截止2018年底,我国内地已有35个城市相继建成并投运地铁,总运营里程超过5700km,其中绝大多数采用盾构隧道。随着盾构隧道广泛应用及其服役年限逐渐增长,各种病害日渐显现,开展盾构隧道的加固技术研究具有重要意义。钢板和FRP是盾构隧道加固工程中经常采用的加固部件,但前者用钢量较大、造价偏高,后者仅适用于隧道顶部加固。为此,本文提出了一种基于钢管混凝土部件的盾构隧道加固方法,并对其开展了试验研究和计算分析,主要工作及结论如下:1、开展了隧道管片接头的正弯矩和负弯矩加固试验,揭示了钢管混凝土加固管片接头的破坏机制,比较了钢管混凝土与钢板的加固效果,考察了钢管混凝土截面高度对加固效果的影响。研究表明:(1)无论是正弯矩还是负弯矩作用下,钢管混凝土加固试件的破坏均是由钢管混凝土与管片之间的连接失效所致;(2)相比未加固试件,钢管混凝土加固试件和钢板加固试件的承载力以及接头刚度均显著提升,钢管混凝土的用钢量虽然小于钢板,但在正弯矩作用下,前者的加固效果却明显优于后者,在负弯矩作用下前者的加固效果仍与后者大体相当;(3)无论是正弯矩还是负弯矩作用下,钢管混凝土的截面高度在45~60mm之间变化对加固试件的极限承载力和接头刚度都影响有限。2、开展了高温后隧道管片接头的正弯矩加固试验,考察了高温下管片接头缝对试件内部温度分布的影响,揭示了高温后管片接头的剩余性能以及钢管混凝土对高温损伤管片接头的加固效果。研究表明:(1)若管片接头的初始张开量小于10mm,受火60min时接头缝内的温度大多低于周边相同深度的混凝土温度,但受火120min时接头缝内的温度要高于周边相同深度的混凝土温度;(2)采用钢管混凝土加固可使火灾损伤后的管片接头的承载力和抗弯刚度大幅提升,甚至超过未受火管片接头的承载力和抗弯刚度;(3)加载初期接头附近的钢管混凝土发挥主要加固作用,而后此部分钢管混凝土的加固作用逐渐降低,远离接头的钢管混凝土逐渐发挥出更大加固效应。3、开展了钢板-混凝土锚粘连接的受剪试验,对比考察了锚栓连接、粘钢结构胶连接、锚粘连接的受剪性能,构建了锚粘连接的力学模型。研究表明:(1)对于锚粘连接试件,峰值荷载前其抗剪刚度与相同连接长度的粘钢结构胶连接试件基本相当,而其破坏位移与相同连接长度的锚栓连接试件大体接近;(2)针对锚栓断裂破坏模式,多锚连接的发挥系数约为0.92,且该发挥系数与锚栓数量关系不大;(3)连接长度相同时,锚粘连接试件的极限承载力约为锚栓连接试件与粘钢结构胶连接试件的极限承载力之和的78%;(4)对于锚粘连接试件,峰值荷载前其所受荷载基本由粘钢结构胶承担,峰值荷载后锚栓分担的荷载不断增大,且不同锚栓分担的荷载基本相等;(5)修正后的C-T模型对锚粘连接试件和粘钢结构胶连接试件的极限承载力都具有较好的预测精度;(6)利用所构建的锚粘连接的界面粘结应力-滑移本构模型,可较好地预测锚粘连接试件的极限承载力。4、建立了考虑加固部件与隧道环之间粘结滑移的隧道环加固计算模型,对比了钢管混凝土与钢板加固隧道环的加固效果,考察了界面连接性能、钢管混凝土截面高度、钢管壁厚分布、钢管和管内混凝土强度、土层抗力系数等因素对钢管混凝土加固效果的影响,并对局部加固进行了探讨。研究表明:(1)加固用钢量基本相当且竖向土压力较大时,钢管混凝土对隧道环的加固效果明显优于钢板加固;(2)竖向土压力较大时,提高钢管混凝土与隧道环之间的界面连接性能或钢管混凝土的截面高度,可明显提升加固效果,但竖向土压力较小时该效应不明显;(3)竖向土压力较大时,提高土层抗力系数可显著减小隧道环的变形,但钢管强度、管内混凝土强度以及钢管壁厚分布对隧道环变形的影响相对有限;(4)隧道环顶部局部加固相比于腰部局部加固具有更好的加固效率,当竖向土压力不大于650kPa时,对隧道环的顶部和腰部同时进行局部加固可获得与整环加固相近的加固效率。