Q/CR

中國國家鐵路集團有限公司企業標準

PQ/CRXXXX-2020

鐵路隧道智能化超前地質預報技術規程

TechnicalSpecificationforIntelligentGeologicalForward-

prospectingofRailwayTunnel

（征求意見稿）

2020-XX-XX發布2020-XX-XX實施

中國國家鐵路集團有限公司發布

中國國家鐵路集團有限公司企業標準

鐵路隧道智能化超前地質預報技術規程

TechnicalSpecificationforIntelligentGeologicalForward-

prospectingofRailwayTunnel

Q/CRXXXX-2020

主編單位：山東大學

批準部門：中國國家鐵路集團有限公司

施行日期：2020年XX月XX日

2020年?北京

刖B

本規程是根據中國國家鐵路集團有限公司《國鐵集團關于印發2020年鐵路工程建設

標準編制計劃的通知》（鐵建設函[2020]68號）要求編制的。

本規程在編制過程中，經廣泛調查研究，認真總結了國內外近年來鐵路隧道智能化超

前地質預報的工程實踐經驗，并借鑒了國內有關標準及規定，在廣泛征求意見的基礎上,

經反復審查定稿，為實現隧道超前地質預報數據采集的自動化、資料解譯的智能化、結果

展示的可視化與預報管理的信息化提供技術支撐。

本規程共分為7章，包括：總則，術語，基本規定，地質分析法、物探法、超前地質

預報設計與實施、超前地質預報成果報告與信息管理。

1.“總則”明確了本規程應遵循的主要原則。

2.“術語”確了本規程包含的基本術語。

3.“基本規定”明確了鐵路隧道智能化超前地質預報工作的基本要求。

4.”地質調查法”規定了地質調查法超前地質預報工作內容和技術要點。

5.“物探法”規定了物探法超前地質預報工作要點和技術要點。

6.“超前地質鉆探法”規定了超前地質鉆探法超前地質預報工作要點和技術要點。

7.“超前導洞法”規定了物探法超前地質預報工作要點和技術要點。

8.“超前地質預報設計與實施”明確了超前地質預報設計與實施的工作內容和規定。

9.”超前地質預報成果報告與信息管理”明確了超前地質預報成果報告編制和信息管

理中的工作內容和規定。

在使用過程中，希望各單位結合工程實際，認真總結經驗，積累資料。如有意見或建

議,請及時將意見和有關資料寄送XXXX（地址：XXX,郵政編碼：XXXX）,并抄送xxxx（xxxx,

覘編：XXXX）,供今后修訂時參考。

本技術規程由XXXX負責解釋。

本規程主編單位：

本規程參編單位：

本規程主要起草人：

本規程主要審查人：

II

目次

前言......................II

目次.....................III

1總貝!I........................................5

2術語..................6

3基本規定..................8

4地質調查法................12

5物探法....................15

5.1一般規定..............................................................15

5.2彈性波法.............................................................15

5.3地質雷達法...........................................................20

5.4瞬變電磁法...........................................................23

5.5激發極化法...........................................................25

5.6孔內物探法...........................................................29

6超前地質鉆探法...........................................................34

7超前導洞法................37

8綜合超前地質預報設計與實施...............................................38

8.1一般規定..............................................................38

8.2超前地質預報設計.....................................................38

83超前地質預報數據采集..................................................40

8.4超前地質預報數據處理與解釋............................................41

9超前地質預報成果報告與信息管理...........................................43

9.1一般規定.............................................................43

9.2超前地質預報成果報告.................................................43

93超前地質預報數據與信息管理............................................44

9.4施工方案決策.........................................................45

附錄A隧道地質描述記錄..................................................46

附錄B超前地質預報鉆探施工記錄表.........................................48

III

附錄C鉆孔柱狀圖.........................................................49

附錄D地震波法觀測系統示意圖.............................................50

附錄E地質雷達法觀測系統示意圖...........................................51

附錄F瞬變電磁法觀測系統示意圖...........................................53

附錄G電阻率法與激發極化法觀測系統示意圖.................................54

附錄H孔間電阻率層析成像法觀測系統示意圖.................................55

附錄I跨孔雷達法觀測系統示意圖............................................57

本規程用詞說明.............................................................58

IV

1總貝I]

