隧道地質超前預報探測系統，采用隧道高頻地震反射回波的方法，探查隧道前方圍巖的不良地質體（例如：巖體構造破碎帶、巖性接觸帶和巖溶發育帶等）。為隧道的快速掘進、支護材料的提前準備，以及災害事故的預防提供地質資料與信息。
專門為隧道及地下工程施工超前地質預報研制開發的技術成果，已經經過國內隧道專家組評審，鑒定為具有國際*技術水平。
隧道地質超前預報系統可預報隧道前方200米左右（本數值為中等硬度圍巖條件，視當地地質構造有所偏差）的巖性變化、斷層、破碎帶、巖溶發育帶、空洞等，并能計算出上述范圍內的縱波、橫波速度、波速比,泊松比,相應巖體的動彈模量和剪切模量等巖石力學參數。
TGP206隧道地質超前預報探測系統動態范圍大，通過改變偏移距離和激發能量即可實現大范圍預報。
TGP206隧道地質超前預報探測系統性能提高突出表現在高分辨能力的增強，即對隧道圍巖病害地質體的判釋能力的提高方面。
根據隧道地質超前預報和隧道地質檢測兩個方面的需要，開發出TGP隧道地質預報儀和相關軟件處理系統。該隧道地質超前預報儀器系統既可以進行隧道地質超前預報，擴展配置又可以對開挖過程中未發現的隧道隱蔽病害（如隧底巖溶等）進行檢測，和檢測隧道圍巖的彈性波速度、劃分隧道圍巖類別，以及檢查混凝土襯砌與圍巖之間是否存在脫空缺陷等。
這種多功能儀器適應隧道彈性波多項目檢測的需要，軟件處理系統全部為WINDOWS編程，界面良好，處理中既有自動處理方式，也有手動處理方式，還具有深入分析異常可靠程度的追蹤評估功能。
這種功能設計的操作既適應非物探人員，又適應物探或*人員利用彈性波傳播特性對隧道復雜地質條件進行深入的研究。
TGP隧道地質預報系統由四大部分組成，它們分別是：
（1）TGP隧道地質預報檢測儀主機，儀器箱體采用全密封式，顯示采用強背光功能的TFT液晶顯示屏，存儲單元為30G，儀器設計具有防水、防塵、防震功能。
·12通道
·頻帶寬度0.5~4000HZ
·VPP為24伏下瞬時浮點放大 A/D轉換20bit
·動態范圍 高信噪比 120~132db
·采樣率 30μs、60μs、90μs、120μs、250μs、500μs、1ms、2ms
·超長采樣記錄功能 采樣點數可達1024、2048、4096、8192點
·具有三檔模擬濾波功能 全通、高通1、高通2
（2）高靈敏度三分量速度型接收檢波器，安裝配套的工具和器材，如專用電纜、 起爆觸發電器、孔中接收檢波器和耦合劑的專用安裝工具、專用防水防震工程塑料儀器箱和工具箱等。
（3）數據處理設備（DOTH（750）1.8G/256MB/40G/WIN XP PRO/ATI RADEN *300 64MB DDR2/指紋識別系統）,工程地質圖象記錄設備（710萬像素/4*optic/2*digit）。
（4）TGPWIN隧道地震波處理分析軟件包
三分量隧道地震波采集模塊；
空間位置建立模塊；
均衡增益、頻譜分析、濾波模塊；
干擾波剔除模塊；
速度分析模塊；
地震回波提取模塊；
地震回波相關偏移歸位模塊；
隧道圍巖構造的能量衰減與性質分析模塊；
報告圖文編輯模塊。
儀器主要技術指標：
•主機具有4個獨立的三分量通道
•頻帶寬度0.5 - 4000Hz
•Vpp為24伏條件下的瞬時浮點放大，A/D 20bit 120-132db，動態范圍大/信噪比高；
•采樣率：10μs、30μs、60μs、90μs、120μs、250μs、500µs、1 ms八檔；
