盾构法因其对环境影响小、施工自动化程度高等优点,广泛地应用于地铁建设中,盾构隧道在已运营隧道的里程占比逐年增加。盾构隧道“多缝”的特点决定了其整体性较差,以致于管片变形、渗漏水等病害难以避免。北京地铁自2007年首条盾构隧道运营以来,病害问题日益显著,隧道结构服役和列车运营均存有较大的安全隐患。在此以北京地铁为研究对象,开展地铁运营全网的盾构隧道病害检测,采用数值模拟、动力仿真等手段对病害条件下的衬砌结构、轨道结构安全性以及列车行车动力特性展开了研究。(1)全方位地调查总结了北京地铁盾构隧道病害现状。对北京地铁盾构隧道展开了广泛的检测,统计了北京全部建有盾构隧道的12条地铁线路中的41个典型区间,基于20个评价指标,总结了地铁盾构隧道7类常见病害现状。主要成果有:1)渗漏水是北京地铁盾构隧道最常见的病害,超过70%的隧道病害为渗漏水,管片接缝和螺栓孔是地下水渗入隧道的主要通道;2)裂缝是盾构隧道整体道床的主要病害,道床裂缝通常为支撑块位置处45°斜裂缝以及道床板横向裂缝,其深度一般贯穿道床板。3)隧道变形对结构耐久性、安全性及行车安全有直接的影响。(2)基于数值模拟方法,建立了精细化有限元动力模型。依据现场检测资料,利用Midas-GTS有限元软件建立了盾构隧道-整体道床-轨道的动力学三维精细化模型,分析了盾构隧道在不同变形工况时,衬砌及轨道结构受力变形特性,研究了车辆荷载作用下轨道结构动力响应。主要结论有:1)隧道10延长米内最大横向或竖向变形≤15mm时,管片拉压应力均未超过限值,但当横向变形>25mm或竖向变形>35mm时,管片存在开裂风险;2)随着隧道横向或竖向变形量的增加,钢轨横向或竖向变形呈线性增长;3)钢轨竖向振动加速度对隧道横向变形变化并不敏感,而会随隧道竖向变形的增加而剧增。(3)基于有限元计算结果,建立多体动力学仿真模型分析了盾构隧道变形与列车动力特性的关系。采用Simpack多体动力学软件建立了列车-轨道耦合计算模型,将盾构隧道变形引起的钢轨附加变形与轨道随机不平顺叠加作为轨道激励输入模型进行计算,分析了隧道变形与行车安全性、平稳性的关系。主要结论有:1)隧道变形对行车动力特性的影响与列车速度成正相关关系,在变形量相同时,横向变形对行车的影响大于竖向变形;2)在隧道横向变形≤25mm或者竖向变形≤35mm时,列车行车安全性和平稳性评价指标均在限值之内。