隧道超前探测也被称作隧道超前地质预报,是利用物探或者钻探方法对隧道掌子面后方区域内地质信息做出预测的一项技术。施工方可以利用预测的信息制定相应的施工计划和防范措施,从而减少事故的发生,保障人的生命和财产安全。地震勘探方法作为隧道超前探测的常用手段,技术发展比较成熟,但仍然存在成像精度低,运算速度慢,难以预报复杂地质构造等不足。本文针对这些问题,提出了基于弹性波逆时偏移的隧道超前探测成像方法,并进行了以下几个方面的研究:（1）有限差分求解波动方程方法的研究与改进。本文使用常规网格和交错网格有限差分法分别对声波波动方程和弹性波波动方程进行了求解,并对有限差分法中四个关键的问题进行了详细的讨论,包括分析有限差分方程的稳定性条件,使用交错网格和FCT方法压制数值频散,使用PML方法处理人为边界问题以及讨论算法的空间复杂度和时间复杂度。（2）逆时偏移技术研究及成像条件选取。本文先阐述了逆时偏移技术的工作原理,给出了具体的成像流程,并完成了程序的设计。之后对目前常用的激励时间成像条件、振幅比值成像条件和互相关成像条件分别进行了模拟实验,实验结果表明互相关成像条件对垂直界面的成像效果优于另外两者。最后通过滤除直达波,使用归一化成像条件及求解时空域有限差分系数三个方法压制了成像结果中的假象和噪声。（3）GEI-TSP隧道超前探测系统控制软件的设计。本文使用C++语言编写了与GEI-TSP隧道超前预报系统配套使用的上位机软件,并基于Qt平台设计了图形操作界面。该软件实现了基于UDP协议的指令收发功能和基于FTP被动模式协议的地震数据传输功能。（4）隧道模型的建立及仿真实验。文本建立了倾斜层状隧道模型和空洞隧道模型,并基于这两个模型使用有限差分法进行了正演模拟。之后基于逆时偏移理论进行了成像,并对比了三种不同的观测系统所得到的成像结果,确定了最优的观测系统。随后在采集信号中加入由小到大的白噪声进行成像,结果表明,本文方法在地震数据加入最大振幅50%的白噪声,信噪比为-9.5d B时得到的成像结果仅比无噪声条件成像结果的图像信噪比下降约0.12d B,这证明本文所提出的成像方法具有抗噪性,能够满足实际工程的具体需要。