随着城市化进程的发展,城市交通压力日益增大,大中型城市积极开展城市轨道交通等基础设计的建设,其中,盾构法以施工迅速、开挖安全、对环境影响小等特点成为了城市地铁隧道的首选工法。与此同时,盾构隧道的埋深和直径越来越大、穿越的地质条件越来越复杂。近年来,盾构隧道在均质地层地震响应研究较多,复杂地层研究较少;小直径盾构隧道地震响应研究较多,大直径盾构隧道研究较少;而盾构隧道的横向抗弯刚度通常为纵向抗弯刚度的数倍,但是盾构隧道受横向地震作用的研究较多,纵向地震作用研究较少,因此大直径盾构隧道在复杂地层受纵向地震作用下的力学响应规律亟待研究。本文在国内外对盾构隧道地震响应研究的基础上,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了广域二维模型和局部三维土体-混凝土管片结构、管环间螺栓的精细化数值模型,研究了复杂地层条件下大直径盾构隧道受纵向地震作用下的加速度变化规律,并进行了风险评估进而确定了危险区域。在此基础上,进一步对危险区域的管环结构、接头的张开量与错台量、螺栓的内力进行了分析,得到了大直径盾构隧道穿越软硬突变地层纵向地震响应规律。在数值模拟的基础上,进行了相应的振动台试验准备工作,采用硅胶作为模型结构的制作材料,设计并开展了振动台试验,相互验证了数值模拟和模型试验的正确性。结果表明:埋深较浅、地质条件较为复杂、距离盾构井较近的区域往往是盾构隧道在地震作用下的危险区域;软硬地层交界处,盾构隧道结构应力、螺栓的内力、管环接头的张开量和错台量会发生突变;盾构隧道螺栓的应力突变和接头的张开量错台量突变在硬地层中衰减距离较小,软地层中衰减距离较大;隧道接头的变形规律与螺栓的内力响应规律具有一致性和追随性,仅当螺栓轴力达到变形临界点时,接头的张开量与螺栓内力才呈现线性关系;由于软硬地层交界面与隧道轴线存在夹角,拱顶和拱底螺栓内力峰值具有偏移性,即偏移向软硬地层交界面处。