本文以郑州机场城际铁路大直径盾构隧道下穿南水北调中线总干渠为背景,利用有限元分析软件ANSYS,采用动力时程分析法、反应位移法、反应加速度法及整体式反应位移法等多种抗震设计方法,基于平面应变模型和三维模型对该下穿隧道及其上的总干渠结构进行了抗震设计方法适用性、规律性以及交叉结构相互影响的动力响应分析研究。(1)基于平面应变模型,采用动力时程分析法、反应位移法、反应加速度法及整体式反应位移法,对比分析了不同土层条件、不同结构埋深等11种工况下隧道的结构内力变化规律,结果表明:反应位移法和动力时程分析法的内力变化规律相似,计算结果更为接近且高于时程分析,对于该工程及类似工程,推荐采用反应位移法进行地下结构抗震设计。(2)基于平面应变模型研究了反应位移法在地震作用下不同影响因素(不同土层条件、不同结构埋深、地面有既有建筑结构和基坑缺陷等15种工况)对隧道衬砌结构内力变化的影响机制和规律,明确了反应位移法在本隧道结构抗震设计中的适用性。计算结果显示:不同土层条件时,内力极值变化幅度在1.0%以内;不同结构埋深时,随埋深的逐步增加,结构内力呈现减小趋势;且不同土层条件、不同结构埋深时弯矩的极值点出现在拱肩、拱腰附近,而剪力的极值点出现在隧道顶、底及两侧中部附近。(3)建立隧道衬砌-隧道围岩-上层覆盖岩土层-南水北调渠道衬砌的三维复杂空间仿真分析计算模型,采用动力时程分析法,施加沿隧道纵向、横向的水平向El centro波,通过典型断面的关键测点对下穿南水北调在地震作用下的位移、加速度、应力等进行研究,结果表明:横向地震作用的强度大于纵向地震作用;下穿隧道能一定程度上减小其上总干渠结构的竖向位移,且渠底中心的竖向位移峰值达到了5.2 mm,小于控制标准15 mm,总干渠结构安全;南水北调总干渠结构会影响下穿隧道的环向应力结果,造成两者交叉断面的环向应力大于其他断面,应力峰值达到了2.48 MPa。(4)对比分析了三维模型与平面应变模型计算结果的异同,得出以下结论:两种模型下隧道在峰值时刻的环向应力变形规律相似,且环向应力极值都出现在拱肩、内部结构连接位置附近;平面应变模型下渠底中心的竖向动挠度峰值较三维模型减小了16.7%;反应位移法在平面应变模型下的隧道环向应力更接近于三维模型时程分析,且两者最小差值为0.4%,考虑到地基弹簧系数的复杂性,在利用反应位移法对隧道下穿段进行横向抗震设计时,计算结果建议乘以1.10倍的安全系数。