第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 隧道超前地质预报的作用和意义 6
1.3 超前地质预报发展与现状 8
1.3.1 钻爆法施工隧道超前地质预报的发展与现状 11
1.3.2 TBM施工隧道超前地质预报的发展与现状 16
1.3.3 隧道施工综合超前地质预报的发展与现状 18
1.4 隧道超前地质预报存在的问题 19
1.5 本书的主要内容 20
第2章 隧道突水突泥灾害源的地质特征 22
2.1 引言 22
2.2 突水突泥灾害源赋存特征 22
2.2.1 突水突泥灾害类型 22
2.2.2 岩溶突水突泥灾害源发育的基本规律 23
2.2.3 岩溶突水突泥灾害源发育的主控因素 26
2.2.4 典型突水突泥灾害源赋存特征 35
2.2.5 隧道突水突泥灾害的灾变特征 39
2.3 典型突水突泥案例与地质分析 40
2.3.1 裂隙型突水突泥典型案例 40
2.3.2 断层型突水突泥典型案例 48
2.3.3 溶洞溶腔型突水突泥典型案例 51
2.3.4 暗河型突水突泥典型案例 54
2.4 本章小结 55
第3章 隧道不良地质超前地质预报方法 57
3.1 引言 57
3.2 超前地质预报方法的物性基础和物性差异 57
3.2.1 地震波超前预报方法的物性基础 58
3.2.2 地质雷达超前预报方法的物性基础 58
3.2.3 电阻率超前预报方法的物性基础 59
3.2.4 激发极化超前预报方法的物性基础 59
3.2.5 其他超前预报方法的物性基础 60
3.3 地质分析法 61
3.3.1 工程地质调查法 62
3.3.2 超前导洞（坑）法 64
3.3.3 超前水平钻孔法 64
3.4 地震波超前预报方法 65
3.4.1 基于直线类观测方式的地震超前预报方法 66
3.4.2 基于三维空间观测方式的地震超前预报方法 68
3.4.3 基于极小偏移距观测方式的地震超前预报方法 70
3.4.4 TBM施工隧道专用的地震超前预报方法 71
3.5 电法类超前预报方法 74
3.5.1 地质雷达超前地质预报方法 74
3.5.2 瞬变电磁超前地质预报方法 79
3.5.3 激发极化／电阻率法超前地质预报方法 82
3.6 其他超前地质预报方法 87
3.6.1 岩体温度法 87
3.6.2 红外探水法 88
3.7 本章小结 89
第4章 中远距离含水构造瞬变电磁预报理论与方法 90
4.1 引言 90
4.2 隧道瞬变电磁超前探测基本方法和原理 91
4.2.1 瞬变电磁法基本理论与超前探测方法 91
4.2.2 瞬变电磁隧道探测改进 92
4.3 隧道多点阵列式瞬变电磁探测方法与不良地质体响应规律 96
4.3.1 隧道多点阵列式瞬变电磁探测方法原理 96
4.3.2 隧道多点阵列式瞬变电磁探测三维响应规律 97
4.3.3 隧道多点阵列式瞬变电磁探测工作方法 107
4.4 隧道多点阵列式瞬变电磁探测数据解释技术 108
4.4.1 均匀半空间中回线源瞬变电磁中心点视电阻率公式 109
4.4.2 含偏移距观测点瞬变电磁水平和垂直磁场频率域响应 110
4.4.3 含偏移距观测点瞬变电磁时间域响应及晚期视电阻率公式 116
4.4.4 方法验证与模型算例 116
4.4.5 矢量合成电阻率 119
4.5 钟家山隧道左洞瞬变电磁超前地质预报应用案例 120
4.6 本章小结 121
第5章 近距离含水构造激发极化超前预报理论与方法 123
5.1 引言 123
5.2 激发极化基本原理 124
5.3 隧道激发极化超前探测的多同性源阵列式观测方式与正演模拟 125
5.3.1 多同性源阵列激发极化法观测模式 125
5.3.2 多同性源阵列式激发极化超前探测的正演模拟及其对含水构造的响应特征 126
5.4 多同性源阵列激发极化超前探测的三维反演成像方法 131
5.4.1 基于加权函数的三维电阻率反演成像理论与方法 131
5.4.2 多同性源阵列激发极化法超前探测的反演数值算例 136
5.5 激发极化超前探测水量定量估算技术 145
5.5.1 二电流半衰时之差参数区分自由水和束缚水的微观机理 146
5.5.2 二电流半衰时之差与水量关系的物理模型试验 150
5.6 隧道含水构造三维定位与水量估算技术 160
5.7 隧道超前地质预报专用的激发极化仪 161
5.7.1 时域激发极化仪 161
