当前我国掀起更高层次的大规模交通基础设施建设。特别是在我国西部多山地区,交通建设必然伴随着修建大量隧道工程。作为隧道结构重要构成部分的二次衬砌,隧道衬砌模板台车是其主要施工设备。隧道衬砌台车跨度和体积大,且一般由钢构件组成,所以通常重量很大。本文着眼便于施工和安全控制、节约材料、降低造价,对模块化隧道衬砌台车的进一步轻型化,从隧道台车所受荷载计算、结构优化设计和分析到工程试用与观测,开展一系列深入研究。主要研究工作如下:(1)全面介绍现有隧道工程中常用二次衬砌施工设备原理、结构、主要施工方法及适用范围。综合发现,模板台车的设计大多采用工程类比法。由该方法设计的台车重量大,且重复利用率低。(2)依照某在修隧道的围岩级别分布情况,分级设计整条隧道衬砌结构,从而为确定衬砌台车模板实际所受荷载提供较为明确、可靠的依据。(3)基于分析得到的模板在衬砌施工过程中承受的荷载,初步设计台车型式及主要构件。对于台车重量占比较大的门架系统,采用变截面方法设计门架横梁和立柱,以充分利用材料截面性质,减少门架材料用量。并且,在门架变截面面设计中,建立与控制截面最小弯矩对应的横梁夹角计算方法。(4)对初步设计出的台车,通过数值模拟,分析不同工况下的结构变形与受力,确定主导作用工况。继而将台车构件尺寸作为设计变量,台车重量作为目标函数,构件许用应力及变形控制值作为边界条件,运用拓扑方法,进一步分析优化模板台车主要系统结构形式与重量。优化后的台车重量降低43.7%。(5)将按照最后优化分析结果制作的台车,应用于以上隧道工程。从选定的某段衬砌混凝土浇筑到模板拆除,全过程测量台车结构主要控制点的变形和稳定。通过对比现场观测与数值分析结果,验证台车优化设计和分析的可靠性。