超前预报

隧道地质超前预报方法主要有

隧道超前地质预报 利用钻探和现代物探等，探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况隧道超前地质预报是指利用钻探和现代物探等，探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息的一种手段。中文名隧道超前地质预报外文名Tunnel Construction Advanced Geological Prediction所属学科地球物理、土木工程、岩土工程应用范围铁路、公路隧道和地铁超前预报方法编辑 播报直接预报法5.1.1 水平钻孔在隧洞内安放水平钻机进行水平钻进，根据钻孔资料来推断隧洞前方的地质情况。钻孔数量、角度及钻孔深度可人为设计和控制。由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉及遇到的其它情况来预报。此法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据实际地质情况进行下步施工组织。水平钻孔主要布置在开挖面及其附近，既可在超前导洞内布置钻孔，也可在主洞工作面上进行钻探，用以获得准确可靠的地质资料，确保施工组织。该法可获得工作面前方一定距离的岩芯，也可由钻孔出水情况判断前方有无地下水和前方何处有地下水，从而可以得到开挖面前方的地质情况。该法是施工预报最有效方法之一，但也存在不足之处：①对垂直隧洞轴线的地质结构面预报效果较好，与隧洞轴线平行的结构面预报较差；②需占用较长的施工作业时间，费用较高。5.1.2 超前导坑按导坑与正洞的相互位置分为平行导坑和正洞导坑。其中，平行导坑与正洞平行，断面小且和正洞之间有一定距离，通过对导坑开挖中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质记录与分析，进而对正洞地质条件进行预报。该法的优点是：预报成果比较直观、精度高、预报的距离长、便于施工人员安排施工计划和调整施工方案，还可以起到减压放水、改善通风条件和探明地质构造条件的作用，同时，还可用作排除地下水、断层注浆处理、扩建成第二条隧洞之用。正洞导坑布置在正洞中，是正洞的一部分，其作用与平行导坑相比，效果更好。超前导坑的缺陷为：一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是施工工期较长。地质分析法5.2.1 断层参数预测法利用断层影响带的特殊节理或集中带的分布规律，通过对断层影响带的系统编录所得经验公式，来预报隧洞断层破碎带的位置和规模。由于大多数不良地质现象与断层破碎带有密切的关系，故依据断层破碎带推断其它不良地质体的位置和规模。5.2.2 地质体投射法在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、规模和岩体质量及精确测定不良地质体产状的基础上，应用地质界面和地质体透射公式进行预报。5.2.3 正洞地质编录与预报隧洞施工中，及时对其开挖面(掌子面、边墙面和拱顶面)上的各种地质现象进行测绘和记录，利用已挖洞段地质情况来预报前方可能出现的不良地质现象。它分为①岩层岩性和层位预测法：在开挖面揭露岩层与地表某段岩层为同层和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预测掌子面前方将要出现的岩层；②地质体延伸预测法：在长期预报得出不良地质体厚度的基础上，依据开挖面不良地质体的产状和单壁始见位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方消失的距离。该法是对开挖面地质情况如实而准确的反映。其主要内容包括地层岩性、构造和节理裂隙发育情况、地下水状态、围岩稳定性及初期支护采用方法等。其优点是占用施工时间很短，设备简单，不干扰施工，成果快速，预报效果较好，而且为整个隧洞提供了完整的地质资料；缺点是与隧洞夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。

隧道施工超前地质预测预报分为哪几个级别？

　　隧道施工超前地质预测预报分为以下级别：
　　①根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：
　　A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气、放射性问题严重的地段以及人为坑洞等。
　　B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
　　C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。
　　D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。
　　②不同地质风险地段的预报方式为：
　　A级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法或声波反射法和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。
　　B级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件复杂时，按A级要求实施。
　　C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

　　目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专业技术方面可分为常规地质法和物探法两大类，具体有以下几种：（1）超前导坑；（2）正洞地质素描；（3）水平超前探孔；（4）声波测试；（5）红外探水；（6）电磁波法；（7）弹性波法。

