随着城市间快速轨道交通及城区地铁隧道的不断发展,盾构法逐渐成为隧道建设的主流开挖方式。伴随国内盾构隧道设计、施工技术的不断成熟,盾构隧道逐渐向高水压、长距离、大断面方向发展。为保障盾构隧道的安全性、耐久性以及使用性,提高隧道防水性能以减少隧道外水压渗漏现象的发生成为重要手段。工程实践与研究表明,在隧道渗漏的多种途径中,管片接缝是盾构隧道渗漏现象的频发位置,同时隧道渗漏现象与隧道不均匀沉降在耦合作用下还将引发一系列隧道灾害。因此探究管片接缝防水性能的影响因素及管片接缝防水失效机制,提高和优化管片接缝防水性能成为保证隧道长期运营和安全的重要手段。本文依托天津市滨海新区快速轨道交通Z2号线工程,运用课题组研发设计的盾构隧道管片接缝防水性能足尺试验装置进行力学压缩试验和防水性能试验,验证Z2号线防水设计密封垫与优化后密封垫防水性能和管片拼装性能,分析了两种密封垫防水性能、力学压缩性能随压缩量变化规律,评价了两种断面形式密封垫优缺点。其次,以Z2号线密封垫断面形式和优化后密封垫断面形式为基础建立ABAQUS有限元模型,利用试验结果与数值计算结果对比分析验证了本文模型和技术手段的合理性和可行性,然后通过有限元模型计算的直观性剖析Z2型密封垫与优化型密封垫防水失效模式和两种弹性密封垫压缩变形特性。最后,针对影响弹性密封垫防水能力的重要参数进行研究,计算并分析不同高度密封垫防水能力和闭合压力随压缩率变化规律,推导出密封垫断面最大、最小压缩率精确范围。本文的研究结果表明:优化型密封垫能够满足设计允许管片拼装闭合压力的要求,且防水性能优于Z2型密封垫;在最优工况下两种断面形式密封垫防水失效路径均为密封垫与密封垫接触面,在最不利工况下两种断面形式密封垫防水失效路径均为密封垫与密封槽接触面;在接缝无错台工况下密封垫压缩变形呈上下对称性,在接缝有错台工况下密封垫压缩变形呈中心对称性;经过推导,密封垫断面最大压缩率精确到30%～45%,最小压缩率精确到20%～30%。