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绪论1

0.1研究意义1

0.2研究现状4

0.2.1岩溶地质灾害特点及预测方法现状5

0.2.2岩溶隧道施工超前地质预报方法现状7

0.3存在问题14

0.4发展趋势16

参考文献17

第1章 隧道工程常见的地质灾害类型及危害19

1.1断层破碎带引起的地质灾害19

1.1.1断层的要素及分类20

1.1.2正断层21

1.1.3逆断层26

1.1.4平移断层27

1.1.5断层存在的判别30

1.1.6断层对隧道围岩稳定性的影响32

1.1.7断层破碎带坍方的地质因素34

1.2岩溶隧道施工地质灾害35

1.2.1岩溶地质灾害的种类与特点36

1.2.2岩溶含水介质的划分41

1.2.3岩溶突水模式的水文地质分析42

1.2.4岩溶地质灾害的成因分析44

1.2.5岩溶隧道涌水预测的联合简化模型44

1.2.6岩溶水动力分带模式与岩溶涌水47

1.2.7溶洞大小及空间位置对隧道工程的影响分析50

1.2.8岩溶隧道地质灾害的研究方法59

1.2.9不同岩溶类型及相应的地球物理模型62

1.2.10岩溶区隧道超前地质预报的技术难点63

1.2.11岩溶区部分长大隧道施工地质灾害情况65

1.2.12小结67

1.3软岩67

1.4岩爆68

1.5煤系地层（瓦斯、CO）70

1.5.1基本概念70

1.5.2瓦斯的赋集71

1.5.3瓦斯运移及涌出特点75

1.5.4瓦斯突出的条件75

1.5.5小结75

1.6不整合接触带76

1.7地下水76

1.7.1地下水对岩石的作用76

1.7.2地下水的类型及特征78

1.7.3隧道施工中地下水的致灾机理79

参考文献80

第2章 广义的隧道施工超前地质预报方法82

2.1隧道地面（洞外）超前地质预报84

2.1.1常见的地面物探方法及适用范围概述84

2.1.2常见地质灾害体的预报方法85

2.1.3地面超前地质预报深度确定130

2.1.4地面预报的精度评价（深度与精度和工程要求的关系）132

2.1.5地面（洞外）预报总结133

2.2隧道掌子面超前地质预报方法133

2.2.1长距离超前地质预报134

2.2.2短距离超前地质预报155

2.2.3洞内预报方法总结185

参考文献186

第3章 空间（点、线、面与角度）预报方法188

3.1装置与排列189

3.1.1基本概念189

3.1.2地面常见排列装置201

3.1.3测井常见排列装置206

3.1.4地下工程常用装置206

3.1.5装置与排列的适用性212

3.2位置偏移212

3.2.1测点212

3.2.2测线213

3.2.3测面214

3.3角度偏移215

3.3.1三分量测量215

3.3.2方位测量217

3.3.3倾角测量217

3.3.4角度测量218

3.4空间排列218

3.4.1地面排列219

3.4.2地下排列219

3.4.3内外结合排列220

3.4.4角度和位置联合排列220

3.5“照亮”地下221

3.5.1“眼睛”的功能223

3.5.2多眼定位226

3.5.3“照亮”地下的应用226

参考文献227

第4章 隧道地震波角度偏移超前地质预报228

4.1概述228

4.2地震波角度偏移理论基础229

4.2.1两种地震波对比追踪方法230

4.2.2基本类型地震波的极化性质230

4.2.3基本方程231

4.2.4空间装置波的方向性图解233

4.2.5两种同相轴235

4.2.6同相轴形状变化与铅垂偏振椭圆半轴比的关系236

4.2.7位移向量方向的确定237

4.2.8偏振平面空间位置的确定238

4.2.9椭圆形状及其在偏振平面中取向的确定241

4.2.10三维偏振振动参数的确定242

4.3空间观测装置242

4.3.1装置描述243

4.3.2空间装置的应用247

4.3.3观测的方法问题248

4.3.4角度与位置对比法的配合248

4.4 USP地下工程超前地质预报系统249

4.4.1系统构成249

4.4.2系统软件介绍251

4.5野外观测方法275

4.5.1震源276

4.5.2现场布置277

4.5.3叠加采集278

4.5.4多个接收器的空间组合278

4.5.5实时采集方法279

4.5.6无线传输技术279

4.6资料解释280

4.6.1物理与地质基础281

4.6.2典型不良地质体的地震波特征283

参考文献290

第5章 隧道瞬变电磁法超前地质预报291

5.1概述291

5.1.1瞬变电磁法发展概述291

5.1.2瞬变电磁法超前地质预报研究现状292

5.2瞬变电磁法理论基础294

5.2.1瞬变电磁法的原理294

5.2.2瞬变电磁系统的组成及工作过程295

5.2.3瞬变电磁法的野外工作方法296

5.3隧道瞬变电磁法超前地质预报系统302

