中铁大桥勘测设计院集团有限公司
中铁大桥院铁路工程物探发展历程
中铁大桥勘测设计院集团有限公司(简称中铁大桥院)的前身是1950年成立的铁道部设计局武汉大桥设计组,1958年划归铁道部大桥工程局,为大桥工程局勘测设计处。2003年完成公司制改造,成立了中铁大桥勘测设计院有限公司。2011年升格为正局级单位,由中国中铁股份有限公司直接管理,并成立了中铁大桥勘测设计院集团,公司更名为“中铁大桥勘测设计院集团有限公司”。
1955年~1977年
中铁大桥院物探工作始于1955年铁道部在兰州举办的第一批物探培训班并统一引进的一批原苏联产电法仪(АЛ-1电位计)后,11月派张玉善等同志到地质部南满物探队学习。年底成立物探组,张玉善同志任组长。
1956年初,在宜宾岷江大桥草勘引桥陆地勘察中,首次开展了电法勘探。
1957年成立物探队,张玉善同志任队长。在禹门口黄河大桥草勘中,在水域及陆地开展了电法勘探。架设了跨河钢缆,固定测量工作船和专用三极测深电缆。禹门口黄河大桥水上电法的开展,为中铁大桥院开展水上物探打下了基础,开创了铁路水上物探第一例。
1958年~1964年期间,先后完成了芜湖长江大桥(广福矶、四褐山、荻港等桥位)初勘、南京长江大桥初勘、九江长江大桥(九江、武穴桥位)草、初勘、枝城长江大桥初勘、江西湖口大桥草勘等十余个桥梁的物探任务。其中在九江长江大桥勘察中,进行了大面积的物探工作,划分了泥岩和可溶砾岩的分布范围和分界线,为最后确定桥位提供了依据。
1966年~1977年期间,物探工作中止十年。
1978年~2002年
1978年重建物探队,张玉善同志任队长。先后购置了一批国产物探仪器,电法仪(DDC-2)2台、4道和24道地震仪各1台。1982年接收了一批铁道部统一引进的较先进的物探仪器设备,有美国Geomention产ES-2415F地震仪,日本OYO产3000系列测井仪、5217A声波仪,美国BISON产跨孔剪切波测深装置等。中铁大桥院物探工作由单一的电法勘探方法向电法勘探、地震勘探、测井等综合物探方向发展创造了条件。选派人员到长江水利委员会物探队、江汉油田勘察公司等单位培训、跟班作业,学习地震折射勘探和测井技术,培养了一批地震仪操作员、爆破员、测井仪操作员。在武汉市郊开展了地震折射法勘探试验。物探队有电法组、地震组、静力触探组。
1979年,中铁大桥院物探队先后承担了京秦铁路滦河大桥初勘电法勘探、九江石化总厂专用铁路八里湖大桥水域、陆地电法勘探;1980年合裕铁路裕溪河桥电法勘探;1982年桂林雉山漓江桥水域、陆地电法勘探。1982年前,中铁大桥院物探工作方法单一,只有电法勘探一种方法,在岩土层电性差异大的桥址,能够探明出岩石埋深和不同岩性的分界位置;在岩溶发育桥址,能够划分出岩溶的发育范围。
1983年承担了京九铁路黄河大桥鱼山桥位草勘任务。鱼山桥位位于山东省东阿县鱼山附近,是京九铁路的比选桥位。草测阶段未安排钻探工作。勘察中采取了“地质调查测绘—综合物探—静力触探—资料分析整理”的综合勘探模式。根据收集资料和地质测绘,桥址区表层为粉细砂,下覆基岩为灰岩,岩土层物性条件好,采用了电法勘探和地震折射勘探,两种方法相互验证、补充。静力触探孔有针对性的布置,一方面验证物探解释的岩面埋深,另一方面获取覆盖层的力学参数。仅用10天时间完成了两个桥位的外业任务。
1983年底,物探队队长张玉善同志调任大桥设计处付总工程师,朱全宝同志任队长。
1984年~1986年,先后承担了武汉长江二桥、焦枝铁路黄河连地大桥等多项物探任务。开展的方法有电法勘探、地震折射勘探、综合测井等。
