随着我国交通、水利水电事业的快速发展,长大隧道工程数量不断增加,隧址区的工程地质条件更加复杂。在隧道开挖过程中,采用物探等手段进行超前地质预报,对减少施工事故,保证施工人员生命安全和施工进度具有十分重要的意义。在众多超前预报物探方法中,地质雷达法和TSP法两种超前物探方法具有很好的发展前景。地质雷达具有操作简便、分辨率高、频蔽效果好、图像直观、对施工干扰少等优点;TSP系统具有使用范围广、预报距离长、对施工干扰小、预报结果信息丰富等优点。但是目前地质雷达和TSP系统在隧道超前地质预报应用中缺乏完善的解译标志,数据解译完全依靠预报人员的个人经验,制约了预报结果的准确性。所以研究地质雷达和TSP系统在超前地质预报中的适用性,总结其较为完善的解译方法,建立普遍适用的解译标志,对及时得出预报成果、提高预报的准确度具有举足轻重的作用。本文在收集国内外地质雷达和TSP系统应用及数据解译研究成果的基础上,分别总结了地质雷达应用于铜锣山隧道、新扎沟隧道和擦罗2号隧道的预报成果以及TSP系统应用于铜锣山隧道、擦罗2号隧道和菩萨岗隧道的预报成果,并结合地质分析、超前钻孔以及实际开挖情况对预报结果进行了对比分析,提取了典型不良地质在成果图件中的响应特征。同时运用有限差分法对地质雷达的超前预报进行数值模拟,通过对不同类型介质的正演分析,得到不同典型地质情况下解译图件的响应特征,为建立地质雷达解译标志提供更充分的依据。最后分别总结了地质雷达和TSP系统成果图件的解译规律,初步建立了解译标志。研究工作的主要成果如下:1.通过将地质雷达应用于铜锣山隧道、新扎沟隧道和擦罗2号隧道的超前地质预报中,总结出一套规范化的工作方法,包括探测前的地质准备工作、测线布置、参数设置及探测过程中应注意的问题。将预报结果与隧道实际开挖的地质情况进行对比分析,验证预报的效果。得到了地质雷达对于破碎带、含水裂隙、采空区等不良地质体的响应特征。2.对地质雷达超前预报的电磁波传播过程进行数值模拟正演分析,分别建立了完整围岩的地电模型;断层破碎带地电模型,其中考虑了断层破碎带与隧道轴线的不同交角、破碎带宽度变化的情况;不同发育规模的空溶洞及充水溶洞的地电模型,得到了相应的雷达反射波波形图,通过进一步分析,探索了上述四种地质条件在不同发育状态下的雷达反射波典型响应特征。3.将地质雷达实际应用中的典型图像与数值模拟正演分析成果相结合,对解译方法进行总结。从反射波振幅及相位规律、波形规律、频率特征规律及时差变化规律四方面初步建立了地质雷达在超前地质预报中针对完整围岩、断层破碎带、溶蚀裂隙区、空溶洞、充水溶洞、半充填溶洞的解译标志。4.收集归纳TSP系统在铜锣山隧道、擦罗2号隧道和菩萨岗隧道超前地质预报的应用成果,对隧道开挖出露的地质情况进行详细的记录,根据实际地质条件反分析TSP系统的预报成果,提取典型图像特征。最后结合弹性波基础理论,初步建立了TSP系统针对断层破碎带、侵入体和接触变质带、软弱岩层及岩溶区等隧道内较常见不良地质体的超前预报解译标志。