1.0.1為規范鐵路隧道施工超前地質預報工作，提高超前地質預報的智能化水

平，保證預報質量、降低施工安全風險，為完善國鐵集團鐵路工程建設智能化標

準體系提供支撐，制訂本規程。

1.0.2鐵路隧道施工階段應實施超前地質預報并納入工序進行管理。隧道施工

前，施工單位應根據預報對象的特點和超前地質預報方案設計，編制智能化超前

地質預報實施細則并納入施工組織設計。

1.0.3鐵路隧道智能化超前地質預報應根據隧道地質條件、施工特點和預報方

法適用條件，遵循“物探先行、重點強化、鉆探驗證、綜合評判”的原則，選擇一

種或多種適宜的預報方法，并積極采用綜合預報方法，提高預報的準確性。

1.0.4鐵路隧道智能化超前地質預報應重視新方法、新技術、新設備，應采用

網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術開展超前地質預報C

1.0.5鐵路隧道智能化超前地質預報工作除應符合本規程外，尚應符合現行國

家、行業和中國國家鐵路集團有限公司有關標準的規定。

5

2術語

2.0.1超前地質預報geologicalforward-prospecting

在分析已有地質資料的基礎上,采用地質分析、地球物理探測、鉆探等方法，

對隧道掌子面前方一定范圍內的工程地質、水文地質及不良地質體的位置、性質、

規模等進行探測、分析和判斷。

2.0.2綜合超前地質預報integratedgeologicalforward-prospecting

根據被探測對象的地質條件和地球物理特點，為提高預報的準確性和可靠性,

采取兩種或兩種以上的方法進行的超前地質預報。

2.0.3智能化超前地質預報integratedgeologicalforward-prospecting

在超前地質預報數據采集、數據處理解譯、結果管理等過程中，利用網絡、

大數據、物聯網和人工智能等技術，采用自動化、可視化與信息化的方法進行的

超前地質預報。

2.0.4地質調查法geologicalsurveymethod

在收集和分析已有地質資料基礎上，通過地表補充地質調查、洞內地質編錄、

地質觀測、鉆探、洞探等資料預測掌子面前方一定范圍地質狀況的預報方法。

2.0.5超前地質鉆探法advancegeologicaldrillingmethod

在隧道掌子面或邊墻以平行或近似平行掘進方向或以一定外插角度施做超

前鉆孔，通過鉆孔編錄、鉆進參數分析等揭示和推測掌子面前方一定范圍內地質

狀況的方法。

2.0.6超前導洞法advanceheadingmethod

與正洞平行或近平行開挖一條超前導洞，或在正洞前開挖一條超前導洞，根

據導洞所揭示的地質情況，推測正洞掌子面前方一定范圍內地質條件的方法。

2.0.7地球物理探測法geophysicalprospectingmethod

根據探測對象與周圍介質之間的物性差異，借助儀器對天然場或人工場的分

布與變化進行觀測，通過對觀測數據的綜合分析研究，對探測區的地質情況進行

推斷、解釋的勘探方法，簡稱物探法。

2.0.8孔內物探法boreholedetectionmethod

利用不同地下介質之間的物性差異，借助鉆孔內探測儀器推測孔壁及周圍一

定范圍地質條件的勘探方法。

6

2.0.9彈性波法seismicmethod

利用探測對象與周圍介質之間的彈性性質差異，通過觀測和研究人工彈性波

傳播規律，推測探測對象地質情況的物探方法。

2.0.10激發極化法inducedpolarizationmethod

利用探測對象與周圍介質之間的激電效應差異，通過觀測和研究人工建立的

直流（時間域）或交流（頻率域）激電場分布規律，推測探測對象地質情況的物

探方法。

2.0.11瞬變電磁法iransienielectromagneticmelhod

利用探測對象與周圍介質之間的電性差異，向地下發送脈沖電磁波，測量由

該脈沖電磁場感應的地下渦流而產生的二次電磁場，推測探測對象地質情況的物

探方法。

2.0.12地質雷達法groundpenetrationradarmethod

利用探測對象與周圍介質之間的介電常數差異，通過雷達發射天線向介質中

發射高頻脈沖電磁波，由接收天線接收目的體的反射電磁波，推測探測對象地質

情況的物探方法。

7

3基本規定

3.0.1鐵路隧道超前地質預艱應積極采用物聯網、大數據、人工智能等數字化

和信息化技術，構建智能化預報體系，實現數據的智能化采集、處理和解釋。特

別對于TBM隧道，優先選擇搭載式超前地質預報系統進行集成化、自動化探測，

實現探測結果的智能識別與動態展示。

3.0.2隧道智能化超前地質預報的目的應包括：

1通過地表預報和洞內預報手段，進一步探查隧道掌子面前方一定范圍內

的工程地質與水文地質情況。

2通過自動化的數據采集和人工智能的解譯識別，進一步提高超前預報效

率與準確率，提高隧道超前預報的智能化水平。

3為優化工程設計、施工方案決策、降低隧道地質災害及事故發生風險提

供參考依據。

4為編制竣工文件提供資料。

3.0.3隧道智能化超前地質預報的內容應包括：

1地層巖性預測預報，特別是對軟弱夾層、破碎地層、煤層及特殊巖土的

預測預報。

2地質構造預測預報，特別是對斷層、節理密集帶、褶皺軸等影響巖體完

整性的構造發育情況的預測預報。

3不良地質預測預報，特別是對巖溶、人為坑洞等發育情況的預測預報。

4地下水預測預報，特別是對巖溶管道水及富水斷層、富水褶皺軸、富水

地層中的裂隙水等發育情況的預測預報。

5有毒有害氣體預測預報，特別是對甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫

等氣體位置、壓力、涌出量和放散初速度的預測預報

6其他相關預報工作。

3.0.4隧道超前地質預報應進行地質復雜程度分級，確定重點預報地段，并應

遵循動態設計原則，根據預報實施工作中掌握的地質情況，及時調整隧道區段的

地質復雜程度分級、預報方法和技術要求，工作流程宜按圖3.0.3所示流程實施：

8

圖3.0.3隧道智能化超前地質預報工作流程圖

3.0.5隧道工程參建各方智能化超前地質預報工作應符合下列規定：

1建設單位應負責隧道超前地質預報實施細則的審批，并通過智能化超前

地質預報信息管理平臺對地質預報工作的實施情況進行監督卻檢查。

