中国地球物理学会铁道分会

中铁隧道勘测设计院有限公司

中铁隧道院铁路工程物探发展历程

中铁隧道勘测设计院有限公司（简称中铁隧道院）物探工作自1978年成立物探队以来，历经30多年的发展，已经成为一支技术力量雄厚，设备先进，能够承担大型铁路、公路、水利水电等工程的综合物探工作的队伍。

一、机构、人员、设备

1.机构设置与变革

中铁隧道院物探专业队伍经历了物探队、物探组、物探室、物

探所等四个阶段。

1978年11月,铁道部批复隧道工程局勘测设计处成立,下设勘测设计队、

测量队、物探队, 物探队承担全处的物探内、外业工作。从1982年至今，物探专业的设置及归属部门变化频繁，1982年9月撤销物探队，改为物探组，归属地质队；1986年，由于隧道工程局勘测设计处改为隧道工程局勘测设计院，院机构设置调整，物探专业组归属地质勘探科；1988年4月，院撤销设计一科、设计二科、地质勘探科，统一调整合并，成立设计科，设计科为设计院的生产承包职权单位。1990年12月，撤销设计科，成立设计部，调整成立8个生产设计室（线路、桥隧、地勘、房水电、施预、电算、科情及文整等室），物探组归入地勘室。2001年1月，物探组归入工程监理部；2002年12月，撤销地勘室、岩土一公司、岩土二公司，成立工程勘察分院，物探组归入工程勘察分院。

2002年12月至今，物探专业一直归属工程勘察分院，但是经历了从组→室→所的变革。2009年3月，根据生产及科研需要，工程勘察分院成立了物探室；2011年1月，在工程勘察分院成立了物探所。

2. 专业人员的变化

1978年11月，物探队成立，人员组成主要有铁二院的物探队和铁四院的部分物探人员。成立之初，全队大约30余人，技术人员有10人，爆破工、电探工20人，其中工程师有2名。后改为物探组后，全组人员长期保持在10人左右，其中高级工程师1人，工程师3人；物探室成立时，全室有8人；2011年1月，工程勘察分院成立了物探所，由院发文任命一名副总工主管物探专业，物探所设置正、副所长各一名。全所有15人，其中高工1人，工程师3人，助工3人，爆破工3人，电探工5人。

3. 物探设备

物探队成立之初，全队有Cs2-61磁力仪、Jdc-2测井仪、JwJ-1微电极系、JNZ-1泥浆电阻仪、JJw-1井温仪、DDC-2电子自动补偿器、JJy-1井径仪，可进行电测深、电剖面、充电法等直流电法勘探和电测井。进入八十年代后，陆续引进了美国、日本以及国产的JJX-3测斜仪、Es2415f信号增强型地震仪、OYO3000系列测井仪、JZ4-1四笔自动测井仪、JF2-1放射性测井仪、TYCS-1声速测井仪、OYO5217A型新型声波测试仪、JJX-3A测斜仪等设备，可开展多种方法的综合物探，提高了工程物探的技术水平和岩石物性参数的测定结果。进入九十年代以后根据生产需要引进了Mir-1b多功能直流电法仪、JW-4地下电磁波仪、BK-6A型地下金属管线仪、WGMD-1型高密度电阻率测量系统、RSM-24FD型工程动测仪、TSP202超前地质预报系统，其中TSP202超前地质预报系统是国内首家运用于隧道施工阶段，对隧道掌子面前方的地质状况进行探测预报，最大探测距离可达150m，有效地指导施工。

进入二十一世纪之后，为拓宽生产领域，通过自筹和工程总公司划拨，引进了CR-20B探地雷达、SE2404EX型综合工程探测仪、E60BN型电法仪以及RS-ST01C超声仪、RS-1616K工程动测仪、HY-303 、HY-304红外探测仪，TSP200、TSP203（plus）超前地质预报系统、YD32高分辨直流电法仪、RAMAR CUⅡ地质雷达、意大利IDS地质雷达、SIR-20地质雷达、EH-4大地电磁仪、RAMAR CUⅢ、RAMAR CUⅢM探地雷达、RD8000管线仪等设备。

