盾构输水隧洞是水资源配置工程的重要组成部分,为了满足承担高内水压力和优异耐久性能的需求,其结构型式从单层衬砌结构逐渐发展为双层衬砌甚至多层衬砌结构。盾构输水隧洞三层衬砌结构是一种在管片与钢管中间填充自密实混凝土形成的联合受力结构体系,目前,该结构体系在真实围岩环境和高内水压作用下的承载性能和计算模型研究较少,缺乏充分的试验论证。本文依托珠江三角洲水资源配置工程的原位内压加载试验,分析了盾构输水隧洞三层衬砌结构体系在外水土压力和试验内压作用下的承载性能,随后,基于经过试验成果验证的三维数值仿真模型,探究了最大工作内水压力作用下的结构体系力学响应,进一步分析了隔水垫层构造措施的有益影响,可为类似盾构输水隧洞工程的设计及应用提供参考。本文主要工作和研究成果总结如下:(1)简述原位试验的工程地质、水文地质、整体结构设计、监测布置方案和内压加载方案;(2)根据施工期监测数据,分析管片的外部水土压力分布、钢筋应力和管片内力状态,得到管片的初始受力状态;通过内压加载试验的监测数据,分析0.75MPa内压作用下,管片、自密实混凝土和钢管的变形或受力状态,得知结构体系变形较小、安全储备较大;(3)建立盾构输水隧洞三层衬砌结构的三维精细化数值模型,分析0.75MPa内压作用下结构体系的力学响应,与试验结果对比,验证模型的可靠性;探究最大工作内水压力1.05MPa作用下的结构体系承载性能,认为结构体系的安全储备充足,可从发挥钢管材料性能和降低可能的运营风险两个方面进行优化;(4)通过管片和钢管变形、螺栓应力、钢管应力等指标的数值分析结果,进一步研究隔水垫层及垫层弹模变化对结构体系承载性能的影响,得出低模量隔水垫层有利于优化原结构体系的结论。