近年来，盾构法施工在隧道工程中的应用日益广泛，尤其是在越江隧道的建设中发挥了巨大的作用。随着越来越多的越江大型盾构隧道的开工，大型盾构隧道衬砌结构受力状况的研究也显得更为重要。论文以武汉长江隧道为研究背景，采用有限元数值模拟分析以及大型室内相似模型试验为研究手段，对大型管片的结构受力规律和影响因素进行了全面系统的研究。(1)采用基于梁—弹簧模型的有限元数值分析，将周围地层作用模拟为具有拉压和剪切作用的弹簧，将盾构隧道管片模拟为梁，将环向接头螺栓模拟为转动弹簧。通过对不同分块方式下的盾构隧道衬砌环变形、弯矩以及轴力分布的计算分析，得出了不同分块方式下的管片环衬砌结构的力学特征，选择了一种最优分块方式。(2)采用1:20的几何相似比和1:1的容重相似比为基础相似比进行室内模型试验，实现了在弹性范围内各物理力学参数的相似性。根据试验结果，研究了管片环衬砌结构在不同荷载作用下，结构内力和变形受土体荷载、水荷载以及侧压力系数变化的影响规律，并与数值模拟结果对比，提出了不同计算模式下土体荷载、水荷载和侧压力系数的选用方法。(3)根据试验和数值模拟结果，分析了复杂地层对管片环结构衬砌结构力学分布特性的影响，并与普通地层下的结构受力特征相比较，探明了在软硬不均复杂地层条件下管片环结构衬砌结构受力特征。