隧洞施工，如何做到超前预报？

开挖前对地质情况的了解，对于隧洞建设有着十分重要的作用。通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。所以隧洞超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。
隧洞施工超前预报的内容一般包括：
①不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议； ②水文地质预报：预报洞内突涌水量的大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响； ③断层及其破碎带的预报：预报断层的位置、宽度、产状、性质、充填物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策； ④围岩类别及其稳定性预报：预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等； ⑤预测隧洞内有害气体含量、成分及动态变化；
隧洞施工超前预报分类
如何对隧洞施工超前预报合理分类，目前国内外尚未见到系统的分类标准。但超前预报分类的必要性是显而易见的： ①正确的分类是制定有关规程、细则或指南所需要的； ②正确的分类有利于把超前预报纳入施工计划和管理的全过程； ③正确的分类有利于指导科研立题及其管理。
根据隧洞施工超前预报的内容和目的以及实际预报中的作用，结合我国隧洞施工超前预报的客观实际，以下简要介绍隧洞施工超前预报分类的初步设想。
1 按预报的作用划分
⑴ 常规预报：是勘测设计阶段地质工作的继续，也是隧洞施工的一个作业过程。其目的是结合施工进程，收集地质资料，判断围岩类别，了解掌子面前方短距离内的工程地质条件，为正确选择断面大小、衬砌类型、施工方法和支护设计或修改施工设计等提供依据，其成果可作为隧洞竣工后维修养护参考。该预报是短距离预报的主要任务，目前已有比较成熟的经验。多以地质素描为主，配合简单的物探测试了解掌子面前方地质条件。常规预报应以施工单位为主，作定量预报、并结合施工进行，预报时尽量不占或少占施工作业时间。 ⑵ 成灾预报：隧洞施工中的地质灾害，是指隧洞施工过程中因前方地质条件的突然变化，导致施工失去控制的非常事件。该事件可引起人员伤亡、机械设备失效并严重破坏、甚至被迫长时间停工，致使工程部门蒙受重大的经济损失。隧洞地质灾害主要有大规模塌方、涌水、涌泥、涌石、岩爆、瓦斯等。成灾预报是对可能的灾害性地质条件进行预报，以指导隧洞施工中的防灾和减灾工作。该预报是中、长距离预报的主要任务，是为隧洞施工战略决策服务的。对可能成灾的地质条件，应从设计和施工方法上考虑特殊对策，否则可按常规预报进行。成灾预报应由设计、科研、施工单位组成专家小组，采用地质、物探综合分析法进行定性和定量预报，并视工作需要占用部分施工作业时间。 ⑶ 专门预报：对特殊地质问题进行预报，如膨胀岩、侵蚀性地下水、高地温、岩溶等。这些特殊地质条件，常常使施工陷入困境或破坏隧洞衬砌，如果处理不及时或处理失当，甚至可能酿成大的地质灾害。可见，专门预报也是隧洞施工预报的重要内容之一。该预报应由设计、科研和施工部门组成专门小组，采用综合手段作定性和定量预报。
2 按距掌子面的距离划分
隧洞施工超前预报距离与隧洞施工速度和工程实际需要密切相关。结合我国隧洞开挖技术水平和快速施工要求，按掌子面前方距离可分为三类： ⑴ 短距离预报：0～15m.就我国目前快速施工的水平，一般采用钻爆与TBM相结合的方法。一个循环进尺约2～3m，二个循环是4～6m，三个循环是6～9m.实践表明，预报三个循环的前方地质条件，即能满足安全施工要求。根据我国目前的探测技术，要预报掌子面前方15m范围内的地质条件并不困难，且测试基本可与施工同步进行。对成灾预报而言，短距离预报相当于临灾预报或防灾处理阶段。 ⑵ 中距离预报：15～50m.对于防灾预报来说，只有15m范围内的临灾预报是不够的。发现有可能成灾的地质条件，马上要准备处理，显然太紧张。比较理想至少应有30m的距离。因此，进行范围超过15m的中距离预报是隧洞施工所必须的。另外，从目前已有的预报实践来看，用物探方法在开挖面上进行20～40m的超前探测已十分有效。说明物探方法在中、长距离预报中是有潜力的。 ⑶ 长距离预报：50m以上为长距离预报。
3 按采用的手段划分
⑴ 经验预报：在以往工程经验的基础上，凭感觉就能进行的预报。它对临灾预报有特殊意义，如凿孔过程中发现有岩粉异常喷出，可能遇到了瓦斯或有害气体；听到岩石劈裂声且随后出现岩块弹射现象可能是岩爆；凿孔异常喷水可能是大量涌水的先兆；隧洞塌方也有先兆等等。直接预报法或地质分析法的预报效果与从事预报人员的经验丰富程度密切相关。 ⑵ 采用仪器预报：预报目的不同，方法各异，所用仪器也是多种多样的。如地质分析法只需罗盘、地质锤、放大镜、稀盐酸和皮尺等；水平钻孔法需用大型水平钻机；物探方法需各种物探仪器等。 ⑶ 综合预报：地质体是复杂的综合体。企图用单一方法查明隧洞的全部地质条件是不可能的，因此应采用综合预报方法。根据地质条件的差异和不同精度要求，适时选用若干种方法相互补充和印证，才能获得良好效果。
4 按精度划分
⑴ 定量预报：“定量”是对前方地质体具体位置、规模、设计参数变化等给出量的概念；对灾害性地质条件，除明确灾害性质外，还应明确可能成灾的位置、规模和影响范围等。当然对量的精度要求也是相对的，如短距离预报精度要求最高；中距离预报精度要求次之；长距离预报则以定性为主，强调战略上的指导作用。 ⑵ 定性预报：定性是对定量而言。定性一定要准，具体位置的精度可不作严格规定。
相信经过以上的介绍，大家对隧洞施工，如何做到超前预报也是有了一定的认识。欢迎登陆中达咨询，查询更多相关信息。

