近年来,装配式结构由于施工速度快、工程质量有保证、后期养护简单等优点在我国地上结构和地铁建设中得到广泛应用。我国铁路隧道建设发展迅猛,但由于工程地质环境复杂、施工质量不易控制,日常维修不到位等原因,隧道病害也比较严重。铁路装配式隧道衬砌结构也是隧道建造技术发展的新方向,有利于节约资源、减少施工污染、提高劳动生产效率和质量安全水平。当前,装配式衬砌在铁路隧道中的应用及研究还较少,论文在铁科院重大项目基金《隧道底部预制装配式新型结构体系及关键技术》(2017YJ024)的资助下,采用理论分析、数值计算和实体载荷试验等手段,对铁路隧道预制装配式衬砌接头的力学行为进行了系统研究,以期为装配式衬砌在铁路隧道的应用提供支撑,论文主要研究内容和成果如下:1.装配式衬砌接头力学性能试验研究对装配式衬砌平接头和榫槽两类接头形式下的无螺栓、直螺栓、斜螺栓、曲螺栓共计八种接头连接型式进行足尺轴弯加载试验,系统研究了不同轴力和弯矩作用下各接头形式的力学行为,分析了各接头在不同载荷工况下的表面裂缝、表面混凝土应力、垂向位移和接头转角等演变规律。通过对不同连接型式的接头力学性能进行对比分析,掌握了轴力、弯矩和螺栓型式对抗弯刚度的影响规律,给出了不同载荷条件下的接头的分类抗弯刚度经验公式和简化接头抗弯刚度公式。2.装配式衬砌接头力学性能数值仿真研究对应接头足尺试验建立161个不同螺栓连接型式的有限元模型,对不同轴力和弯矩作用下接头的应力、转角、位移和抗弯刚度等力学性能进行研究,并对不同螺栓连接下接头的抗弯刚度进行了对比,对接头试验结果进行验证和补充。3.装配式衬砌分块研究通过建立96个“荷载-结构”有限元模型对高速铁路单线和双线隧道断面型式进行了设计分块研究,分别以弯矩最小位置分块和弯矩最大位置分块两种方法进行分块设计。研究了不同围岩等级、不同接头刚度和不同分块方法对预制装配式衬砌结构的影响,从结构受力、位移响应和安全系数等指标对预制衬砌结构进行了系统性评价。4.全环装配式衬砌力学性能仿真研究建立精细化有限元模型,对不同分块方法下全环预制装配式衬砌在开挖过程中的力学性能进行研究,对衬砌位移、应力等典型指标与现浇整体隧道进行了对比。建立车辆-轨道-隧道-岩层耦合有限元模型,对高速列车作用下预制装配式衬砌的动力响应进行研究,通过振动加速度、动位移和结构动应力等指标与整体现浇隧道进行对比分析。对装配式衬砌进行静力和动力方面研究。