2勘察設計單位應進行隧道地質復雜程度分級，進行超前地質預報方案設

計，編制工程概預算：借助超前預報信息化管理平臺，分析和研究施工超前地質

預報成果，發現地質情況與設計不符的，要按程序及時進行變更設計，并將變更

設計提交到智能化超前地質預報信息管理平臺。

3施工圖階段經評估為高風險和極高風險的軟弱圍巖及不良地質隧道，超

前地質預報的責任主體為設計單位，其超前地質預報工作由設計單位負責組織實

施。其他隧道超前地質頸報的責任主體單位為施工單位，超前地質預報工作由施

工單位組織實施。

4工程地質、水文地質復雜的長隧道和特長隧道，可能存在誘發重大地質

災害的隧道，地下水活躍、圍巖軟弱、含富水斷層的隧道，高瓦斯、高地應力的

隧道，可能發生突水、突泥的隧道，可委托專業隊伍，采用新技術、新設備、新方

9

法，開展第三方超前地質預報工作。

5超前地質預報實施單/立在開工前應結合風險評估編制動態超前地質預報

實施細則，按程序審查和批準后負責組織實施；預報實施單位應及時將超前地質

預報成果報施工、監理、勘察設計、建設單位，并對超前地質預報成果及數據的

真實性負責。

6施工單位應積極組織或配合實施超前地質預報工作，并納入實施性施工

組織設計，超前地質預報成果宜實時自動反饋給施工單位，利用超前地質預報成

果及時指導施工，減少施工的盲目性和安全風險。施工單位應將隧道開挖結果上

傳至智能化超前地質預報信息管理平臺。

7監理單位應對隧道超前地質預報實施過程進行監理，負責監督檢查施工

單位現場專業技術人員（地質、物探）數量及能力、設備類型及數量、超前地質預

報的實施和數據采集以及相關協調工作等。

3.0.6智能化超前地質預報儀器的管理與使用應滿足下列要求：

1用于超前地質預報的儀器應符合相關技術標準的規定，應具有數據自動

采集和自動上傳功能。

2智能化超前地質預報儀器應包含自動采集系統、數據預處理系統、智能

解譯系統和自動傳輸系統。

3智能化超前地質預報，義器宜與智能化超前地質預報信息管理平臺對接，

進行數據的實時自動傳輸與接收反饋

4應按儀器設備的檢驗周期和技術指標對儀器進行定期檢驗，每次檢驗的

結果應有記錄。

5操作人員應熟悉儀器設備性能，并嚴格按照儀器作業指導書或使用說明

書操作。

6預報工作前，應對智能預報儀器的自動采集系統、數據預處理系統、智能

解譯系統和自動傳輸系統進行檢查和調試。宜將采集儀器的實時信息與智能化超

前地質預報信息管理平臺進行對比、整理和更新。

7預報工作時，若出現儀器不正常，應排除故障并經檢查正常后才能繼續

工作，并將故障原因和處理方法上傳至智能化超前地質預報信息管理平臺，若在

TBM隧道中使用，應對儀器進行智能化的自動調試來消減TBM隧道施工環境

10

對探測的干擾。

8預報工作結束后，應檢查儀器并維護保養，保持完整，清潔、干燥.

9儀器不使用時，主機和主要配件應存放在清潔、干燥、防塵、通風、無

腐蝕性氣體、無強電磁輻射的儀器專用庫房內，所有儀器狀態應標識明顯。

10對于采用內置充電電池供電的儀器，長期不使用時應定期對儀器進行充

電維護。

3.0.7TBM施工隧道可選用搭載式或非搭載式超前地質預報系統，條件滿足時,

宜優先選擇搭載式超前地質預報系統。選用搭載式系統時，應滿足下列要求：

1搭載設計應列入TBM裝備設計統籌考慮，并預留搭載空間和接口，不應

影響TBM正常工作性能。

2搭載式超前地質預報系統應與TBM集成，實現自動化數據采集。

3.0.8物探法現場工作應滿足下列要求：

1現場預報工作前，應收集隧道勘察階段的勘察設計資料；當隧道地質條

件、施工條件復雜時，宜補充地表地質調查，收集和分析鄰近隧道、導洞的地質

資料。

2對于淺埋隧道，宜采用地表和洞內相結合的物探方法進行綜合探測。

3現場預報工作時、應艱據選擇的物探預報方法，降低工作區域周圍一定

范圍內的施工干擾，將周圍背景噪音降至最低。

4開展現場預報工作時，應嚴格執行各預報方法的技術規定。

5在物探法現場工作期間，當預報結果的質量明顯下降時，應進行補充試

驗，找出原因，及時調整預報方法、技術參數和循環預報方式。

6物探測點、激發點、異常點、地質觀測點等標識點的坐標位置應按相關

測量標準進行測量。

7在物探法現場工作期間，應填寫地質調查記錄、地下水觀測記錄、地質

素描、物探原始記錄、資料檢查驗收記錄等資料。

3.0.9條件允許時，應優先采用數字化和信息化技術實現隧道洞內、洞外地質

信息的智能采集、分析與管理。

3.1.0隧道超前地質預報工作應建立質量保證體系，實行全過程質量控制并符

合安全、環保的相關要求。

11

4地質調查法

4.0.1智能化地質調查是在遵循傳統地質調查法有關技術要求的基礎上，利用

遙感、三維激光掃描、數碼攝影等數字化技術開展隧道洞內外地質調查工作，并

通過建立數據實時傳輸功能，完成巖體裂隙、巖層產狀及圍巖級別等地質信息的

遠程識別和判識，包括隧道地表補充智能化地質調查和隧道內智能化地質編錄等。

4.0.2地質調查法應符合下列技術要求：

1當已有勘察資料與實際開挖揭露嚴重不符或在地質風險等級較高的重點

預報段落，應開展地表補充地質調查工作；

2隧道內地質編錄應貫穿于隧道施工全過程；

4.0.3地表補充地質調查法是在分析己有隧道勘察資料基礎上，有目的的開展

地表地質調查工作，應包括卜列主要內容：

1對工作區已有地表地質勘察成果進行整理、復核與確認；

2地層在地表的出露與接觸關系及其巖性特征，特別是影響隧道施工安全

的標志層；

3地形地貌特征；

4斷層、褶皺、節理密集帶等地質構造在隧址區地表的出露位置、規模、

性質及其產狀變化；

5地表水和地下水露頭調查，必要時應進行觀測試驗；

6地表巖溶形態，發育位置、規模、性質及分布規律；

7特殊地層在地表的出露位置、范圍及其產狀變化（如煤系地層、膨脹性

地層、放射性地層等）；

8應根據地表補充地質-調查結果，結合勘察、設計資料，核實和修正施工

地質預報重點區段。

4.0.4隧道內地質編錄應包括下列工作內容：

1對于鉆爆法施工隧道，應包括掌子面地質素描記錄表（參見附錄A.1）；

對于TBM施工隧道，應包括TBM隧道洞身地質素描記錄表（參見附錄A.2）；

2根據隧道內地質描述結果繪制隧道地質縱斷面圖和隧道洞身地質展示圖;

