本文采用大型有限元软件ANSYS，通过对隧洞开挖过程进行非线性模拟，分析了隧洞施工全过程的力学性态及其特点。结合国家大型重点工程建设项目，以大伙房水库引水隧洞为例，在查阅与分析了国内外有关隧洞的技术资料基础上，通过地质勘察和实验室实验确定了隧洞的围岩类别及一些必要的岩石力学数据。选取了隧洞最不利工况——主洞和辅洞交叉部位进行三维围岩稳定分析，分析结果表明，其主辅洞交叉部位出现较大的塑性区，应引起足够重视；接着分析了在同样埋深下各类围岩稳定性问题，并提出了相应的建议。对TBM机通过段进行了三维施工过程模拟，分别用实体单元模拟隧洞体，壳单元模拟衬砌，梁单元模拟钢筋，分析了隧洞体在重力作用下稳定场、隧洞开挖后的围岩稳定场、衬砌加固和水压的加入等不同施工步的力学性态及对隧洞稳定性的影响，计算结果表明：该隧洞围岩能够承受围岩应力的作用，不会产生过大的塑性变形、剪切及弯折等破坏形式。最后根据施工过程的模拟结果对本计算段进行了优化分析，确定了最佳的衬砌厚度，模拟了钢筋的作用；为避免围岩应力集中，对几何模型提出了改进和对比分析。所得计算结果和有关结论、建议为引水隧洞的设计和施工提供了参考依据。