1984年底,物探队伍建制进行了调整,撤销物探队,成立物探组,夏支埃同志任组长,人员由30余人减少至15人,人员结构以工人为主变为以技术人员为主。人员减少了,开展的方法反而多了,采取“一专多能”、“内外业结合”的管理方式,一项工程,按方法确定技术负责人,其他方法的人员积极配合。
1986年度一次性接收了三名物探专业大学毕业生,五名委托铁三院培养的工人中专毕业。1987年初恢复了物探队建制,邓泽洪同志任队长。
1987年,在钱塘江二桥技勘,开展了声波测井和电测井。声波测井采用的仪器是经过改造的日本OYO-5217A声波仪配国产一发双收换能器。OYO-5217A声波仪自1982年引进以来,主要用于测试岩石样品的纵横波速度,应用率不高,在湖南湘潭无线电厂的支持下,对仪器进行了改造,一是变一发一收为一发双收,二是配用与之匹配的换能器。钱塘江二桥工地声波测井的开展后,声波测井在中铁大桥院承担的桥梁勘察中得到广泛应用。
1988年上半年,《铁路工程抗震设计规范》(GBJ111—87)颁布,在京九铁路孙口黄河大桥初勘开展了剪切波波速原位测试。开展的方法为检层法,测试仪器为ES—2415地震仪,测试探头为自制的外径φ97mm的井中三分量检波器。1982年引进的美国BISON产跨孔剪切波测深装置,其井中三分量检波器,外径过小(φ50mm),且自重轻,不适应工程钻孔覆盖层孔径大(大于φ110mm)、钻孔泥浆稠的需要,中铁大桥院物探队利用现有的国产27Hz检波器、φ97mm钢管,自制了井中三分量检波器,满足了生产需要。检层法剪切波测试方法于同年通过了武汉市地震办公室组织的测试资格考试。取得了在武汉地区开展此方法的资格证书。检层法剪切波测试成果获1988年度大桥工程局科技进步二等奖。
1988年下半年,中铁大桥院物探队承担了汕头海湾大桥初勘北引桥物探任务,勘察目的是探测覆盖层的埋藏深度,开展的方法有电法勘探、地震折射勘探。
1989年,承担了武汉长江二桥详勘综合测井任务。武汉长江二桥基岩为白垩—第三纪的砂岩、砾岩。砾岩由于胶结物不同,分为强胶结(钙质胶结)、中胶结(泥钙质胶结)、弱胶结(泥质胶结)砾岩,且由于砾石粒径大小不一,大的如饭碗,小的如豌豆,钻探取芯困难。为弥补钻探取芯率低,准确划分不同胶结层的界面,开展了综合测井,利用不同胶结层的电性差异,用电测井划分出不同胶结层,用声波测井测定其弹性参数。该成果获得1989年度大桥工程局科技进步四等奖。同年5月还承担了鄂州长江大桥草勘的物探任务。
1990年,物探队承担了芜湖长江大桥东西梁山桥位草勘,开展的方法是地质测绘和电测深勘探。长江航道东西梁山段,两岸的东西梁山形成节点,至北向南的河道在此由约2000m变为900余米,水深流急,最深处达30余米,来往船只频繁,船型以万吨级船队和运沙船为主。深水域电测深勘探难度大:测量装置的选择、水上电缆的布设等。由于勘探深度要求达100m以上(另据北岸过江电塔的资料和陆地电测深,基岩埋深约60m),确定采用三极电测深装置,测深装置顺江布置,跨江电缆沉江底。 “长江深水域电法勘探技术”获1990年度大桥局科技进步二等奖。同年,物探队还承担了武汉阳逻长江大桥、湖北荆沙长江大桥、郑州黄河新桥的勘察任务。
1991年上半年,物探队先后完成了浙赣铁路樟树赣江大桥江中残留钢梁探查、石长铁路沅江桥、湘江桥初勘物探任务。为ES—2415F地震仪配置了数字I/O接口和反射勘探数据处理软件,配置了笔记本电脑,既解决了地震仪打印问题,又实现了地震资料的存储和处理。同年底在武汉等地开展地震反射勘探试验。
1992年,邓泽洪同志调任勘测总队副队长,王自民同志任物探队队长。