3在地質條件復雜和重點預報段落，宜開展采樣工作，記錄采樣位置、采

樣類別、采樣方式、保存方式、采樣時間、采樣人等信息；

12

4應對隧道內的不良地質進行攝影或錄像，并記錄鏡頭方向及俯仰角、位

置，地質休特征等。

4.0.5三維激光掃描技術可對隧道圍巖進行連續掃描，獲取數字化點云數據，

在巖體裂隙解譯和地質信息輸入的基礎上借助計算機建立可視化的三維裂隙網

絡模型。采用三維激光掃描技術開展智能化洞內地質編錄時，應符合下列工作要

求：

1在選擇三維激光掃描儀時應首選內置數碼相機的掃描儀；

2在采集隧道圍巖三維點云數據前，應首先對掃描范圍和掃描環境進行了

解并對掃描工作進行總體規劃，需確定掃描儀此次掃描的空間范圍、站點距離、

相機參數和標靶識別等重要參數；

3協調現場人員和設備，在掃描范圍內減少人員活動和車輛出入，避免不

必要的干擾，以增加掃描點云的精度；

4在數據采集過程中，應采用多方位、多角度的全覆蓋掃描，同時應保證

2次連續掃描有足夠的重疊區域進行拼接，從而獲得全面完整的圍巖表面信息。

4.0.6數碼攝影技術可通過數碼攝像設備采集隧道圍巖數字圖像，并綜合運用

數字圖像處理、深度學習、三維重建等技術實現對隧道圍巖的自動特征提取分析

和隧道三維重建。采用數碼攝影技術開展智能化洞內地質編錄時，應符合下列工

作要求：

1所需設備宜包括數碼相機、三腳架、照明設備和鋼卷尺等；

2在采集圍巖數字圖像前，應在待采集圍巖區域兩側各設置一個標記點并

測量兩標記點間的實際距離，以便確定采集到的隧道圍巖數字圖像比例尺；

3對于鉆爆法施工隧道，隧道圍巖圖像采集時間應安排在學子面排險完成

后、下一循環打炮眼前完成。

4對于TBM法施工隧道，圖像采集工作應主要在側壁（邊墻）上實施，采

集時間應安排在噴漿前進行；

5應進行正射影成像，隧道圍巖數字圖像應具有符合一定要求的亮度、清

晰度，盡量避免大量的圖像噪聲。

4.0.7對于TBM法施工隧道，隧道內地質編錄還應記錄TBM掘進參數和TBM

巖硝特征，其中TBM巖磴特征主要包括巖磴形狀、巖硝大小和巖硝粒徑分布規

13

律等，TBM掘進參數主要包括推進速度、推進力、扭矩和刀盤轉速等。將上述

參數作為愉入，基于支持向量回歸和神經網絡算法可實現抗壓強度，脆性指數.

巖體完整性等參數的動態預測，為優化TBM掘進參數、降低刀盤異常磨損提供

參考。

14

5物探法

5.1一般規定

5.1.1智能化物探法宜采用以網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術支撐的

彈性波法、地質雷達法、瞬變電磁法、激發極化法和孔內物探法等智能化物探預

報方法，對隧道前方不良地質體進行自動探測和智能解譯，并應對探測成果進行

可視化展示和信息化管理。

5.1.2物探法智能化超前地質預報宜在下列條件下使用：

1被探測對象與其周圍介質存在明顯的物性差異。

2被探測對象具有一定規模，能產生可被觀測的地球物理異常。

3存在外界干擾時，被探測對象的響應能夠從干擾背景中區分出來。

5.1.3物探法工作應符合下列要求：

1應收集和利用己有工程地質與水文地質、物探、隧道設計、巖石試驗等

資料，對于TBM施工隧道，還應收集和利用TBM掘進參數、巖磴等資料。

2應在了解現場工作環境的基礎上，根據隧道的地質條件和探測目標的物

性特征，開展現場試驗，選用合適有效的物探方法和采集參數。

3應開展隧道內振動、電磁干擾測試，采用干擾規避、干擾消減等方法，

減少隧道施工環境對探測數據的影響。

4物探法現場工作應按沒計方案開展，操作步驟規范、原始記錄完整真實、

采集數據滿足相關誤差要求，并應及時處理預報數據、按任務要求提交成果報告。

5.1.4隧道地質條件復雜時，應根據探測對象的物性特征開展綜合預報，條件

允許時宜進行聯合反演，并本預報結果進行綜合分析解釋。

5.1.5超前地質預報資料解釋應以地質資料為基礎，綜合分析多種預報方法的

成果資料、相互印證，條件允許時宜采用智能解釋方法，得出最終預報結論。

5.2彈性波法

5.2.1彈性波法用于探測存在明顯波阻抗差異的巖性變化、斷層破碎帶、溶洞

等，其探測對象應具有可被探測規模。

5.2.2彈性波法連續預報時，前后兩次預報范圍應搭接10m以上，每次預報距

離應符合下列要求：

15

1在巖體完整、構造簡單的硬質巖地層，一般每次預報距離應在120m左

右，不宜超過150m。

2在軟弱破碎地層，一般每次預報距離應在80m左右，不宜超過100mo

5.2.3彈性波超前地質預報儀港應符合下列規定：

1宜使用多通道數字地震儀，通道數不宜小于12通道。

2A/D轉換器不宜低于24bit。

3動態范圍不宜低于120dB?

4儀器采樣率可調，最小采樣間隔不應大于50四。

5每道地震記錄長度不應小于1024點。

6對TBM施工隧道，宜優先選擇搭載式彈性波超前地質預報系統，并符合

下列規定：

1）應考慮TBM機型、結構、尺寸等特點，針對性的設計探測系統搭載方

案。

2）宜使用搭載于TBM的機械震源（如液壓、氣動、超磁等），震源應具

備足夠的激振能量，且操作方便、重復性好。

3）宜與TBM搭載集成，實現自動化激振與數據采集。

5.2.4彈性波超前地質預報方法觀測系統布置應符合下列規定：

1應根據隧道結構及現場施工情況，設計合適的觀測系統，確定震源和檢

波器點位置。

2觀測系統宜布置在掌子面后方約10m-70m范圍內的隧道輪廓上，條件允

許時應優先采用震源和檢波器在隧道軸向、水平和豎直三個方向上均具有一定間

距的布置形式。

3觀測系統可采用多點激發、多點接收，一點激發、多點接收，多點激發、

一點接收的方式。

4觀測系統宜按本規程附錄D的規定進行布置，可采用震源在前、檢波器

在后，或震源在后、檢波器在前的布置形式。

5當隧道地質條件復雜時，觀測系統應在彈性波法預報條件的情況下根據

具體情況靈活設計。

16

5.2.5現場試驗與數據采集應符合3.0.6的要求外，還應符合下列規定:

