通过修建深埋、大断面、长距离的地铁、地下公路、地下人行通道和地下调节池(蓄水池)等铁路隧道可解决地面交通拥堵、机动车尾气污染和城市型水灾等社会问题的同时又能避开复杂浅埋地下管线,有利于地下空间的合理使用。但此类盾构隧道建设过程中衬砌结构承受的水土压力很高,传统的衬砌结构不能满足刚度和强度要求。复合管片作为一种新型管片被研发出来并已经在深长大、断面多样化的地铁、地下公路、地下人行通道和地下蓄水池等施工环境比较复杂的盾构隧道建设中得到了使用。但因其结构形式复杂,力学机理不明确,设计模型及关键参数的选取不确定,导致其存在安全性和经济性缺陷,限制了复合管片的推广。盾构隧道设计需要明确衬砌结构在高水压、大土压作用下的受力与变形特性。同时,隧道火灾作为隧道的常见灾害,会对衬砌结构造成严重损坏。复合管片外面包裹的钢板等金属构件以及管片之间的接头是衬砌结构的薄弱部位。如何正确评价复合管片及其接头部分高温性能是研究复合管环结构抗火性能的基础。因此,利用ABAQUS大型通用有限元分析软件,建立复合管环结构的精细化模型,研究复杂条件下复合管环结构的力学机理。主要研究的是复合管环结构在内水压作用下的受力与变形特性以及在静力荷载研究的基础上通过热力耦合对盾构隧道复合管片及接头高温力学行为、管片构件及衬砌结构承载性能进行研究,给出了内水压作用下和火灾高温下采用梁—弹簧模型进行截面内力计算时的弹簧刚度系数取值,最后通过无内压作用下复合管环结构的工程实例,对比分析了火灾高温对复合管环结构受力和变形的影响规律,为复合管片的合理化设计提供理论依据。