近年来,我国基础设施建设步伐不断加快,越来越多的隧道建设工程采用盾构法施工,尤其是水下隧道工程。然而,在盾构隧道施工过程中,管片结构经常出现上浮、错台、开裂现象。本文在国内外有关研究现状的基础上,以衡阳市合江套湘江隧道工程为背景,采用MIDAS-GTS NX软件对盾构施工阶段建模分析,研究施工荷载作用下管片衬砌结构的力学响应规律。并对在管片结构上浮、错台、开裂现象进行机理分析,总结其引发因素,提出相应控制对策。全文主要研究内容及成果如下:(1)通过MIDAS-GTS NX软件进行建模,研究施工荷载作用下管片衬砌结构的力学响应。随着注浆压力的增加,衬砌管片产生的水平和竖向位移均相应增加。随着千斤顶推力的增加,管片的水平和竖向位移均会增加,但不明显。管片衬砌环拱顶和拱底产生了较大的挤压变形,拱腰处也有相应的水平变形;压应力最大处均位于拱腰位置。(2)对管片结构上浮现象进行机理分析,通过监测数据总结了管片上浮规律:随着时间增加,浆液的黏滞阻力不断增大,上浮速度逐渐减少;管片衬砌环上浮的大部分位移均在浆液初凝时间以内完成;在初凝后的一段时间内,上浮量值幅度较小,最终上浮量趋于稳定值。(3)对管片结构错台机理进行分析,总结了管片结构错台的引发因素。推导出了注浆过程中单一管片错台量的计算公式。单一管片错台公式表明:(1)注浆压力越大,单一管片错台量越大;(2)螺栓弯曲刚度较大的管片,产生较小的错台量。(3)螺栓与螺栓孔之间的间隙越大时,发生错台的管片对应的错台量就越大。由此,预先确定错台量的大小,对控制管片错台现象具有重要的实践意义。