铁路隧道智能化超前地质预报技术规程（及编制说明）

Q/CR

中国国家铁路集团有限公司企业标准

PQ/CRXXXX-2020

铁路隧道智能化超前地质预报技术规程

TechnicalSpecificationforIntelligentGeologicalForward-

prospectingofRailwayTunnel

（征求意见稿）

2020-XX-XX发布2020-XX-XX实施

中国国家铁路集团有限公司发布

中国国家铁路集团有限公司企业标准

铁路隧道智能化超前地质预报技术规程

TechnicalSpecificationforIntelligentGeologicalForward­

prospectingofRailwayTunnel

Q/CRXXXX-2020

主编单位：山东大学

批准部门：中国国家铁路集团有限公司

施行日期：2020年XX月XX日

2020年•北京

刖B

本规程是根据中国国家铁路集团有限公司《国铁集团关于印发2020年铁路工程建设

标准编制计划的通知》（铁建设函[2020]68号）要求编制的。

本规程在编制过程中，经广泛调查研究，认真总结了国内外近年来铁路隧道智能化超

前地质预报的工程实践经验，并借鉴了国内有关标准及规定，在广泛征求意见的基础上,

经反复审查定稿，为实现隧道超前地质预报数据采集的自动化、资料解译的智能化、结果

展示的可视化与预报管理的信息化提供技术支撑。

本规程共分为7章，包括：总则，术语，基本规定，地质分析法、物探法、超前地质

预报设计与实施、超前地质预报成果报告与信息管理。

1.“总则”明确了本规程应遵循的主要原则。

2.“术语”确了本规程包含的基本术语。

3.“基本规定”明确了铁路隧道智能化超前地质预报工作的基本要求。

4.”地质调查法”规定了地质调查法超前地质预报工作内容和技术要点。

5.“物探法”规定了物探法超前地质预报工作要点和技术要点。

6.“超前地质钻探法”规定了超前地质钻探法超前地质预报工作要点和技术要点。

7.“超前导洞法”规定了物探法超前地质预报工作要点和技术要点。

8.“超前地质预报设计与实施”明确了超前地质预报设计与实施的工作内容和规定。

9.”超前地质预报成果报告与信息管理”明确了超前地质预报成果报告编制和信息管

理中的工作内容和规定。

在使用过程中，希望各单位结合工程实际，认真总结经验，积累资料。如有意见或建

议,请及时将意见和有关资料寄送XXXX（地址：XXX,邮政编码：XXXX）,并抄送xxxx（xxxx,

觇编：XXXX）,供今后修订时参考。

本技术规程由XXXX负责解释。

本规程主编单位：

本规程参编单位：

本规程主要起草人：

本规程主要审查人：

II

目次

前言......................II

目次.....................III

1总贝!I........................................5

2术语..................6

3基本规定..................8

4地质调查法................12

5物探法....................15

5.1一般规定..............................................................15

5.2弹性波法.............................................................15

5.3地质雷达法...........................................................20

5.4瞬变电磁法...........................................................23

5.5激发极化法...........................................................25

5.6孔内物探法...........................................................29

6超前地质钻探法...........................................................34

7超前导洞法................37

8综合超前地质预报设计与实施...............................................38

8.1一般规定..............................................................38

8.2超前地质预报设计.....................................................38

83超前地质预报数据采集..................................................40

8.4超前地质预报数据处理与解释............................................41

9超前地质预报成果报告与信息管理...........................................43

9.1一般规定.............................................................43

9.2超前地质预报成果报告.................................................43

93超前地质预报数据与信息管理............................................44

9.4施工方案决策.........................................................45

附录A隧道地质描述记录..................................................46

附录B超前地质预报钻探施工记录表.........................................48

III

附录C钻孔柱状图.........................................................49

附录D地震波法观测系统示意图.............................................50

附录E地质雷达法观测系统示意图...........................................51

附录F瞬变电磁法观测系统示意图...........................................53

附录G电阻率法与激发极化法观测系统示意图.................................54

附录H孔间电阻率层析成像法观测系统示意图.................................55

附录I跨孔雷达法观测系统示意图............................................57

本规程用词说明.............................................................58

IV

1总贝I]

