建设高速铁路水下盾构隧道对于构建我国高速铁路骨干线网具有重要作用。为评估列车高速运行脱轨撞击作用下水下盾构隧道的安全性,提高水下盾构隧道运行的可靠性,打造“安全、环保、节能”的水下隧道工程,本项研究以当前我国高速铁路水下盾构隧道的建设需要为目标,以沪通铁路黄浦江水底隧道为依托,通过对列车脱轨撞击力、列车撞击作用下管片衬砌的动力响应及其损伤特性、防撞双层衬砌关键设计参数进行研究,形成了如下的主要研究成果：(1)在阐述撞击动力学有限元及损伤分析理论的基础上,研究对比了各种混凝土损伤模型的特点及适用范围,基于混凝土规范推荐的应力-应变关系,阐述了适用于混凝土管片衬砌的损伤演化及其本构方程,提出了损伤有限元分析流程。(2)通过建立简化的列车-刚性墙撞击模型,研究了列车-刚性墙撞击引起的列车塑性变形、能量转化等力学行为,分析了列车脱轨撞击力的时程分布特点；揭示了列车编组数量、行驶速度、碰撞角度等因素与等效撞击力的关系,提出了拟合的等效撞击力经验公式。(3)通过对比单层管片衬砌和双层衬砌盾构隧道在相同撞击力作用下的应力、变形、速度、加速度和损伤因子等动力响应特性,分析了设置二次衬砌对管片衬砌撞击效应的保护效果；通过施加不同撞击力分析了管片衬砌动力响应与列车撞击速度和角度的关系。(4)研究了防撞双层衬砌的二次衬砌强度、厚度等关键设计参数对减缓管片衬砌列车脱轨撞击效应的影响,探讨了撞击作用下双层衬砌的设计原则。