伴随着我国经济的高速发展，隧道工程在全国得到大规模的开发，越来越多的大型隧道工程开工建设，由于其施工工艺的优势，盾构隧道掘进的同时进行出渣操作，衬砌在盾构机内拼装完成，随后实施壁后注浆操作，盾构隧道技术对周围土体的扰动小，对地层的沉降影响低，盾构法越来越受到设计者的青睐，越来越多的隧道工程采用盾构法施工。而管片，在盾构设计施工中至关重要，管片盾构隧道中起到支护和防护的作用，需要承担土压力、水压力以及各种特殊压力，其设计关乎到建筑成本和建筑安全。对管片的理论分析和优化设计具有实际意义。而本文结合南京纬三路过江隧道工程，通过理论分析和数值模拟，对管片的受力进行研究，并且结合神经网络和遗传算法，对管片的设计进行了优化分析。主要内容如下：（1）管片结构设计论述了管片结构设计的相关理论基础，阐明了盾构隧道管片间的接头单元理论，详细描述了管片设计所受到的相关荷载，并且介绍了管片设计中的计算方法，确定了研究管片的建模方式。通过对管片所在地形的分析和了解，依据实际情况，计算了管片受到的相应荷载。（2）讨论管片优化相关因素基于有限元软件，对管片进行了理论分析，在相同荷载及相同管片几何条件下，探讨了惯用计算法和梁-弹簧模型的差别。同时通过控制变量法，对管片的单一属性，如管片长，管片宽，管片厚度等进行逐一分析，得到影响管片设计的相关因素。（3）建立结构优化设计方案通过正交试验，利用遗传算法并且结合神经网络对结构设计进行设计优化。选取盾构隧道管片的几个较为明显的影响因素，管片数量，管片宽度，管片厚度，管片接头刚度，管片接头刚度，将其作为控制变量，将管片隧道的相对位移值作为控制条件，进行设计优化。利用有限元软件对管片的内力进行模拟计算分析，得到相应状况下的管片受力分析。（4）论证将计算结果与原始设计对比，验证优化设计的正确性。讨论得到相关经验。