随着西部大开发战略的深入实施，深埋长隧道工程的建设将广泛采用TBM施工，西部地区复杂的地质环境条件将对工程区域TBM施工形成极大挑战，软硬相间复合地层岩性相差悬殊，TBM施工面临诸多工程灾害的威胁，业已造成巨大的经济损失。造成上述问题的根本原因在于目前对软硬相间复合地层TBM开挖围岩力学响应规律认识不足，对相应的围岩变形破裂机制缺乏深入地研究。目前已有的研究工作都是在开挖断面岩层单一的条件下进行的，针对TBM掘进扰动下软硬相间复合地层围岩变形破裂特征方面的研究很少。鉴于此，本文以兰州水源地岩层接触带TBM开挖输水隧洞为依托工程，主要开展了以下几个方面的工作:　　(1)针对兰州水源地岩层接触带泥质砂岩开展了一系列的物理力学性质试验研究，结果表明，含水率随饱水时间成对数关系增长，波速随饱水时间呈对数关系减小;峰值强度、残余强度和弹性模量等力学参数均随饱水时间增长呈负指数关系减小，饱水前期，饱水时间对力学参数的影响较为显著，后期随着饱水时间的增长，力学参数变化速率逐渐减缓;不同饱水时间下围压对力学参数的影响具有明显的规律性，力学参数演化规律可以采用统一的表达式。此外，针对兰州水源地岩层接触带花岗岩开展了不同饱水时间下的单轴压缩试验，通过试验结果发现，花岗岩力学参数基本不随饱水时间变化，后期可不考虑其遇水软化特性。　　(2)结合岩层接触带泥质砂岩和花岗岩的强度及变形特征制作了类复合岩石试样，并开展了常规三轴压缩试验研究，结果表明，不同围压下，类复合岩石试样的破坏形态呈现明显差别。一定的围压范围内，类复合岩石试样软、硬分层之间有相对错动现象的发生;当围压超出这一范围后，软、硬分层之间膨胀变形的差异性逐渐减弱，围压的增加仅引起类复合岩石试样的均匀膨胀变形，而不再发生相对错动的破坏现象。　　(3)分析岩层接触带泥质砂岩与花岗岩的室内试验结果，基于Mohr-Coulomb理论建立了软硬相间复合地层岩石的初始强度准则，通过三轴循环加卸载试验数据的整理分析，在定义塑性内变量的基础上，提出了泥质砂岩及花岗岩弹性参数及强度参数随塑性内变量演化规律的表达式，同时结合不同饱水时间下泥质砂岩的常规三轴压缩试验结果建立了泥质砂岩力学参数随含水率演化规律的表达式;最后，综合考虑塑性程度和地下水对岩石强度的影响，建立了复合岩石强度软化效应理论模型。　　(4)以兰州水源地岩层接触带TBM开挖隧洞为依托工程，开展了软硬相间复合地层TBM开挖物理模型试验研究，结果表明，软硬交界面附近软、硬岩部分存在变形不协调，软岩部分围岩变形明显大于硬岩，破裂和大变形显著。深入分析围岩的变形破裂机制发现:对于TBM掘进扰动下的软硬相间复合地层，浅层围岩破裂多以拉伸、拉剪破裂为主，一定深度处围岩以压剪破裂为主，形成的宏观破裂结构与剪切滑移线场的形态基本一致。　　(5)以兰州水源地岩层接触带输水隧洞为工程背景，建立了兰州水源地岩层接触带引水隧洞的数值计算模型，分析了不同含水率泥质砂岩与花岗岩组合的复合地层围岩塑性区、应力场及位移场的演化规律。结果表明:花岗岩与泥质砂岩交界面附近塑性区深度、应力和位移均存在较大差异，变化梯度较大，且随着泥质砂岩含水率的增加，这种差异性越来越显著;接触带泥质砂岩和花岗岩最大塑性区深度出现的位置不同，上部泥质砂岩部分出现在隧洞顶部，而下部花岗岩部分出现在软硬岩体交界面处;随着泥质砂岩含水率的增加，花岗岩与泥质砂岩接触带隧洞开挖后洞周位移和塑性区深度均逐渐增大，且在泥质砂岩含水率超过2.4％时，隧洞开挖后洞周位移最大值将会大于护盾与围岩的最大间隙，容易发生卡机事故。　　(6)基于数值计算结果，对兰州水源地岩层接触带输水隧洞的TBM施工安全提出相应的如下建议:掘进前，加强掘进中的地质监测和地质预报，分析泥质砂岩含水率状态情况，预估可能会发生的变形情况，实时调整TBM掘进参数，必要时可打超前排水孔进行排水，待排水充分后再进行TBM的掘进;当TBM在岩层接触带掘进时需加强对围岩的观测，如围岩收敛速度明显加大，需要及时停机，扩大TBM开挖直径，从而使围岩的收敛变形空间加大，降低TBM卡机的风险。