1992年在芜湖长江大桥四褐山桥位初勘中,首次采用地震反射勘探技术。为发展铁路水上物探技术,中铁工程总公司经过调研,用世行贷款,引进一套美国产MEP—305系列浅层剖面仪(含电火花震源、图形记录仪、放电电缆),交中铁大桥院使用,并承担中铁总公司的勘察任务。该仪器1992年2月运达武汉,3月中铁大桥院组织了有湖北商检局、中铁工程总公司物探中心等单位参加的验收。验收中发现:主要部件放电电缆的缓冲段(灌绝缘油)和放电工作段(灌盐水)未作任何密封处理、电火花震源的工作电压与合同要求不符(为110v)、各设备间没有必备的技术文件等问题。通过中铁工程总公司设计部向代理商索赔,历时半年,外商仅配一台220v~110v转换电源,其他问题没有解决。为满足生产急需,经中铁工程总公司设计部同意,中铁大桥院在铁四院等有关单位协助下,修复了放电电缆,编写了MEP—305系列浅层剖面仪操作手册和各岗位作业细则,于1992年12月在武汉长江水域完成野外试验,获得了理想的实测剖面记录,为开展此方法创造了条件。
1993年2月~5月,中铁大桥院将浅层剖面勘探先后投入京沪高铁南京越江工程上元门、大胜关桥位,武汉白沙洲长江公路大桥,武汉天兴州长江公铁两用大桥,宁波大榭岛跨海公铁两用大桥的勘察中(均为初测,在两岸还开展了浅层地震反射勘探、电测深勘探),实测的浅层剖面勘探图形记录,直观反映了岩土层分层情况,根据浅层剖面勘探成果,指导布置初测阶段有限的钻孔孔位,并得到钻探验证。浅层剖面勘探是“走航式”连续测量,施测期间不占用航道,实时剖面记录,具有传统物探方法无法比拟的优点。同年10月,还承担了铁四院委托的广珠铁路西江等五座大桥的浅层剖面勘探任务。浅层剖面勘探的应用成果获1993年度大桥工程局科技进步一等奖。同年8月,铁道部建设司下文,成立《铁路工程物理勘探规程》编写组,中铁大桥院负责有关水上章节的编写工作。
1994年,中铁大桥院先后承担了芜湖长江公铁两用大桥定测、汕头海湾二桥草勘、武汉天兴州长江公铁两用大桥定测等物探任务,开展的方法有:水上浅层剖面勘探、电测深勘探,陆地浅层地震反射勘探、电测深勘探。同年10月,接收一套中铁工程总公司统一引进的美国产R24数字地震仪,年底将仪器投入武汉天兴州长江公铁两用大桥定测工地。
1995年,先后承担了浙江椒江大桥初勘、杭州钱塘江四桥草勘、温州瓯江五桥初勘等物探任务,开展的方法有电测深和地震反射勘探。在浙江椒江大桥,用R24数字地震仪,首次开展水上地震反射勘探,采用抛锚定位式施测,顺航道布置12道接收电缆(随R24数字地震仪同时引进的美国手雷式水听器电缆),震源采用猎枪弹,完成一个排列采集后,拽缆绳2m后再采集下个排列。同年9月在乌鲁木齐召开的第八届铁路物探工作会上,表彰了一批从事铁路物探40年的老同志,中铁大桥院张玉善同志名列其中。
1996年承担了汕头牛田洋跨海大桥初测,开展的方法有:水上浅层剖面勘探、电测深勘探,陆地浅层地震反射勘探、电测深勘探。
京沪高铁南京上元门过江工程草测阶段,1993年中铁大桥院曾用MEP—305系列浅层剖面仪在桥梁线位开展过浅层剖面勘探,1994年铁四院在隧道线位开展过水域浅层地震反射勘探,过江工程水域有7条地方、部队过江通信电缆。1997年春节期间,为探测京沪高铁南京上元门桥位过江电缆埋藏情况并测试水上物探设备效果,部计划司立项,具体由中铁大桥院承担外业工作。管线探测与中国地质大学(北京)合作进行,采用的仪器是该校研制的管线探测仪(陆地)和交流电法仪(水上)。首先在两岸滩涂和阶地用管线探测仪探测,然后挖探验证,由此确定过江电缆下水的准确位置。分别在两岸电缆下水位置布置大回转线圈供电,由岸边向江中央布置测线,用交流电法仪进行实时探测,确定过江电缆在江中的位置。在后期中铁大桥院水上钻探中,应用管线探测资料,孔位和定位抛锚时,一方面尽量避开管线位置,另一方面,采用石笼作锚具(不采用常规的、具锚刺锚具),顺利完成定测阶段水上50余孔钻探任务。水上物探邀请了国内知名勘察单位,对比浅层剖面、高密度地震波映像和多道地震反射勘探等方法,在上元门水域的地质条件下,均有较好地质效果。同年夏季在江西修水宁红大桥草勘中,开展了水域、陆地电测深。同年底,通过世行贷款引进一套国产SWS—2工程检测仪。
