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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