随着我国交通、水利建设的力度加大,我国隧道及地下工程得到了前所未有的迅速发展。然而,隧道工程施工中经常会遇到多种复杂的地质条件,导致工程建设过程中往往发生突水突泥等重大灾害,严重威胁了隧道的施工安全。因此,开展施工期超前地质预报、提前规避灾害源具有十分重要的工程意义和科学价值。经过近几十年的研究与发展,以应用地球物理学科为带动,形成了多种较为成熟的隧道超前地质预报方法。然而,每种探测方法的物理基础不同,其优势、探测对象、探测距离和适用性也各有不同,事实上没有哪种单一预报方法可以探明所有的灾害源,导致在实践中存在着多解性强、可靠性低等严重问题。其主要原因在于缺乏地球物理方法对典型致灾构造超前探测响应深入系统的研究,未形成一套行之有效的致灾构造综合解释识别方法。针对上述问题,本文在典型突水突泥致灾构造类别划分研究的基础上,针对典型致灾构造开展了系统的超前探测的正演模拟与数值成像研究,总结并分析了隧道典型突水突泥致灾构造超前探测的多地球物理场响应和识别特征。同时针对隧道超前探测的综合解释,提出了基于k近邻分类算法综合解释方法,并在多个依托工程中开展了现场试验和验证。本文的主要研究工作及成果如下:(1)针对隧道施工典型突水突泥致灾构造的基础类别,总结分析了不同类别致灾构造的地质特征和地球物理特征,建立了断层破碎带和溶洞超前探测的地球物理模型。遴选了三种主要超前探测方法:地震波法、地质雷达法与直流电法,分别对断层破碎带和溶洞开展了不同距离、不同大小等情况下系统的正演模拟和成像研究,揭示了隧道突水突泥典型致灾构造的响应特征。(2)在响应特征研究的基础上,提出了典型突水突泥致灾构造的识别方法和标准。通过不同的特征提取了致灾构造的信息参数,并归一化出致灾构造类别评估指标的多个特征值。以k近邻分类算法为基础、评估指标为判定依据建立了一套综合解释和识别方法,实现了由地球物理模型到致灾构造地质模型的映射和解释。(3)综合致灾构造的响应特征和解释方法,在吉林引松供水工程3标段和4标段、滇中引水工程香炉山隧道等多个隧道工程开展了现场试验和工程验证,解译结果与实际工程揭露岩体的基本一致,验证了典型致灾构造多地球物理响应特征的有效性和综合解释方法的可靠性,建立了隧道施工典型突水突泥致灾构造的综合地球物理解释技术体系。