复合式衬砌是由支护和衬砌共同构成的承载体系,但是支护和衬砌在复合式衬砌中的作用目前还不是十分明确。本文针对复合式衬砌目前存在的问题,采用大型通用软件ANSYS进行数值模拟和理论分析,建立了复合式衬砌计算模型,并对初支与二衬之间的力学机理进行了深入的研究。阐述了目前荷载—结构模型与地层结构模型的基本原理及其优缺点,在此基础上,提出并理论分析了有限元共同作用的荷载—结构模型,利用该模型对以初支为主要承载形式的复合式衬砌设计方法进行了检算,得到了不同围岩级别下初支的安全系数以及复合式衬砌以初支为主要承载结构的结论。防水层的处理会影响到复合式衬砌模型结果的正确性,针对复合式衬砌防水层作用的特点,分析了目前初支与二衬相互作用中间链杆弹性模量的取值。通过初支和二衬的相对位移的关系,得到了不同链杆弹性模量对初支和二衬受力的影响,并得到链杆弹性模量取0.35Ec(Ec为二衬的弹性模量)较为合适的结论。以强度和耐久性为依据,利用复合式衬砌设计计算模型对深埋隧道不同围岩级别下的复合式衬砌进行了检算,得到了初支和二衬的安全系数、裂缝宽度以及破坏类型。分析了初支和二衬的变形协调关系,以及受荷条件下复合式衬砌计算模型中间接触链杆的轴力分布特点,得到二衬受力不均匀分布的特点。对不同围岩复合式衬砌二衬荷载传递系数进行了研究,以圆形结构为例,理论分析了复合式衬砌初支和二衬的相互作用关系,得到初支和二衬之间的荷载传递系数。并以建立的复合式衬砌计算模型为依据,讨论了复合式衬砌按刚度进行荷载传递分配时受弹性模量、围岩级别、矢跨比、泊松比的影响关系,得到复合式衬砌初支与二衬荷载分配系数与各自刚度分配的关系。