盾构技术的不断发展和城市化进程的加快使得地下管网设施逐步完善,除地铁以外,盾构隧道开始被广泛应用于输水管道,水资源调配和蓄水排水等输水隧道越来越多。输水隧道可将水源地的优质饮用水供给城市居民,同时可以起到改善水质,优化水资源配置,提高优质水资源利用效率以及抵抗城市供水风险的作用。随着输水隧道规模越来越大,传统的单层衬砌和双层衬砌隧道结构在长期服役下面临荷载效应、渗漏水、混凝土开裂等问题,无法满足新建大型输水隧道工程高内水压的要求,对输水隧道新型衬砌结构的探索已成为目前的迫切需求。本文以某新型三层复合盾构输水隧道为研究对象,通过建立精细化有限元模型研究结构在高内水压和不均匀沉降下的受力特性,为输水隧道结构的设计和保护提供依据,主要研究工作如下:(1)介绍了盾构输水隧道的发展过程和典型工程案例,叙述了现有的输水隧道结构形式特点及相关计算方法,探讨了对三层复合结构输水盾构隧道进行应力和变形分析的意义,总结了输水隧道结构受力性能的研究现状,确定本文的研究内容。(2)介绍了输水钢管屈曲分析方法和加载方式,进行不同工况下输水钢管有限元屈曲分析,研究了内水压力、钢管壁厚和加劲肋对输水钢管屈曲的影响,研究表明内水压越大、管壁越厚,输水钢管抗纵向屈曲能力越强,加劲肋及间距对钢管纵向屈曲影响不明显。(3)建立外衬管片-内衬砼-输水钢管三层复合盾构输水隧道精细化有限元模型,研究了不同内水压作用下管片、螺栓、内衬砼和输水钢管的受力情况,分析了错边焊缝对输水钢管受力的影响。结果表明正常服役状态下,输水隧道满足受力需求,水压可以通过内衬砼传递到管片,降低管片的竖向收敛变形。(4)分析了不同混凝土填充范围和加劲肋间距的输水隧道结构受力变化情况,研究结果表明a型结构变形最小,但螺栓轴拉力较大,三种结构输水钢管的最大应力均小于容许值。研究结果可为三层复合盾构输水隧道结构形式的优化提供参考。(5)研究了不均匀沉降下各种结构形式输水隧道各部件的受力性能,分析结果表明不均匀沉降率为0.02%时输水隧道管片、内衬砼和接头螺栓受拉破坏,不均匀沉降继续增大时输水钢管屈服破坏,c型结构输水钢管较早达到屈服强度,加劲肋间距对输水钢管最大应力影响无明显规律。