由隧道电缆接地短路所引起的故障受到广泛的关注，针对隧道电缆故障模型的建立和工作井的优化设计对其安全稳定运行尤为重要。该文通过π型电路等效，基于双侧消去法建立隧道电缆系统故障环流模型，推导隧道电缆短路接地故障时金属护套故障环流公式；基于有限元法构建螺旋式和立笼式接地模式下工作井的接地散流模型，推导2种接地模式下工作井接地点地表电势计算方法。利用上述方法对甬舟铁路项目海底隧道220 kV电缆系统开展故障环流计算及接地散流优化研究。结果表明：随着隧道电缆系统短路设置点的后移，金属护套故障环流最大值逐渐减小，幅值最高为136.74 kA。相比于螺旋式，立笼式接地模式具有更好的散流效果，且当立笼式导体根数增加至6根时，工作井接地点地表电势为917.64 V，在人体接触和跨步电势所允许的安全范围(<955 V)之内。研究结果可为隧道电缆系统故障环流计算和接地散流优化提供新的计算方法和实际工程应用参考。