1.0.1为规范铁路隧道施工超前地质预报工作，提高超前地质预报的智能化水

平，保证预报质量、降低施工安全风险，为完善国铁集团铁路工程建设智能化标

准体系提供支撑，制订本规程。

1.0.2铁路隧道施工阶段应实施超前地质预报并纳入工序进行管理。隧道施工

前，施工单位应根据预报对象的特点和超前地质预报方案设计，编制智能化超前

地质预报实施细则并纳入施工组织设计。

1.0.3铁路隧道智能化超前地质预报应根据隧道地质条件、施工特点和预报方

法适用条件，遵循“物探先行、重点强化、钻探验证、综合评判”的原则，选择一

种或多种适宜的预报方法，并积极采用综合预报方法，提高预报的准确性。

1.0.4铁路隧道智能化超前地质预报应重视新方法、新技术、新设备，应采用

网络、大数据、物联网和人工智能等技术开展超前地质预报C

1.0.5铁路隧道智能化超前地质预报工作除应符合本规程外，尚应符合现行国

家、行业和中国国家铁路集团有限公司有关标准的规定。

5

2术语

2.0.1超前地质预报geologicalforward-prospecting

在分析已有地质资料的基础上,采用地质分析、地球物理探测、钻探等方法，

对隧道掌子面前方一定范围内的工程地质、水文地质及不良地质体的位置、性质、

规模等进行探测、分析和判断。

2.0.2综合超前地质预报integratedgeologicalforward-prospecting

根据被探测对象的地质条件和地球物理特点，为提高预报的准确性和可靠性,

采取两种或两种以上的方法进行的超前地质预报。

2.0.3智能化超前地质预报integratedgeologicalforward-prospecting

在超前地质预报数据采集、数据处理解译、结果管理等过程中，利用网络、

大数据、物联网和人工智能等技术，采用自动化、可视化与信息化的方法进行的

超前地质预报。

2.0.4地质调查法geologicalsurveymethod

在收集和分析已有地质资料基础上，通过地表补充地质调查、洞内地质编录、

地质观测、钻探、洞探等资料预测掌子面前方一定范围地质状况的预报方法。

2.0.5超前地质钻探法advancegeologicaldrillingmethod

在隧道掌子面或边墙以平行或近似平行掘进方向或以一定外插角度施做超

前钻孔，通过钻孔编录、钻进参数分析等揭示和推测掌子面前方一定范围内地质

状况的方法。

2.0.6超前导洞法advanceheadingmethod

与正洞平行或近平行开挖一条超前导洞，或在正洞前开挖一条超前导洞，根

据导洞所揭示的地质情况，推测正洞掌子面前方一定范围内地质条件的方法。

2.0.7地球物理探测法geophysicalprospectingmethod

根据探测对象与周围介质之间的物性差异，借助仪器对天然场或人工场的分

布与变化进行观测，通过对观测数据的综合分析研究，对探测区的地质情况进行

推断、解释的勘探方法，简称物探法。

2.0.8孔内物探法boreholedetectionmethod

利用不同地下介质之间的物性差异，借助钻孔内探测仪器推测孔壁及周围一

定范围地质条件的勘探方法。

6

2.0.9弹性波法seismicmethod

利用探测对象与周围介质之间的弹性性质差异，通过观测和研究人工弹性波

传播规律，推测探测对象地质情况的物探方法。

2.0.10激发极化法inducedpolarizationmethod

利用探测对象与周围介质之间的激电效应差异，通过观测和研究人工建立的

直流（时间域）或交流（频率域）激电场分布规律，推测探测对象地质情况的物

探方法。

2.0.11瞬变电磁法iransienielectromagneticmelhod

利用探测对象与周围介质之间的电性差异，向地下发送脉冲电磁波，测量由

该脉冲电磁场感应的地下涡流而产生的二次电磁场，推测探测对象地质情况的物

探方法。

2.0.12地质雷达法groundpenetrationradarmethod

利用探测对象与周围介质之间的介电常数差异，通过雷达发射天线向介质中

发射高频脉冲电磁波，由接收天线接收目的体的反射电磁波，推测探测对象地质

情况的物探方法。

7

3基本规定

3.0.1铁路隧道超前地质预艰应积极采用物联网、大数据、人工智能等数字化

和信息化技术，构建智能化预报体系，实现数据的智能化采集、处理和解释。特

别对于TBM隧道，优先选择搭载式超前地质预报系统进行集成化、自动化探测，

实现探测结果的智能识别与动态展示。

3.0.2隧道智能化超前地质预报的目的应包括：

1通过地表预报和洞内预报手段，进一步探查隧道掌子面前方一定范围内

的工程地质与水文地质情况。

2通过自动化的数据采集和人工智能的解译识别，进一步提高超前预报效

率与准确率，提高隧道超前预报的智能化水平。

3为优化工程设计、施工方案决策、降低隧道地质灾害及事故发生风险提

供参考依据。

4为编制竣工文件提供资料。

3.0.3隧道智能化超前地质预报的内容应包括：

1地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的

预测预报。

2地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完

整性的构造发育情况的预测预报。

3不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞等发育情况的预测预报。

4地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水

地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

5有毒有害气体预测预报，特别是对甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢

等气体位置、压力、涌出量和放散初速度的预测预报

6其他相关预报工作。

3.0.4隧道超前地质预报应进行地质复杂程度分级，确定重点预报地段，并应

遵循动态设计原则，根据预报实施工作中掌握的地质情况，及时调整隧道区段的

地质复杂程度分级、预报方法和技术要求，工作流程宜按图3.0.3所示流程实施：

8

图3.0.3隧道智能化超前地质预报工作流程图

3.0.5隧道工程参建各方智能化超前地质预报工作应符合下列规定：