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超前地质预报方法有哪些

超前地质预报是一种使用各种物理和化学手段，来对即将发生的地质事件做出预测的方法。与传统的地质预测相比，超前地质预测具有更高的可靠性和准确性。以下是超前地质预测的一些常见方法：


1.岩石破裂和地震预测


岩石破裂和地震预测是超前地质预测的一种重要方法。通过仔细观察地震前的岩石变化和地质结构变化，可以预测未来地震的可能发生时间和范围。这对于提高地震的预警能力和应对震灾具有重要意义。


2.地下水和矿藏预测


地下水和矿藏预测是另一种常见的超前地质预测方法。通过精确地分析地下水和矿藏的形成机制和分布规律，可以预测未来的地下水和矿藏的发现。这对于资源的开发和利用具有重要的指导意义。


3.地形和地貌预测


地形和地貌预测是另一种重要的超前地质预测方法。通过分析地形和地貌的变化规律以及地质构造的变化，可以预测未来地形和地貌的变化趋势。这对于地质环境的维护和生态环境的保护非常重要。


4.岩土工程和地质灾害预测


岩土工程和地质灾害预测是超前地质预测的一个重要领域。通过对地质灾害所在地的地形、地貌、岩土工程和地质条件的具体分析，可以预测未来可能发生的灾害及其严重程度，指导人们进行有效的防治。


结论


总之，超前地质预测是一种非常重要的方法，它可以帮助我们提前预知未来的地质事件，并采取相应的措施来防止或减轻其影响。不过，超前地质预测也有其局限性，如预测的准确性不尽相同，需要科学家们不断探索和发展新的预测方法。

隧道的超前预报有什么方式？

　　隧道施工超前地质预测预报分为以下级别：
　　①根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：
　　A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气、放射性问题严重的地段以及人为坑洞等。
　　B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
　　C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。
　　D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。
　　②不同地质风险地段的预报方式为：
　　A级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法或声波反射法和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。
　　B级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件复杂时，按A级要求实施。
　　C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

　　目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专业技术方面可分为常规地质法和物探法两大类，具体有以下几种：（1）超前导坑；（2）正洞地质素描；（3）水平超前探孔；（4）声波测试；（5）红外探水；（6）电磁波法；（7）弹性波法。

超前地质预报如何分级？

　　隧道施工超前地质预测预报分为以下级别：
　　①根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级：
　　A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气、放射性问题严重的地段以及人为坑洞等。
　　B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。
　　C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。
　　D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。
　　②不同地质风险地段的预报方式为：
　　A级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法或声波反射法和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。
　　B级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件复杂时，按A级要求实施。
　　C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。

