随着中国国民经济的飞速发展,为了保证经济得到可持续发展,开展了大量的基础交通建设工程。中国是一个多山的国家,隧道作为一种特殊的地下建筑结构受到了越来越多的关注。在隧道的开挖过程中,隧道掌子面前方岩体的不确定性(如隧道前方的断层、软弱破碎带等不良地质体)对施工进度以及施工安全产生很大的影响。在隧道施工前及施工过程中采用超前地质预报技术,可以有效的降低不良地质灾害对人员和机械设备的破坏,具有重要意义和实用价值。这其中,利用弹性波探测隧道壁围岩及掌子面前方地质体的结构和空间位置的隧道地震超前预报技术是隧道超前地质预报技术中最主要的方法。该方法根据围岩的弹性差异,利用反射波法地震的原理,探测隧道掌子面前方地质体的结构,具有探测距离远、分辨率高、对隧道修建进程影响小的特点。然而,受探测空间和探测方式的限制,常规的隧道地震超前预报技术通常采用隧道壁激发-隧道壁接收的方式,探测掌子面前方的地质构造,空间分辨率较低,受隧道施工噪音影响大,同时,地震波在三维隧道空间内传播,波场信息复杂,而隧道壁激发-隧道壁接收的观测方式接收的波场所包含的掌子面前方信息少,解释结果精度较低,且多解性强。本文针对以上问题,对隧道地震超前预报技术进行研究。首先对隧道波场正演方式研究,从波场的角度分析了现有方法的优势和不足,提出了基于掌子面激发-接收的三维数据采集方式,并从观测系统布置方式、正演数据特征及处理方式等几个方面,分析了掌子面激发-接收方式在探测隧道掌子面后方地质体时的可行性和限制条件。在此基础上,利用该方法开展实际数据的采集和处理实验研究,分析在实际应用中掌子面激发-接收数据的特征,并结合正演数据处理方式进行实际数据处理方式研究,完善基于隧道掌子面激发-接收方式的隧道超前预报技术,提高对隧道掌子面后方地质体空间位置及形态结构的预测精度。