其工作原理是利用在隧道圍巖以排列方式激發彈性波，彈性波在向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面，即地質巖性變化的界面、構造破碎帶、岩溶和岩溶發育帶等，會產生彈性波的反射現象，這種反射波被佈置在隧道圍巖內的檢波裝置接收下來，輸入到儀器中進行信號的放大、數字採集和處理，實現拾取掌子面前方巖體中的反射波信息，達到預報的目的。

其中TSP、TGP、TRT應用的是反射理論，尚需在小孔徑偏移成像病態問題方面進行努力。

超前地質預報TST隧道

該方法充分認識三維波場的複雜性，能進行方向濾波，僅保留掌子面前方的回波，避免現行超前預報方法中虛報、誤報率高的技術缺陷。能準確確定掌子面前方圍巖波速分佈，為巖體工程類別判定提供依據，同時避免現行方法預報位置不準確的缺陷。

TST地質超前預報技術具有如下優點：

1. TST隧道超前預報技術是國內外實現了地下三維波場識別與分離的超前預報技術，有效消除側向波和麪波干擾，保證成像的真實性；

2. TST是實現了圍巖波速精確分析的超前預報技術，保證構造定位的精確性；

3. TST是建立在逆散射成像原理基礎上的超前預報技術，與傳統的反射地震技術相比具有更高的分辨率。同時運用了地震波的運動學和動力學信息，不但可精確確定地質構造的位置，同時獲得圍巖力學性狀的空間變化；

4. TST採用獨特專業設計的觀測方式，保證觀測數據同時滿足圍巖波速分析、三維波場分離和方向濾波的需要。

超前地質預報HSP隧道

該方法和地震波探測原理基本相同，其原理是建立在彈性波理論的基礎上，傳播過程遵循惠更斯-菲涅爾原理和費馬原理。本方法探測的物理前提是巖體間或不同地質體間明顯的聲學特性差異。測試時，在隧道施工掌子面或邊牆一點發射低頻聲波信號，在另一點接收反射波信號。採用時域、頻域分析探測反射波信號，進一步根據隧道施工掌子面地質調查、地面地質調查及利用一隧道超前施工段地質情況推測另一平行隧道施工掌子面前方地質條件的預報方法，便可瞭解前方巖體的變化情況，探測掌子面前方可能存在的巖性分界、斷層、巖體破碎帶、軟弱夾層、以及岩溶等不良地質體的規模、性質及延伸情況等。

超前地質預報高密度電法

我國南方岩溶發育，地質構造複雜，地下水豐富。為確保工程質量與安全，適於採用高密度電法沿隧道軸線進行勘探的方法和地震法結合的超前預報方法。高密度電法將整個山體成像，找到溶洞等含水帶；進一步結合地震法超前預報對隧道掌子面前方的地質結構進行預報。結果更加可靠。

例如：

高密度電法地形與電阻率校正TD-Eledata

下圖為某岩溶發育帶的隧道。圖中紅色表示高阻區，導電性不好，巖體乾燥、緻密、穩定性好。藍色區代表低阻，導電性好，巖體破碎，含水量大，與斷裂帶、含水帶、填充溶洞有關。藍色區是隧道開挖中易發生坍塌湧水災害的地段，應特別注意。隧道長近800m，最大埋深250m，進口段為灰巖，出口段為泥質砂岩。探測發現灰巖段有大小7個岩溶發育，有4個與隧道相交。3個與地表落水洞相通，3個連接地下河。開挖中都得到證實。由於採取了預防措施，安全通過。其中k40+250處的溶洞截面20mx 30m，上通地表，下可通到地下暗河。隧道中架橋通過溶洞區。通過應用地形與電阻率校正軟件，得到準確的結果。（圖片來源於TD-EleData高密度電法地形與電阻率校正處理軟件截屏）

