在隧洞施工中,由于对施工掌子面前方地质条件了解不清,经常出现预料不到的塌方、冒顶、岩爆、涌水等事故。尤其是对于TBM施工隧洞,超前地质预报工作开展的好坏是工程能否成功建设的关键。 本文在详细分析TBM施工特点和国内外常用的超前地质预报方法的基础上,提出将地质调查法、TSP仪器探测法、超前钻探法(冲击钻机和岩芯钻机)以及声波探测等几种地质预报方法综合起来运用于工程实际;以冲击钻机和岩芯钻机相结合的地质预报为核心,详细讨论了冲击钻机冲击旋转破岩机理和岩芯钻机地质预报原理,分析确定了钻进过程中的敏感参数,并设计了TBM隧洞施工超前地质预系统的总体结构,构建了基于PC-DAQ型式的钻机钻进敏感参数实时数据采集分析系统,包括测控系统硬件和软件的设计,并给出了钻机转换的判断标准。 本文还着重讨论了TBM隧洞施工超前地质预系统的人工神经网络预报模块。在充分了解掌子面前方围岩类别预报的重要性的基础上,利用人工神经网络处理非线性复杂关系的优势,将人工神经网络技术应用于掌子面前方围岩类别预报中,并对其中的输入输出参数的选择、样本收集与处理、BP网络模型的构造及其优化设计、添加和未添加钻孔速度这一特征量的围岩类别预报效果对比进行了重点探讨。通过对样本库的训练检验,对掌子面前方围岩类别预报取得了满意的效果。