城市深隧排水系统是一种能够有效解决城市内涝和溢流污染的重要措施,深隧结构是城市深隧排水系统中的关键结构,具有投资大、耐腐蚀要求高、设计使用寿命长等基本特点。玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastics,简称GFRP）管,作为一种轻质高强、耐腐蚀、使用寿命长且具有优良水力性能的复合材料管道,已成为国内外各类给排水管道工程中的主流管道之一。针对深隧结构的要求及GFRP管的特点,本文提出了一种新型内衬GFRP的深隧复合结构,并对该结构的设计方法及基本性能开展了理论分析、有限元模拟及试验研究,由三层结构优化为四层结构,确定了新型内衬GFRP深隧复合结构的基本设计方案,并建立一套新型内衬GFRP深隧复合结构的设计及优化方法。本文主要成果如下:（1）提出了一种新型内衬GFRP的深隧复合结构,该复合结构由预制管片、水泥净浆、三元乙丙橡胶（EPDM）垫板和GFRP管四层结构组成,充分发挥了各层材料的特性。预制管片作为外层衬砌结构,主要抵抗外部荷载;水泥净浆作为填充材料,形成密实的填充结构;EPDM垫板作为界面分隔材料,实现预制管片与GFRP管的受力分离;GFRP管道作为内衬结构,主要抵抗污水腐蚀、承担内压、输送介质。（2）对内衬GFRP深隧复合结构的各层材料进行了试验研究,得到了基本的材料性能参数。通过短期性能试验得到了内衬GFRP深隧复合结构各层材料的初始力学性能,通过长期性能试验得到了GFRP管的长期力学性能。以上参数可作为该复合结构优化设计的依据,同时也为该复合结构的耐久性提供支撑。（3）对内衬GFRP深隧复合结构的强度进行了理论和有限元分析,得到了多层复合结构受内压作用时各层的应力、应变及其传递规律。针对本文提出的复合结构,理论和有限元分析得到的内衬GFRP管的环向应变分别为:932.3με、1012.21με,外部预制管片的环向应变分别为1.97με、2.44με,外部应变远小于内部应变,且两者结果基本一致。（4）对内衬GFRP深隧复合结构的稳定性进行了研究,建立了基于管-土弹簧单元的多层复合结构外压稳定性的分析方法。采用该方法对本文提出的复合结构进行稳定性分析,得到了两种不同土模量下的临界外压力与理论计算结果的误差分别为2.39%、5.48%,说明了本方法的可靠性。（5）对优化设计后的内衬GFRP深隧复合结构进行了整体性能试验,得到了该复合结构的基本力学性能。试验结果表明:复合结构的外层应变远小于内层应变,该结论与理论及有限元分析结果相一致,进一步验证了本文提出的设计方法的准确性。优化后的四层结构完全实现了受力的分离,GFRP管的应用不仅提高了隧洞结构的性能,还简化了现浇的施工过程,大量缩短施工周期,提高了施工的安全性能,这种四层复合的分离式结构是一种安全且经济的结构形式。