盾构法以其自动化程度高、对周围环境影响小的特点而成为城市地铁隧道施工的主流方法，然而，由于受到地质条件与施工工艺的影响，盾构法施工过程中仍会不可避免地对地层产生扰动，最终导致地层位移。基于片体墙-颗粒接触理论,以PFC3D和Solidworks为实现平台,将颗粒体与复杂的片体墙实现耦合接触,采用fish语言编译片体墙与颗粒接触处力-位移数据传递交换函数,建立了地层与土压平衡盾构机三维离散元耦合数值模型,其中三维离散元盾构机模型可以实现真实盾构机的主要功能,包括刀盘转动、盾构推进与螺旋出土器出土等.同时从宏-细观角度深入开展砂卵石地层土压平衡盾构掘进对地层扰动和掘进参数研究.研究结果表明:(1)砂卵石地层中刀盘扭矩与总推力较大,其中,总推力中盾壳摩擦阻力占89％;(2)砂卵石地层中盾构土仓压力表现出强烈的非线性;(3)砂卵石地层颗粒间的传力效应明显,刀盘震动与摩擦效应尤为突出,盾构刀盘的切削作用会引起较大范围的土体颗粒旋转运动;(4)砂卵石地层颗粒流动性大,开挖面周围砂卵石颗粒竖向运动趋势明显.