二、技术发展

1. 综合物探的应用

随着科学技术的发展，在地质勘探手段中，物探方法得到了有效应用，尤其是综合物探，通过多种方法对地质异常进行解译判释，使得地质勘探水平提高到一个新的台阶。

在大秦线军都山隧道、侯月线云台山隧道、南昆线米花岭隧道、内昆线二道桥至昭通北、渝怀线金洞隧道、宝兰客专朱家山隧道与太宁隧道、云桂线红石岩隧道、成兰线上漳隧道、太兴线二青山隧道、山西中南部铁路通道工程南吕梁山隧道、杭黄铁路紫高尖隧道勘察阶段，采用了电法、地震折射法、地震反射法以及电测井、大地电磁等方法对隧道进、出口、洞身地段、桥址进行综合勘探，提供了比较准确的物性参数，为地质勘探成果提供了依据。在内昆线铜厂滑坡体的勘探中，通过高密度电法、电测深以及地震折射波法、电测井，配合钻探，判断解释了滑坡体的位置以及对隧道的影响程度。

2.2大地电磁测深仪的应用

大地电磁测深法勘探包括音频大地电磁（AMT）和可控源音频大地电磁（CSAMT）法勘探，在上世纪90年初才在资源勘探、地热开发及深构造应用中开发应用。

在渝怀线金洞隧道（长9320m，最大埋深1000m）的勘察过程中，除了采用常规的物探方法外，还与铁一院合作，采用V5大地测深仪查明隧道的断层位置和产状、破碎带的宽度及含水情况，并对沿线岩溶发育程度进行分段等。

2009年，由于铁路项目的高速发展，同时为提高我院的勘察能力及勘察水平，我院购置了2台EH-4连续电导率成像系统，该设备为世界首创的变频率电磁测深系统，有效勘探深度2-1500 m，通常在1000 m左右，具有较高的分辨率，为探测某些小的地质体和区分电阻率差异不大的地质体提供了可能。自2009年以来，利用该设备先后进行了十余条国家重点铁路工程项目长大隧道的勘察。云桂铁路红石岩隧道(正洞全长14580 m，横洞、斜井及平导共计14024 m，最大埋深470 m)，是铁道部I级风险隧道和云桂铁路云南段重点控制工程，我院利用EH-4连续电导率成像系统联合钻探查明隧道断层、岩溶发育状况以及地下暗河的走向。

3. 以物探为主的超前地质预报在隧道施工阶段发挥重要作用

安全和质量是铁路隧道施工过程中永远需要高度重视的话题，为了保证施工安全，降低风险，特别是岩溶隧道的突泥突水风险，施工过程中需要采用相应的手段进行超前地质预报。1986年大秦铁路军都山隧道施工时国内首次采用超前地质预报，但方法和手段较少。1996年，在西安安康线秦岭隧道（18.48Km）施工阶段，引进了当时世界上最先进的TSP202超前地质预报系统对该隧道进行地质预报，最大预报距离可达150 m。

2001年渝怀铁路圆梁山隧道(11068m，最大埋深480m)存在诸多地质问题：大型高压富水深埋充忿细沙溶洞，岩溶高压突泥涌水、软岩大变形、断层破碎带及煤层瓦斯、天燃气等，其深埋富水充填型溶洞施工为目前国内外罕见，为解决以上地质问题，采用了HSP声波反射法、TSP202、红外线探水、地质雷达、负视速度法、声波CT、超前钻探等综合地质预测、预报方法，可以比较准确地探明掌子面前方的地质情况，为动态设计和施工提供了准确可靠的地质信息。

襄渝二线新大巴山隧道全长10658 m，是襄渝二线最长的隧道，全线关键控制性工程, 隧道地质异常复杂，隧道通过地段存在岩溶、高压突水、断层破碎带、旧煤窑采空区、煤层瓦斯、岩爆等不良地质,可溶岩地段长9900 m，占隧道总长度的93%，集中突水、突泥频发，日平均涌水量超过36.5万m ³ /d。针对以上所述的地质情况,为保证隧道施工安全，我院购置了YD32A防爆型高分辨直流电法仪，主要针对地下水较发育的可溶岩地段开展地质预报，最大预报距离可达140m，并将该种方法的地质预报作为科研课题开展研究。该课题获中铁隧道集团科技进步二等奖，地质预报QC小组获得铁道部优秀QC小组。

在此后的厦深、贵广、沪昆、晋豫鲁铁路通道、南广、云桂、宜万、渝利、六沾线等地质条件复杂的长大隧道施工中，重点采用物探手段进行超前地质预报工作也取得重大成果，其中贵广土建一标利用地质雷达和超前探孔连续两次预报出岩溶裂隙，避免了隧道出现突水、突泥的地质灾害，受到业主贵广公司全线通报表彰，而且我院的地质预报作为样板参加了全线的经验交流。

4. 计算机技术的应用

二十世纪八十年代，以信息处理为主的计算机技术迅速发展。92年与能源部、水电部北京勘测设计院合作，改进了地震仪的采集系统，引进、完善了浅层地震反射波方法及数据处理软件，首次实现了以计算机代替人工进行资料整理计算，提高了资料处理的效率和精度。

