盾构隧道的使用属性已经从单一的公路、市政往铁路、水工等方向拓展,双层衬砌是其中必需使用的重要结构形式。论文以沪通铁路黄浦江盾构隧道工程为依托背景,以盾构隧道双层衬砌设计计算模型和力学特性为对象,通过国内外资料的调研总结、理论分析和数值仿真计算等多种手段方法进行了研究,主要内容如下：(1)调研了国内外盾构隧道单层管片衬砌在以往一些工程实践中暴露出的问题以及双层衬砌在实际工程中的使用和结构形式。(2)结合已有的理论和国内外学者的研究成果,同时引入Reissner—Mindlin中厚板壳理论,建立出双层衬砌荷载—结构模式下的壳—弹簧计算模型。(3)选取黄浦江隧道沿线的不同典型断面,利用建立的壳—弹簧模型对双层衬砌进行内力计算,同时还研究了关键结构构造参数对结构内力的影响。(4)利用现行的国家规范初步探讨了叠合结构和复合结构的防排水措施,并且检算了内衬的承载能力。通过研究得出双层衬砌由于内外衬接合形式的差异在计算分析时可分为复合结构和叠合结构,前者可以直接依据内外衬的刚度比对外荷载进行分担；后者则要根据接合面的接触情况建立位移协调方程,通过弹性力学中的变分原理求解内外衬的内力。根据内力计算结果,叠合结构表现出了更好的整体受力的特点,对内力分布和量值影响较大的结构构造参数则是接合面剪切强度和内衬厚度。