隧道涌突水超前预报是保证隧道安全施工的关键技术之一,需要解决的三大难题包括,灾害地质单元的准确定位、规模定量以及实时预测,本文主要探讨如何推进解决前两大难题,并为实时预测打下基础。结合米仓山隧道现场工作及室内试验,研究如何将地质、物探等多元预测技术准确高效地运用到隧道掌子面前方含水体的预测上去。着重以TSP为例,从定量和定性两个角度进行涌突水超前判识方法探讨。最后整合各类预报技术进行涌突水综合预测方法设计。主要研究成果如下:(1)以米仓山隧道为例,搜集并分析多源地质、物探等信息,探究如何利用丰富的勘察资料、现场调研、掌子面编录统计、辅助物探、类似工况等信息进行简单快速的预报。如,利用勘察资料和现场补勘进行粗略的富水带分区;对掌子面编录信息进行分析后,预测部分段落特殊含水构造;整理出含水体GPR超前判识图鉴;运用工程类比,整理各种蓄水构造,提出了三种简化含水体蓄水构造,即断层型蓄水构造、裂隙型蓄水构造和腔洞型蓄水构造。(2)为研究地震波法对含水构造的响应特征,提出了两种含水体地质-物探模型;考虑隧道洞身影响,利用交错网格有限差分法进行了地震波场模拟。结果表明,利用在隧道边墙激震的反射地震波法获得的波速、能量指标,可以进行含水地质体的探测,但地质体尺寸或展布的差异会影响到观测系统的信息收集效果。(3)利用TSP获取的波速等信息进行了涌突水定量和定性超前判识研究。基于米仓山隧道洞内预报工作和室内岩石实验获得的数据信息,进行了定量判识指标统计研究,建立了米仓山隧道富水段围岩岩性、完整性、储水性、简化蓄水构造模型的定量判识经验公式。涌突水定性判识研究的过程中,提出了适用于同地层条件下的TSP图鉴判识法,整理出判识图鉴,为弥补该方法的局限,总结了复杂富水条件下的TSP定性判识特征。结合米仓山隧道富水段开展的实际预报工作,对TSP图鉴判识法进行实例检验,预报准确性满足工程要求。(4)对隧道涌突水综合预测技术进行梳理,结合公路隧道双洞并行的格局,设计了一套充分利用隧道掌子面附近三维空间的涌突水综合预报方案。以此为基础提出了包含涌突水三级综合预测原则和Ⅳ级综合解译两方面内容的涌突水综合预测法。利用EXCEL建立经验解译数据库,通过软件查询筛选功能,实现了涌突水综合预测法的高效解译。(5)在米仓山隧道斜井和主线的超前预报工作中运用涌突水综合预测法,实现了部分段落富水不良地质体的准确预报。实例运用研究检验出该方法既实现了预报成果的准确性,又满足了灵活高效的实际工程需求。