1建设单位应负责隧道超前地质预报实施细则的审批，并通过智能化超前

地质预报信息管理平台对地质预报工作的实施情况进行监督却检查。

2勘察设计单位应进行隧道地质复杂程度分级，进行超前地质预报方案设

计，编制工程概预算：借助超前预报信息化管理平台，分析和研究施工超前地质

预报成果，发现地质情况与设计不符的，要按程序及时进行变更设计，并将变更

设计提交到智能化超前地质预报信息管理平台。

3施工图阶段经评估为高风险和极高风险的软弱围岩及不良地质隧道，超

前地质预报的责任主体为设计单位，其超前地质预报工作由设计单位负责组织实

施。其他隧道超前地质颈报的责任主体单位为施工单位，超前地质预报工作由施

工单位组织实施。

4工程地质、水文地质复杂的长隧道和特长隧道，可能存在诱发重大地质

灾害的隧道，地下水活跃、围岩软弱、含富水断层的隧道，高瓦斯、高地应力的

隧道，可能发生突水、突泥的隧道，可委托专业队伍，采用新技术、新设备、新方

9

法，开展第三方超前地质预报工作。

5超前地质预报实施单/立在开工前应结合风险评估编制动态超前地质预报

实施细则，按程序审查和批准后负责组织实施；预报实施单位应及时将超前地质

预报成果报施工、监理、勘察设计、建设单位，并对超前地质预报成果及数据的

真实性负责。

6施工单位应积极组织或配合实施超前地质预报工作，并纳入实施性施工

组织设计，超前地质预报成果宜实时自动反馈给施工单位，利用超前地质预报成

果及时指导施工，减少施工的盲目性和安全风险。施工单位应将隧道开挖结果上

传至智能化超前地质预报信息管理平台。

7监理单位应对隧道超前地质预报实施过程进行监理，负责监督检查施工

单位现场专业技术人员（地质、物探）数量及能力、设备类型及数量、超前地质预

报的实施和数据采集以及相关协调工作等。

3.0.6智能化超前地质预报仪器的管理与使用应满足下列要求：

1用于超前地质预报的仪器应符合相关技术标准的规定，应具有数据自动

采集和自动上传功能。

2智能化超前地质预报仪器应包含自动采集系统、数据预处理系统、智能

解译系统和自动传输系统。

3智能化超前地质预报，义器宜与智能化超前地质预报信息管理平台对接，

进行数据的实时自动传输与接收反馈

4应按仪器设备的检验周期和技术指标对仪器进行定期检验，每次检验的

结果应有记录。

5操作人员应熟悉仪器设备性能，并严格按照仪器作业指导书或使用说明

书操作。

6预报工作前，应对智能预报仪器的自动采集系统、数据预处理系统、智能

解译系统和自动传输系统进行检查和调试。宜将采集仪器的实时信息与智能化超

前地质预报信息管理平台进行对比、整理和更新。

7预报工作时，若出现仪器不正常，应排除故障并经检查正常后才能继续

工作，并将故障原因和处理方法上传至智能化超前地质预报信息管理平台，若在

TBM隧道中使用，应对仪器进行智能化的自动调试来消减TBM隧道施工环境

10

对探测的干扰。

8预报工作结束后，应检查仪器并维护保养，保持完整，清洁、干燥.

9仪器不使用时，主机和主要配件应存放在清洁、干燥、防尘、通风、无

腐蚀性气体、无强电磁辐射的仪器专用库房内，所有仪器状态应标识明显。

10对于采用内置充电电池供电的仪器，长期不使用时应定期对仪器进行充

电维护。

3.0.7TBM施工隧道可选用搭载式或非搭载式超前地质预报系统，条件满足时,

宜优先选择搭载式超前地质预报系统。选用搭载式系统时，应满足下列要求：

1搭载设计应列入TBM装备设计统筹考虑，并预留搭载空间和接口，不应

影响TBM正常工作性能。

2搭载式超前地质预报系统应与TBM集成，实现自动化数据采集。

3.0.8物探法现场工作应满足下列要求：

1现场预报工作前，应收集隧道勘察阶段的勘察设计资料；当隧道地质条

件、施工条件复杂时，宜补充地表地质调查，收集和分析邻近隧道、导洞的地质

资料。

2对于浅埋隧道，宜采用地表和洞内相结合的物探方法进行综合探测。

3现场预报工作时、应艰据选择的物探预报方法，降低工作区域周围一定

范围内的施工干扰，将周围背景噪音降至最低。

4开展现场预报工作时，应严格执行各预报方法的技术规定。

5在物探法现场工作期间，当预报结果的质量明显下降时，应进行补充试

验，找出原因，及时调整预报方法、技术参数和循环预报方式。

6物探测点、激发点、异常点、地质观测点等标识点的坐标位置应按相关

测量标准进行测量。

7在物探法现场工作期间，应填写地质调查记录、地下水观测记录、地质

素描、物探原始记录、资料检查验收记录等资料。

3.0.9条件允许时，应优先采用数字化和信息化技术实现隧道洞内、洞外地质

信息的智能采集、分析与管理。

3.1.0隧道超前地质预报工作应建立质量保证体系，实行全过程质量控制并符

合安全、环保的相关要求。

11

4地质调查法

4.0.1智能化地质调查是在遵循传统地质调查法有关技术要求的基础上，利用

遥感、三维激光扫描、数码摄影等数字化技术开展隧道洞内外地质调查工作，并

通过建立数据实时传输功能，完成岩体裂隙、岩层产状及围岩级别等地质信息的

远程识别和判识，包括隧道地表补充智能化地质调查和隧道内智能化地质编录等。

4.0.2地质调查法应符合下列技术要求：

1当已有勘察资料与实际开挖揭露严重不符或在地质风险等级较高的重点

预报段落，应开展地表补充地质调查工作；

2隧道内地质编录应贯穿于隧道施工全过程；

4.0.3地表补充地质调查法是在分析己有隧道勘察资料基础上，有目的的开展

地表地质调查工作，应包括卜列主要内容：

1对工作区已有地表地质勘察成果进行整理、复核与确认；

2地层在地表的出露与接触关系及其岩性特征，特别是影响隧道施工安全

的标志层；

3地形地貌特征；

4断层、褶皱、节理密集带等地质构造在隧址区地表的出露位置、规模、

性质及其产状变化；

5地表水和地下水露头调查，必要时应进行观测试验；

6地表岩溶形态，发育位置、规模、性质及分布规律；

7特殊地层在地表的出露位置、范围及其产状变化（如煤系地层、膨胀性

地层、放射性地层等）；

8应根据地表补充地质-调查结果，结合勘察、设计资料，核实和修正施工

地质预报重点区段。

4.0.4隧道内地质编录应包括下列工作内容：

1对于钻爆法施工隧道，应包括掌子面地质素描记录表（参见附录A.1）；

对于TBM施工隧道，应包括TBM隧道洞身地质素描记录表（参见附录A.2）；

2根据隧道内地质描述结果绘制隧道地质纵断面图和隧道洞身地质展示图;

