高度集约化利用是城市地下空间开发的必然趋势。为解决传统圆形盾构隧道在空间利用率与环境影响控制层面的不足,类矩形盾构隧道应运而生,为轨道交通建设的可持续发展提供新的思路。但作为一种大断面异型盾构隧道结构,类矩型盾构隧道的断面形式和承载机制更加复杂,其在实际工程中的普及应用在设计上仍存在诸多难点,譬如如何合理确定最佳断面形式与断面尺寸。在设计环节,简化力学法因具有计算高效、概念清晰等特点备受青睐。但受限于复杂的地质条件与衬砌形式,传统的理论分析方法已难以适应隧道工程领域。应用力法与位移法等传统求解体系必将导致方程的高阶化,提高求解难度。鉴于此,本文基于欧拉梁理论与状态空间法,采用汉密尔顿辛对偶体系,联合力与位移两类变量形成矩阵,提出了一种类矩形盾构隧道结构解析分析方法,并利用该方法针对相关参数进行了分析。该方法可为类矩形盾构隧道的安全设计及快速评价建立理论基础,同时为其余异型隧道的设计研究提供重要支撑。主要研究内容及成果包括:1.在圆形盾构隧道解析分析方法的基础上,考虑类矩型盾构隧道断面形式特点,推导了弹性地基上任意荷载作用下由多段圆弧组成的无柱型类矩形隧道精确解析解,并通过与有限元计算结果的对比证明了解析成果的有效性。在此基础,针对重要影响因素——土弹簧刚度系数进行了参数分析,揭示了管片衬砌的内力与位移随土弹簧刚度系数的变化规律。而后通过隧道断面形状参数对管片行为的影响分析,揭示类矩形隧道扁平率对结构内力、位移的影响规律。2.在无柱型类矩形隧道解析研究的基础上,考虑中立柱的存在,进一步推导立柱型类矩形隧道精确解析解,并通过与有限元计算以及试验实测对比证明解析结果的有效性。针对土弹簧刚度系数进行参数化分析,揭示了管片衬砌、中立柱的内力与位移随土弹簧刚度系数的变化规律。对接头抗弯刚度的正负方向性进行探讨,对负弯矩下的抗弯刚度进行折减,研究正负弯矩作用下隧道接头刚度差异对衬砌内力与变形的影响。3.针对接头的非线性问题,结合相关学者进行的接头试验工作,就接头张开量与偏心距两类指标,总结了四种常见的接头模型,并就其特点及适用性进行讨论。选用指数接头模型,针对具体案例下的类矩形隧道建立了考虑接头非线性的内力与位移迭代计算方法。4.在立柱型类矩形隧道解析研究的基础上,考虑错缝模式下临近环间的相互作用,并通过引入虚拟接头将错缝“通缝化”,推导了弹性地基上纵向双环类矩形隧道衬砌模型的精确解析解。通过对环间剪切弹簧影响的参数化分析,揭示双环管片、中立柱内力与位移随其变化规律。通过比较错缝、通缝与均质环模式下两侧拱腰的径向位移,得到类矩形隧道横向刚度有效率的大致范围,为类矩形横向刚度有效率的取值研究提供思路。5.针对土体的非线性问题,探讨在状态空间法解析体系内,不同土弹簧刚度系数取值方法的适用性。结果表明,本文解析方法适合对衬砌与土体共同作用的初步模拟,但不适用于精细化单元划分与复杂迭代方法的使用场合。