1彈性波法探測前應開展現場試驗，對隧道環境噪聲的強度、頻率和噪聲

源分布等進行測試，并根據現場情況和預報需要，選擇合適的儀器參數。

2數據采集應符合下列要求：

1）當采用多點接收觀測系統時，數據采集前應在數據采集前進行地震道

一致性校驗。

2）數據采集時應盡可能減少隧道內其他干擾源的影響，并應采取壓制地震

波、聲波干擾的措施。

3）檢波器安裝應符合下列要求：

①各道檢波器的安裝條件應一致，且與巖體有效耦合。

②分量檢波器的X、Y、Z方向應與預報設計及實施細則中規定的方向

一致。

③應根據設計的觀測系統，確定所有檢波器點和震源點的位置，做出

相應的標識并準確測量其坐標。

4）激振時應符合下列要求：

①應根據現場情況、現場試驗和預報需要，選擇合適的激振方式和激

振能量。

②激振方向應與巖面保持垂直。

③各個震源應按照先后順序依次激振，在同一個震源點處可重復激振

并進行信號登加。

5）在每次激振后，應顯示所記錄的地震道，據此對地震記錄的質量進行控

制。

①可根據信號能量檢查信號是否過強或過弱，以適當調整震源激振能

量。

②可根據初至波信號特性，對信號波形進行質量控制。

③應根據記錄特征，分析存在的噪聲干擾，必要時應采取干擾源控制

措施。

④對質量不合格的地震記錄，應重新激振。

17

6）應根據設計的觀測系統，確定所有檢波器點和震源點的位置，做出相應

的標識并準確測量其坐標。

3現場采集數據的質量檢查與評價應符合下列規定：

1）原始記錄上不應有強烈的干擾背景，且應有可靠的追蹤反射波同相軸。

2）當利用停工時間進行數據采集時，現場采集數據的質量檢查應采用重

復觀測方式,檢查量不應小于總工作量的5%,且檢查量不少于2~3點，

復測記錄應無明顯變化及異常。

3）三分量檢波器接收時，不應存在某一分量不工作或工作不正常。

4）同一記錄中，不應存在道數的1/6以上或兩相鄰道工作不正常的地震記

錄。

5.2.6資料處理、分析與解釋應符合下列要求：

1應根據現場記錄的數據質量及解釋的需要，選擇處理方法和步驟。

2應準確輸入現場采集參數，包括隧道的幾何尺寸、掌子面里程、檢波器

和震源點坐標等。

3應剔除不合格的數據道，但不能大于總道數的1/6。

4可根據預報距離選擇合適的數據長度，并將初至到達前的信號進行歸零

處理。

5應對信號進行頻譜分圻，確定主頻范圍，并采用帶通濾波等方法濾除噪

聲干擾；可采用傾角濾波等處理方法，提取反射波；可采用機器學習方法對信號

中的噪聲進行壓制和去除。

6可采用能量特征法、瞬時強度比法、數字圖像處理法、機器學習方法等

自動初至拾取方法與人工拾取相結合的方法，獲取初至波到達時間，然后根據初

至波到達時間計算直達波速度。

7條件允許時，可引入機器學習方法實現掌子面前方巖體波速和界面位置

的計算。

8可采用走時層析成像、全波形反演、速度掃描等方式進行巖體波速計算。

9可根據需要選用繞射疊加偏移、克希霍夫偏移、逆時偏移等偏移成像方

法實現地質構造圖像重建。

10可利用掌子面前方巖體波速評價隧道圍巖彈性模量、泊松比等物理力學

18

參數，當在TBM隧道中探測時，還可進一步結合TBM推力、扭矩等掘進參數

變化規律的統計分析或大樣木機器學習進行綜合判斷.

5.2.7對于TBM施工隧道，可采用破巖震源方法，利用TBM掘進時的破巖振

動作為震源進行超前地質預報，該方法在使用時應符合下列要求：

1利用TBM掘進破巖振動作為震源的地震超前地質預報儀器，除滿足5.2.3

的規定外，應具有長時間連續采集功能。

2觀測系統應根據TBM結構及現場條件布設，應在TBM刀盤后方或附近

圍巖中安裝1個或多個先導（參考）傳感器（簡稱先導傳感器），宜在護盾上或

掌子面后方圍巖內布置接收傳感器。

3現場數據采集應符合下列要求：

1）在TBM掘進過程中進行超前地質預報。

2）根據設計的觀測系統，布置先導傳感器和接收傳感器，并記錄其坐標位

置。

3）現場應記錄采集開始與結束時的TBM掌子面里程，并做好TBM掘進

停機時間、巖硝、掘進參數等情況的記錄。

4數據處理應符合下列要求：

1）應按照探測所需時間長度將先導傳感器與接收傳感器信號進行分段。

2）應將分段后的先導傳感器和接收傳感器信號分別做互相關處理，再進

行疊加，得到轉化后的標準地震記錄。

3）宜按本規程5.2.6條的規定進行數據處理與地質解釋。

5.2.8對于鉆爆法隧道，可利用鑿巖臺車鉆孔振動作為震源進行超前地質預報,

并符合下列要求：

1利用鑿巖臺車鉆孔振動作為震源的地震超前地質預報儀器應具有長時間

連續采集功能。

2觀測系統應根據鑿巖臺車結構及現場條件布設，應考慮鑿巖臺車型號、

結構、尺寸等特點，在鑿巖臺車工作臂上或鉆孔附近安裝1個或多個先導（參考）

傳感器（簡稱先導傳感器），宜在隧道邊墻或掌子面布置接收傳感器。

3現場數據采集應符合下列要求：

4在鑿巖臺車鉆孔過程中進行超前地質預報。

19

5根據設計的觀測系統，布置先導傳感器和接收傳感器，并記錄其坐標位

置。

6數據處理應符合526和5.2.7的要求。

5.2.9當隧道埋深較淺且地表條件允許時，可進行地表和洞內聯合探測，并符

合下列要求：

1應同步記錄數據，單次記錄時間不宜少于15min?

