本发明提供了一种水工盾构隧洞复合衬砌结构及其施工方法,包括纳米钢纤维高强喷射混凝土层、盾构管片、高渗透性环氧树脂层、止水结构,纳米钢纤维高强喷射混凝土层位于盾构管片内侧,封闭成环,相邻环纳米钢纤维高强喷射混凝土层间设置有止水结构,高渗透性环氧树脂层位于盾构管片的外侧,并且,高渗透性环氧树脂层的材料渗入盾构管片的混凝土内。本发明通过盾构管片外侧涂刷的高渗透性环氧树脂,防止外水渗入隧洞中,通过盾构管片内侧的纳米钢纤维喷射高强混凝土,防止内水渗出隧洞。本发明结构简单、施工方便迅速,能够大幅节约工程投资,具有较高的可靠性及实用性。