•超長采樣記錄功能/采樣點數：1024、2048、4096、8192點；
•采樣記錄長度*大為8.192s；
•具有模擬濾波器/分三檔：全通、高通1、高通2
儀器裝配：
TGP型隧道地質預報儀的裝配設計特點如下：考慮到隧道應用環境具有潮濕或滴水的特點，儀器設計為整體式、面板鍵盤等設計為密封觸摸式鍵盤。儀器的模數轉換器設計為大信號狀態采樣，有利于儀器信噪比性能的提高。考慮到多功能檢測的需要，隧道地質超前預報儀器設計為4個獨立的三分量通道，通過選用專用插頭改變儀器輸入的接線組合，確定儀器的使用狀態。用于隧道地質超前預報，可以根據需要在1-4個接收檢波輸入道選擇使用。即儀器*多可以同時布置4個接收孔的預報。用于隧道地質檢測功能，根據檢測項目選擇專用的插頭、電纜和檢波器，根據工程需要選擇儀器的功能狀態。
主要儀器配件：
高靈敏三分量檢波器（X、Y、Z）（帶2.5米專用插頭電纜）
檢波器定向專用安裝器及耦合劑專用注入連接桿
三分量檢波器專用連接電纜（20米）
起爆觸發信號連接電纜（80米）
一分三專用分線器
地震波數據存儲專用U盤（128M）
專用鼠標
備用操作鍵盤
備用操作鍵盤連接插頭
外接電源連接線
外接電源保險管
便攜式專用電纜背包
防水防震工程塑料保護箱
TGPWIN隧道地震波處理分析軟件包
TGPWIN隧道地震波處理分析軟件保護狗
擴展配置根據工作項目的需要用戶可以自由選擇
TGP型隧道地質預報儀在黔桂鐵路銀洞坡隧道進行超前預報工作
在黔桂鐵路途經的貴州省都勻市銀洞坡隧道進行了超前預報工作，銀洞坡隧道位于黔桂線第五標段，中心里程DK480+874，全長8516m。該隧道是全線的重點控制工程，地質條件復雜，穿越F4斷層和含毒礦床，巖溶局部發育。
在巖溶比較發育的灰巖地區進行隧道施工，進行隧道地質超前預報是非常重要的一項工作，預報檢測資料的分析與非巖溶地區相比較難度也大得多。北京市水電物探研究所采用自身研制開發的TGP12型隧道地質預報系統在這一工段進行了隧道超前預報工作，為隧道的*施工掘進提供了預報資料。
圖一 銀洞坡隧道位置及外景 圖二 隧道施工中遇到巖溶突水
圖三 現場采集
云南某隧道地質超前預報檢測成果 宜萬鐵路王家嶺隧道涼風埡隧道段施工現場
圖件資料如下：
反射回波采用的速度：縱波Vp =6200米/秒；橫波 Vsh = Vs=3300米/秒；Vp/Vs=1.88。理用Vsh波計算的結果：（Vsh=3300米/秒）
1，接收在：左壁K53+224 用橫波處理
2，接收在：右壁K53+224 用橫波處理 3，接收在：右壁K53+120 用橫波處理
采用Vp波計算結果為：（Vp=6200米/秒）
Vp計算結果：
1，接收在：左壁K53+224 用縱波處理 2，接收在：右壁K53+224 用縱波處理
3，接收在：右壁K53+120 用縱波處理
（附）變更設計建議書 編號：宜萬線7標段隧(2005)第 號—（施）
致 北京鐵城建設監理有限責任公司宜萬鐵路監理站 ：
1、變更原因：涼風埡隧道DK53+322~ DK53+339段原設計為Ⅱ級圍巖，采用《宜萬隧參03-6》圖施工。 在隧道開挖至DK53+322時線右邊墻處發育一溶洞，寬約2.5m，沿隧道線路方向漸往右移，穿越隧道掌子面中部及拱部后至DK53+339時移至線左邊墻處，并向邊墻外延伸，雨后DK53+322處溶洞有較大水量流出，DK53+339處溶洞有少量滲水。該段圍巖較破碎，拱部巖層產狀平緩，節理發育，并受該溶洞影響，拱頂巖層出現楔體破壞、掉塊。