　　目前在隧道施工期间采用的超前地质预报方法从专业技术方面可分为常规地质法和物探法两大类，具体有以下几种：（1）超前导坑；（2）正洞地质素描；（3）水平超前探孔；（4）声波测试；（5）红外探水；（6）电磁波法；（7）弹性波法。

超前地质预报方法主要包括

超前地质预报方法主要包括地质分析法、超前导坑预报法、超前水平钻孔预报法和物探方法。一、地震法是当前隧道中长期超前预报的主流方法。它包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、负视速度等各种方法。1、TSP隧道其工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理， 实现 拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。其中TSP、TGP、TRT应用的是反射理论，尚需在小孔径偏移成像病态问题方面进行努力。2、TST隧道该方法充分认识三维波场的复杂性，能进行方向滤波，仅保留掌子面前方的回波，避免现行超前预报方法中虚报、误报率高的技术缺陷。能准确确定掌子面前方围岩波速分布，为岩体工程类别判定提供依据，同时避免现行方法预报位置不准确的缺陷。二、TST地质超前预报技术具有如下优点： 1. TST隧道超前预报技术是国内外唯一的实现了地下三维波场识别与分离的超前预报技术，有效消除侧向波和面波干扰，保证成像的真实性；2. TST是唯一的实现了围岩波速精确分析的超前预报技术，保证构造定位的精确性；3. TST是建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时获得围岩力学性状的空间变化；4. TST采用独特专业设计的观测方式，保证观测数据同时满足围岩波速分析、三维波场分离和方向滤波的需要。三、HSP隧道该方法和地震波探测原理基本相同，其原理是建立在弹性波理论的基础上，传播过程遵循惠更斯-菲涅尔原理和费马原理。本方法探测的物理前提是岩体间或不同地质体间明显的声学特性差异。测试时，在隧道施工掌子面或边墙一点发射低频声波信号，在另一点接收反射波信号。采用时域、频域分析探测反射波信号，进一步根据隧道施工掌子面地质调查、地面地质调查及利用一隧道超前施工段地质情况推测另一平行隧道施工掌子面前方地质条件的预报方法，便可了解前方岩体的变化情况，探测掌子面前方可能存在的岩性分界、断层、岩体破碎带、软弱夹层、以及岩溶等不良地质体的规模、性质及延伸情况等。