2應有足夠的數據存儲容量，且具備低功耗性能。

3應沿隧道走向，在地表和洞內同時布置檢波器，檢波器間距和布置形式

按照探測需求確定。

5.2.10地震波法預報成果圖件宜包括觀測系統布置圖、地震預報成果圖、地質

分析解釋成果圖表。

5.3地質雷達法

5.3.1地質雷達法探測分辨率較高，適用于探測隧道掌子面前方近距離斷層破

碎帶、巖性接觸帶、溶洞等不良地質構造及其含水情況，適用條件應符合下列規

定：

1被探測對象與周邊介質的介電常數應存在明顯差異。

2被探測對象應具有可被探測的規模。

3學子面及其他布置測線的部位應相對平整，附近應無大范圍的金屬構件

且無強電磁場干擾。

5.3.2地質雷達法連續預報時，前后兩次預報范圍應搭接5m以上，每次預報

距離應滿足下列要求：

1低電導率和低磁導率的完整巖體洞段宜每30m預報一次。

2巖體破碎、構造發育、含水較高的高電導率和高磁導率的洞段宜每20m

預報一次。

5.3.3地質雷達儀的性能和主要技術指標應滿足下列規定：

1具有實時監測與顯示功能。

2信號增益控制具有指數增益功能。

3模數轉換不應小于16bito

4最小采樣間隔不應大于0.05ns。

20

5動態范圍不宜小于120dB?

6具有8次以上信號疊加功能。

5.3.4地質雷達天線主要技術指標應滿足下列規定：

1雷達天線中心頻率宜為50MHz?lOOMHzo

2天線中心頻率允許偏差￡t5%。

3天線頻帶范圍不應小于中心頻率的1/4~2倍。

5.3.5預報工作前宜進行測量方式選擇、天線型號選擇、采集參數選擇等現場

試驗，當多個頻率的天線能滿足預報距離的要求時，宜選擇相對較高頻率的天線。

5.3.6測線布置應符合下列規定：

1宜在掌子面布置多條測線，當隧道洞徑較大時，可在側壁增加測線，并

宜符合本規程附錄E的要求。

2根據地質條件或預報需要，可在隧道底板或頂拱布置測線，以探測側方

的異常體。

3對于異常部位，可適當加密測線。

4有條件時，可布置陣列雷達裝置采集多道探測數據。

5.3.7現場工作應符合下列規定：

1數據采集前，應開展現場試驗，宜測試預報工區各巖性的電磁波速度，

并根據現場情況和預報需要，選擇合適的濾波及采集參數。

2現場探測應清除或避開測線附近的金屬物。

3探測過程中，應保持工作天線與探測面基本平行，應保持距離相對一致。

4記錄標注應與測線樁號一致，采用自動標注時，應避免標注信號線的干

擾。

5采用測量輪測量時，宜每5m校對一次距離。

5.3.8數據采集應符合下列規定：

1采樣點數應大于512,采樣頻率應大于所用天線中心頻率的6倍。

2地質雷達記錄長度應根據探測距離、探測環境需要合理選擇。

3掌子面或側壁表面起伏較大、天線不便勻速移動或信號較弱時，應采用

點測方式，點測的點距不應大于尼奎斯特采樣間隔，同一異常在雷達剖面上的反

映不宜少于3個連續測點。

21

4采用分離天線進行點測時，應通過調整天線距離使來自反射體的反射信

號最強.

5連續測量時的天線移動速度應均勻，并與儀器的掃描速率相匹配。

6垂向高通頻率宜小于天線頻率的1/4,垂向低通頻率宜大于天線頻率的2

倍。

7疊加次數應使目的體反射信號清楚，目的體反射信號弱時，應適當增加

疊加次數。

8測試過程中應對異常觀測點進行重復觀測。

5.3.9數據處理應符合下列要求：

1可根據需要選取刪除無用道、水平比例歸一化、增益調整、頻率濾波、

小波分析、反褶積、偏移、空間濾波、點平均等處理方法。

2選擇處理方法與步驟應根據外業記錄數據質量及解釋需要進行：當反射

信號弱、數據信噪比低時不宜進行反褶積、偏移處理。

3在數據處理的各階段均可選擇頻率濾波進行處理。

4可用反褶積來壓制多次反射波。

5可用時間偏移或者深度偏移處理方法將傾斜層反射波界面歸位，將繞射

波收斂；深度偏移處理應選擇可靠的介質電磁波速度。

6可用全波形反演方法獲取介質相對介電常數和電導率分布，有條件時可

利用己知地質信息進行約束反演。

7可選用空間濾波的有效道疊加和道間差兩種方法；有效道疊加和道間差

處理應在其它方法處理完成后進行。

8可用平滑數據的點平均法去除信號中的高頻干擾，參與平均的點數宜為

奇數，最大值宜小于采樣率與低通頻率之比。

9應將時間剖面轉換為深度剖面。

5.3.10資料解釋應符合下列要求：

1資料解釋前應根據現場條件及波形、能量強度、頻譜筆特征識別干擾波。

2應依據雷達剖面圖上的反射波波形、能量強度、初始相位、反射波同相

軸延續性等識別異常，可通過深度學習算法輔助識別異常體C

3應根據異常體的形態和特征，結合地質資料確定異常體的性質、前方位

22

置和規模。

4應根據反射波特征，結合地質資料對雷達剖面國進行地質推斷解釋.

