由于地质条件、施工环境、施工技术经验等多种因素影响,隧道病害的各类问题日益突出,为满足重大盾构隧道工程结构耐久性及安全性等要求,越来越多的盾构隧道工程开始使用“管片衬砌+二次衬砌”的双层衬砌结构。目前,各国学者对于双层衬砌结构的研究主要集中在数值方法和实验,理论解析分析方法还相对较少,因此有必要对双层衬砌结构解析分析理论进行深入探讨。本文基于欧拉曲梁理论,提出了一种新的盾构隧道双层衬砌结构解析分析方法,并针对不同条件下双层衬砌力学性能开展研究,主要研究及成果如下:(1)针对外层为管片衬砌,内层为二次衬砌的双层衬砌结构,提出了一种考虑层间滑移的组合曲梁理论。(2)建立了一种新的双层衬砌结构分析理论。该方法运用状态空间法求解,不仅形式简洁,计算效率高,同时还可以方便地处理各种形式的载荷、纵向接头分布以及考虑层间刚度非均匀的局部加固形式。由于采用了状态空间法,内力和变形都是基本未知量,可以采用试错法方便地考虑与内力方向相关的接头刚度,避免传统的非线性迭代算法。(3)在双层衬砌结构分析理论的基础上,引入土与结构的相互作用,建立了两种典型的弹性地基上的双层衬砌结构分析模型,即弹性地基模型及简化土体反力模型。其中弹性地基模型更适用于深埋盾构隧道,简化土体反力模型更适用于浅埋或软土中的盾构隧道。(4)研究了不同结构参数下双层衬砌结构的力学响应:对比了 3种不同的接头分布形式;研究了与内力相关的纵向接头刚度效应对双层衬砌结构内力和变形的影响;研究了双层衬砌变形和内力随层间剪切刚度和土体刚度的变化规律。(5)在双层衬砌单环结构分析理论的基础上进行拓展,建立了双层衬砌双环结构分析方法和双层衬砌半环加固结构分析方法。双环结构模型考虑了相邻两环衬砌间的剪切相互作用;半环加固分析模型通过改变局部结构参数,可方便地考虑实际隧道加固工程中道床对结构的影响。