本文综合考虑地下洞室群的传统设计过程、施工过程、运行性态及天然地质因素和工程因素，对地下洞室群全过程优化设计建模理论进行了研究，提出了地下洞室群三阶段优化设计模式。建立了考虑几何仿真、本构仿真、受力状态仿真和受力过程仿真的有限元分析模型。 论文提出了在优化设计模型中，评价方案优劣的最小能量偏差准则和最小形状改变比能偏差准则，为本文研究的地下洞室群优化设计问题奠定了准则基础。 论文提出了任意离散度实数编码遗传算法，为大型复杂结构的优化设计提供了一个收敛性好、寻全局解能力强、适应性好、简单实用的算法。为本文研究的地下洞室群优化设计问题奠定了算法基础。 论文创建了考虑开挖过程和地应力方向的地下洞室群布局优化设计模型、地下洞室群开挖顺序动态规划模型和基于布锚岩体均化力学参数的支护优化设计模型。编制了上述优化设计程序，工程实例计算表明，本文提出的优化设计模型是合理的，研究成果是可靠的，具有较好的工程应用前景。