众多的针对盾构隧道管片结构性能的理论研究均是将其简化为平面问题，即针对纵向和横向分别加以研究。这样将衬砌结构这个三维问题简化为两个平面问题，无疑使得问题简单，但割裂了纵横向性能的相互影响和匹配关系，也不能真实反应衬砌结构的受力和变形性态。盾构隧道管片结构性能的模型试验研究已有很多研究成果，但隧道模型在横向、纵向接头方面的模拟都存在一些问题，使得模型难以准确反映出原型隧道真实的受力和变形性态。论文以此为研究背景，针对盾构隧道管片结构性能开展模型试验研究。以相似理论为基础，推导模型试验相似关系，并且按照试验相似关系选定“有机玻璃+纯铝焊丝”作为模型材料。针对目前盾构隧道模型接头相似性不足的问题，设计与原型隧道结构形式一致的模型，解决了模型的横向、纵向完全拼装和施加横向、纵向螺栓预紧力两个问题。通过开展盾构隧道管片横向结构模型试验，分析通缝管片环、错缝管片环及横向匀质管片环的受力和变形规律，得到了横向抗弯刚度有效率的取值及其变化规律；并发现提高螺栓预紧力可显著提高横向抗弯刚度。通过开展盾构隧道管片纵向结构模型试验，分析通缝隧道、错缝隧道、完全匀质隧道的受力和变形规律，得到了纵向抗弯刚度有效率的取值及其变化规律；并且管片结构横向抗弯刚度的提高，并不能有效提高纵向抗弯刚度，反而纵向拼装效应可以有效提高横向抗弯刚度。