隧道超前地质预报的超前预报方法

5.1.1 水平钻孔在隧洞内安放水平钻机进行水平钻进，根据钻孔资料来推断隧洞前方的地质情况。钻孔数量、角度及钻孔深度可人为设计和控制。由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉及遇到的其它情况来预报。此法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据实际地质情况进行下步施工组织。水平钻孔主要布置在开挖面及其附近，既可在超前导洞内布置钻孔，也可在主洞工作面上进行钻探，用以获得准确可靠的地质资料，确保施工组织。该法可获得工作面前方一定距离的岩芯，也可由钻孔出水情况判断前方有无地下水和前方何处有地下水，从而可以得到开挖面前方的地质情况。该法是施工预报最有效方法之一，但也存在不足之处：①对垂直隧洞轴线的地质结构面预报效果较好，与隧洞轴线平行的结构面预报较差；②需占用较长的施工作业时间，费用较高。5.1.2 超前导坑按导坑与正洞的相互位置分为平行导坑和正洞导坑。其中，平行导坑与正洞平行，断面小且和正洞之间有一定距离，通过对导坑开挖中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质记录与分析，进而对正洞地质条件进行预报。该法的优点是：预报成果比较直观、精度高、预报的距离长、便于施工人员安排施工计划和调整施工方案，还可以起到减压放水、改善通风条件和探明地质构造条件的作用，同时，还可用作排除地下水、断层注浆处理、扩建成第二条隧洞之用。正洞导坑布置在正洞中，是正洞的一部分，其作用与平行导坑相比，效果更好。超前导坑的缺陷为：一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是施工工期较长。 5.2.1 断层参数预测法利用断层影响带的特殊节理或集中带的分布规律，通过对断层影响带的系统编录所得经验公式，来预报隧洞断层破碎带的位置和规模。由于大多数不良地质现象与断层破碎带有密切的关系，故依据断层破碎带推断其它不良地质体的位置和规模。5.2.2 地质体投射法在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、规模和岩体质量及精确测定不良地质体产状的基础上，应用地质界面和地质体透射公式进行预报。5.2.3 正洞地质编录与预报隧洞施工中，及时对其开挖面(掌子面、边墙面和拱顶面)上的各种地质现象进行测绘和记录，利用已挖洞段地质情况来预报前方可能出现的不良地质现象。它分为①岩层岩性和层位预测法：在开挖面揭露岩层与地表某段岩层为同层和确认标志层的前提下，用地表岩层的层序预测掌子面前方将要出现的岩层；②地质体延伸预测法：在长期预报得出不良地质体厚度的基础上，依据开挖面不良地质体的产状和单壁始见位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方消失的距离。该法是对开挖面地质情况如实而准确的反映。其主要内容包括地层岩性、构造和节理裂隙发育情况、地下水状态、围岩稳定性及初期支护采用方法等。其优点是占用施工时间很短，设备简单，不干扰施工，成果快速，预报效果较好，而且为整个隧洞提供了完整的地质资料；缺点是与隧洞夹角较大而又向前倾的结构面容易产生漏报。 5.3.1 弹性波法5.3.1.1 TSP超前预报技术TSP(Tunnel Seismic Prediction)超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。该法属多波多分量探测技术，可以检测出掌子面前方岩性的变化，如不规则体、不连续面、断层和破碎带等。它可以在钻爆法或TBM开挖的隧洞中使用，而不必接近掌子面。数据采集时在隧洞一边侧墙等间隔钻制20余个炮孔，而在两侧壁钻取2个检波器孔，使检波器置入套管中，依次激发各炮，从掌子面前方任一波阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量检波器接收，该过程所需时间约1小时。然后利用TSPwin软件处理可得P波和S波波场分布规律，其分析过程为：数据调整→带通滤波→首波拾取→拾取处理→炮能量平衡→直达波损耗系数Q估算→反射波提取→P波、S波分离→速度分析→纵向深度位置搜索→反射界面提取等，最终显示掌子面前方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三维成果图。由相应密度值，可算出预报区内岩体物理力学参数，进而可划分该区围岩工程类别。实践表明该法有效预报距离100～200m。