随着高速铁路网和城际铁路网的密集化发展,穿越城市核心区密集建构筑及复杂地层的大直径盾构、高风险隧道逐渐增多。盾构隧道的直径增大,使管片结构出现了厚度增大、每环衬砌分块数增加、前后环间错缝角度多样化、纵向连接螺栓数增加等新的结构特点。在现有的多种计算模型中,如何选择合适的模型以考虑大直径铁路盾构隧道所表现出新的结构特点给管片受力性能带来的影响是值得研究的问题。本文以望京隧道为工程背景,通过调研、理论分析、现场监测、数值分析等研究方法,对大直径铁路盾构隧道管片结构的力学特性进行了分析,具体内容如下:(1)考虑盾构隧道管片拼装非连续变形体的特性,在ANSYS中利用实体单元模拟环向螺栓和管片,杆单元模拟纵向螺栓,并在相邻管片之间、管片螺栓孔与螺栓之间设置接触关系,建立可以综合考虑盾构隧道环向和纵向力学特性的三维非连续接触计算模型。(2)建立惯用法有限元模型和非线性接触有限元模型,分别对两种模型的位移、应力、螺栓、接触和管片内力进行了分析,并通过对两种模型的综合对比,得出相关结论。(3)建立可考虑盾构隧道纵向力学特性的三维非线性接触模型,通过对不同围岩弹性抗力大小和不同拼装方式下,盾构管片的位移、应力、螺栓、接触和管片内力的变化规律进行分析,对大直径铁路盾构隧道管片结构的纵向力学特性进行研究分析。(4)选取典型断面,进行衬砌背后土压力、衬砌内部钢筋受力、混凝土应变及螺栓受力的测试,通过测试数据,计算出隧道衬砌结构断面内力分布,得出受力规律,并结合非连续接触模型的计算结果对盾构衬砌的受力与变形情况进行研究分析,为大直径铁路盾构隧道结构设计提供依据。