3在地质条件复杂和重点预报段落，宜开展采样工作，记录采样位置、采

样类别、采样方式、保存方式、采样时间、采样人等信息；

12

4应对隧道内的不良地质进行摄影或录像，并记录镜头方向及俯仰角、位

置，地质休特征等。

4.0.5三维激光扫描技术可对隧道围岩进行连续扫描，获取数字化点云数据，

在岩体裂隙解译和地质信息输入的基础上借助计算机建立可视化的三维裂隙网

络模型。采用三维激光扫描技术开展智能化洞内地质编录时，应符合下列工作要

求：

1在选择三维激光扫描仪时应首选内置数码相机的扫描仪；

2在采集隧道围岩三维点云数据前，应首先对扫描范围和扫描环境进行了

解并对扫描工作进行总体规划，需确定扫描仪此次扫描的空间范围、站点距离、

相机参数和标靶识别等重要参数；

3协调现场人员和设备，在扫描范围内减少人员活动和车辆出入，避免不

必要的干扰，以增加扫描点云的精度；

4在数据采集过程中，应采用多方位、多角度的全覆盖扫描，同时应保证

2次连续扫描有足够的重叠区域进行拼接，从而获得全面完整的围岩表面信息。

4.0.6数码摄影技术可通过数码摄像设备采集隧道围岩数字图像，并综合运用

数字图像处理、深度学习、三维重建等技术实现对隧道围岩的自动特征提取分析

和隧道三维重建。采用数码摄影技术开展智能化洞内地质编录时，应符合下列工

作要求：

1所需设备宜包括数码相机、三脚架、照明设备和钢卷尺等；

2在采集围岩数字图像前，应在待采集围岩区域两侧各设置一个标记点并

测量两标记点间的实际距离，以便确定采集到的隧道围岩数字图像比例尺；

3对于钻爆法施工隧道，隧道围岩图像采集时间应安排在学子面排险完成

后、下一循环打炮眼前完成。

4对于TBM法施工隧道，图像采集工作应主要在侧壁（边墙）上实施，采

集时间应安排在喷浆前进行；

5应进行正射影成像，隧道围岩数字图像应具有符合一定要求的亮度、清

晰度，尽量避免大量的图像噪声。

4.0.7对于TBM法施工隧道，隧道内地质编录还应记录TBM掘进参数和TBM

岩硝特征，其中TBM岩磴特征主要包括岩磴形状、岩硝大小和岩硝粒径分布规

13

律等，TBM掘进参数主要包括推进速度、推进力、扭矩和刀盘转速等。将上述

参数作为愉入，基于支持向量回归和神经网络算法可实现抗压强度，脆性指数.

岩体完整性等参数的动态预测，为优化TBM掘进参数、降低刀盘异常磨损提供

参考。

14

5物探法

5.1一般规定

5.1.1智能化物探法宜采用以网络、大数据、物联网和人工智能等技术支撑的

弹性波法、地质雷达法、瞬变电磁法、激发极化法和孔内物探法等智能化物探预

报方法，对隧道前方不良地质体进行自动探测和智能解译，并应对探测成果进行

可视化展示和信息化管理。

5.1.2物探法智能化超前地质预报宜在下列条件下使用：

1被探测对象与其周围介质存在明显的物性差异。

2被探测对象具有一定规模，能产生可被观测的地球物理异常。

3存在外界干扰时，被探测对象的响应能够从干扰背景中区分出来。

5.1.3物探法工作应符合下列要求：

1应收集和利用己有工程地质与水文地质、物探、隧道设计、岩石试验等

资料，对于TBM施工隧道，还应收集和利用TBM掘进参数、岩磴等资料。

2应在了解现场工作环境的基础上，根据隧道的地质条件和探测目标的物

性特征，开展现场试验，选用合适有效的物探方法和采集参数。

3应开展隧道内振动、电磁干扰测试，采用干扰规避、干扰消减等方法，

减少隧道施工环境对探测数据的影响。

4物探法现场工作应按没计方案开展，操作步骤规范、原始记录完整真实、

采集数据满足相关误差要求，并应及时处理预报数据、按任务要求提交成果报告。

5.1.4隧道地质条件复杂时，应根据探测对象的物性特征开展综合预报，条件

允许时宜进行联合反演，并本预报结果进行综合分析解释。

5.1.5超前地质预报资料解释应以地质资料为基础，综合分析多种预报方法的

成果资料、相互印证，条件允许时宜采用智能解释方法，得出最终预报结论。

5.2弹性波法

5.2.1弹性波法用于探测存在明显波阻抗差异的岩性变化、断层破碎带、溶洞

等，其探测对象应具有可被探测规模。

5.2.2弹性波法连续预报时，前后两次预报范围应搭接10m以上，每次预报距

离应符合下列要求：

15

1在岩体完整、构造简单的硬质岩地层，一般每次预报距离应在120m左

右，不宜超过150m。

2在软弱破碎地层，一般每次预报距离应在80m左右，不宜超过100mo

5.2.3弹性波超前地质预报仪港应符合下列规定：

1宜使用多通道数字地震仪，通道数不宜小于12通道。

2A/D转换器不宜低于24bit。

3动态范围不宜低于120dB«

4仪器采样率可调，最小采样间隔不应大于50四。

5每道地震记录长度不应小于1024点。

6对TBM施工隧道，宜优先选择搭载式弹性波超前地质预报系统，并符合

下列规定：

1）应考虑TBM机型、结构、尺寸等特点，针对性的设计探测系统搭载方

案。

2）宜使用搭载于TBM的机械震源（如液压、气动、超磁等），震源应具

备足够的激振能量，且操作方便、重复性好。

3）宜与TBM搭载集成，实现自动化激振与数据采集。

5.2.4弹性波超前地质预报方法观测系统布置应符合下列规定：

1应根据隧道结构及现场施工情况，设计合适的观测系统，确定震源和检

波器点位置。

2观测系统宜布置在掌子面后方约10m-70m范围内的隧道轮廓上，条件允

许时应优先采用震源和检波器在隧道轴向、水平和竖直三个方向上均具有一定间

距的布置形式。

3观测系统可采用多点激发、多点接收，一点激发、多点接收，多点激发、

一点接收的方式。

4观测系统宜按本规程附录D的规定进行布置，可采用震源在前、检波器

在后，或震源在后、检波器在前的布置形式。

5当隧道地质条件复杂时，观测系统应在弹性波法预报条件的情况下根据

具体情况灵活设计。

16

5.2.5现场试验与数据采集应符合3.0.6的要求外，还应符合下列规定:

