随着我国国民经济快速持续发展,对水资源跨区域配置、水电开发、交通建设等提出了巨大需求,一大批水利水电工程、铁路公路交通工程等重大基础设施正在或即将建设。目前我国已经成为世界上隧洞（道）建设规模最大、发展速度最快、修建难度最高的国家。然而,随着众多国家级重大工程的规划与建设,隧道施工面临的困难和挑战日益突出。复杂地质条件和极端赋存环境已成为限制隧道施工的主要难题,而其中突水突泥灾害严重威胁隧道的安全建设。围岩渗透率的分布是隧道涌水量预测和估算的重要依据。目前涌水量估算方法需要依据前期地勘资料估算,结果与实际相差较大,准确预测渗透率是隧道涌水量的关键,而地勘资料获取的隧道渗透率分布与实际相差较大。如何融入隧道环境的水文地质参数,建立准确性高、适用性强的渗透率预测模型和如何准确获取隧道前方渗透率分布信息,提高涌水量估算精度是现在面临的两个关键难题。针对这两个关键难题,开展了基于时域激发极化弛豫时间的隧道渗透率预测与涌水量估算方法研究。针对上述问题,本文以建立激发极化渗透率预测模型、实现隧道渗透率预测和涌水量估算为主要目标,采用物理实验、理论分析、反演研究和工程验证等方法,开展了隧道典型岩性岩样的激发极化渗透率实验,建立了基于激发极化弛豫时间的渗透率预测模型,融入地层因素和离子浓度参数对模型优化,提高了模型的适用性和准确性。通过对Cole-Cole模型重参数化,以水文地质信息作为反演不等式约束,实现了隧道围岩渗透率的反演。在此基础上,提出了基于渗透率预测的涌水量估算方法,并在云南大瑞铁路高黎贡山隧道开展了工程验证,预测涌水量满足工程需求。本文的主要研究工作及成果如下:（1）典型岩样的激发极化-渗透率试验。使用人造砂岩岩芯作为试验材料,开展了激发极化-渗透率试验,进行了激发极化多参数与渗透率关系规律的研究。试验发现弛豫时间与渗透率有较强的正相关关系,选取了弛豫时间作为渗透率预测的主要特征参数,为后续激发极化弛豫时间渗透率预测模型的建立奠定了基础。（2）融入地层因素与离子浓度的渗透率预测模型。首先,针对隧道围岩渗透率分布预测的难题,建立了激发极化弛豫时间和渗透率的关系模型。同时,为了提高预测模型的准确性和适用度,引入了地层因素和离子浓度两个参数,提高了预测模型的适用性和准确性,为实现隧道围岩渗透率预测奠定了基础。（3）基于重参数化Cole-Cole模型的渗透率预测与涌水量估算。通过对Cole-Cole模型重参数化,将Cole-Cole模型中弛豫时间参数由渗透率参数替代,实现了隧道渗透率的直接反演。基于交叉梯度反演方法,引入水文地质参数作为反演不等约束,压制了反演的多解性,建立了适用于隧道环境的围岩渗透率评价方法。在隧道围岩渗透率分布反演基础上,结合经典的隧道涌水量经验公式,提出了基于渗透率预测的涌水量估算方法。（4）工程验证与渗透率模型改进优化。实验室建立的渗透率预测模型需要根据实际工程进行现场参数确定。依托云南大瑞铁路高黎贡山隧道对激发极化渗透率预测模型、反演方法和隧道涌水量估算方法开展了工程验证。对隧道围岩取样和水质分析,获取了隧道地层因素和离子浓度等参数,实现了渗透率预测模型实际工程应用中的优化。结果显示预测模型和反演方法能够较好的实现隧道前方含水构造的分布预测,同时基于经验公式实现了隧道涌水量的估算,与隧道开挖揭露涌水量基本一致,验证了本文方法的有效性和实用性。