5可通過機器學習算法埔助識別異常特征。

5.3.11地質雷達法預報成果圖件應滿足下列要求：

1應包括地質雷達測線布置圖、地質雷達深度剖面圖、地質雷達預報成果

地質解釋圖。

2地質雷達預報成果地質解釋圖中應有比例尺、洞號、樁號和解釋結果等，

樁號應與設計一致。

5.4瞬變電磁法

5.4.1瞬變電磁法可用于隧道掌子面前方中距離范圍內存在明顯電阻率差異的

巖性接觸帶、斷層破碎帶、溶洞等不良地質體，其探測對象應具有可被探測規模。

5.4.2瞬變電磁法連續預報時，相鄰兩次預報范圍應搭接20m以上，每次預報

距離應滿足下列原則：

1在巖體完整、構造簡單的硬質巖地層，一般每次預報距離宜在60m左右，

不宜超過80mo

2在軟弱破碎地層，一般每次預報距離宜在40m左右，不宜超過60m。

5.4.3瞬變電磁地質預報儀器應符合下列規定：

1A/D轉換器不宜低于24bito

2動態范圍不宜低于120dBo

3儀器發射頻率可調，備選頻率個數不應低于4個。

4儀器電流關斷時間不應大于20us,發射電流不應小于3A。

5儀器發射波形應穩定，電流平臺波動幅度不應超過5%。

6當地面條件允許時，地面瞬變電磁設備應為電性輻射源收發：儀器發射

頻率可調，備選頻率個數不得低于4個。動態范圍不宜低于130dB。發射電流設

為10A、20As30A三個擋位，關斷時間相應改變：10A對應關斷時間不高于10

微秒，20A對應關斷時間不高于15微秒，30A對應關斷時間不高于25微秒。儀

器發射波形穩定，電流平臺波動幅度不超過5%。

7地面電性輻射源電場接收機接收的電場不小于RV量級。

5.4.4瞬變電磁法觀測系統布置應符合下列規定：

23

1應根據現場施工情況，按本規程附錄F要求設計合適的觀測系統（參見

附錄F）,確定發射線框面積和發射頻率。

2重疊回線裝置應采用線圈接收，中心回線與多點陣列式裝置采集應采用

探頭接收，多點陣列式采集應在發射線圈內部均勻布設多個探頭。

3發射線框發射面積固定，可采用硬支架方式。

4發射線框移動位置精確，宜采用固定標尺底座控制發射線框移動。

5采用中心回線測量時，應采用支架固定，保障測量探頭位于線框中心。

6當進行地面探測時，采用電性輻射源，應考慮電性輻射源的接地條件，

接地電阻不高于50Q,輻射源長度不小于20米。

5.4.5現場工作應符合下列規定：

1探測前應開展現場試驗，對環境噪聲的強度進行估計，并根據現場情況

和預報需要，選擇合適的頻率和疊加次數。

2數據采集前，鉆機等大型金屬設備應退出學子面不得少于15m。

3數據采集過程中不應有金屬、磁性物質接近線框。

4使用磁探頭時，其方向應與發射線框的法線方向一致。

5當進行地面探測時，可采用電場或磁場接收方式，電場接收時，電極應

接地，接地電阻不高于50Q；磁場接收時，磁探頭應與水平面的法向方向一致。

5.4.6數據采集應符合下列規定：

1數據采集前，應對探頭的重復性進行檢查。

2在每次供電激發后，應檢查觀測數據質量。

3可根據接收仙線光滑程度，確定疊加次數。

4可根據信號的強度確定發射頻率、延長/縮短采樣時間，采集數據應完整。

5應根據記錄特征，分析存在的噪聲干擾類型，采取干擾源控制措施。

6對質量不合格的電磁記錄，應重新測量。

5.4.7現場采集數據的質量臉查與評價應符合下列規定：

1原始記錄上不應有強烈的干擾背景，應具備完整光滑的衰減曲線。

2現場采集數據的質量險查應采用重復觀測方式，檢查量不應小于總工作

量的5%,且檢查量不少于2~3點，復測記錄應無明顯變化及異常。

5.4.8資料處理、分析與解釋應符合下列要求：

24

1應根據現場采集數據的質量及解釋的需要，選擇處理方法和步驟。

2對于原始數據，應首先進行飽和段數據切除。

3對于偶然的數據跳變，采取人工手動修正或濾波算法對數據進行必要的

預處理。

4對于受到線圈互感影響的，應根據線圈匝數進行前期矯正工作。

5對于曲線總體的衰減趨勢進行統計，對曲線進行時間衰減偏移。

6根據視電阻率公式計算每一道的視電阻率，并統計視電阻率的范圍，調

整矯正系數使視電阻率值穩定在合理范圍內。

7根據波場變換方法將地下的傳導場轉化為虛擬波場，并利用擬地震偏移

成像方法和虛擬波場，確定地下目標的界面的合理范圍。

8根據感應電流在地層中的傳播速度規律計算每一道時間對應的深度。

9根據發射位置移動形成測線，做出整體預報圖。

5.4.9瞬變電磁預報法的成果圖件宜包括測線點布置圖、測試二維成果圖、三

維剖面成果圖、成果地質解釋圖。

5.5激發極化法

5.5.1激發極化法探測可用于探查隧道掌子面前方含水異常等地質情況，工作

時應根據工作條件和探測要求選用電阻率法或激發極化法，其探測對象應具有可

被探測規模，且與周圍介質間應存在明顯的電性差異。

5.5.2激發極化法預報距離應符合下列規定：

1每次預報距離不宜大于30m。

2連續預報時前后兩次預報范圍的搭接長度應不小于5mo

3隧道地質條件復雜時，相鄰兩次預報范圍的搭接長度應不小于10mo

5.5.3預報儀器應符合下列規定：

1儀器主要功能和技術指標應符合下列規定：

1）應具有測量一次場電位和電流、二次場電位和衰減時間的功能。

2）采樣頻率不應小于lOOHzo

3）模數轉換精度不應低于16bit。

4）測量電流誤差不應大于1%,分辨率不應低于0.01mA。

5）測量電壓誤差不應大于1%,分辨率不應低于O.OlmV。

25

6）輸入阻抗不應小于20MC。

7）應具有良好的噪聲抑制性能，對50Hz工頻干擾抑制應大于40dBo

8）宜具備自動控溫和自動控濕的功能。

2對于TBM搭載式電法超前地質預報儀器，應根據TBM型式，在TBM

刀盤和護盾設計開孔并安裝電極，開孔孔徑應大于電極直徑C

3電極應符合下列要求：

1）供電電極應采用具有一定直徑和長度的金屬電極；激發極化法的測量

電極應選用不極化電極。

2）TBM搭載電極宜采用液壓驅動、具有柔性端頭的接觸式電極，并符合

TBM和預報設備安裝手冊的規定;TBM施工隧道電極應與TBM絕緣。