1弹性波法探测前应开展现场试验，对隧道环境噪声的强度、频率和噪声

源分布等进行测试，并根据现场情况和预报需要，选择合适的仪器参数。

2数据采集应符合下列要求：

1）当采用多点接收观测系统时，数据采集前应在数据采集前进行地震道

一致性校验。

2）数据采集时应尽可能减少隧道内其他干扰源的影响，并应采取压制地震

波、声波干扰的措施。

3）检波器安装应符合下列要求：

①各道检波器的安装条件应一致，且与岩体有效耦合。

②分量检波器的X、Y、Z方向应与预报设计及实施细则中规定的方向

一致。

③应根据设计的观测系统，确定所有检波器点和震源点的位置，做出

相应的标识并准确测量其坐标。

4）激振时应符合下列要求：

①应根据现场情况、现场试验和预报需要，选择合适的激振方式和激

振能量。

②激振方向应与岩面保持垂直。

③各个震源应按照先后顺序依次激振，在同一个震源点处可重复激振

并进行信号登加。

5）在每次激振后，应显示所记录的地震道，据此对地震记录的质量进行控

制。

①可根据信号能量检查信号是否过强或过弱，以适当调整震源激振能

量。

②可根据初至波信号特性，对信号波形进行质量控制。

③应根据记录特征，分析存在的噪声干扰，必要时应采取干扰源控制

措施。

④对质量不合格的地震记录，应重新激振。

17

6）应根据设计的观测系统，确定所有检波器点和震源点的位置，做出相应

的标识并准确测量其坐标。

3现场采集数据的质量检查与评价应符合下列规定：

1）原始记录上不应有强烈的干扰背景，且应有可靠的追踪反射波同相轴。

2）当利用停工时间进行数据采集时，现场采集数据的质量检查应采用重

复观测方式,检查量不应小于总工作量的5%,且检查量不少于2~3点，

复测记录应无明显变化及异常。

3）三分量检波器接收时，不应存在某一分量不工作或工作不正常。

4）同一记录中，不应存在道数的1/6以上或两相邻道工作不正常的地震记

录。

5.2.6资料处理、分析与解释应符合下列要求：

1应根据现场记录的数据质量及解释的需要，选择处理方法和步骤。

2应准确输入现场采集参数，包括隧道的几何尺寸、掌子面里程、检波器

和震源点坐标等。

3应剔除不合格的数据道，但不能大于总道数的1/6。

4可根据预报距离选择合适的数据长度，并将初至到达前的信号进行归零

处理。

5应对信号进行频谱分圻，确定主频范围，并采用带通滤波等方法滤除噪

声干扰；可采用倾角滤波等处理方法，提取反射波；可采用机器学习方法对信号

中的噪声进行压制和去除。

6可采用能量特征法、瞬时强度比法、数字图像处理法、机器学习方法等

自动初至拾取方法与人工拾取相结合的方法，获取初至波到达时间，然后根据初

至波到达时间计算直达波速度。

7条件允许时，可引入机器学习方法实现掌子面前方岩体波速和界面位置

的计算。

8可采用走时层析成像、全波形反演、速度扫描等方式进行岩体波速计算。

9可根据需要选用绕射叠加偏移、克希霍夫偏移、逆时偏移等偏移成像方

法实现地质构造图像重建。

10可利用掌子面前方岩体波速评价隧道围岩弹性模量、泊松比等物理力学

18

参数，当在TBM隧道中探测时，还可进一步结合TBM推力、扭矩等掘进参数

变化规律的统计分析或大样木机器学习进行综合判断.

