随着大量隧道工程的修建，能否准确的探测及辨别开挖前方的不良富水地质体将极大的影响隧道工程的施工安全及施工速度。瞬变电磁法从原理上对地下水敏感，但已有的瞬变电磁法探水技术及设备对隧道工程的适用性仍然有待提高。本研究通过数值模拟计算及物理相似模型试验确定了隧道开挖过程中各影响因素对瞬变电磁法探测技术的影响。通过大量的理论分析及模拟计算确定了在三维全空间场中瞬变电磁效应与半空间中瞬变电磁效应的联系与区别，并根据这种联系与区别进一步展开隧道三维全空间瞬变电磁探水反演的研究，找出了全空间三维瞬变电磁反演与半空间瞬变电磁反演的联系与区别。根据大量的模拟计算结果与现场实测数据建立了隧道瞬变电磁探水的数据库系统，并根据此数据库建立了数据库专家反演系统；同时研发了瞬变电磁法神经网络专家系统及瞬变电磁法LSSVM专家系统，该系统可以通过自主学习随着使用不断的提高其反演计算的精确度。 2100433B

当前，隧道地质预报的主要难点之一是隧道前方地下水的探测问题，断层、岩性变化等问题在隧道地质预报中已经得到较好地解决。为此，本研究针对隧道超前探水问题，考虑隧道全空间瞬变电磁效应的影响，对其反演方法及评价体系开展研究，主要解决以下关键问题：.(1) 确定影响隧道全空间瞬变电磁效应的主要因素和权重排序，找出全空间与半空间瞬变电磁效应间的关系及其规律。.(2) 引入全空间瞬变电磁效应关系式，对一维半空间瞬变电磁反演式进行修改，建立三维全空间瞬变电磁反演数值模型，编程求解隧道超前地质体的多解不确定问题。.(3) 应用多种数学分析方法，以原始和结果数据为样本，建立具有学习和推测功能的智能数据库，形成多手段智能反演及其评价体系。.本研究提高了隧道超前探水的准确率，为隧道施工安全提供了技术保障。

我国有大量隧道工程，隧道在施工过程中往往会遇到各种水体病害，这些水体病害会给施工安全和进度造成很大的影响。瞬变电磁是一种重要的电磁勘探方法，它对含水等低阻体反应灵敏，预报距离远，是目前隧道地质超前预报最有发展前景的一种方法。在目前全空间瞬变电磁反演解释水平还不是很高的前提下，对隧道下全空间瞬变电磁法的正演研究有利于提高瞬变电磁解释的精度和准确度。针对隧道超前预报中的全空间瞬变电磁正演研究，本项目通过对基于等效导电平法的正演理论进行改进和创新，从麦克斯韦方程出发，由二维到三维递进研究全空间瞬变电磁正演的方法。借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显示时域有限差分方程，通过对经典时域算法进行了两点改进——矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程以及在计算中考虑关断时间，使得正演算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型，实现隧道全空间瞬变电磁三维正演。开展典型地电模型的数值模拟和物理模拟分析和验证，系统分析这些地电结构的瞬变电磁响应特征，总结出不同水体病害的探测方法和规律，进一步地提高瞬变电磁在隧道中的地质超前预报水平。 2100433B

我国有大量隧道工程，隧道在施工过程中往往会遇到各种水体病害，这些水体病害会给施工安全和进度造成很大的影响。瞬变电磁是一种重要的电磁勘探方法，它对含水等低阻体反应灵敏，预报距离远，是目前隧道地质超前预报最有发展前景的一种方法。在目前全空间瞬变电磁反演解释水平还不是很高的前提下，对隧道下全空间瞬变电磁法的正演研究有利于提高瞬变电磁解释的精度和准确度。本文拟通过对基于等效导电平法的正演理论进行改进和创新，建立数种典型的隧道地电结构模型及物理模型并开展相应的数值模拟和物理模型实验研究，系统分析这些地电结构的瞬变电磁响应特征，总结出不同水体病害的探测方法和规律，最后提出一种适合于隧道下应用的瞬变电磁正演理论和方法体系，有效地提高瞬变电磁在隧道中的地质超前预报水平。

尽管隧道结构表面病害的快速探测方法已经趋于成熟，但是隧道结构内部病害的快速探测方法还是一个尚未得到很好解决的难题。为此，本研究提出应用列车瞬变电磁法，考虑隧道全空间瞬变电磁近场效应特征，对隧道结构内部病害快速探测方法开展研究，主要对以下问题开展研究： (1) 天线形式、布置及最佳参数； (2) 列车探测速度、天线发接频率和近场盲区干扰源影响探测精度的规律； (3) 快速分块采集、定位和合并方法； (4) 数学滤波和快速反演方法； (5) 建立智能数据库，形成反演结果的智能评价体系。 本研究首次提出了一种新型的隧道结构内部病害快速探测方法，为隧道结构维护提供了新的技术手段和保障。