通过分析反射波速度，即可进行时深转换，由隧洞轴的交角及洞面的距离来确定反射层所对应界面的空间位置和规模，再结合P波和S波的动力学特征，遵循以下原则来推断地质体的性质：①正反射振幅表明进入硬岩层，负反射振幅表明进入软岩层；②若S波反射较P波强，则表明岩层饱水；③Vp/Vs增大或泊松比突然增大，常常由于流体的存在而引起；④若Vp下降，则表明裂隙或孔隙度增加。TSP超前预报技术作为一种比较先进的探测手段已在我国水利、水电、铁路、公路、煤炭等系统的各类隧洞或地下洞室工程中得到应用，如正在建设中的宜万铁路野三关隧洞、辽宁大伙房水库引水隧洞、云南元磨高速公路的大风垭口和布垅箐隧洞等工程。它具有预报距离相对较长、精度较高、提交资料及时、经济等优点，尤其与隧洞轴线或呈大角度相交的面状软弱带，如断层、破碎带、软弱夹层、地下洞穴（含溶洞）以及地层的分界面等效果较好。而对不规则形态的地质缺陷或与隧洞轴线平行的不良地质体，如几何形状为圆柱体或圆锥体的溶洞、暗河及含水情况探测有一定的局限性。5.3.1.2 地震负视速度法它是将地震勘探中VSP法应用于近水平的隧洞中，也是利用地震反射波特征来预报隧洞开挖面附近围岩的地质情况。在侧壁的一定范围内布置激震点进行激发，其振动信号在隧洞围岩内传播，当岩层波阻抗发生变化时，地震波信号将部分返回。反射界面与测线直立正交时，所接收的反射波与直达波在记录图像呈负视速度，其延长线与直达波延长线的交点即为反射界面的位置，纵、横波共同分析还可了解反射界面两侧岩性及软硬程度的变化。该法具有明显的方向特征，可有效区分掌子面前方反射信号与周围干扰信息，提高了识别物性界面的精确度，能对其进行较为准确的定位，预报距离可达100m以上。观测时在已开挖洞段的侧壁或底部布设，距掌子面一定距离布设一激震点和一系列接收点，采用多炮共道或多道共炮。当偏重于运动学特征参数的应用时共炮与共道两种记录方式可任意选用；当要求测试设备简化与强调接收条件一致性时，宜采用多炮共道式；当强调动力学参数的对比利用时，则宜选用多道共炮方式。为获取“负视速度”，震源应在预报目的体的远端，接收点间距采用小道间距，多道接收。根据需要与设备条件，可采用单分量、三分量或组合检波器。负视速度法的原理与TSP法基本相同，只是数据处理软件的开发尚难赶上TSP法。此法在实施预报时不占用开挖工作面，对施工干扰相对较小，在铁路隧洞工程中是常用的预报方法之一，如在渝怀铁路圆梁山隧道正洞、平导和迂回导坑以及朔黄铁路长梁山隧洞施工中，均采用了负视速度法，取得了较好的预报效果。5.3.1.3 TST超前预报技术TST(Tunnel Seismic Tomography)超前预报系统是通过可视化地震反射成像技术预报隧洞掌子面前方150m-200m范围内的地质情况，可准确预报断裂带、破碎带、岩溶发育带以及岩体工程类别变化等地质对象的位置、规模和性质。该法数据采集用多道高精度地震仪，处理软件为逆散射合成孔径成像系统。它充分运用地震反射波、散射波的运动学和动力学特征，具有方向滤波功能、岩体波速扫描、地质构造方向扫描、速度偏移成像、吸收系数成像、走时反演成像等多种功能，从岩体的力学性质、岩体完整性等多方面对地质情况进行综合预报。测试时可在隧洞内掌子面、两侧、上顶和下底面，也可在隧洞外山顶布置。洞内观测时检波器埋入岩体1.5～2m，以避免声波和面波干扰。可采用爆炸或可控震源激发地震波。TST软件包括地震数据预处理、方向滤波、偏移成像、速度扫描四大模块。预处理功能包括：①噪声和干扰切除；②滤波和面波清除；③小波分析与信号加强；④地震波能量吸收谱分析；⑤地震波走时拾取。偏移成像功能包括：①速度扫描分析与岩体工程类别判别；②方向扫描与构造产状分析；③地质界面速度偏移成像；④岩体完整性吸收偏移成像；⑤地震波走时地质界面反演成像；⑥断裂与破碎带智能识别；该技术在全内外公路隧道、铁路隧道、TBM引水隧洞等广泛应用，取得了良好的效果。尤其在云南、贵州等岩溶分布区应用取得了非常好的效果，所得成果为：①岩溶、采空区等孤立地质体的界定；②结合速度扫描和偏移成像判断地质灾害；③推进了散射合成孔径成像技术的发展；5.3.1.4 水平声波剖面法(HSP)它利用孔间地震剖面法(ABSP)的原理及相应软件开发的一种超前预报方法。其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波，当地震波遇到波阻抗分界面时，将发生折射、反射，频谱特征也将发生变化，通过探测反射信号(接收频率为声波频段的地震波)，求得其传播特征后，便可了解工作面前方的岩体特征。震源和检波器的布置除离开开挖面对施工干扰较小外，还因反射波位于直达波、面波延续相位之外而不受干扰，因此记录清晰、信噪比高、反射波同相轴明显。观测时在隧洞的两个侧壁分别布设震源和检波器，按其相对位置设计成两种观测方式即固定激发点(或接收点)和激发与接收点相错斜交方式。