5.2.7对于TBM施工隧道，可采用破岩震源方法，利用TBM掘进时的破岩振

动作为震源进行超前地质预报，该方法在使用时应符合下列要求：

1利用TBM掘进破岩振动作为震源的地震超前地质预报仪器，除满足5.2.3

的规定外，应具有长时间连续采集功能。

2观测系统应根据TBM结构及现场条件布设，应在TBM刀盘后方或附近

围岩中安装1个或多个先导（参考）传感器（简称先导传感器），宜在护盾上或

掌子面后方围岩内布置接收传感器。

3现场数据采集应符合下列要求：

1）在TBM掘进过程中进行超前地质预报。

2）根据设计的观测系统，布置先导传感器和接收传感器，并记录其坐标位

置。

3）现场应记录采集开始与结束时的TBM掌子面里程，并做好TBM掘进

停机时间、岩硝、掘进参数等情况的记录。

4数据处理应符合下列要求：

1）应按照探测所需时间长度将先导传感器与接收传感器信号进行分段。

2）应将分段后的先导传感器和接收传感器信号分别做互相关处理，再进

行叠加，得到转化后的标准地震记录。

3）宜按本规程5.2.6条的规定进行数据处理与地质解释。

5.2.8对于钻爆法隧道，可利用凿岩台车钻孔振动作为震源进行超前地质预报,

并符合下列要求：

1利用凿岩台车钻孔振动作为震源的地震超前地质预报仪器应具有长时间

连续采集功能。

2观测系统应根据凿岩台车结构及现场条件布设，应考虑凿岩台车型号、

结构、尺寸等特点，在凿岩台车工作臂上或钻孔附近安装1个或多个先导（参考）

传感器（简称先导传感器），宜在隧道边墙或掌子面布置接收传感器。

3现场数据采集应符合下列要求：

4在凿岩台车钻孔过程中进行超前地质预报。

19

5根据设计的观测系统，布置先导传感器和接收传感器，并记录其坐标位

置。

6数据处理应符合526和5.2.7的要求。

5.2.9当隧道埋深较浅且地表条件允许时，可进行地表和洞内联合探测，并符

合下列要求：

1应同步记录数据，单次记录时间不宜少于15min«

2应有足够的数据存储容量，且具备低功耗性能。

3应沿隧道走向，在地表和洞内同时布置检波器，检波器间距和布置形式

按照探测需求确定。

5.2.10地震波法预报成果图件宜包括观测系统布置图、地震预报成果图、地质

分析解释成果图表。

5.3地质雷达法

5.3.1地质雷达法探测分辨率较高，适用于探测隧道掌子面前方近距离断层破

碎带、岩性接触带、溶洞等不良地质构造及其含水情况，适用条件应符合下列规

定：

1被探测对象与周边介质的介电常数应存在明显差异。

2被探测对象应具有可被探测的规模。

3学子面及其他布置测线的部位应相对平整，附近应无大范围的金属构件

且无强电磁场干扰。

5.3.2地质雷达法连续预报时，前后两次预报范围应搭接5m以上，每次预报

距离应满足下列要求：

1低电导率和低磁导率的完整岩体洞段宜每30m预报一次。

2岩体破碎、构造发育、含水较高的高电导率和高磁导率的洞段宜每20m

预报一次。

5.3.3地质雷达仪的性能和主要技术指标应满足下列规定：

1具有实时监测与显示功能。

2信号增益控制具有指数增益功能。

3模数转换不应小于16bito

4最小采样间隔不应大于0.05ns。

20

5动态范围不宜小于120dB«

6具有8次以上信号叠加功能。

5.3.4地质雷达天线主要技术指标应满足下列规定：

1雷达天线中心频率宜为50MHz〜lOOMHzo

2天线中心频率允许偏差£t5%。

3天线频带范围不应小于中心频率的1/4~2倍。

5.3.5预报工作前宜进行测量方式选择、天线型号选择、采集参数选择等现场

试验，当多个频率的天线能满足预报距离的要求时，宜选择相对较高频率的天线。

5.3.6测线布置应符合下列规定：

1宜在掌子面布置多条测线，当隧道洞径较大时，可在侧壁增加测线，并

宜符合本规程附录E的要求。

2根据地质条件或预报需要，可在隧道底板或顶拱布置测线，以探测侧方

的异常体。

3对于异常部位，可适当加密测线。

4有条件时，可布置阵列雷达装置采集多道探测数据。

5.3.7现场工作应符合下列规定：

1数据采集前，应开展现场试验，宜测试预报工区各岩性的电磁波速度，

并根据现场情况和预报需要，选择合适的滤波及采集参数。

2现场探测应清除或避开测线附近的金属物。

3探测过程中，应保持工作天线与探测面基本平行，应保持距离相对一致。

4记录标注应与测线桩号一致，采用自动标注时，应避免标注信号线的干

扰。

5采用测量轮测量时，宜每5m校对一次距离。

5.3.8数据采集应符合下列规定：

1采样点数应大于512,采样频率应大于所用天线中心频率的6倍。

2地质雷达记录长度应根据探测距离、探测环境需要合理选择。

3掌子面或侧壁表面起伏较大、天线不便匀速移动或信号较弱时，应采用

点测方式，点测的点距不应大于尼奎斯特采样间隔，同一异常在雷达剖面上的反

映不宜少于3个连续测点。

21

4采用分离天线进行点测时，应通过调整天线距离使来自反射体的反射信

号最强.

5连续测量时的天线移动速度应均匀，并与仪器的扫描速率相匹配。

6垂向高通频率宜小于天线频率的1/4,垂向低通频率宜大于天线频率的2

倍。

7叠加次数应使目的体反射信号清楚，目的体反射信号弱时，应适当增加

叠加次数。

8测试过程中应对异常观测点进行重复观测。

5.3.9数据处理应符合下列要求：

1可根据需要选取删除无用道、水平比例归一化、增益调整、频率滤波、

小波分析、反褶积、偏移、空间滤波、点平均等处理方法。

2选择处理方法与步骤应根据外业记录数据质量及解释需要进行：当反射

信号弱、数据信噪比低时不宜进行反褶积、偏移处理。

3在数据处理的各阶段均可选择频率滤波进行处理。

4可用反褶积来压制多次反射波。

5可用时间偏移或者深度偏移处理方法将倾斜层反射波界面归位，将绕射

波收敛；深度偏移处理应选择可靠的介质电磁波速度。

6可用全波形反演方法获取介质相对介电常数和电导率分布，有条件时可

利用己知地质信息进行约束反演。

7可选用空间滤波的有效道叠加和道间差两种方法；有效道叠加和道间差

处理应在其它方法处理完成后进行。

8可用平滑数据的点平均法去除信号中的高频干扰，参与平均的点数宜为

奇数，最大值宜小于采样率与低通频率之比。

9应将时间剖面转换为深度剖面。

5.3.10资料解释应符合下列要求：

1资料解释前应根据现场条件及波形、能量强度、频谱笔特征识别干扰波。

2应依据雷达剖面图上的反射波波形、能量强度、初始相位、反射波同相

轴延续性等识别异常，可通过深度学习算法辅助识别异常体C

3应根据异常体的形态和特征，结合地质资料确定异常体的性质、前方位

22

置和规模。

4应根据反射波特征，结合地质资料对雷达剖面国进行地质推断解释.

