近年来,我国交通运输等基建设施的建设规模不断扩大,公路和地铁建设迅速发展。在一些山地高原地区和人员密集的城区,为行车方便、提升列车运行效率,公路铁路隧道及地铁隧道所占的比例越来越高。隧道运输成为一种重要的交通运输方式,盾构施工的地铁隧道以其高效、机械化的施工方法得到了高度的重视。然而,盾构隧道在施工运营阶段受开挖、注浆、盾构机姿势不良等多种因素的影响,会使盾构隧道结构出现各种各样的病害,加速盾构隧道结构的老化和退化,严重的影响着盾构隧道结构的安全运营。为保证盾构隧道结构的稳定工作,系统的分析盾构隧道的结构状态和不同损伤情况下盾构隧道的受力状态是十分必要的。本文以大连某盾构隧道为研究对象,分析了盾构隧道结构受力状态以及衬砌背后空洞问题对盾构隧道结构造成的不利影响。首先对隧道结构计算理论进行了阐述和研究,之后使用ANSYS有限元分析软件对盾构隧道进行三维有限元模拟计算,分别模拟了健康盾构隧道、损伤盾构隧道的结构模型,计算分析了盾构隧道结构的受力特点及变形规律。最后在盾构隧道结构分析的基础上,分析了盾构隧道结构的常见病害及相应的评价指标,对盾构隧道的安全评估方法和健康监测进行了研究。结果表明,空洞的存在使盾构隧道结构状态发生较大变化,最大应力值急剧增加。在同一位置处,存在的空洞范围越大,衬砌结构的最大拉应力与最大压应力的绝对值就越大,结构的受力状态越不利。当拱顶存在空洞损伤时,随着拱顶位置处空洞病害的越来越严重,拱顶附近的轴力与弯矩值都越来越大。随着拱顶空洞范围的增大,拱腰处的轴力和弯矩不同程度的减小。拱顶衬砌背后空洞的增加会引起拱底部位的轴力小幅度变大,弯矩一定程度的减小。拱腰处损伤对拱腰处内力影响最大,对其他位置处内力值影响不大。相比于其他损伤情况,当拱腰处存在空洞时,盾构管片受力最为不利,且空洞越大,内力值越大,对于拱腰处存在的损伤应给予足够的重视并及时进行维护,以免造成工程灾害。拱底部位空洞对拱底部位轴力影响最大,且损伤越大,拱底轴力值越大。拱底空洞对衬砌拱脚及拱底附近的弯矩影响也较为明显,拱底处最为明显,随着空洞的增大,拱底弯矩由负弯矩变为正弯矩。对结构进行受力分析可以更加充分的了解盾构隧道结构的受力状态,进一步判断损伤状态并指导健康监测。因此,本文的研究对今后隧道结构的研究具有一定的参考价值。