2、變更方案建議：為確保施工*，建議：①從DK53+322～DK53+339段采用Ⅳa施工支護；②對拱部楔體破壞部分掛設雙層鋼筋網、增設中空錨桿、噴射砼回填；③對DK53+322、DK53+339邊墻兩處溶洞查明水流方向后采用砂漿錨桿、掛設鋼筋網噴砼封閉，邊墻外2m灌注C20砼回填。
3、工程量估算：①Ⅱ級圍巖變更為Ⅳa數量：開挖：Ⅳ級圍巖+1150.73m3；Ⅱ級圍巖-1011.74 m3；噴砼：素噴+20.672 m3；網噴+18.7 m3；仰拱填充：+62.39 m3；模筑襯砌：+37.13 m3；②拱部楔體破壞處理：鋼筋網：1.088t；φ25中空錨桿：204m；噴C20砼：63.55 m3③邊墻兩處溶洞處理：鋼筋網：0.985t；φ22砂漿錨桿：186m；回填C20砼：62.3 m3
填報單位： 中鐵三局集團
青島仰口隧道施工現場
在經過現場的數據采集工作后，通過TGP*軟件進行處理、獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、相關偏移歸位剖面等成果。在成果分析中：以P波、SH波、SV波的原始記錄分析測段巖體的地質條件；以相關偏移歸位剖面預報前方巖體地質條件，預報分析推斷以P波剖面資料為主，結合橫波資料綜合解釋。解釋中遵循以下準則：
①正反射振幅表明硬巖層，負反射振幅表明軟巖層。
②若S波反射較P波強，則表明巖層飽含水。
綜合分析隧道左右壁原始記錄，分離后的縱橫波（P、SH、SV）記錄，以及P波、SH波、SV波的相關偏移歸位剖面圖得知：
測段圍巖左壁在K60+955～DK60+935、右壁在K60+945～DK60+935段P波、SH波和SV波三種波形有較大衰減；預報段圍巖在K60+872～K60+860、K60+797～K60+782段存在異常，推測上述里程段圍巖為構造與裂隙發育帶。K60+915～DK60+872、K60+860～DK60+797、K60+782～K60+765段巖體新鮮、且相對完整。
左壁P、SH、SV波的相關偏移圖 右壁P、SH、SV波的相關偏移圖
相關配件
隧道地質超前預報用三分量檢波器專用連接電纜（20米）隧道地質超前預報用高靈敏三分量檢波器及耦合劑專用注入工具
及起爆觸發信號連接電纜（80米）
隧道地質超前預報用一分三專用分線器 地震檢波器
地震映象、地脈動測試電纜（3道） 鉆孔三分量探頭
背景資料：
隧道地質超前預報現狀：目前近距離預報（又稱近期預報）一般采用地質雷達，預報距離一般為20-30米。遠距離預報（又稱中長期預報）采用地震反射波方法，有的采用進口儀器TSP202、TSP203，有的采用地震儀器。
為了預報隧道施工面前方及周圍巖體的地質條件，預報可能出現的隧道施工病害事故，作到有的放矢地采用與地質情況相適應的開挖方法和支護手段，是地下工程界多年來不斷努力探索的課題。
專家評述：
TGP隧道地質預報系統經過在云南水富高速公路冷水溪隧道，宜萬鐵路王家嶺隧道、涼風埡隧道，青島海濱高速仰口隧道等工程使用，并且應用中注意與現有手段方法進行比較，控制試驗條件的一致性，即在同一隧道、同一里程、同次震源激發的條件下，采取不同儀器各自接收、各自分析處理、各自提交處理解釋成果而后進行成果對比的方法。工程實踐證明國產TGP隧道地質超前預報系統的科學性和適用性。該系統于2005年8月底通過了由國內隧道、地質、物探專家組成的專家組的評審鑒定。經過認真慎重的比對和評審，專家們一致認為“TGP隧道地質預報系統與相關的處理系統，性能穩定可靠，采集的波形完整，信噪比高，與國外同類儀器對比整體上具有國際*水平，可替代進口產品。”