5可通过机器学习算法埔助识别异常特征。

5.3.11地质雷达法预报成果图件应满足下列要求：

1应包括地质雷达测线布置图、地质雷达深度剖面图、地质雷达预报成果

地质解释图。

2地质雷达预报成果地质解释图中应有比例尺、洞号、桩号和解释结果等，

桩号应与设计一致。

5.4瞬变电磁法

5.4.1瞬变电磁法可用于隧道掌子面前方中距离范围内存在明显电阻率差异的

岩性接触带、断层破碎带、溶洞等不良地质体，其探测对象应具有可被探测规模。

5.4.2瞬变电磁法连续预报时，相邻两次预报范围应搭接20m以上，每次预报

距离应满足下列原则：

1在岩体完整、构造简单的硬质岩地层，一般每次预报距离宜在60m左右，

不宜超过80mo

2在软弱破碎地层，一般每次预报距离宜在40m左右，不宜超过60m。

5.4.3瞬变电磁地质预报仪器应符合下列规定：

1A/D转换器不宜低于24bito

2动态范围不宜低于120dBo

3仪器发射频率可调，备选频率个数不应低于4个。

4仪器电流关断时间不应大于20us,发射电流不应小于3A。

5仪器发射波形应稳定，电流平台波动幅度不应超过5%。

6当地面条件允许时，地面瞬变电磁设备应为电性辐射源收发：仪器发射

频率可调，备选频率个数不得低于4个。动态范围不宜低于130dB。发射电流设

为10A、20As30A三个挡位，关断时间相应改变：10A对应关断时间不高于10

微秒，20A对应关断时间不高于15微秒，30A对应关断时间不高于25微秒。仪

器发射波形稳定，电流平台波动幅度不超过5%。

7地面电性辐射源电场接收机接收的电场不小于RV量级。

5.4.4瞬变电磁法观测系统布置应符合下列规定：

23

1应根据现场施工情况，按本规程附录F要求设计合适的观测系统（参见

附录F）,确定发射线框面积和发射频率。

2重叠回线装置应采用线圈接收，中心回线与多点阵列式装置采集应采用

探头接收，多点阵列式采集应在发射线圈内部均匀布设多个探头。

3发射线框发射面积固定，可采用硬支架方式。

4发射线框移动位置精确，宜采用固定标尺底座控制发射线框移动。

5采用中心回线测量时，应采用支架固定，保障测量探头位于线框中心。

6当进行地面探测时，采用电性辐射源，应考虑电性辐射源的接地条件，

接地电阻不高于50Q,辐射源长度不小于20米。

5.4.5现场工作应符合下列规定：

1探测前应开展现场试验，对环境噪声的强度进行估计，并根据现场情况

和预报需要，选择合适的频率和叠加次数。

2数据采集前，钻机等大型金属设备应退出学子面不得少于15m。

3数据采集过程中不应有金属、磁性物质接近线框。

4使用磁探头时，其方向应与发射线框的法线方向一致。

5当进行地面探测时，可采用电场或磁场接收方式，电场接收时，电极应

接地，接地电阻不高于50Q；磁场接收时，磁探头应与水平面的法向方向一致。

5.4.6数据采集应符合下列规定：

1数据采集前，应对探头的重复性进行检查。

2在每次供电激发后，应检查观测数据质量。

3可根据接收仙线光滑程度，确定叠加次数。

4可根据信号的强度确定发射频率、延长/缩短采样时间，采集数据应完整。

5应根据记录特征，分析存在的噪声干扰类型，采取干扰源控制措施。

6对质量不合格的电磁记录，应重新测量。

5.4.7现场采集数据的质量脸查与评价应符合下列规定：

1原始记录上不应有强烈的干扰背景，应具备完整光滑的衰减曲线。

2现场采集数据的质量险查应采用重复观测方式，检查量不应小于总工作

量的5%,且检查量不少于2~3点，复测记录应无明显变化及异常。

5.4.8资料处理、分析与解释应符合下列要求：

24

1应根据现场采集数据的质量及解释的需要，选择处理方法和步骤。

2对于原始数据，应首先进行饱和段数据切除。

3对于偶然的数据跳变，采取人工手动修正或滤波算法对数据进行必要的

预处理。

4对于受到线圈互感影响的，应根据线圈匝数进行前期矫正工作。

5对于曲线总体的衰减趋势进行统计，对曲线进行时间衰减偏移。

6根据视电阻率公式计算每一道的视电阻率，并统计视电阻率的范围，调

整矫正系数使视电阻率值稳定在合理范围内。

7根据波场变换方法将地下的传导场转化为虚拟波场，并利用拟地震偏移

成像方法和虚拟波场，确定地下目标的界面的合理范围。

8根据感应电流在地层中的传播速度规律计算每一道时间对应的深度。

9根据发射位置移动形成测线，做出整体预报图。

5.4.9瞬变电磁预报法的成果图件宜包括测线点布置图、测试二维成果图、三

维剖面成果图、成果地质解释图。

5.5激发极化法

5.5.1激发极化法探测可用于探查隧道掌子面前方含水异常等地质情况，工作

时应根据工作条件和探测要求选用电阻率法或激发极化法，其探测对象应具有可

被探测规模，且与周围介质间应存在明显的电性差异。

5.5.2激发极化法预报距离应符合下列规定：

1每次预报距离不宜大于30m。

2连续预报时前后两次预报范围的搭接长度应不小于5mo

3隧道地质条件复杂时，相邻两次预报范围的搭接长度应不小于10mo

5.5.3预报仪器应符合下列规定：

1仪器主要功能和技术指标应符合下列规定：

1）应具有测量一次场电位和电流、二次场电位和衰减时间的功能。

2）采样频率不应小于lOOHzo

3）模数转换精度不应低于16bit。

4）测量电流误差不应大于1%,分辨率不应低于0.01mA。

5）测量电压误差不应大于1%,分辨率不应低于O.OlmV。

25

6）输入阻抗不应小于20MC。

7）应具有良好的噪声抑制性能，对50Hz工频干扰抑制应大于40dBo

8）宜具备自动控温和自动控湿的功能。

2对于TBM搭载式电法超前地质预报仪器，应根据TBM型式，在TBM

刀盘和护盾设计开孔并安装电极，开孔孔径应大于电极直径C

3电极应符合下列要求：

1）供电电极应采用具有一定直径和长度的金属电极；激发极化法的测量

电极应选用不极化电极。

2）TBM搭载电极宜采用液压驱动、具有柔性端头的接触式电极，并符合

TBM和预报设备安装手册的规定;TBM施工隧道电极应与TBM绝缘。

