随着我国国民经济的迅速发展和不断进步,国家开始高度重视交通基础设施建设,然而我国部分地区地形复杂,因此隧道工程增多的同时,施工难度也逐渐增大。隧道施工过程中,无法准确预报隧道沿线的断层、溶洞、破碎岩体、地下水等不良地质体,是造成塌方、突水等地质灾害的主要原因。就目前国内相关方面研究现状而言,隧道施工安全防范意识普遍薄弱,因此,进行隧道超前预报,根据预报结果制定合理的施工方案并采取相应的措施,对降低地质灾害发生几率,消除安全隐患至关重要。本文从地震勘探方法入手,以地震波反射法作为理论基础,参考TSP法和TVSP法隧道超前预报系统的施工方法,提出了一种切实可行的分布式隧道地震勘探系统设计方案,并基于该方案研制出一款内部噪声低、动态范围大、弱信号检测能力强、体积小、便于施工的隧道超前预报系统。该系统通过多个三通道的采集器级联形成分布式观测系统,可根据需求选择采集器的个数,同时能够减少爆破点个数,从而有效提高工作效率,降低施工风险。在传统爆炸开路的触发方式基础上增加短路触发方式,该触发方式支持可控震源,可确保震源信号的一致性,弥补炸药震源在安全敏感区难以爆破的不足,安全性能更高。分布式隧道地震勘探系统主要包括两个部分:硬件电路设计和软件程序开发。硬件电路以STM32F429为主控制器,结合一片FPGA芯片,以太网收发电路,数据存储电路和驱动采集电路,使整个系统具有采集和自测功能。软件程序开发通过基于Atollic平台移植FreeRTOS嵌入式实时操作系统、移植LWIP协议栈,设计底层驱动程序和数据交互程序来实现系统的控制、数据采集和传输等功能。最后,对所设计的分布式隧道地震勘探系统进行组装、基本性能测试和野外实验。经过测试,系统的各模块能够正常运行,数据传输稳定可靠,系统性能指标达到了预期的设计目标,系统噪声水平低于12μV,动态范围最大达到110 dB,采样频率最高可达64 KHz,采集时长可达30分钟以上,以太网平均传输速率达到2.82 MB/s。