5.5.4激發極化法觀測系統布置應符合下列規定：

1應根據隧道結構及現場施工情況，設計合適的觀測系統，確定供電電極

和測量電極的位置。

2應根據隧道地層巖性等情況自動調整供電電流大小。

3電阻率、激發極化預報時，應優先選用聚焦測深觀測裝置，觀測系統布

置應符合本規程附錄G的規定，并在距掌子面后方80m范圍內分別均勻布置多

個供電A極，N極應布置在隧道出口方向，距A極的距離不應小于10倍預報距

離,B極距掌子面遠于電極N,且與N極的距離不應小于10倍的探測距離，測

量點宜在學子面呈網狀布置。

4對于TBM施工隧道，應將同極性供電電極布置在TBM刀盤、護盾及后

方邊墻等位置，各電極間應進行電流辟蔽，測量電極應布置在TBM刀盤上。電

極宜通過液壓油缸等實現自動伸縮，并具有自動保護裝置。

5可采用多功能多路回轉裝置。

6觀測系統可采用三極裝置、二極裝置。

7當隧道地質條件復雜時，觀測系統設計可不受附錄G的限制，可視具體

情況設計。

5.5.5現場試驗工作應符合下列規定：

1探測前應開展現場試驗，查明現場干擾信號和干擾源分布情況及強度。

2應測試探測區域巖體的電阻率、極化率等參數。

26

3探測前應對比TBM進場前、后的觀測數據，總結TBM對觀測數據的影

響特征和干擾規律。

4根據現場試驗結果，應選擇合適的儀器測量參數、最佳供電電流等。

5供電電極A的布置宜根據預報要求及現場條件，合理選擇電極數量、同

性源電極系數量和位置。

5.5.6現場工作應符合下列規定：

1電極布置前，應清理隧道掌子面、拱頂及邊墻危石。

2電極位置的允許偏差應為±5cm。

3TBM停機探測時，TBM刀盤應后退脫離掌子面，收起撐靴脫離邊墻，

減少干擾。

4供電和測量導線絕緣電阻不應小于100MQ。

5應檢查電極與圍巖的接觸是否良好。

6采集區內應清除或避開附近的電磁干擾源；當不能清除或避開時，應在

記錄中注明并標出位置。

7掌子面應平整，且不宜有大量積水。

5.5.7數據采集應符合下列規定：

1數據采集前應進行儀器檢查、導線漏電檢查、測量電極極差檢查、接地

電阻檢查。

2根據探測需要和圍巖條件設置合適的供電電流大小、供電時間、測量時

間等。

3數據采集過程中，應減少現場人工電流或電磁干擾。

4不極化測量電極極差不應大于ImV。

5數據記錄應包括電流、電位差、視電阻率和半衰時。

6TBM停機探測時，應記錄刀盤上電極的位置。

7測試過程中，應對異常觀測點進行重復觀測，重復觀測相對誤差不應大

于5%。

5.5.8現場采集數據的質量檢查應符合下列規定：

1報廢點數據的數量不應超過全部數據的10%,且報廢點不應連續出現。

2現場采集數據的質量應采用重復觀測方式檢查，重復觀測量不應小于總

27

工作量的5%o

3電阻率法的數據質量允許相對均方誤差為±5%,激發極化法的數據質量

允許相對均方誤差為±10%,否則應查明原因并重新采集數據。

5.5.9數據處理應符合下列規定：

1資料處理前應對報廢點數據進行剔除。

2對于TBM施工隧道，應根據TBM干擾特征的統計分析對觀測數據進行

預處理，降低觀測數據中的干擾影響。

3應對電阻率法的觀測數據進行反演，得到掌子面前方一定范圍內的電阻

率分布信息，針對多解性，宜采用已知地質信息和先驗約束反演方法，對觀測數

據進行反演處理。

4應繪制視極化率、半衰時曲線。

5應結合隧道地質勘察、設計、試驗、監測等資料，對地質分析結果、反

演結果、視極化率、半衰時曲線等進行綜合解釋，判斷隧道掌子面前方一定范圍

內含水情況等。

6高電阻率、低極化率、短半衰時異常可判斷為弱富水；低電阻率、高極

化率、長半衰時異常可判斷為富水；在隧道的同一地層單元，通過跟蹤開挖揭露

情況，進行統計分析和水量估算。

5.5.10當隧道埋深較淺且地表條件允許時，可采用激發極化法地-洞聯合超前探

測，應符合下列規定：

1應根沿隧道走向，在距離學子面前方30m的地表區域布置供電電極。供

電電極間距和數量應根據隧道實際探測需求確定。

2應在隧道掌子面上布置一定數量的不極化測量電極。

3測量電極的布置方式可采用以掌子面為中心水平平行布置。

4應根據隧道掌子面前方地層巖性等情況自動調整供電電流大小。

5當隧道地質條件復雜時，可視具體情況選擇合適的供電電極和測量電極

的布置方式及數量。

5.5.11激發極化法智能反演應符合下列規定：

1進行激發極化法智能反演前，應剔除不合格的數據。

2應根據隧道實際環境和采集數據情況選擇合適的網絡結構。

28

3應選取足夠數量及多樣性的訓練集。

4應將視電阻率、極化率等參數作為輸入參數。

5應結合地質資料、鉆孔資料或其他地球物理勘探結果，對激發極化智能

結果進行聯合解譯。

5.5.12預報成果圖件宜包括觀測裝置布置圖、二維/三維電阻率分布圖、半衰曲

線圖、預報地質成果圖。

5.6孔內物探法

5.6.1孔內探測法可用于探查隧道掌子面前方的地質構造、裂隙帶、破碎帶、

溶洞溶隙以及地下水等不良地質的發育、分布及連通性，包括利用洞內前向水平

鉆孔開展的隧道前向孔內物探方法和利用地表垂直鉆孔開展的淺埋隧道地表孔

內物探法。

5.6.2孔內探測法包括孔間電阻率層析成像法、孔內雷達法、鉆孔瞬變電磁法、

孔間電磁波法、測井聲波法、孔內攝像等，應根據地質條件和探測任務選擇具體

方法，確定觀測裝置及工作參數。

5.6.3孔內探測法的應用條件應符合下列規定：

1探測目標體與周圍介質間應存在明顯電性、電磁性或彈性差異。

2探測目標體應具有可被探測規模；

3鉆孔內壁宜保持光滑、不塌孔。

5.6.4孔內探測法的現場工作應符合下列規定：

1鉆孔應指向掌子面前方，鉆孔后方應留有足夠的儀器操作空間。

2鉆孔（套管）內徑不宜小于75mm,孔深不宜小于鉆孔間距的1.5倍。

3探測前應進行探孔。

4進行數據采集時，應同步記錄儀器孔內部分的深度信息。

5進行連續孔內探測時，儀器孔內部分的遞送與收回速度應保持恒定。

5.6.5孔內探測法的資料處理與