三、业务建设

物探专业成立之初，设备以电法仪器为主，勘探方法单一。1982年通过利用日元贷款引进了Es-2415f多道地震仪，派多人参加该种新型仪器的使用培训，并在随后的京原线雁门关隧道、大秦线军都山隧道勘察中得以应用，丰富了我院的物探勘探手段，一定程度上提高了物探勘探水平。

1996年，引进了当时世界上最先进的TSP202超前地质预报系统，该设备主要用于西康线秦岭特长隧道施工阶段的超前地质预报。这种仪器是新型仪器，采用的是新方法，我院6人次参加了这种仪器的操作使用培训，并在六枝线、株六复线开展隧道超前地质预报，在工作实践中总结经验，加以改进，将激发使用的炸药由高爆炸药黑索金改为普通的乳化炸药，安置接收器的混凝土原是从国外进口，改变为就地取材，使用工地的混凝土，极大地节约了成本，而预报的效果不受影响。TSP202超前地质预报系统的应用，拓宽了物探专业的应用市场。每逢引进新型设备和新方法，物探专业都派人参与培训，据统计，建院以来，我院物探专业接近百人次参加各种新技术、新方法的培训，极大地提高了物探专业技术人员的业务水平，同时拓宽了我院的物探勘探领域。

1999年，中铁隧道院自筹资金购置了RSM-24FD工程动测仪，并于2000年2月应用于我国首条高速铁路-秦沈客运专线的桩基检测。2001年8月，中铁隧道院派4人参加了由铁科院举办的铁道部第五期铁路工程桩检测资格培训班，所有学员均取得两种方法的基桩检测上岗证书，中铁隧道院获得基桩检测甲级资质证书。中铁隧道院参加了由铁科院举办的铁道部铁路工程基桩检测员培训班，4人获得静载合格证，4人取得钻心法合格证，同时，中铁隧道院获得了基桩检测静载法和钻心法的甲级资质。至此，中铁隧道院具有四项基桩检测的甲级资质。

2009年，以物探专业为主的检测一室配合院检测中心通过了国家CMA认证，获得单桩桩身完整性三种方法以及隧道衬砌厚度检测两种方法的资质。

30年来，物探专业在各类杂志上发表论文十数篇。

参与编写《铁路隧道超前地质预报技术指南》、《地质超前预报》、《青岛胶州湾隧道工程科研与实践》。

编写各类作业指导书10余种。

四、重大工程项目和科技成果

1. “大秦铁路军都山隧道”获1991年铁道部优秀勘察三等奖，1991年度国家工程建设设计金质奖章。

2. “内昆线二道桥至昭通北勘察”获2004年度中国中铁股份有限公司优秀勘察三等奖。

3. “新建铁路渝怀线金洞隧道地质综合勘察”获2007年度铁道部优秀勘察二等奖。

4. 渝怀线圆梁山隧道“高压富水岩溶深埋特长隧道修建技术研究” 获2007年度河南省科技进步一等奖。

5. 《南吕梁山隧道水文地质专题研究报告》获2010年度中国中铁优秀咨询一等奖、国家优秀咨询二等奖。

6. “广州仑头-大学城隧道地质勘察”获天津市2011年度海河杯优秀勘察三等奖。

7. “深圳市供水网络干线工程”获2011年度广东省优秀工程勘察二等奖。

五、主要成就

1. 工程物探

从1978年以来，物探专业人员从采用单一的直流电法勘探手段发展成为具有直流电法、电磁波法、弹性波法、测井等多种手段的综合物探勘察，勘察的领域从陆地扩展到海上。在铁路工程方面，先后参与了黄河水下铁路隧道、朔石线、衡广复线、侯月线、南昆线、内昆线、渝怀线、衡茶吉线、云桂线、宝兰客专、成兰铁路、杭黄线、太兴线、山西中南部通道工程、金温铁路扩能改造项目等数十条国家铁路干线的勘察设计；公路、水运工程方面参与了合芜高速、晋阳高速、深圳东部供水网络干线工程等项目的勘察设计，市政工程方面完成了广州仑头-大学城沉管隧道、汕头海底隧道的勘察。所完成的隧道勘察长度多达300km,已经建成的隧道通车里程约100km。

2. 无损检测

1999年年末利用低应变反射波法参与了国内首条高速铁路-秦沈客运专线的基桩检测,2001年取得基桩检测资质后，依此为基础,先后参与了西合线、宜万线、洛阳王城大道跨陇海线立交桥的基桩检测,由最初单一的低应变反射波检测发展到具有低应变、声波透射法、静载荷、钻芯法等四种基桩检测方法。

