随着国民经济和我国交通运输建设的迅速发展,沿海城市对海底隧道建设的需求也与日俱增。相对于山岭隧道,海底隧道工程水文地质条件较为复杂且有着诸多未知性,海底围岩时刻处于高压水头和无限量海水补给的状态,且海底隧道存在勘察困难、精度较低等技术难点。海底隧道的盾构施工过程是一个持续对隧道围岩造成扰动的过程,一旦海底隧道围岩失稳将引起隧道发生坍塌、突水、涌水等重大安全事故。因此,在海底隧道施工前应进行围岩失稳风险研究和最大涌水量预测,确保海底隧道施工过程安全可靠。在分析大量隧道盾构施工安全领域的研究成果基础上,依托大连地铁5号线大连湾海底隧道盾构开挖工程实际,采用理论解析、数值仿真手段对海底隧道盾构施工过程中围岩稳定性、渗流场规律进行分析,并在此基础上,对该区段海底隧道涌水量进行预测,主要研究工作如下:(1)查阅了国内外关于围岩稳定性分析、渗流场、隧道涌水量预测、安全性研究相关研究工作,实地调查了大连湾海底隧道水文地质条件,对资料进行了收集、分析与整理。分析盾构法施工中的过程和优缺点,在此基础上研究分析大连湾海底隧道岩溶地质条件对施工影响,并给出了针对大连湾海域水文地质特点的具体安全防范处理措施。(2)建立了海底隧道无需注浆加固时渗流模型和注浆加固时渗流模型,在此基础上分别对涌水量和衬砌背后水压方程进行推导,并以大连湾海底隧道为工程实例进行计算分析,进一步研究了大连湾海底隧道涌水量和注浆圈参数的关系。(3)基于FLAC3D建立了大连湾盾构海底隧道数值仿真模型,分析了盾构开挖过程中的围岩应变、海床沉降、盾构管片变形、孔隙水压力分布规律,并将数值仿真数据和实际监测数据进行对比分析,验证了数值仿真过程的合理性。(4)总结了海底隧道涌水量预测方法,并通过理论计算、数值仿真手段对大连湾海底隧道涌水量进行了预测和对比分析,取得一些具有指导施工安全的研究成果,为今后大连湾海底隧道和同类工程施工提供了指导参考。