实际隧道开挖中，围岩的地质环境变化，围岩地质结构复杂性都将给施工带来不利影响。因此，在隧道工程施工过程中，弄清地下岩体的地质特征、地层结构、地质分布规律以及隧道开挖风险参数，对于安全、科学地规划隧道施工无疑至关重要。传统的2D 工程地质方法和单一的工程技术已不能满足铁路建设快速发展的需要。 基于上述原因，本文以长大铁路隧道三维地质建模与可视化系统项目为背景，结合隧道地质灾害风险评估及预测系统，在三维地质模型与可视化软件研究基础上，针对隧道开挖安全、科学、规划隧道施工等科学问题，提出应用计算机虚拟技术实现模拟隧道开挖及其风险预警软件模块研究。从而揭示隧道围岩内部的地质结构变换及其施工中可能出现的风险，为实际隧道开挖科学规划提供科学决策依据。 论文研究提出了一种虚拟隧道建模的方法。方法基本思想是在利用原始地质资料建立的地质横剖面基础之上，应用隧道模型裁剪算法，裁剪横剖面，生成具有地质含意的隧道模型；在建立隧道模型的基础上，提出采用地层区块连接法，连接两相邻地质剖面相同属性地质块体，实现隧道模型的三维构建；通过隧道漫游技术揭示隧道围岩的地质结构，实现隧道漫游中的风险预警显示。 论文详细阐述了模型裁剪算法的研究方法与原理。针对目前较为成熟的Weiler-Atherton 多边形裁剪算法采用复杂的树形存储结构，浪费空间、在两多边形相互包含或分离情况产生冗余求交计算，时间复杂度高；对于某些特殊交点无法正确处理等不足，论文研究提出了一种改进的多边形裁剪算法。改进算法采用单链表结构存储多边形节点；采用预处理方法，避免在多边形相互包含或分离时也进行求交操作；在裁剪前调整两多边形方向，避免了因多边形方向不一致而导致的裁剪错误问题；针对特殊点进行了专门的处理，从而降低了算法的空间复杂度和计算时间复杂度，并提高了算法的准确性。 论文讨论了交互式图形软件技术，提出了三维地质体场景树建模方法，即采用体、面、线及点的四层结构树分离三维地质模型的方法。该地质模型场景树的建立为三维隧道模型虚拟显示和软件开发提供了极大的便利。 论文引用了超前地质预报提供的地质灾害风险信息，研究开发了风险预警显示子系统。该系统能够对隧道施工前方可能出现的风险信息（如风险源种类、位置及规模等）进行模拟预警，警示信息以直观的图形方式在隧道漫游界面中显示出来，同时以不同的颜色闪烁来区分各类地质灾害风险等级。 本系统的研究对于实现以人为本的科学发展观的精神、提高应用先进的技术和方法在铁路工程建设中实现科学管理、科学设计与安全施工等方面具有重大意义，对于我国铁路隧道工程建设进入世界先进水平也具有极其重要的价值。