自2006年CHR系列动车组研发开始中国的高速铁路快速发展,建设高速铁路不可避免会遇到建设桥梁和隧道这一系列的工程,尤其是丘陵和山区较多的西南地区。而隧道的建设过程中经常会受到多种地质问题的影响,在隧道施工前准确地对可能遇到的不良地质体进行预测预报关系着整个工程的进展以及施工人员的人身安全,因此进行隧道地质超前预报是十分必要的。论文建立不同的隧道溶洞模型,采用多道地震反射波法研究二维波场快照、地震道记录以及纵横波波场分离等特征。研究的内容主要有以下几个方面:(1)模拟研究模拟震源子波施加方向为垂直向上或向下的影响。(2)建立隧道掌子面正前方和隧底不同直径、不同填充介质以及距隧底不同距离的溶洞数值模型,分别研究分析水平分量和垂直分量地震道记录以及不同时刻的波场快照特征,并利用τ-ρ滤波对其进行纵横波波场分离研究。(3)根据地震记录中反射纵波到达第一道检波器和到达最后一道检波器的走时,编写程序计算溶洞位置。在以上的研究内容中得到以下的结论:(1)垂直向上或向下加载模拟震源子波都可得到良好的地震道记录,并且这些地震波都具有很高的辨识度。但是将以上两个方向上的水平分量或垂直分量地震道记录叠加合成新的水平分量和垂直分量的地震道记录后,都只剩一些高频干扰信号,即说明类似实际工程中的炸药爆炸等震源,在垂直及其它具有相互对立方向上产生的地震波场在我们研究范围内的特征几乎可相互抵消,因此,本文的数值模拟计算时模拟震源子波加载方向为水平指向掌子面开挖方向。(2)模型波场快照显示在岩体中体波均以球面波的形式传播,并且随着距离的增大其能量不断衰减;能量较强且传播速度较慢的波是横波,能量较弱且传播速度较快的波是纵波;在相同分量下,隧道介质相同、溶洞填充介质相同时,直径大的溶洞反射的能量较强,直径较小的溶洞的反射能量较小;直达纵波和纵波反射波的水平分量能量较垂直分量强。(3)地震道记录中,模型其他参数均相同时,直径较小溶洞模型各反射波能量较弱,反之直径较大溶洞模型各反射波能量较强;在模型其他参数均相同时,距隧底较近的空洞模型各反射波在地震道记录中的时间稍短;在模型其他参数均相同时,水填充溶洞模型反射波能量较空洞模型反射波能量强。(4)波场分离后的纵波和横波一致性较好,具有较高的辨识度;垂直分量对横波的响应更敏锐,各模型垂直分量波场分离结果较水平分量波场分离结果好。(5)根据较快到达和辨识度较高的反射纵波到达第一道检波器和最后一道检波器的走时,计算的溶洞位置结果可靠性较高。