随着我国矿产资源开发与利用不断的深入,交通隧道、水工隧洞及矿山巷道等地下硐室的建设也在不断加快,地质灾害时有发生,不仅影响施工进度,还会造成人员伤亡。因此,在地下硐室施工过程中,对开挖可能遭遇的地质灾害进行超前地质预报及防治研究很有必要。本文以北煤南运蒙华段隧道为研究对象,对TST(Tunnel Seismic Tomography,TST)、瞬变电磁法、地质雷达三种探测方法进行了系统介绍,基于地下硐室地质系统理论和加权并集成的思想建立了综合超前地质预报体系,结合地质雷达图像的EMD(Empirical Mode Decomposition,EMD)分解的优化降噪和基于层次分析法的综合预报结果权重的确定,对多条隧道进行了超前地质探测。本文的主要研究工作如下:(1)在总结国内外地下硐室超前地质预报方法研究现状的基础上,对常用的几种超前地质预报方法的优势和局限性进行评价。针对单一的地下硐室超前地质预报方法准确度不高的问题,基于地下硐室系统理论和加权集成的思想,将TST、瞬变电磁法和地质雷达三种超前地质预报方法各自的优势进行加权集成,形成了长-中-短距离相结合,空间-平面-线互为验证的综合超前地质识别模式。(2)针对应用地质雷达进行超前探测时,探测结果易受地下硐室内其他噪声干扰这一问题。在仪器自带软件数据处理的基础上,提出应用EMD分解对原始地质雷达数据信号进行降噪优化处理。结果表明,EMD分解能够依次从高频到低频将原始地质雷达信号中含有的噪声分离出来,具有滤波降噪的效果。(3)针对地质灾害地球物理探测结果解译的主观性和多解性问题,引入了层次分析法,并以三种探测方法对断层的预报为例,给出了应用层次分析法来确定综合超前地质预报体系中各方法所占权重的具体过程。(4)以北煤南运蒙华段隧道为例,应用上述综合超前地质预报方法对工作面前方的地质条件进行灾害探测。首先应用EMD分解对地质雷达信号进行滤波降噪优化处理,与仪器自带软件处理结果对比分析,然后结合TST给出的岩体地质构造图像、岩体波速图像,瞬变电磁仪给出的岩体视电阻率剖面图进行综合分析,最后运用层次分析法确定综合超前地质预报体系中各超前地质预报方法所占的权重,对多个里程段的综合预报结果进行了统计分析。结果表明,综合超前地质预报结果与实际开挖情况基本吻合,预报结果的准确度明显优于单一超前地质预报方法。