前言

随着我国建设事业的发展和不断深入，出现了越来越多的隧洞工程，并且隧洞工程的地质条件也越来越复杂，特别是一些深埋长隧洞，尽管在施工前进行了大量的地质勘察工作，但由于前期地质勘察工作受到勘察技术手段和方法以及勘察经费的限制，期望在施工前完全查明隧洞围岩的状态和特性，准确地预测隧洞施工中可能发生地质灾害的位置、性质和规模是十分困难的。随着隧洞施工的逐步深入，其安全隐患会逐渐暴露出来，这时需要在隧洞施工过程中采取有效的方法，对隧洞前方的不良地质体进行准确的超前预报，并针对前方存在的不良地质体进行工程地质评价，提出相应的处理和防范措施，避免地质灾害的发生。因此，超前地质预报已被列为隧洞施工必不可少的技术环节。

隧道反射层析扫描成像技术（Tunnel Reflection Tomography），简称TRT。20世纪60年代，在美国先进技术发展计划基金支持下，美国国家安全局网罗了众多资深地球物理学家应用地震波勘测技术来研究地层应力释放现象及地层结构扫描成像，在此过程中形成了TRT技术。TRT技术的基本原理是利用了地震波在岩土体传播过程中，遇到具有不同震动特性的岩土区带间的界面时，部分地震波能量将产生反射的特性，绝大多数地质结构异常及岩性变化，在地震信号可及的距离范围内，均可形成可探测的地震反射。在为美国国家安全局管辖单位及海外客户服务的过程中，TRT技术飞速发展，在震源上先后采用炸药爆炸、风镐或挖掘机、电磁波发生器、锤击等作为震源，使勘测成本越来越低，操作越来越方便；在软件上，成功实现了由2D成像到3D成像的跨越，使得勘测结果显示更为准确、全面、直观。为了更好地推广这一业界独有的先进技术，美国C-ThruGround工程有限公司从美国国家安全局继承了相关资产，进行独立的商业运作，推出了TRT6000超前地质预报系统。

TRT6000超前地质预报系统采用地震层析成像及全息岩土成像技术，该技术是常用的利用信号波形变化来估计介质性质变化的位置和范围的反演技术，其基本原理是基于地震能量在不同种类介质中以不同的衰减率和速度传播。通常，与破碎或裂隙发育的岩土体或空洞条件相比，地震波在完整坚硬的介质中传播时，具有更高的传播速度和更低的衰减。

云南地处特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋域的交接部位。岩浆活动强烈，变质作用广泛，地质构造复杂。云南的西北部与青藏高原连接，地壳的后期演化受着喜马拉雅和青藏高原的强烈影响，自晚第三纪以来，云南一直保持着很强的活动性，并且是我国现今强烈地震活动区之一。复杂的地质条件为云南省的隧洞工程建设带来了极大的困难，同时也为云南的隧洞施工中超前地质预报应用和研究提供了肥沃的土壤。

早在2010年10月，云南省水利水电勘测设计研究院向主管部门提出申请，把“TRT6000在隧洞施工中地质超前预报应用研究”作为云南省重大水利科技项目，获主管部门批准后，于2010年11月成立了课题组。在历时五年多的时间里，课题组调研了许多国内相似工程，查阅了大量国内外相关资料和文献，咨询了许多国内外知名专家和学者，并且在牛栏江—滇池补水工程的输水隧洞以及相关工程进行超前地质预报350次，累计预报里程51.1km，获得了宝贵的隧洞超前地质预报素材，取得了丰富的工程实践经验，为课题研究打下了扎实的基础。

本书共8章。第1章介绍了地质超前预报的现状，阐述了项目研究意义、研究内容以及研究思路；第2章介绍了TRT6000超前地质预报基本原理以及操作流程；第3～6章针对地下水、空腔、断层破碎带以及围岩分类等隧洞工程中常见的工程地质问题进行研究，从基本地质特征、地震波特征等方面入手，通过图像对比，总结出不同地质体的图像特征；第7章以工程实践为基础，提出TRT6000超前地质预报的优化探索；第8章介绍本书研究的主要结论，并对TRT6000在隧洞施工中超前地质预报应用中存在的主要问题进行阐述，以期在今后的工程实践中加以研究和解决。

研究工作及本书的撰写得到了水利部水利水电规划设计总院、石家庄铁道大学、美国C⁃Thru Ground工程有限公司、中国铁道科学研究院、山东广信工程试验检测集团有限公司的大力支持，研究过程中得到了牛栏江—滇池补水工程协调领导小组办公室、云南建工集团有限公司、中铁五局集团有限公司、中铁十四局集团有限公司、中铁十六局集团有限公司、福建水利水电工程建设有限公司、中国水利水电第五工程局有限公司、中国水利水电第十四工程局有限公司的大力帮助，在此致以诚挚的谢意。

由于编者的学识和水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，恳请读者和专家指正。

编　者

2016年8月