钢顶管因其密封性能好、承受高内压、非开挖施工对环境影响较小等优点，在城市给排水管道建设中得到广泛应用，并呈现朝大口径、长距离和适应复杂地层的发展趋势。钢顶管施工技术与设备已取得显著的进步，但理论研究滞后于工程实践发展。随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大，复杂环境中深埋钢顶管的受力特性已成为设计施工中的关键难点，包括管道断面受力变形、纵向顶力控制和大口径薄壁管稳定特性等，也影响了钢顶管的壁厚优化与施工控制。本文采用数值分析和室内模型试验等手段，研究大直径钢顶管的土压力分布、管土摩阻力、曲线钢顶管受力和钢顶管结构稳定性，主要研究内容和成果如下。(1)采用平面应变有限元方法模拟钢顶管施工过程中的管土相互作用，研究钢顶管的变形特征及其土压力分布的变化规律。分析表明：钢顶管由于径厚比大、环向刚度小，施工中产生竖向压缩而水平拉伸的椭圆变形，径向变形量约为管径的2~3‰，从而引起土压力重分布。钢顶管自重较小，下方土体的卸荷回弹会削弱上覆土层的土拱作用，使管顶土压力大于考虑土拱效应的理论值，且上覆土压力与基底反力的差值较小。钢顶管水平拉伸变形引起管侧土体抗力，使管道侧向土压力增大，其分布与发展接近于盾构侧向土压力。因此，钢顶管外土压力分布具有均匀化趋势，在管道埋深直径比(H/D)较大时更为明显。(2)结合钢顶管施工的工艺特点，研制一套能模拟管道顶进与注浆减阻的试验系统，通过模型试验研究管土摩擦特性和注浆减阻效果。试验系统采用大小管模拟顶管与掘进机的尺寸差异，并配置注浆控制、顶力控制和自动测试三大系统。顶管机头与管道尺寸差异所产生的施工间隙会引起土拱效应及卸荷作用，从而减小钢顶管的管土摩阻力，测试结果表明，无注浆条件下的管土摩擦系数略小于经验值的下限。注浆可大幅减小管道顶进的摩阻力，不同配比的减阻泥浆可将管土摩阻力减小至未注浆时的10~40%。泥浆充分发挥减阻作用的前提是泥浆套形成，砂土中形成良好泥浆套的注浆量约为理论注浆量(施工间隙体积)的3~4倍。(3)采用数值方法分析曲线顶管中焊接曲线钢顶管与承插式管道的受力特性及容许曲率半径。分析表明，焊接式钢顶管不适用于小曲率半径的曲线顶管，其最小曲率半径主要受曲线段长度与管径的影响，当L/D(管道长径比)大于30时，最小曲率半径建议为80倍管长；当L/D小于30时，最小曲率半径建议为2400倍管径。在钢顶管曲率半径较小时，应采用承插式接头。承插式钢顶管最小曲率半径为单节管长与接头容许转角之比，容许转角主要受接头几何尺寸(木垫片厚度、内外壁间隙与接头长度等)影响。(4)首次研究钢顶管施工过程中的稳定特性，将管土共同作用下的钢顶管结构稳定问题简化为钢管屈曲分析，由有限元分析得到钢管弹性屈曲模态，再以初始缺陷形式引入弹塑性屈曲分析。通过均布围压和均布轴压下计算结果与理论解的对比，验证分析方法的准确性。在此基础上，研究偏心轴压及不同施工荷载组合作用下的钢顶管稳定性，探讨钢顶管的屈曲模态和不同参数的影响规律。分析表明，围压与摩阻共同作用下，管道在摩擦系数μ较小时呈围压屈曲形态，在μ较大时表现为压杆屈曲形态，μ的增加会导致极限屈曲摩阻力急剧下降。围压、迎面阻力和摩阻力共同作用下，钢顶管的屈曲顶力在围压较小时随着围压的增大而提高。当围压接近管道屈曲围压时，钢顶管轴向承载力急剧下降。(5)结合某钢顶管工程实例，应用上述研究结果对复杂环境下钢顶管的受力与稳定特性进行分析。研究外部高水土压力作用下钢顶管的受力变形，探讨其发生过大变形和局部屈曲事故的原因，进而提出并评估管道加固和注浆减阻等不同工程技术措施，并针对工程中曲线段顶管的曲率半径及中继间布置提出指导建议。成果可为同类工程中钢顶管的设计与施工提供参考。