目前，盾构法在我国城市地下工程建设施工中已经得到了越来越广泛的应用。由于盾构机结构复杂、施工条件恶劣、地质情况多变等因素，给盾构施工的安全带来了很大的挑战。通常采用传感器等数据采集设备，实时采集盾构施工过程中的工况数据，包括土压、转速、油温、盾构机姿态、掘进进度等，作为盾构施工监控和分析的依据。但由于地下施工环境复杂，容易导致传感器出现故障或者数据失真等现象；另一方面，由于对盾构施工过程缺乏有效仿真手段，难以实时、直观地反映施工的实际情况。　　本文依托中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司的实际需求，以土压平衡盾构机为研究对象，在对盾构机传感器数据融合和处理的基础上，设计并实现了土压平衡盾构机施工过程虚拟仿真系统，能够真实地、实时地反映盾构实际施工状况，为盾构机施工管理与质量监控提供有效的手段。本文首先对土压平衡盾构机施工过程虚拟仿真系统进行了需求分析和系统设计，完成了土压平衡盾构机虚拟仿真系统的架构设计和功能模块设计；其次针对传感器数据相互孤立缺乏关联关系的问题，对地面沉降、姿态控制等传感器数据，采用扩展卡尔曼滤波算法，保证了仿真数据的准确性与精度；同时，采用LOD技术与AOI算法实现了土压平衡盾构机虚拟仿真场景的优化，提高了虚拟仿真场景加载与浏览的速度；实现了仿真场景的交互操作，包括外部应用程序与虚拟场景的交互、用户与虚拟场景的交互、漫游和碰撞检测等。最终完成了土压平衡盾构机施工过程虚拟仿真系统的开发。