震源在预报目的体的远端，接收点间距采用小道间距，多道接收，构成“水平声波剖面”。利用时差和频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确定反射面的空间位置及性质。其特点是各检测点所接收的反射波路径相等，反射波组合形态与反射界面形态相同，图像直观，同时观测时也不影响掌子面的掘进。该法已在工程中得到应用，如渝怀铁路的圆梁山隧洞、千溪沟隧洞等，均取得了较好效果。该法数据采集单元和现场实测过程进行了较大的改进，可以在开敞式TBM法施工的隧洞中掘进机不停的情况下进行测试，因而具有较大的优越性，但尚处于研制和初步应用阶段，例如在辽宁大伙房引水工程TBM2隧洞中进行试验。5.3.1.5 TRT真地震反射成像技术TRT(True Reflection Tomography)真地震反射成像法是利用岩体中不均匀面的反射地震波进行超前探测，它是美国NSA工程公司开发的新方法，国外已实际应用。该法在观测方式和资料处理方法上与TSP法及负视速度法均有很大不同，它采用空间多点激发和接收的观测方式，其检波点和激发点呈空间分布，以便充分获得空间场波信息，从而使前方不良地质现象的定位精度大大提高；它的数据处理关键技术是速度扫描和偏移成像，不需要走时，因此，对岩体中反射界面位置的确定、岩体波速和工程类别的划分都有较高的精度，而且还具有较大的探测距离，应该说较TSP法有较大的改进。由实际应用知，TRT法在结晶岩体中的探测距离可达100～150m，在软弱的土层和破碎的岩体中尚可预报60～100m。该法成功应用的例子很多，较典型的是奥地利的通过阿尔卑斯山的铁路双线隧洞施工中进行了全程的超前预报。由于多种因素，目前国内尚未引进该技术。5.3.1.6 陆地声纳法陆地声纳法是“陆上极小偏移距高频弹性波反射连续剖面法”的简称，可在狭小的场地和基岩裸露的条件下，探查中小溶洞、中，小断层（断裂）等地质施工隐患。它是弹性波反射法中的一个新品种，于1991年实现并推出，经20年长期而艰难的发展，在隧道施工超前地质预报和地面浅层高分辨率勘查、工程质量检测等方面的使用中表现了它的优点与特长。它应用地震反射法的原理，吸收了探地雷达，水声法的一些元素；为解决它的一些关键性的问题，又采用了其他领域的技术，例如计算技术，测震领域的技术等，使它逐渐丰满成熟。是中国地球物理勘探界具有原创性发明的有自主知识产权的新技术之一。施测时采用极小偏移距地震波激发—接收系统，进行单点测量或在激震点两侧对称位置上各设一检波器，一次激发两道接收。然后将各测点的时间曲线拼成时间剖面根据同相轴和频谱解释圈定断层、大节理、岩层分界面、岩脉、涌水层、溶洞等不良地质体 。陆地声纳法能够无畸变的接收10-4000Hz的弹性波信号。由于可采集很宽频率的反射信号，故可以用分窗口带通滤波的方法处理资料，分别提取不同频谱的信息，以突出不同规模的探查对象的反射图像。能够对隧道掌子面前方150米远的进行精细物探，可给出探查范围内的中、小溶洞、中、小断层（断裂）、交叉断层及倾角、倾向；该法具有分辨率高、可避开许多干扰波、反射波能量高、探查岩溶和洞穴效果好、图像简单易辨等优点。在外业工作时，不打孔，不放炮，可以在隧道施工工序间隔工作，不影响隧道施工，且速度快，工作效率高。此法已在110余个工程中成功应用。同时它通过了中国岩石力学与工程学会的技术鉴定，陆地声纳法已被纳入国家行业标准三部。2012年荣获中国岩石力学与工程学会科学技术发明奖一等奖 。2014年荣获北京市科学技术二等奖 。5.3.1.7 面波法分为稳态法和瞬态法。稳态法在掌子面上放置一个激振器，用计算机控制激振器使其产生各种不同波长的波面，用两个拾振器同时接到不同方向的振动波，由计算机算出每一种波长的面波传播速度，根据面波的勘测深度等于波长的二分之一的原理，即可得到一组不同深度的面波平均速度的分布规律，不同介质面波的传播速度不同。从不同面波速度分布图，就可以反应出地质构造的不同介面，如断层、地下水等特性变化。瞬态法由于排列长度的关系未见实际应用的报道。此法需要的场地较小，适合在地下洞室开挖面上工作，探测深度也能满足施工预报的要求，对资料的分析判断可在现场进行，操作简便。已在南岭隧洞中应用，很清楚地发现距工作面几米处的断层破碎带。但该法在开挖面上能探测多远的距离，尚需进一步实验研究。5.3.2 地质雷达技术利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异常地质体或介质分界面时发生反射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此，根据接收到的电磁波特征，既波的旅行时间、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定掌子面前方界面或目标体的空间位置或结构特征。