在隧道施工过程中,由于前方地质情况不明,经常会因遇到断层、破碎带、暗河、高地应力等不良地质体而导致塌方、泥石流、涌水、突水、岩爆冒顶等地质灾害的发生。前期地勘工作由于受技术水平和经费的限制,施工前不可能详细查清隧道围岩的地质情况,这就需要在施工过程中采取有效方法对前方不良地质体进行准确的超前预报,以便及时修正开挖和支护设计方案,避免工程事故的发生。由于目前隧道开挖事故频发,针对隧道地质超前预报开展基础性研究工作是十分必要的。　　 本文在充分了解国内外各类隧道超前探测方法及其原理基础上,根据当前隧道超前预报存在的问题,采用理论分析与实验研究相结合的方法,针对乌池坝隧道的地质情况、地球物理特征和所要解决的地质任务,开发了一套完整的数据处理系统,形成一套包括数据采集系统和数据处理软件的隧道地震三维反射波法探测系统。通过三维反射波成像预报与TSP等超前预报方法相互对比验证和综合解译,对采集的原始数据进行有效滤波处理研究,提高解释精度,查明了乌池坝隧道开挖过程中遇到的不良地质体情况。　　 本文的主要研究内容包括以下几个方面:　　 1、研究隧道洞身围岩岩土体的弹性波传播特性,讨论波速和岩石密度、孔隙度及岩石所处地质年代之间的关系;论述弹性波理论,对引起地震波衰减的几种原因进行描述;分析隧道开挖过程中可能遇到的典型不良地质体对应的弹性波特征。　　 2、对隧道中的地震波场特征进行分析,研究隧道洞身反射波的时距曲线特征;建立隧道的数值模型,对理论模型结果进行深入分析,研究影响实际地震记录的多种因素;最后对实际观测到的隧道中地震波场进行分析。　　 3、探讨三维反射波成像超前探测的设计原则,分析信号接收器的空间分布对地震资料的影响,在综合考虑隧道洞身、地质任务、施工条件等因素的基础上,提出了三维反射波成像观测系统设计的基本原则;介绍了隧道超前地质预报的数据采集系统,对主要组成部分进行了详细的描述,结合实际工作经验,总结外业数据采集过程中需要注意的几个问题。　　 4、对三维反射波成像探测数据处理系统进行详细的分析和研究。讨论了隧道空间三维波速模型的构建方法;介绍数据进行预处理方法,包括频率滤波、能量均衡、反Q滤波和Kirchhoff叠前深度偏移成像;介绍了隧道探测地质解释的主要内容,并对岩溶、断层与破碎带、突泥等不良地质体的成像结果进行了分析。　　 5、结合工程实例——对三维反射波成像方法进行更进一步的阐述,将本文研究方法的预报结果分别与TSP和水平钻探超前预报等方法进行对比分析,说明了方法的准确性和有效性。　　 本论文分七章。第一章为序言部分,介绍了选题的目的和意义、国内外研究现状和发展趋势等:第二章简要介绍了反射波超前地质探测的理论基础;第三章为隧道地震波场特征分析;第四章为隧道三维反射波探测观测系统研究;第五章为三维反射波成像数据处理系统研究;第六章是三维反射波成像方法在实际隧道中的应用;最后一章作了简短的总结和建议。　　 本文的创新之处主要表现在两个方面:　　 (1)研究在隧道超前预报中应用三维反射波成像方法,隧道超前预报技术由二维数据采集向三维空间采集的转变,数据处理也由二维平面进步为三维空间成像;　　 (2)归纳总结了一套隧道三维反射波成像探测数据外业采集方法与系统,提出在隧道空间进行多点激发和多点接收的观测方式,编制了隧道三维反射波成像探测数据数据处理的软件模块,通过三维反射波成像方法超前预报与TSP等超前预报方法相互对比验证和综合解译,并成功应用在乌池坝隧道的地质超前预报工作中,取得了较好的实际探测成果。