近年来,轨道交通事业的发展和盾构施工技术的进步为水下隧道和隧洞建设提供了基础,越来越多的过海穿江隧道和隧洞项目,已采用盾构法在我国的内陆及沿海地区建设完成或正在施工。然而,由于水下隧道和隧洞工程地质条件复杂,多种地层复合交互,且软弱地层均存在的特点,如何对复合地层下的掘进参数进行优化,如何选取更加合适的预警参量并进行海底隧洞施工期实时安全预警,一直是隧道建设领域的重点、难点以及热点问题。本文首先基于MIV-BP模型和AIC(Akaike information criterion)准则对掘进参数进行了优化,并以极限支护力作为预警参量研究了隧洞开挖面实时预警方法,最后基于WebGL技术研发了海底隧洞施工掘进参数优化与开挖面失稳预警平台。论文的主要研究成果如下:(1)为解决海底隧洞工程盾构施工关键掘进参数在复合地层中难以控制的问题,将MIV(Mean Impact Value)算法引入BP神经网络模型,筛选出对施工效果影响显著的关键掘进参数,在此基础上,基于AIC准则对其进行最优分布拟合,提出以50%置信水平下的置信区间作为掘进参数控制区间的掘进参数优化方案,并基于Python脚本语言自带的开源Scikit-Learn、SciPy模块库完成了相应的程序设计。(2)结合前人理论的基础上,对泥水盾构开挖面稳定进行研究,通过分析目前已有的盾构隧道预警参量,选择极限支护力作为预警指标,同时针对传统极限支护力计算未考虑地质信息更新的问题,提出基于动态更新模型的预警指标计算方法,并基于预警指标划分预警等级,实现了海底排水隧洞盾构施工开挖面实时安全预警。(3)研究通用型楔形管片在建模、信息提取与关联、Web前端轻量化加载方法中涉及到的关键技术。通过对通用型楔形管片拼装技术的研究,确定了管片排版方法,并基于Dynamo建立出符合工程实际的海底排水隧洞IFC模型,在此基础上,提出了IFC模型数据提取及信息关联方法,最后通过对WebGL工作原理的研究,提出了基于复用几何信息的管片轻量化处理方法,实现了模型在WebGL可视化平台中的轻量化加载。(4)基于以上研究内容,设计系统架构及其功能,开发了基于WebGL的海底隧洞施工掘进参数优化与开挖面失稳预警平台,将其应用于某核电站海底排水隧洞工程,并对其应用实施过程进行了展示。