目前,地下交通系统高速发展,地铁运营过程中带来的高能耗和隧道内热堆积问题逐步凸显。针对上述问题,国内外学者在以往只解决热堆积问题的基础上,愈发倾向于对隧道内的热量进行利用,从而在解决隧道内热环境恶化的同时,降低能耗。隧道衬砌内置毛细管前端换热器的热泵系统作为其中较为有效的途径之一,愈发受到学者青睐。本文根据某示范工程,确定毛细管网前端换热器（Capillary front Heat Exchanger）的物理模型,而后将其进行合理简化,建立了基于面热源假设的圆形复合介质内CHE流-热耦合传热模型,采用理论研究的方法,求得了该耦合传热模型的解;为完善地铁源热泵系统源侧部分构件,对隧道内热源部分进行计算,求得了隧道内空气温度的预测模型。以换热器的耦合传热模型和隧道空气温度预测模型为基础,在TRNSYS平台中搭建相应数值仿真模块。采用现场CHE传热性能测试数据和隧道内空气温度实测数值对上述仿真模块进行了验证,结果表明,上述搭建的两个仿真模块运行可靠且其精度满足工程需要。针对编辑的CHE流-热耦合传热模型仿真模块和隧道内空气温度预测模型仿真模块进行性能测试,分别模拟了管内流速、供水温度及岩体种类对CHE的传热影响和隧道进深、列车车速及列车每小时发车对数对隧道内空气温度变化的影响,为CHE的设计提供了理论基础。将上述仿真模块与TRNSYS中现有模块进行组合,搭建前端换热器子系统模型和地铁源热泵系统仿真模型。分别模拟前端换热器运行情况和典型年下地铁源热泵系统的运行情况,对运行参数进行分析。模拟结果显示,室外空气温度、建筑负荷、CHE热流密度、隧道内空气温度和隧道表面围岩温度的热响应是不同步的;其各温度的幅值范围也有所不同。对系统的源-系统-末端的协同机理进行研究分析后,认为可借此对热泵机组的运行策略进行优化,减少热泵系统的初投资和运行费用,节能降损。为地铁源热泵系统的优化设计及节能运行提供了理论基础。