交通的便利对于城市经济发展具有直接的作用。近年来,地上交通饱和状态表现的日益明显,开发利用地下空间显得尤为迫切。但我国地理位置特殊,很多城市处在地震多发地区,研究建立具有抗震性能的地下结构,具有非常重要的意义。本文的研究基于国家973琼州海峡盾构隧道项目,将周期子结构的概念引入到盾构隧道纵向抗震设计中,并结合虚拟激励法,进行地震响应及可靠性分析。本文做了如下工作:首先,充分调研了隧道结构及其抗震研究方法,对隧道的震害资料进行了整理,系统而详细的阐述了隧道震害的破坏形式、研究现状、震害机理、影响因素以及发展趋势。其次,研究了随机振动分析的波传播理论对于长跨盾构隧道的纵向地震响应分析问题的适用性,建立了盾构隧道纵向地震反应分析简化模型,通过虚拟激励法的周期性子结构方法,施加不同激振方向的简谐荷载,求得平稳激励下响应的自谱和方差。此外,研究了非平稳激励下的盾构隧道响应,分别讨论了不同粘滞阻尼,不同截口数下,结构的方差变化趋势。再次,运用虚拟激励法,对单自由度系统分别在ANSYS和MATLAB中进行对比分析,验证了在ANSYS中实现虚拟激励法的可行性,进而在ANSYS中分析隧道横截面的地震响应,得到了隧道衬砌结构的位移及应力自谱,确定了危险点的方差。运用Davenport的可靠度计算公式,对衬砌进行可靠性分析,结果满足要求。最后使用动力时程分析法,运用ANSYS命令流,建立了盾构隧道横断面有限元模型,施加了EL-CENTRO波,分析了盾构隧道衬砌结构的内力变化规律,讨论了隧道在不同埋深、不同衬砌型号、不同衬砌厚度以及多个平行隧道下的隧道衬砌结构的内力变化状态。