TGP的*性：
4 TGP是集放大、轉換、采集、存儲、控制為一體的全密封防水防震的物探設備；優于利用微機與機箱裝配式結構的儀器， TGP適合在惡劣的隧道環境中使用。
5TGP的三分量速度型檢波器具有高靈敏度，指向性強和較寬的頻帶響應等特點，優于壓電晶體型檢波器，因而表現在拾取的地震波信號具有高的質量品質。TGP孔中接收檢波器采用黃油耦合，方便、經濟、快捷。優于在鉆孔中需要錨固異型鋼導管的方式。2米長的鋼導管難于攜帶、運輸，價格昂貴，一次性使用，費事費工費財。
6 TGP的地震波采集觸發是開路觸發方式，即信號線在引爆的同時被炸斷，信號線同時開路觸發儀器采集，儀器采集無延時差，保證定位的準確性。超前預報儀器若采用電脈沖同時觸發電和觸發主機采集的方案，由于電起爆的延時時間難于做到一致，因此會造成儀器采集的走時誤差，這種觸發方式在我國的地震波勘探規程中明確規定不宜使用，更何況隧道巖體的速度比覆蓋層介質的速度高出幾倍以上，以巖體波速4500米/秒 ~ 5500米/秒為例計算，每一毫秒的讀數誤差則會造成2~3米的預報距離誤差，一般瞬發電的延時誤差不止一毫秒，因此由20多次激發的平均線計算隧道巖體速度，和由存在誤差的時間計算預報的距離，兩次誤差的乘積造成的誤差是不容忽視的。
7 TGPWIN隧道地震波處理分析軟件是由國內物探專家開發的，它借鑒了已有相關軟件的長處，并充分考慮彈性波在三維空間的傳播特點，以及根據TGP隧道地質預報系統采集的數據格式編寫。功能特點如下： 1、全中文界面，2、通俗易懂，3、對地震4、波信號的處理過程，5、如同6、相位波幅的調整等操作，7、直觀、方便，8、具有友好的人機操作界面。9、對P波、SH波、和SV波的分離完善合理，10、這是超前地質預報數據處理的關鍵工作之一。11、處理軟件具有相關部分互相檢查的功能，12、例如點擊偏移歸位成果圖上的反射界面位置，13、程序會轉到該位置界面的反射波組位置，14、 通過分析反射波組的連續性、反射波的極性和能量，15、確定反射界面的可靠性和性質。有助于去偽存真，16、由此及彼，17、由表及里，18、深化認識，19、使預報結論科學可靠。20、TGPWIN處理中既有自動處理方式，21、也有手動處理方式，22、還具有深入分析異常可靠程度的追蹤功能，23、 這種功能既適應非物探*的普通工程技術人員使用，24、又適應物探或*人員利用彈性波傳播特性，25、對隧道復26、雜地質條件進行深入研究工作的需要。8 TGP系統只要增加不多的配套附件和軟件模塊，就可以增加儀器用于隧道檢測的其它功能，例如：對已襯砌的隧道進行襯砌脫空檢測，檢查隧道圍巖中隱蔽的病害（巖溶）。也可以在掌子面上用錘擊的激發方式做到短距離更為精確的地質預報，因而它是一機多能的設備。9 TGP的性價比與國外儀器相比較具有明顯的優勢。而且研發、生產在國內，儀器購置以后在需要技術服務、技術支持、備件維修、升級換代、等方面會方便一些。
綜上所述，評審組的專家給出的結論是“鑒于TGP系統具有以上優點，并已成功地用于隧道地質預報，且經濟實用，建議在我國隧道地質預測預報工作中推廣應用。”
