随着城市化、工业化进程的加快,我国的水环境质量每况愈下,水源水量不足、水质严重恶化,突发性水污染事件越来越频繁,人类的生存和发展均受到了严重的制约。作为特大山地城市的重庆受到“两江四山”的制约,其水资源分布散,迫切需要建立完善的特大山地城市供水安全保障体系。为有效控制工程建设对社会环境影响、降低施工安全风险、减少工程投资和缩短施工工期,迫切需要开展特大山地城市供水安全保障超长距离城市供水（水源供给）顶管隧洞施工关键技术。本文采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的方法对长距离岩质顶管施工过程的工程难题进行系统性地研究,主要研究内容和成果如下:（1）建立得到相邻两根顶管在不同偏转角下与对应轴向应力之间的函数关系,结合有限元研究近极限顶力作用下插口自由偏转后顶管承口及钢套环的力学响应规律,结果表明:插口第一环上部单元的轴向应力在偏转角低于1.0°时变化不明显,插口第一、二环上下部四个关键区域混凝土出现破坏的临界偏转角分别为1.4°、1.4°、1.5°和0.6°;而此时钢套环应力值仍远低于其屈服极限。（2）采用ADINA对原始橡胶圈与提出的优化橡胶圈的接头密封性展开研究,得到两类橡胶圈在接头平移安装、顺指针偏转及逆时针偏转三个过程中的接触压力变化规律。研究表明,优化后的橡胶圈自身应力较优化前最大可降低40%,说明其结构更为合理,可降低安装过程中损坏概率;两类橡胶圈在接头平移过程中均能满足防水要求。而在顶管接头偏转过程中,两类橡胶圈的临界有效防水偏转角的大小一致,区别在于橡胶圈优化后能获得更大的有效接触长度而提高接头防渗性。最后,继续对木垫片的力学参数及其厚度对接头受力的影响规律进行研究,结果显示木垫片的泊松比不是显著影响插口轴向应力变化的敏感性因素,但仍建议木垫片泊松比不超过0.25;而建议木垫片的弹性模量及厚度分别为3GPa和20mm作为插口压缩应力不显著增加的阈值。（3）结合现场顶管—围岩接触情况,开展七类复杂接触条件的摩擦试验,获得砂岩、白云岩与混凝土之间的摩擦力学特性。试验结果显示:纯膨润土泥浆是最理想的接触条件;当接触面上存在有充足的膨润土泥浆时,无论接触面上存在多复杂的接触物其有效摩擦角均较小;而当试验次数增加后,接触面摩擦角随着试验次数增加显著增高,平均增幅可达50%～100%。（4）依据围岩与顶管接触范围的变化特征分别建立顶管重力接触、非全接触及全接触三类接触力学模型,并进一步推导出直线顶管与微曲线顶管的顶力计算公式;结合数值分析研究了考虑不同顶管埋深、岩体物理力学参数、接触物理力学参数、接触摩擦特性、接触范围、接触长度等因素的顶管—围岩相互作用力学特性。研究结果表明,顶管与接触物的接触范围为二分之一和四分之一接触时,相同接触范围下回流层力学强度越高,平均接触力也越大;且这种趋势在二分之一接触范围上更为明显;而在相同接触条件下接触范围的增加直接引起平均接触力的下降,但此时却能得到更高的管壁摩阻力,接触力的改变与围岩力学性质关系不明显。（5）通过数值模拟研究了四分之三与全接触条件下顶管—围岩接触压力特性,获得了管—岩接触力大小及分布规律。研究结果表明,二分之一和四分之一两种接触范围内的接触压力均较小,不会引起现有顶管出现进入极限顶力状态;即卡管。当接触物的接触范围变化为四分之三时岩体力学参数对顶管受力影响十分显著,只有在III类白云岩中摩擦系数为0.45时三个埋深下均可有较高安全度不出现卡管,而其余研究条件中基本只在最小的摩擦系数和最小埋深条件下才不出现卡管;在全接触条件中各类研究条件的顶管摩阻力导致卡管出现概率极高,由此不仅说明管外复杂成分接触物沉积确实为导致顶力突增的根本原因,且管外清渣法需要在接触物沉积高度未超过顶管半径前才能发挥积极作用。（6）结合摩擦试验成果,采用三维数值模拟对砂岩与白云岩地层中8种变接触条件下的施工力学效应进行分析,获得顶力在接触条件改变时的变化特征,计算结果表明,不采用位移控制法模拟顶管施工是可行的,平、曲面摩擦试验成果能够较好地真实反映出较简单接触条件下顶管—围岩间的接触作用规律;而复杂接触条件下的管—围岩间的接触作用机理仅能通过曲面试验很好体现,说明了本文曲面试验的设计意义。（7）采用现场试验研究了卡管区段的管节的顶力传递规律,并基于摩擦试验结果及顶管—围岩相互作用力学研究成果揭示了卡管的力学机理,提出一种“临时中继间”的工程措施解决卡管并进行现场试验验证。