通常,对隧道稳定性的研究计算都建立在确定性分析基础上,然而,地铁盾构隧道所处的工程地质环境甚为复杂,岩土土性参数和边界条件等因素存在着很大的随机性、变异性,传统的设计、计算方法无法反映这些不确定因素,因此采用以概率与数理统计为基础的结构可靠度理论对盾构隧道进行可靠性、灵敏度分析具有重要的意义。为了解兰州地铁盾构隧道施工期间结构的可靠度,确定影响隧道结构可靠度的主要因素,本文基于随机有限元工程结构可靠度理论及计算方法,以兰州地铁盾构隧道为依托,考虑了材料性能参数、隧道埋深、结构尺寸、荷载等因素的不确定性,在参考相关文献资料的基础上,确定了各随机变量的概率统计特征,运用ANSYS有限元软件建立了三维随机有限元模型,在确定性分析的基础上,建立了极限状态方程,采用蒙特卡罗拉丁超立方抽样法,对兰州地铁盾构隧道施工过程中管片衬砌的最大应力、最大变形,沿隧道轴向地表沉降最大值、隆起最大值,掘进面上方地表沉降最大值、隆起最大值的可靠度、灵敏度进行了定量计算。通过对计算结果的分析得到了以下结论:(1)随机变量直方图拟合曲线均比较光滑,符合预设的概率分布特征,抽样数据各个子序列均有数据且无较大间隙,表明本次可靠度计算循环次数足够,抽样有效。(2)通过对盾构隧道可靠度进行计算分析,得到本段盾构隧道施工过程中管片衬砌最大应力的可靠度为95%,管片衬砌最大变形小于3.7mm的可靠度为96.29%,失效概率为3.71%,地表隆沉的可靠度均为95%,地表隆沉值均在允许值的范围之内。因此,本段盾构隧道施工期间整体安全可靠。(3)通过盾构隧道结构可靠性灵敏度分析,将随机输入变量对各结构响应的影响程度进行排序,从而确定影响各结构响应可靠度的主要随机变量,针对可控因素,合理确定提高结构可靠度的措施。(4)通过对盾构隧道结构可靠性灵敏度计算结果进行对比分析,围岩、管片等材料参数比结构尺寸等因素对隧道结构可靠度的影响要显著,隧道埋深对地表隆起的最大值有较大影响,施工荷载的不确定性对隧道结构可靠度的影响不大。(5)本文的研究成果可为类似隧道结构、类似地质环境下的可靠度研究提供借鉴和参考,通过本文的计算可为盾构隧道后期的运营维护提供依据。