本书系统地介绍不同的超前探测方法及应用：不同探测方法的发展历史与现状；不同探测方法的基本原理；隧道空间地震波正演、隧道空间电磁波正演、隧道空间地震波数据处理方法和隧道空间最小二乘法地震波反演技术；野外工作方法、工程实践与应用和最近的研究进展等，并指出相关领域进一步研究的发展方向。本书内容主要涉及探测方法及其仪器、地球物理、信号处理与解释技术，是一本理论联系实际的科研成果专著。
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第1章 绪论 1
1.1 国内外现状 2
1.1.1 国外研究现状 2
1.1.2 国内研究现状 4
1.1.3 综合超前地质预报研究现状 6
1.2 隧道超前地质预报方法的特点 8
1.2.1 地质分析法特点 8
1.2.2 地震波反射法特点 9
1.2.3 电磁类方法特点 10
1.3 存在的问题 10
参考文献 11
第2章 超前地质预报方法与原理 17
2.1 地震波反射法 18
2.1.1 地震波反射法基础理论 18
2.1.2 TSP法 26
2.1.3 TVSP法 29
2.1.4 HSP法 32
2.1.5 TRT法 35
2.1.6 TST法 39
2.1.7 TGP法 45
2.1.8 陆地声纳法 48
2.2 电磁类方法 50
2.2.1 地质雷达法 50
2.2.2 瞬变电磁法 53
2.3 直流电阻率法 67
2.4 TBM施工隧道超前地质预报方法 69
2.4.1 TBM施工隧道常用超前探测技术及其研究现状 69
2.4.2 激发极化法 72
2.5 其他方法 74
2.5.1 核磁共振方法 74
2.5.2 红外探水方法 80
参考文献 81
第3章 数值模拟 87
3.1 隧道空间地震波正演 88
3.1.1 地震波场正演模拟 91
3.1.2 二维波动方程的高阶差分近似 92
3.1.3 交错网格的差分格式 93
3.1.4 边界条件 96
3.1.5 稳定性条件 98
3.1.6 震源设置 99
3.2 隧道空间电磁波正演 100
3.2.1 地质雷达正演 100
3.2.2 瞬变电磁正演 101
3.3 隧道空间瑞利波频散曲线反演 103
3.3.1 贝叶斯定理 103
3.3.2 模型选择 104
3.3.3 非线性数值积分方法 105
3.3.4 粒子群优化算法 105
3.4 隧道空间地震波线性反演成像方法 106
3.4.1 线性化反射波方程 106
3.4.2 反射波偏移成像 108
3.4.3 最小二乘偏移成像 111
3.4.4 最小二乘偏移的迭代求解 114
3.4.5 最小二乘偏移的实现难点 116
3.4.6 最小二乘偏移试验 117
参考文献 121
第4章 数据采集和处理 123
4.1 隧道空间地震波数据处理方法 124
4.1.1 波场分离 124
4.1.2 初至拾取 124
4.1.3 速度分析 125
4.1.4 偏移成像 129
4.2 TSP法数据采集的干扰因素和提高采集数据质量的注意事项 136
4.2.1 TSP法激发信号的干扰及避免干扰的措施 137
4.2.2 TSP法接收信号的干扰及避免干扰的措施 138
4.2.3 触发延时造成的干扰及避免干扰的措施 139
4.2.4 隧道施工作业过程中的随机干扰及避免干扰的措施 140
4.2.5 提高采集数据质量的注意事项 141
4.3 地质雷达数据采集的主要干扰源和避免假异常的作业方法 141
4.3.1 地质雷达接收波的种类 141
4.3.2 地质雷达天线耦合效应 142
4.3.3 隧道中金属物的干扰 143
4.3.4 雷达测试过程中消除假异常的作业方法 143
4.4 滤波频带对隧道超前地质预报结果的影响分析 144
4.4.1 频带滤波原理 144
4.4.2 实测数据滤波分析 145
4.4.3 滤波频带对TSP法预报结果的影响分析 157
参考文献 157
第5章 工程实践与应用 159
5.1 蒙华铁路超前地质预报工程应用实例 160
5.1.1 工程概况 160
5.1.2 地形地貌 160
5.1.3 工程地质条件 160
5.1.4 地质雷达法数据采集及处理 161
5.1.5 地质雷达法在蒙华铁路的典型预报案例 164
5.1.6 TSP法数据采集及处理 175
5.1.7 TSP法在蒙华铁路的典型预报案例 179
5.1.8 综合预报案例 187
5.2 梅汕铁路超前地质预报工程应用实例 192
5.2.1 工程概况 192
5.2.2 工程地质条件 192
5.2.3 丰顺隧道典型预报案例 195
5.2.4 其他标段典型预报案例 219
5.3 滇中引水大理二段超前地质预报工程应用实例 233
5.3.1 工程概况 233
5.3.2 地形地貌 233
5.3.3 地质条件 234
5.3.4 TSP法在滇中引水的典型预报案例 234
5.3.5 地质雷达法在滇中引水的典型预报案例 241
5.4 其他工程TSP法应用实例 245
5.4.1 典型岩溶预报案例 245
5.4.2 典型塌方预报案例 250
5.4.3 典型冒顶预报案例 252
5.5 其他工程地质雷达法应用实例 254
5.5.1 典型岩溶预报案例 254
5.5.2 典型断层裂隙水预报案例 256
5.5.3 隧道浅埋段中软弱夹层预报案例 257
参考文献 258
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