据国家能源发展布局及西电东送战略实施，西部数个巨型或大型水电站正在或者即将开工建设，且大多采用地下厂房，各型用于地下洞室的衬砌钢模台车投入使用。对于承受重载，使用条件工况变化的钢模台车，如何对结构进行优化，使其能满足使用条件，强度刚度满足要求，具有良好的使用性能而重量不致过于庞大是实施这些水利水电地下工程面临的问题。由于钢模台车使用不可重复性以及设计周期的限制，钢模台车结构计算大多采用传统计算方法。 本文以三峡地下电站尾水隧洞钢模台车为对象，首先对钢模台车各工况下的约束和载荷等边界条件进行研究，然后采用有限元软件ANSYS对钢模台车结构进行整体建模以及分析计算。通过对门架承载（丝杠和千斤顶载荷）的研究，发现钢模台车承受的混凝土载荷在各榀门架上并不是平均分配的，一般情况下两边跨度大的单榀门架将承受较大的力。对于三峡地下电站尾水洞钢模台车来说，在隧洞纵向第2榀和第5榀门架上要承受相对大得多的载荷。因此以较大的单榀门架载荷为最终钢模台车门架的载荷。 在此基础上，本文研究了结构拓扑优化原理，并基于ANSYS的拓扑优化模块，采用变密度法对钢模台车单榀门架结构进行拓扑优化，得到钢模台车门架更为合理的桁架布置型式。之后研究并利用截面优化原理，在满足结构强度、刚度和稳定性的条件下，选择合理的设计变量、状态变量和目标函数，建立了钢模台车门架截面优化模型，对门架杆件的截面进行优化。最终结果表明根据本文优化方法可减少三峡地下电站钢模台车门架约20％钢材用量。拓扑优化与截面优化是结构设计中有效的方法，具有一定的实用价值。