地铁建设的核心部分是其地下基本运输隧道的开挖。目前的主要隧道开挖方法是盾构法与矿山法,盾构法施工相比其他施工方法有很多优点,施工速度较快,施工作业环境好,管片质量好,隧道渗水小,自动化程度高等优点,该方法在城市轨道交通的施工中已被广泛采用。如果在盾构掘进过程中遇到长距离硬岩段,或软弱不均地层时,如果继续使用盾构法,会造成掘进速度慢,盾构机磨损,尤其是刀具的破坏。矿山法在开挖硬岩段时特别有效,为了解决这一难题,现经常采用盾构与矿山法混合工法,矿山法先开挖硬岩段,喷射初期支护,在盾构空推拼装管片通过。盾构与矿山法的结合,虽能提高施工速度,降低矿山法开挖时的风险,但是也会造成诸多问题,像管片拼装质量差,管片上浮,隧道渗水等。本文以武汉轨道3号线王家湾站至宗关站区间盾构空推段为工程背景,对盾构空推段进行了相关研究,主要研究以下两方面内容：(1)运用弹性力学厚壁圆筒理论对由管片、回填层及初期支护组合的复合衬砌进行分析。通过改变回填层材料性质与回填层厚度得出了这两者对复合支护管片的径向应力和位移影响规律,得出了当回填层的弹性模量在初期支护弹性模量和管片弹性模量之和的1/5,回填层厚度为0.4m时,武汉轨道交通3号线盾构通过矿山法段复合支护的力学性能最好。(2)对盾构拼管片通过矿山法隧道过程进行三维数值建模,分析该过程中围岩的位移变化,管片的纵向应力变化等。得出了在空推过程4个监测点的位移变化曲线,较大的变形均发生在盾构机通过监测断面之前；管片拱顶处在刚脱离盾尾时纵向应力急剧变小,管片拱底处在脱离盾尾12m之后纵向应力开始下降。通过对上述问题的计算研究,不仅对本工程盾构空推过矿山法隧道段设计施工有指导性的意义,而且对今后在长距离硬岩段隧道施工中提供理论依据与技术支持。