中国地球物理学会铁道分会

铁路工程物探科研、专利与规范(铁三院许广春)

铁路工程物探科研、专利与规范

一、铁路工程物探科研项目综述

（一）、概述

1.科研数目

铁路工程物探是铁道部完成科研项目最多，共立项省部级科研项目48项，司局级科研项目53项。

2.科研原则

铁路工程物探的科研开发始终遵循由生产中来，应用到生产中去的原则，其研究对象贯穿铁路勘察、施工、运营的各个阶段。

3.科研内容

重点解决勘察期间遇到的重大地质问题，主要集中在长大隧道、岩溶（洞穴）、采空、地下水等方面。

（二）、以年代为序进行梳理

1.六十年代

铁路工程物探开展于上世纪五十年代，科研开发起步于六十年代。初期直流电法为主要方法，曲线解释采用前苏联量板，量板曲线少，物探解释精度低。1963年6月，铁四院在刘宝亨的主持下开展部控科研项目《对称电测深二层及三层量板》的研究，计算并绘制了二层、三层量板162幅，绘出了电测深理论曲线1994条；精确计算并绘制了辅助量板、作图量板23幅。该成果于1969年内部发行和1973年公开出版发行，并在1978年获全国科学大会奖。其后，1964年铁三院参与部颁科研项目《提高物探解释精度》子课题《物性参数测定与应用》。

2.七十年代

七十年代，国家进入困难时期，铁路工程物探科研发展缓慢。1971年10月铁一院谢明魁研究提出 “二次时差法”找水，并专门研制数字式JSC2地下水探测仪；1973年国产第一台STC-1型岩石声波参数测定仪由铁科院西南研究所与地矿水文四大队共同研制成功；1975年铁三院承担部级科研项目《激发极化仪的研究与激发极化法寻找地下水的试验》；1975年铁四院开展院控科研项目《音响勘探》的研究，研制出SK-1D水声勘探仪（浅层剖面仪），成为这个时期的亮点。

3.八十年代

八十年代，铁路工程物探科研呈现快速发展的局面，铁路工程物探开始走出国门，并利用外资贷款首次批量引进多种设备，该时期的科研多结合仪器的引进或研发进行方法的研究。铁三院1980年课题《激法激发极化法找水机理研究及仪器制造》、铁一院1982年课题《梅洛斯仪器探测煤窑采空区》、铁三院1982年课题《垂直磁偶源频率测深试验》、铁四院1986年课题《浅层地震反射波法方法技术研究》、中铁西南院1980年《盐湖暗洞声波探测方法研究》、1982年课题《隧道岩体声波探测技术》都紧密结合某种设备进行某特定问题的研究。

需要特别提出的是，铁四院在1985年开展的课题《中南华南地区弹性波探测隧道围岩完整性研究与应用》是我国率先开展的隧道弹性波围岩分类（分级）项目。首次提出隧道围岩纵波速度和隧道设计围岩等级的对应关系，物探成果直接指导隧道设计，成为各类地质规范引用的范本，为我国的隧道施工留下极其宝贵的财富。

4.九十年代

九十年代，铁路工程物探科研成长壮大，不再满足于方法的基本应用，科研以提高工程物探的精度和勘探的大深度为主要目的。

①勘察方面。铁一院1993年课题《大地电磁勘探》进行大深度隧道的勘察研究；铁二院1994年课题《路基煤洞探测判释及防治技术》、1995年课题《提高物探探测地下洞穴的应用效果》均是为提高浅层地下地质异常体勘察精度所进行的研究；铁三院1991年课题《浅层横波反射波法试验研究》为提高第四系分层及浅层采空区分辨率开展研究。

②施工方面。隧道地质超前预报的科研是该时期最重要的部分，其对于我国的隧道施工具有极大的指导意义。1990年8月铁道部科技司批准，多个单位联合承担《隧道开挖工作面前方不良地质预报》课题，铁一院承担地震反射法（负视速度法）研究、铁科院铁建所承担地震（高频）反射法（小偏移距单点剖面法）研究、铁科院西南分院承担水平声波剖面法研究、中铁物探中心地质雷达法研究、北方交大承担CT 技术应用研究，研究出一套适合施工开挖面前方综合预报技术及相应设备。

③运营方面。主要针对病害进行防治，中铁物探中心在1997年开展了《地质雷达法检测隧道衬砌厚度及回填情况技术研究》、中国铁路工程总公司设计部在1997年开展了《干线提速路基基础稳定性检测技术》研究。