5.5.4激发极化法观测系统布置应符合下列规定：

1应根据隧道结构及现场施工情况，设计合适的观测系统，确定供电电极

和测量电极的位置。

2应根据隧道地层岩性等情况自动调整供电电流大小。

3电阻率、激发极化预报时，应优先选用聚焦测深观测装置，观测系统布

置应符合本规程附录G的规定，并在距掌子面后方80m范围内分别均匀布置多

个供电A极，N极应布置在隧道出口方向，距A极的距离不应小于10倍预报距

离,B极距掌子面远于电极N,且与N极的距离不应小于10倍的探测距离，测

量点宜在学子面呈网状布置。

4对于TBM施工隧道，应将同极性供电电极布置在TBM刀盘、护盾及后

方边墙等位置，各电极间应进行电流辟蔽，测量电极应布置在TBM刀盘上。电

极宜通过液压油缸等实现自动伸缩，并具有自动保护装置。

5可采用多功能多路回转装置。

6观测系统可采用三极装置、二极装置。

7当隧道地质条件复杂时，观测系统设计可不受附录G的限制，可视具体

情况设计。

5.5.5现场试验工作应符合下列规定：

1探测前应开展现场试验，查明现场干扰信号和干扰源分布情况及强度。

2应测试探测区域岩体的电阻率、极化率等参数。

26

3探测前应对比TBM进场前、后的观测数据，总结TBM对观测数据的影

响特征和干扰规律。

4根据现场试验结果，应选择合适的仪器测量参数、最佳供电电流等。

5供电电极A的布置宜根据预报要求及现场条件，合理选择电极数量、同

性源电极系数量和位置。

5.5.6现场工作应符合下列规定：

1电极布置前，应清理隧道掌子面、拱顶及边墙危石。

2电极位置的允许偏差应为±5cm。

3TBM停机探测时，TBM刀盘应后退脱离掌子面，收起撑靴脱离边墙，

减少干扰。

4供电和测量导线绝缘电阻不应小于100MQ。

5应检查电极与围岩的接触是否良好。

6采集区内应清除或避开附近的电磁干扰源；当不能清除或避开时，应在

记录中注明并标出位置。

7掌子面应平整，且不宜有大量积水。

5.5.7数据采集应符合下列规定：

1数据采集前应进行仪器检查、导线漏电检查、测量电极极差检查、接地

电阻检查。

2根据探测需要和围岩条件设置合适的供电电流大小、供电时间、测量时

间等。

3数据采集过程中，应减少现场人工电流或电磁干扰。

4不极化测量电极极差不应大于ImV。

5数据记录应包括电流、电位差、视电阻率和半衰时。

6TBM停机探测时，应记录刀盘上电极的位置。

7测试过程中，应对异常观测点进行重复观测，重复观测相对误差不应大

于5%。

5.5.8现场采集数据的质量检查应符合下列规定：

1报废点数据的数量不应超过全部数据的10%,且报废点不应连续出现。

2现场采集数据的质量应采用重复观测方式检查，重复观测量不应小于总

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工作量的5%o

3电阻率法的数据质量允许相对均方误差为±5%,激发极化法的数据质量

允许相对均方误差为±10%,否则应查明原因并重新采集数据。

5.5.9数据处理应符合下列规定：

1资料处理前应对报废点数据进行剔除。

2对于TBM施工隧道，应根据TBM干扰特征的统计分析对观测数据进行

预处理，降低观测数据中的干扰影响。

3应对电阻率法的观测数据进行反演，得到掌子面前方一定范围内的电阻

率分布信息，针对多解性，宜采用已知地质信息和先验约束反演方法，对观测数

据进行反演处理。

4应绘制视极化率、半衰时曲线。

5应结合隧道地质勘察、设计、试验、监测等资料，对地质分析结果、反

演结果、视极化率、半衰时曲线等进行综合解释，判断隧道掌子面前方一定范围

内含水情况等。

6高电阻率、低极化率、短半衰时异常可判断为弱富水；低电阻率、高极

化率、长半衰时异常可判断为富水；在隧道的同一地层单元，通过跟踪开挖揭露

情况，进行统计分析和水量估算。

5.5.10当隧道埋深较浅且地表条件允许时，可采用激发极化法地-洞联合超前探

测，应符合下列规定：

1应根沿隧道走向，在距离学子面前方30m的地表区域布置供电电极。供

电电极间距和数量应根据隧道实际探测需求确定。

2应在隧道掌子面上布置一定数量的不极化测量电极。

3测量电极的布置方式可采用以掌子面为中心水平平行布置。

4应根据隧道掌子面前方地层岩性等情况自动调整供电电流大小。

5当隧道地质条件复杂时，可视具体情况选择合适的供电电极和测量电极

的布置方式及数量。

5.5.11激发极化法智能反演应符合下列规定：

1进行激发极化法智能反演前，应剔除不合格的数据。

2应根据隧道实际环境和采集数据情况选择合适的网络结构。

28

3应选取足够数量及多样性的训练集。

4应将视电阻率、极化率等参数作为输入参数。

5应结合地质资料、钻孔资料或其他地球物理勘探结果，对激发极化智能

结果进行联合解译。

5.5.12预报成果图件宜包括观测装置布置图、二维/三维电阻率分布图、半衰曲

线图、预报地质成果图。

5.6孔内物探法

5.6.1孔内探测法可用于探查隧道掌子面前方的地质构造、裂隙带、破碎带、

溶洞溶隙以及地下水等不良地质的发育、分布及连通性，包括利用洞内前向水平

钻孔开展的隧道前向孔内物探方法和利用地表垂直钻孔开展的浅埋隧道地表孔

内物探法。

5.6.2孔内探测法包括孔间电阻率层析成像法、孔内雷达法、钻孔瞬变电磁法、

孔间电磁波法、测井声波法、孔内摄像等，应根据地质条件和探测任务选择具体

方法，确定观测装置及工作参数。

5.6.3孔内探测法的应用条件应符合下列规定：

1探测目标体与周围介质间应存在明显电性、电磁性或弹性差异。

2探测目标体应具有可被探测规模；

3钻孔内壁宜保持光滑、不塌孔。

5.6.4孔内探测法的现场工作应符合下列规定：

1钻孔应指向掌子面前方，钻孔后方应留有足够的仪器操作空间。

2钻孔（套管）内径不宜小于75mm,孔深不宜小于钻孔间距的1.5倍。

3探测前应进行探孔。

4进行数据采集时，应同步记录仪器孔内部分的深度信息。

5进行连续孔内探测时，仪器孔内部分的递送与收回速度应保持恒定。

5.6.5孔内探测法的资料处理与