5.7.2 多同性源阵列式激发极化仪 162
5.8 多同性源阵列式激发极化超前探测方法的应用案例 163
5.8.1 地质分析与测线布置 163
5.8.2 激发极化超前探测数据处理与解释 164
5.8.3 预报结果与开挖情况对比 165
5.9 多同性源阵列式激发极化技术用于TBM施工隧道的展望 165
5.10 本章小结 167
第6章 钻孔精细三维探测理论与方法 169
6.1 引言 169
6.2 电阻率跨孔CT约束反演成像方法 170
6.2.1 含不等式先验信息约束的电阻率CT反演方程 170
6.2.2 偏导数矩阵的并行解析快速求解方法 171
6.3 跨孔电阻率CT超前地质预报方法 172
6.3.1 跨孔电阻率CT探测的基本原理 172
6.3.2 二维跨孔电阻率CT组合观测模式及影响因素分析 173
6.3.3 三维跨孔电阻率CT探测影响因素分析 179
6.3.4 跨孔电阻率CT探测物理模型试验 183
6.3.5 跨孔电阻率CT探测应用案例 187
6.3.6 跨孔电阻率CT超前探测技术小结 189
6.4 钻孔（单孔）电阻率成像超前探测技术 190
6.4.1 钻孔（单孔）电阻率成像超前探测的观测模式 190
6.4.2 钻孔（单孔）电阻率成像超前探测正演响应特征 191
6.4.3 钻孔（单孔）电阻率成像超前探测反演成像 194
6.4.4 钻孔（单孔）电阻率成像超前探测物理模型试验 198
6.5 本章小结 200
第7章 隧道综合超前地质预报与联合解译方法 201
7.1 引言 201
7.2 综合超前地质预报基本原则 202
7.3 隧道施工综合超前地质预报方法 204
7.3.1 常用超前地质预报方法的特点分析 205
7.3.2 隧道不良地质综合超前预报方案与流程 206
7.3.3 “四阶段全过程”的突水突泥灾害源综合超前预报方法与体系 209
7.4 基于空间结构约束联合反演的隧道综合超前地质预报 214
7.4.1 多元超前预报数据的联合反演思想 215
7.4.2 空间结构约束联合反演方法 217
7.4.3 以空间结构约束联合反演为基础的综合地球物理探测的典型案例 223
7.5 隧道施工许可机制与突涌水灾害综合预警 229
7.5.1 施工许可机制 229
7.5.2 施工许可流程 229
7.5.3 施工许可原则 231
7.5.4 突涌水灾害综合预测预警 232
7.6 本章小结 236
第8章 代表性工程应用案例 237
8.1 引言 237
8.2 山岭隧道超前地质预报实践 237
8.2.1 湖北沪蓉西高速公路齐岳山隧道综合超前地质预报应用案例 237
8.2.2 湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道综合超前预报与塌方灾害预警案例 243
8.2.3 湖北宜巴高速公路马家坡隧道综合超前地质预报与联合反演应用案例 248
8.2.4 锦屏二级电站辅助洞综合超前地质预报应用案例 252
8.2.5 成兰铁路跃龙门隧道综合超前地质预报应用案例 256
8.3 海底隧道超前地质预报实践 260
8.3.1 青岛胶州湾海底隧道工程概况 261
8.3.2 青岛胶州湾海底隧道综合超前地质预报的作用和内容 262
8.3.3 青岛胶州湾海底隧道综合超前地质预报方法与体系 262
8.3.4 青岛胶州湾海底隧道综合超前地质预报代表性案例 265
8.4 城市地铁隧道超前地质预报实践 271
8.4.1 城市地铁超前预报方法的选择 271
8.4.2 城市地铁超前预报方法的实施 271
8.4.3 大连地铁某区间超前地质预报代表性案例 272
8.4.4 大连地铁某区间重点地段超前预报实践 277
8.4.5 广州地铁某车站超前地质预报代表性案例 279
8.5 隧道施工许可机制与综合超前地质预报的联合应用案例 282
8.5.1 工程概况 282
8.5.2 初步评估 284
8.5.3 二次评估与动态评估 285
8.5.4 ZK19＋240～ZK19＋420段风险控制 286
8.5.5 ZK19＋420～ZK19＋460段风险控制 286
8.5.6 ZK19＋4 60～ZK19＋509段风险控制 287
8.5.7 ZK19＋509～ZK19＋610段风险控制 288
8.5.8 ZK19＋610～ZK20＋180段风险控制 292
8.6 本章小结 292
第9章 展望 293
参考文献 297