随着我国西部地区水电开发的深入,水电站地下厂房所处地质环境愈趋复杂,厂房机组稳定运行影响因素繁多。实践表明,关于地下厂房洞室群布置方式、结构体形优化和工程安全评价体系的理论研究仍然落后于工程实践。因此,论文以小湾、黄登等大型水电工程地下厂房为依托,围绕地下厂房尾水调压室的布置、结构体形优化以及施工期安全预警等几个关键问题开展研究,论文的主要研究工作与成果如下：(1)在重点考察国内2个典型的已建水电工程地下厂房(大朝山、二滩)布置方案的基础上,提出地下厂房洞室群布置中存在的主要问题；从水力发电机组的水力过渡过程、围岩稳定性等角度,对洞室群轴线布置和洞室间距的确定进行了深入研究,提出了尾水调压井轴线与主厂房、主变室的轴线呈空间直线的布置方式,并成功地应用于小湾水电站工程。实践表明,该布置方式对改善洞室群围岩稳定、水力学条件等有明显的效果。(2)根据地下厂房布置和运行要求,探讨了地下厂房设置尾水调压室的必要性,对长廊简单式、圆筒双室式和圆筒阻抗式等三种主流体形的水力学条件进行了对比分析和评价,提出了存在的主要问题；据此,从水力学条件、地质条件、洞室围岩稳定、支护措施经济性等方面论证了尾水调压室结构形式选择原则和要求,建立了尾水调压室结构体形选择的方法；将论文建立的选型方法成功应用于小湾水电站工程地下厂房。结果表明,在水力学条件、围岩稳定性方面获得了很好的实际效果。(3)针对大型复杂地下洞室群施工期的特点,深入研究了施工交通、施工期围岩稳定等重要影响因素,结合目前国内实际施工工艺、技术水平,提出了复杂洞室群的施工程序和支护方案的选择原则；基于上述原则制定了小湾水电站地下厂房尾水调压室复杂交叉多洞室的施工方案,分析评价了围岩的稳定性以及施工方案的实施效果。论文提出的复杂洞室施工方案可供类似工程参考。(4)在考察基于新奥法理论的锚索最佳支护时机的确定难度和适用性的基础上,凝练出了小湾水电站等地下厂房工程实际存在的一些关键问题；据此,提出了锚索支护时机与支护力的选择理念与方法,以及锚索支护的相关参数取值建议。(5)在水电站地下厂房工程中引入全生命周期的概念,分析提出水电工程全生命周期系统的技术核心和系统实现的关键；以黄登水电站地下厂房为背景,开展了全生命周期信息系统的系统分析、系统设计等方面的研究,建立了BIM模型,研制了安全监测信息模块、三维可视化与辅助分析模块、监测与数值分析成果对比模块、施工期安全写实仿真与反馈分析模块、围岩安全评价与预测模块、围岩安全预警及辅助决策模块等功能模块；论文研制的地下工程施工期安全预警系统在黄登水电站地下厂房工程中得到了初步运用,在施工过程中的安全预警、质量控制、工期优化等方面发挥了积极作用。综上,论文研究成果不仅指导了小湾水电站、黄登水电站的地下厂房尾水调压室的布置与设计优化、施工方案决策,同时也为类似工程的建设提供了理论支撑,并积累了宝贵的实践经验。