隧道岩溶探測

超前地質預報相關專家

何發亮，廣西賀州人，中鐵西南科學研究院有限公司教授級高級工程師、院副總工程師、工程地質預報中心/工程地質研究室主任、碩士研究生導師。生於1962年，1984年畢業於中山大學地質學系，主要從事隧道圍巖分級、聲波探測技術應用和隧道施工地質預報研究。 1995年任副研究員，2002年任教授級高級工程師，同年被評為中國鐵路工程總公司首批有突出貢獻的中青年專家，是中國鐵路工程總公司專家委員會專家、2008年國務院政府特殊津貼專家。現任IAEG會員、中國地質學會工程地質專委會委員、中國岩石力學與工程學會地下工程分會理事、四川省岩石力學與工程學會理事兼副秘書長、四川省聲學學會理事、《鐵路地質與路基》編委、四川省評標專家庫和四川省地質災害評估專家庫在庫專家。獲鐵道部部科技進步獎四等獎1項、總公司科學技術獎一、二等獎各1項、鐵道科學研究院科技成果三等獎1項。主要論文著作：《隧道地質超前預報》（西南交通大學出版社，2006年）《隧道工程巖體分級》（西南交通大學出版社，2007年）《隧道工程地質與聲波探測技術》（西南交通大學出版社，2005年）《巖體温度法隧道施工掌子面前方含水體預報模型試驗研究》（現代隧道技術，2008年第2期）《巖體温度法隧道施工掌子面前方湧水預測預報探討》（現代隧道技術，2007年第2期）《隧道施工地質超前預報工作方法》（岩土工程學報，2006年）《TBM施工隧道圍巖分級研究》（岩石力學與工程學報，2002年9月，第21卷第9期）《岩溶地區長大隧道湧水災害預測預報技術》（水文地質工程地質，2001年第5期）《聲波探測技術的新發展及其應用》（中國鐵道科學，1999年第20卷第4期）《隧道施工期地質超前預報技術的發展》（現代隧道技術，2001年第3期）《隧道施工期地質超前預報若干問題探討》（第八次全國岩石力學與工程學術大會論文集，2004年）《HSP及CT法隧道施工期岩溶地質預報》（隧道地質超前預報技術交流研討會論文集，2004年）《聲波CT技術在瀘定橋東橋台內部結構探測中的應用》（文物保護與考古科學，2001年第13卷第1期）《瀘定橋東橋台內部加固效果檢測》

鐵道部《鐵路隧道超前地質預報技術指南（鐵建設【2008】105）》的主要撰稿人。

超前地質預報相關單位

中鐵西南科學研究院地質預報中心：

隧道施工地質災害對施工人員、施工機具造成的安全威脅，一直是隧道及地下工程界期待解決的問題。隧道施工地質超前預報研究的主要任務就是探測隧道施工掌子面前方不良地質體的分佈，預測因不良地質體存在可能引發的隧道地質災害。

從上世紀八十年代始，我們結合大瑤山隧道、天馬山隧道，首先在我國開展地質聲學法隧道地質超前預報技術研究(圖1)，開展“隧道施工掌子面前方不良地質預報技術”-聲波反射法研究(1990～1995年)，提出了HSP水平聲波剖面法隧道施工地質預報的理論和技術，該課題於1995年12月通過鐵道部科技成果鑑定，並於1997年獲鐵道部科技進步三等獎(圖2)。

所獲榮譽

2002年至今，結合遼寧大夥房水庫引水工程和錦屏電站引水隧洞 TBM施工情況，進一步開展掘進機施工條件下HSP與波反射法預報研究，以及國家自然科學基金項目“高壓大流量岩溶裂隙水與不良地質超前預報與治理”之子項-巖體温度法隧道施工掌子面前方湧水預報研究；其中，“TBM突破不良地質地段的地質超前預報及施工預案研究”在“利用TBM刀具切割岩石激發的信號作為HSP聲波反射法預報的激發信號，以及適合於TBM施工的水工隧洞圍巖分級修正模型等方面取得明顯的創新性，對TBM快速通過不良地質地段及安全施工提供了技術保障，其TBM超前地質預報技術達到國際先進水平”。該課題研究成果獲中國中鐵股份有限公司2007年度科技進步二等獎(圖3)。