通过对排水隧道垂直顶升施工阶段的监测和数值分析,研究了排水隧道在垂直顶升阶段的结构响应。基于现场监测数据和数值分析结果,验证了数值分析垂直顶升施工过程方法的合理性,重点揭示了隧道管片内力和接头变形在垂直顶升施工阶段的响应规律和失效机制。2.利用现场监测和有限元方法对隧道结构在地面堆载作用下的响应进行了研究。提出了一种基于荷载-结构的计算方法,可以有效模拟拼装衬砌在地面堆载作用下响应的数值分析方法,并通过现场监测数据验证了其合理性。重点研究了隧道管片水平收敛以及沉降规律,并在此基础上对管片的环向应力和纵向接头的受力变形进行了详细分析。3.对隧道结构在其侧方基坑开挖下的水平响应进行了研究。提出了可以考虑隧道管片、纵向以及环向接头在侧方卸荷下响应的有限元分析模型,并通过现场监测的数据验证了模型在计算隧道水平位移和水平收敛上的正确性。并对隧道管片以及接头受力变形最不利的位置进行了详细的分析。4.通过数值模拟,揭示了隧道接缝处弹性密封垫的防水失效机制,重点分析了弹性密封垫在张开情况下的防水失效模式。