随着盾构隧道建设规模的快速扩大,其在施工期和运营期的安全性在评价隧道工程技术水平方面占有举足轻重的地位。加强隧道的防灾减灾研究是保证隧道结构安全性、减少灾害发生引起人员伤亡和经济损失的有效措施。因此,开展火灾高温荷载作用下隧道衬砌的力学特性研究是非常有必要的。开展高温条件下盾构隧道衬砌结构的力学特性研究,分析其应力、变形规律及破坏特征,可为盾构隧道的设计、施工及养护提供理论依据。但是,目前关于隧道火灾高温条件下力学特性的研究多限于数值方法,尚缺乏便于操作和可靠的试验装置、完善的试验标准和合理、有效的试验方法。因此,研发可施加热力耦合荷载的盾构隧道管环结构试验装置是非常必要的。本文在前人研究成果的基础上、综合相关学科的理论知识,研制了能够开展热力耦合荷载下盾构隧道管环试验研究的装置。具体工作如下:参考已有的研究成果确定了将试验装置分为静力加载系统和温度荷载加载系统两大系统的研制思路;利用数值方法分析得到了管环试验装置静力加载系统中试验荷载加载圆心角的选用原则,并将整套静力加载系统设计为可灵活改变试验加载方式的形式,同时提出了根据具体试验搭建隧道管环试验装置温度荷载加载系统的试验设置方法;最后,结合测试试验介绍了温度荷载加载系统的设计和搭建过程。为了验证该试验设备的有效性,本文开展了盾构隧道管环静力加载系统、温度荷载加载系统测试试验和热力耦合加载试验。通过测试试验验证了该设备能够施加热力耦合荷载,且加载方式简便,试验数据能反映隧道管环试件的受力状态。此外,根据试验结果提出了运用该试验设备开展模型试验的建议。综上所述,本文研制的可对隧道管环施加热力耦合荷载的试验装置为研究隧道衬砌结构高温下的力学特性、以及破坏过程提供了有效的试验装备和测试方法,对开展相关研究奠定了基础,研究成果对后续试验研究有一定指导意义。