隧道含水地质体定量化超前预报是亟待解决的工程难题。基于核磁共振法直接、定量化测水的特点,将地面核磁共振找水技术引入到隧道等地下工程领域中,提出隧道核磁共振超前预报技术,并以理论分析、数值模拟、物理模拟和工程应用等为切入点,对隧道核磁共振超前预报技术进行了系统的研究,探究了隧道核磁共振信号响应特征并验证隧道核磁共振技术的可行性与准确性。本文的主要研究内容如下:通过数值模拟得出了隧道核磁共振信号响应与含水地质体位置、厚度、含水率、含水层数之间,与发射线圈和接收线圈的大小与匝数之间,与地磁倾角和地磁偏角之间,与围岩电阻率以及与探测线圈放置的方向之间关系;在此基础上,分别对一个含水层、两个含水层以及三个含水层等含水地质体的超前探测进行了数值试验,反演得到的弛豫时间与含水率均与原型基本一致,反演效果良好,表明了隧道核磁共振超前探测方法对于单含水层以及多含水层地质体探测的可行性与准确性,同时验证了该理论以及QT反演算法的准确性。在模型试验中,分步骤向含水地质体中注入2m~3、3m~3和4m~3自来水,每次注水一立方米并采集一次数据。通过对隧道核磁共振数据进行叠加、消噪等处理后,反演得含水量曲线图,通过分析得到了核磁共振信号响应与注入水量的之间的关系,主要如下:(1)在进行米级探测线圈的核磁共振超前预报实验中,隧道共振超前探测仪能够接收到信号;(2)随着含水体体积的增加,分别为2m~3、3m~3和4m~3,反演得到的含水量曲线峰值显著增加,体积含水率从0.18增长到1,表明核磁共振技术可以有效对隧道掌子面前方水体的大小进行定量化探测;(3)反演结果能够对含水地质体进行准确定位,得到的含水地质体位置及含水量大小均与物理模型试验相吻合,充分验证了核磁共振超前预报的准确性与有效性。在现场应用试验的过程中,本文以利万高速铁炉坡隧道为研究对象,详细阐述了隧道沿线的水文地质与工程地质条件,并利用隧道核磁共振超前探测方法对目标段落进行超前地质预报。跟踪并详细记录预报段落的开挖情况,开挖结果表明,隧道核磁共振超前预报的结果与实际情况具有很好的一致性。本文验证了隧道核磁共振隧道超前探测技术的可行性和有效性,为隧道核磁共振超前预报奠定了理论基础和实践基础。