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应用同性点源之间的相斥和聚焦原理,设计出适合坑道空间的垂直聚焦超前探测方案.利用有限元法结合高效行压缩存储格式及迭代求解算法,对三维坑道空间中聚焦超前探测效果进行模拟研究.数值计算结果与土槽物理模拟实验结果对比,说明设计方案达到1了聚焦超前探测的目地.通过坑道复杂模型计算,表明垂直聚焦观测方案能够有效探测前方和旁侧存在的不良地质体.