5.2000年以后

2000年以后，铁路工程物探科研在提高方法解译精度的前提下，呈现出开展综合物探模式研究的趋势。

铁二院2006年课题《铁路长大隧道综合勘探及集成技术研究（子课题３长大隧道物探技术及其参数与岩土参数的关系研究）》研究各种物探方法的组合模式，对不良地质体进行综合确定，并根据音频大地电磁法资料所判释的Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类异常，为隧道围岩级别的划分提供了比较可靠的基础资料。

铁二院2006年课题《铁路路基岩溶综合物探方法技术》提出铁路路基岩溶物探模式，提出四级对称直流电测深法岩溶异常判据。首次把地震反射与散射联合成像法和超高密度电法用于岩溶土洞探测；铁三院2003年课题《深大特长隧道综合物探技术方法研究》初步尝试了应用有源、无源大地电磁测深和综合测井相结合的方法，利用彩色分级图直观的展示软硬岩石特征信息进行隧道围岩分级，扩展了大地电磁成果的使用范围。

铁三院2005年课题《运营路基安全状态快速无损检测系统的研究与推广》以地质雷达、瑞利波和Evd方法为主，结合轻型动力触探、地基系数K30、击实试验、核子密度仪、灌沙法等传统试验方法进行相关分析和验证，总结出一套完整综合的、适用于运营路基检测的快速无损检测系统；2007年课题《井间岩溶探测方法研究》，研究地震CT、管波、钻孔、井中电视方法的适用性及优势特点，提出适合于井中岩溶勘察技术最佳组合模式为地震CT与管波探测综合技术；铁四院2006年课题《复杂岩溶隧道施工地质超前探测成套技术研究》探索不同岩溶情况下（如岩溶洞、岩溶水、暗河、断层、裂隙等）的最优超前预报组合方法。

6.其它

铁路工程物探在软件的研发方面也进行了探索，中国铁路工程总公司设计部在1999年开展《铁路地质综合勘探方法专家决策支持系统》研究，并编制该系统的软件；铁二院在2010年开展《铁路工程跨孔电磁波层析成像（CT）精细化处理技术》研究，自主研发跨孔电磁波层析成像（CT）系统，提高解释精度；铁三院在2004年开展《工程物探计算机正反演技术与成图软件的开发》开发基于CAD编程平台的电法反演系统、剪切波测试解释系统、地震折射波法解释系统；2010年开展《新型地下管线探测一体化系统开发与应用的研究》编写地下管线探测一体化系统软件，实现地下管线外业探测、测量、成果编制一体化。

铁三院2010课题《应用大地电磁测深技术进行隧道围岩分级的研究》在收集既有大地电磁资料和已施工开挖的隧道围岩分级资料的基础上，尝试给出类似地质条件下，常见围岩的电阻率变化范围，初步提出电阻率与隧道围岩分级对应关系表，对今后长大深埋隧道的围岩分级具有较强的指导意义。

（三）、科研特点

1.铁路工程物探科研大型课题多采用联合方式，部分联合国内高校，在其理论指导下，密切结合生产实践，在大量工程实例的支撑下，提出符合铁路特点的解决途径，形成一套独有的工程勘探体系；

2.铁路工程物探的科研总体遵循两个思路，一是对某种方法进行深化研究，其目的首先是充分掌握该方法，并根据铁路特点，进行改进以期增强该方法的适应性，提高该方法的勘察精度和分辨率；二是针对某个重要的问题进行综合物探模式研究。该思路是由于碰到的地质问题较为复杂，地下介质的物性差异较小或赋存状态非常复杂，需要进行多种物性参数的综合判断以期增加物探解释的准确性。

3.各单位都有其特色的研究方向，这由其地域特色所决定，但也可发现在同一时期又有类似的研究课题，说明该问题普遍存在；

4.铁路工程物探在直流电法的应用、隧道大地电磁的勘察，隧道地质超前预报、岩溶的精细化勘察方面做出重大贡献。

四、铁路工程物探重点科研项目选编

铁路工程物探六十周年主要科研项目共计101项，本节选编重点科研项目27项。选编项目或具有开创性或具有典型性或对后续工作开展具有深远影响。重点针对铁路工程物探勘察中遇到的重大地质问题，如长大隧道、岩溶（洞穴）、采空、地下水等方面。

五、铁路工程物探专利项目

V8”双发多收”数据采集方法、运营路基安全状态快速无损检测方法、一种适合TBM施工的地质超前预报技术。

六、铁路工程物探规程规范及相关技术规范

铁路工程物理勘探规范(TB10013-2010,J1089-2010)
铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设[2008]105号）等

铁路工程物探科研、专利与规范(铁三院 许广春)

铁路工程物探科研、专利与规范

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