当前方岩体完整的情况下，可以预报30m的距离；当岩石不完整或存在构造的条件下，预报距离变小，甚至小于10m。雷达探测的效果主要取决于不同介质的电性差异，即介电常数，若介质之间的介电常数差异大，则探测效果就好。由于该法对空洞、水体等的反映较灵敏，因而在岩溶地区用得较普遍。缺点是洞内测试时，由于受干扰因素较多，往往造成假的异常，形成误判。此外它预报的距离有限，一般以不超过30m，且要占用掌子面的工作时间。应用地质雷达进行超前预报，在钻爆法施工的隧洞中使用相对较多，如太平驿水电站引水隧洞、海南高速公路东线大茅隧洞等工程中应用，均取得了较好的应用效果。由于探测时需要占用掌子面的工作时间，故在掌子面上测试时需要停机进行，因而TBM法施工的隧洞中应用时需作特殊研究解决。5.3.3 红外探水法由于所有物体都发射出不可见的红外线能量，该能量大小与物体的发射率成正比。而发射率的大小取决于物体的物质和它的表面状况。当掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。现场测试有两种方法：一是在掌子面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水；二是在已挖洞段按左边墙、拱部、右边墙的顺序进行测试，每5m或3m测取一组数据，共测取50m或30m，并绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。掌子面上9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水；红外辐射曲线上升或下降均可以判定有水，其他情况判定无水。红外探测的特点是可以实现对隧洞全空间、全方位的探测，仪器操作简单，能预测到隧洞外围空间及掘进前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造，而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。但这种方法只能确定有无水，至于水量大小、赋水形态、具体位置没有定量解释。5.3.4 BEAM法BEAM(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring)，这是当前国际上唯一的一种电法超前预报方法，是由德国GEOHYDRAULIC DATA公司推出的产品。它是一种聚焦电流频率域的激发极化方法，其最大特点是通过外围的环状电极发射一个屏障电流和在内部发射一个测量电流，以便电流聚焦进入要探测的岩体中，通过得到一个与岩体中孔隙有关的电能储存能力的参数PFE(Percentage frequency effect)的变化，预报前方岩体的完整性和含水性；它的另一个特点是所有的装置都安装在盾构挖掘机的刀头(测量电极)和外侧钢环(屏蔽电流)上，也可装在钻爆法施工钻头的前方(测量电极)及两侧钢架(屏蔽电流)上，随着隧洞掘进，连续不断获得成果，并适时处理得出掌子面前方的PFE曲线。由此预报前方岩体的性状及含水情况。这种仪器在欧洲许多国家都已得到应用，但在我国尚未引进。 要推动隧洞超前预报水平，提高预报准确度，就必须将地质调查方法与多种物探方法有机结合起来，对地质物探资料进行系统处理和综合分析。其工作方法和主要内容为：⑴ 收集、熟悉地质资料：了解工程区内宏观的地质环境、大型构造形迹的发育分布规律以及工程围岩所处的具体构造部位、岩体的结构特征、节理裂隙发育程度、岩体完整性、岩石(体)强度、地下水状态等；掌握全隧洞的地质背景，指出存在的不良地质问题和地段，还要知道各段围岩的稳定程度、可能发生地质灾害的位置、规模、性质和防治措施，目的在于保证隧洞施工设计、施工方法和措施能顺应地质情况的变化适时做出调整和修改。⑵ 施工地质编录：对已开挖洞段地质状态作详细真实的描述，可作为超前预报的依据，该内容包括岩性、岩石坚硬程度及完整情况、断层及破碎带、节理裂隙、地下水状态、不良地质现象等作编录。⑶ 围岩特性测试：根据工程需要，对岩石物理力学特性进行补充测试，如岩石点荷载强度、岩石回弹值、岩体弹性模量、软弱面剪切强度等，有时还应进行初始地应力和二次应力场的测试等。上述数据是预报围岩稳定性的重要参数。⑷ 地球物理探测：根据岩体不同物理性质量测一定距离以内的物理力学参数的变化，据此判断出隧洞工作面前方的地质情况。采用多种物探仪器进行超前探测，常用的物探方法有地震反射、声波反射、地质雷达、TSP203隧道超前地质预报系统等技术。⑸ 地质物探综合分析：组成以地质工程师为主物探及相关工程技术人员的施工地质组，对上述地质和物理探测资料进行整理和综合分析，最后做出施工面前方不良地质问题的预测预报。