已建成地铁盾构隧道在长期的运营过程中,由于受到复杂的地质力学及环境影响,隧道纵向结构不可避免会产生非均匀变形,直接影响运营安全和舒适性。因此对盾构隧道纵向结构变形的研究十分必要。由于盾构管片是拼装而成的复杂大型结构体,对其纵向结构力学性能的研究仍属难题,针对此专题,本文分别采用基础理论、模型试验和数值模拟的方法对其进行研究,主要内容如下:(1)采用弹性地基上Timoshenko梁模拟地层中纵向盾构隧道结构,以位移、转角、弯矩和剪力为初参数,通过传递矩阵法求解,建立了能够同时考虑剪切效应和弯曲效应的纵向盾构隧道结构计算模型,给出盾构隧道纵向结构的内力和变形解。(2)依托南京地铁一号线盾构区间隧道,自行设计和制作了相似比为1:40的模型隧道和试验加载系统。分别对均质隧道和模型隧道进行了加载试验,通过对试验数据分析,初步得出了本实验纵向抗弯刚度有效率范围为0.15～0.26。对模型土中隧道进行了局部加载试验,根据位移数据对结构剪切刚度进行反分析,初步得出本实验等效剪切刚度修正系数的范围为0.05～0.1。(3)分别采用数值模拟软件Midas GTS和理论方法对三种下卧土层条件下盾构隧道沿纵向的结构变形进行了计算,结果表明,由于下卧土层的不均匀性,盾构隧道在土层交界处产生了应力集中现象,环缝开裂和错台位移都产生较大的增量。通过本文理论对南京龙蟠路基坑工程对南京地铁一号线影响进行了计算分析,所得位移结果与实测值接近,部分验证了理论的有效性。