随着我国国民经济的飞速发展和城市化进程的加速,地下铁道作为一种高效、环保、节能的交通运输方式,逐步成为解决大城市交通拥堵问题的首选方案。目前,绝大多数的地铁区间隧道的施工都是采用盾构法,而盾构隧道中使用的管片式衬砌在施工期间和运营过程中,在各种影响因素的作用下,容易产生裂缝。若没有合理的措施对管片裂缝进行处理,最终会导致管片发生破损,进而影响衬砌结构安全。因此,盾构隧道管片的开裂问题得到了工程界的广泛关注。本文针对盾构隧道管片结构的开裂问题,在混凝土断裂力学理论基础上,采用扩展有限元方法对不同荷载作用下盾构隧道管片的开裂机理开展了研究,主要研究内容如下:(1)基于混凝土断裂力学理论,在考虑管片接头的影响的基础上,采用结构力学的方法分析盾构隧道管片的受力特征,推导了管片结构的内力和位移计算方法。(2)利用ABAQUS软件,基于扩展有限元的方法对盾构管片开裂的进行了仿真模拟。分别模拟了盾构隧道管片在偏压荷载、管片背后空洞、松弛压力作用下的开裂过程。在此基础上,分别从应力、位移和开裂情况及扩展规律等角度分析管片的开裂机理及管片的承载力受到的影响。(3)针对已运营的盾构隧道,对比分析完整管片和含裂缝管片在同样外荷载条件下其受力变形特性,分析裂缝病害对隧道整体结构承载力的影响;对于已含裂缝的管片,考虑裂缝深度对其安全性的影响,分析含不同深度裂缝的管片在松弛压力作用下,其裂缝的变形情况,得到裂缝失稳破坏条件。(4)通过对盾构隧道开裂机理的研究分析,结合工程实际经验,对裂纹的预防和治理提出了相应的措施。本文立足于先进的理论基础,采用数值计算方法与分析手段,对盾构隧道管片的力学性质及其开裂机理进行分析研究,为盾构隧道设计和修建提供了一定的理论指导,具有一定的工程应用价值。