2002年引进探地雷达后，首次采用地磁反射波法在渝怀线金洞隧道开展隧底探测；2005年购置了瑞典MALA/GPR CUⅡ型探地雷达，采用雷达法开展隧道二衬、挡墙无损检测业务，先后参与武康二线03标、合武铁路安徽段Ⅲ标、宜万铁路15标等工程的混凝土质量检测任务。

洛湛铁路检测六标全长99.6Km，是一个综合性的检测标段，标段内含53座大、中、小桥，20座隧道以及软土路基、挡墙、抗滑桩等。我院采用雷达法开展隧道、挡墙的检测；直径2米以下的桩基采用低应变法检测，直径2米以上的桩基采用声波透射法检测；对碎石桩、挤密桩、砂桩采用动探法检测；对粉喷桩、悬喷桩采用取芯法检测，采用静载荷试验对各类桩经处理后的地基承载力进行检测。共完成各类桩基检测2900根，隧道及挡墙70000测线米，确保了工程质量。

3. 超前预报

1996年引进TSP202超前地质预报系统之后，预报手段和预报水平提高到一个新的台阶。以该设备为载体，中铁隧道院承担了《TSP202超前地质预报系统应用技术研究》科研项目，并于1999年10月通过隧道工程局鉴定，获得隧道工程局科技进步四等奖。

2001年渝怀线圆梁山隧道开工之后，负责该隧道的超前地质预报。由于该隧道地质情况异常复杂，岩溶发育，地下水丰富，除采用TSP202超前地质预报系统、超前水平探孔、地质素描之外，于当年8月，我院购置了HW-303红外探测仪，对隧道内的地下水进行预报，最多可探测掌子面前方30m范围内地下水发育状况。为提高探测精度，技术人员经过反复探索，总结经验，改进了隧道边墙、拱顶的测试长度，由30m提高到50m。2002年引进地质雷达后，利用雷达法对掌子面前方进行地质预报，尤其对含水地段有效，预报长度最多可达30m；同时联合铁科院西南所、铁二院开展HSP、负视速度法等其他方法的地质预报，并将岩溶预测预报作为子课题列入《高压、富水、岩溶特长隧道修建技术》科研项目，经过研究应用，形成了包括超前探孔、地质素描、地质雷达、红外线探水、TSP202的超前地质综合预测、预报技术，可以比较准确地预报掌子面前方30m的地质情况，尤其是隧道开挖轮廓线外10m范围内溶洞位置及范围，准确率达到90%以上。科研项目先后获得河南省及中国中铁科技进步特等奖。通过圆梁山隧道的超前预报，构建并完善综合超前地质预报技术体系，形成长、中、短等三种距离的超前地质预报。2006年引进的YD32A防爆型高分辨直流电法仪，可以在瓦斯隧道进行地质预报，在襄渝二线新大巴山隧道承担的《直流电法三极超前探测在隧道内超前探水的应用研究》获2009年度获中铁隧道集团科技进步二等奖。

主持编写的《铁路隧道超前预报技术指南》于2008年8月1日起施行。该指南填补了国内隧道及地下工程领域超前预报专项技术标准的空白。至此，隧道超前预报技术做到了有章可循。目前，铁路、公路、市政、水利等诸多行业的隧道施工中，隧道超前预报技术的开展，基本都以《铁路隧道超前预报技术指南》为基础。

基于科学施工、和谐发展的建设理论，超前地质预报工作在隧道施工中越来越重要，对地质条件较为复杂的长大隧道，作为一项重要的安全措施，一般重点采用物探手段进行超前地质预报。近三十年来，中铁中铁隧道院有限公司在施工超前地质预测预报领域，参加了多项铁路、公路、水利水电隧道及地下储气库工程的超前地质预报工作，内容涉及岩溶高压富水、突水突泥、硬岩岩爆、软岩变形、煤层瓦斯突出、放射性、采空区、特殊岩土等多种复杂地质课题，累计完成约200km，在建约300 km。

除了山岭隧道的勘察、地质预报之外，物探专业人员积极开展市政项目。利用电法仪、探地雷达对古文物和地下空洞进行勘察；利用管线仪、地质雷达对地铁、煤气管道等工程经过地段的地下管线进行探测和定位。

目前中铁中铁隧道院利用物探设备可解决以下问题：

（1）铁路隧道综合物探；

（2）城市地下金属与非金属管线探测；

（3）隧道及地下工程施工超前地质预报；

（4）基桩完整性检测；

（5）城市地基勘察；

（6）古文物及地下空洞勘察；

（7）隧道及地下洞室衬砌质量检测和隧底探测。