随着盾构隧道工程的大量修建,管片衬砌结构在长期使用过程中暴露出的病害问题日益凸显,尤其是在大断面、大埋深、穿越复杂地质条件等工程情况下,难以完全满足结构安全性及耐久性要求,鉴于管片衬砌可能出现的安全风险,合理使用双层衬砌结构已成为一种工程界普遍认可的增加隧道安全系数的解决方法。当前全线采用双层衬砌结构的盾构隧道工程实例相对较少,不同条件下管片及二次衬砌受力状态变化规律无先例可循,因此有必要对双层衬砌结构力学性能进行深入探讨。本文依托武汉地铁8号线越江隧道工程,针对不同条件下双层衬砌力学性能开展研究,主要研究工作及成果如下:(1)采用径向压杆和切向弹簧模拟层间力学传递作用,建立双层衬砌三维数值计算模型,对依托工程典型断面管片及二衬结构内力进行计算,结果表明在管片完全承载后施作二衬,管片内力状态变化极小,二衬由于不承担外荷载内力水平远低于管片,两者在变形规律上具有一致性。(2)基于上述模拟状态研究了水位变化对双层衬砌力学性能的影响,水位升高双层衬砌轴力近似线性增长,二衬轴力增幅大于管片,水位下降双层衬砌轴力近似线性减小,管片轴力降幅大于二衬。从变化量值上看,水位涨落对衬砌弯矩及结构变形影响较小。同等水位增幅条件下,施作二衬结构后管片内力及变形增幅相对较小。(3)通过数值计算得到了不同结构参数对双层衬砌力学性能的影响规律,叠合式衬砌提高了管片与二衬整体性,抗变形性能较复合式衬砌更好。管片强度退化使二衬进入承载状态,二衬内力增大,施作二衬可抑制隧道因管片强度退化而产生的变形增量。管片接头抗弯刚度增加,管片弯矩增大,二衬弯矩减小,结构变形量减小,施作二衬结构后管片弯矩随接头刚度变化敏感度有所下降。(4)采用数值模拟方法探明了管片完全承载以及二衬参与承担荷载增量情况下,二衬强度及厚度对衬砌力学性能的影响,并建立三维纵向双层衬砌模型,研究了隧道纵向等效抗弯刚度变化规律,结果表明施作二衬隧道纵向弯曲刚度增大,最后就二衬施工缝作用及布设位置进行了探讨。