近年来随着城市地铁的开发建设,轨道交通的发展驶入快车道,而由于盾构施工的安全、环保、快速、可靠等优点,使其广泛应用于地铁区间隧道的修建中。作为盾构隧道主要支护结构的管片衬砌,是由螺栓连接形成的一个连续自持结构,在管片拼装过程中由于施工质量不佳以及外部荷载的作用,拼装完成的管片会出现不同程度的错台、张角、管片开裂等问题,本文针对不同位置、不同程度的环内片间错台、环间错台以及衬砌环拼装不圆等问题进行了研究,分析总结了以上问题对管片受力的影响及规律。管片作为盾构隧道的主要支护结构,含有很多接头部位,其既不是均质的,也不是连续体,计算模型比较复杂,常用的荷载结构模型有均质圆环模型、多铰圆环模型、梁-弹簧模型、壳-弹簧模型和块体模型。为研究错台和拼装椭圆度对管片内力的影响,更真实地模拟管片衬砌的纵向力学效应,本文建立了三维壳-弹簧模型,采用荷载-结构法,以壳单元模拟管片,以剪切弹簧单元和拉压弹簧单元模拟螺栓和管片间的接触,采用逆向思维对不同程度的管片错台、管片拼装椭圆度等工况进行了分析,主要研究内容如下:(1)利用三维壳-弹簧模型对管片衬砌的变形及内力进行分析,研究表明相邻两环的弯矩和轴力在隧道纵向上的分布并不一致。通过建立既有片间错台模型,对不同位置、不同程度的片间错台对管片内力的影响进行了研究,片间内错中拱腰部位的错台对管片受力更为不利,片间外错中拱底以及拱顶的错台对管片受力更为不利。总结了不同位置、不同程度的片间错台对结构受力的影响规律,验算结果表明在10 mm极限错台量下,片间内向错台最大裂缝宽度为0.157mm,片间外向错台最大裂缝宽度为0.196 mm,片间外向错台比内向错台更为不利。片间错台对相邻环的影响主要集中在错台附近位置,对相邻环受力的安全性影响不大。(2)建立既有环间错台模型,对拱顶、拱底和两侧拱腰四个不同位置的环间内向错台和外向错台对管片内力的影响进行了分析,研究表明在环间15 mm极限错台量下,拱顶内错对结构受力最为不利,左拱腰外错对结构受力最为不利,相较于错台靠近片间接头位置,错台位于管片拼装块中部时结构受力更为不利。极限错台量下,拱顶内错工况下最大裂缝宽度为0.187 mm,左拱腰环间外错工况下裂缝宽度为0.198 mm,逼近规范限值。分析了环间错台对相邻环的影响,研究表明相邻环上弯矩和轴力的分布变化明显,但数值上变化不大。(3)建立了四种不同衬砌环椭圆度的工况模型,根据计算结果,分析了不同椭圆度对管片环向应力、弯矩和轴力的影响。从数值上看,管片的环向应力、弯矩和轴力,均是随着衬砌环椭圆度的增大而增大,各椭圆度下管片弯矩和轴力的分布形式大致相同,但随着衬砌环椭圆度的增大,管片接头在衬砌环的不同位置表现出不同的特性。衬砌环椭圆度接近或超过规范要求的6‰时,在封顶块和邻接块之间可能会出现管片错台或者边角碎裂的现象,最大裂缝宽度达到0.195 mm,接近规范限值。