5.3.1仪器系统构成302

5.3.2 UEP隧道同点测线装置304

5.3.3 UEP隧道同点跟踪法312

5.3.4 UEP隧道偶极装置315

5.3.5 UEP隧道大定回线源法316

5.4 UEP资料处理320

5.4.1数据质量判别320

5.4.2数据处理321

5.4.3常用的探测计算方法及解释323

5.5 UEP的应用与实践325

5.5.1 TEM大定回线源装置用于隧道施工地质灾害预报325

5.5.2 USEP21南村隧道AK12+800超前地质预报328

5.6初步结论329

参考文献330

第6章 钻孔摄像与测孔技术331

6.1钻孔摄像技术333

6.1.1钻孔图像结构面连通性研究333

6.1.2数字摄像技术的应用336

6.2弹性波法338

6.2.1波速层析成像原理339

6.2.2层析成像工作方法340

6.2.3吸收层析成像技术343

6.2.4应用实例344

6.3电磁波法346

6.3.1单孔电磁波测井347

6.3.2跨孔法电磁波测井（无线电波透视法）348

6.3.3安徽滁州琅琊山抽水蓄能电站防渗帷幕工程应用349

6.4钻孔雷达技术352

6.4.1钻孔地质雷达探测原理352

6.4.2钻孔地质雷达探测技术与方法353

6.4.3存在的问题与不足374

参考文献375

第7章 掌子面地质灾害临近预报预警377

7.1掌子面临近征兆预报377

7.1.1断层破碎带坍方378

7.1.2岩溶陷落柱坍方379

7.1.3小结380

7.2掌子面地质信息数字编录识别技术381

7.2.1现场图像测定381

7.2.2隧道围岩的可视化技术383

7.2.3岩体结构图像识别技术387

7.2.4围岩的分类描述与变化390

7.2.5小结391

7.3掌子面稳定性监测预警391

7.3.1监测技术的发展391

7.3.2隧道掌子面稳定性自动监测技术393

7.4隧道施工超前地质预报的灾害预防控体系393

7.4.1隧道施工超前地质预报的可靠度394

7.4.2隧道施工不良地质体类别分级394

7.4.3隧道施工不良地质体处治预案396

参考文献399

第8章 综合参数与空间超前地质预报400

8.1隧道施工地质灾害综合预报基础400

8.1.1常见隧道施工地质灾害体的形状401

8.1.2常见隧道施工地质灾害体的性质（充填物）401

8.2复杂地质条件下隧道施工超前地质预报方法402

8.2.1单参数固定排列法403

8.2.2单参数多排列法403

8.2.3多参数多排列法405

8.2.4综合参数法406

8.2.5各种参数与排列的关系407

8.3综合参数法超前地质预报409

8.3.1“综合参数”的理论基础409

8.3.2“综合参数信息灾害体地质预报”的逻辑推理410

8.3.3参数独立性原则410

8.3.4地质灾害形状体预报的物性前提411

8.3.5超前地质预报的“震电”效应417

8.3.6隧道施工常见的预报模式420

8.3.7提高预报可靠性、减少多解性、辨别虚假异常421

8.4“长短结合”超前预报423

8.5“洞内外兼顾”超前预报427

8.6“综合参数+长短结合+内外兼顾”的实施428

8.7现有预报的问题与改进430

8.7.1存在的问题430

8.7.2改进方法431

8.8 USEP综合参数与空间超前预报系统432

8.8.1 USEP21型预报仪器的研制433

8.8.2多分量空间地震装置实现对灾害体形状探测434

8.8.3 USEP对地质灾害体性质的探测437

8.8.4 USEP系统的“远看轮廓近看细节”预报理念438

8.8.5 USEP综合参数测孔技术439

8.8.6现场应用439

参考文献442

第9章 超前地质预报对施工的指导意义444

9.1超前地质预报与施工信息化的结合444

9.1.1超前地质预报、监控量测与断面扫描的关系444

9.1.2与围岩量测信息结合修正设计445

9.1.3与断面扫描技术结合调整爆破参数控制超欠挖450

9.2超前地质预报与围岩分级453

9.2.1围岩常规分级（类）方法454

9.2.2超前地质预报围岩细化分级方法462

9.3超前地质预报信息与动态设计473

9.3.1隧道施工的动态设计方法474

9.3.2动态设计系统的构想476

9.3.3各子系统的组成与功能477

9.3.4超前地质预报是动态设计的核心478

参考文献479

第10章 典型应用实例480

10.1在山岭隧道施工中的应用480

10.1.1工程特点480

10.1.2预报方法480

10.1.3应用实例481

10.2在地铁浅埋暗挖法施工中的应用496

10.2.1工程特点496

10.2.2预报方法496

10.2.3应用实例497

10.3超前地质预报技术在盾构机及TBM上的应用507

10.3.1施工特点507

10.3.2预报方法508

10.3.3应用实例508

参考文献510