1998年,京山铁路滦河大桥改造。该大桥为日伪时期建造,基础资料匮乏,历经战争、唐山地震,破坏严重。为查明既有大桥沉箱基础的埋藏深度和完整程度,开展了专题探查,采用微分电阻率法探查沉箱基础的埋藏深度,采用沉箱箱体声波速度测试,对比新鲜砼体的速度,判断沉箱箱体的完整性。为既有大桥改造提供了依据。
1999年,承担芜湖长江大桥定测桥位确定在广福矶后,为查明两主桥墩基岩的完整性,开展了水上地震反射和浅层剖面勘探,工作的思路是:在水深、覆盖层性质相近的条件下,基岩反射波组连续的解释为完整性较好,反之为完整性不好。物探成果马上安排钻探验证,为最终确定两主墩提供了依据。
2000年王自民同志调任中铁大桥院党委工作部部长,郭建波同志任物探队队长。
2000年~2001年承担了长江水利委员会委托的随岳高速公路岳阳长江大桥草勘、初勘物探任务,开展的方法为水域浅层剖面勘探、陆地地震反射勘探;2000年底承担了北京水电物探研究所委托的拉丹高速公路青海民和段详勘物探任务,开展的方法为地震反射勘探和面波勘探。2001年底承担了铁四院委托的万宜铁路宜昌过江工程物探任务,开展的方法为水域浅层剖面勘探、陆地电测深勘探。
2002年~2012年
2002年,承担了澳门西湾大桥物探任务,西湾大桥是为庆祝澳门回归祖国五周年,特区政府兴建的一座标志性建筑,连接澳门半岛和氹仔岛。测量定位人员安排在大陆的横琴岛,开展的方法为水上地震反射勘探和浅层剖面勘探、陆地地震反射勘探。下覆基岩为花岗岩,受断裂影响,弱微风化面起伏很大。除沿桥中线布置一条纵向测线外(浅层剖面勘探),主要在墩位附近布置横向测线(地震反射勘探)。水上地震勘探震源为电火花震源,工作方法为定位式,完成一个排列后拉锚缆至下个排列,工作效率低。
2003年初,中铁大桥院勘测分院机构调整,物探技术人员和地质技术人员合并组建岩土工程部,物探工和钻探工、测量工合并组建劳动服务部。郭建波同志任岩土工程部副部长,任分管物探工作。
2003年3月,通过招投标,承揽了国内第一条海底隧道—厦门东通道工程(2005年开工,2010年建成通车,现称厦门翔安隧道,全长6.2km,其中跨海域段4.8km,双向六车道)初步设计阶段的勘察任务。该工程大部分地段被海水覆盖,为详细查明海底地质情况,必须采用有效的地球物理勘探方法—水域浅层地震反射勘探。预可和工可阶段勘察任务是由另外两家国家甲级勘察承担,由于数据采集方法的缺陷,虽单炮记录信噪比较高,但经多次覆盖数据处理后得到的时间-深度剖面上地层界面不连续,海底界面都呈锯齿状,未探明弱微风化花岗岩岩面,也未发现构造异常。经过调研,从激发时间、激发频率、激发能量等多参数比较,选择了合适的激发震源和适宜的采集系统,采用水域浅层地震反射勘探发现了几条与隧道线位相交的构造破碎带处全~强风化带异常深厚而形成的风化深槽/囊。经过钻探验证,证实这些风化深槽/囊的存在。2003年6月,厦门市政府邀请了张宗祜、刘广润、王思敬三位国内工程地质界泰斗和王梦恕、钱七虎两位国内隧道行业权威等七个院士对东通道初勘资料进行了评审。东通道的补充初勘(2003年8月~2003年11月)和详勘(2004年8月~2004年11月)中铁大桥院承担,在初勘、补充初勘和详勘过程中,采用了综合勘探方法,为海底隧道的线位确定、施工方案提供了详实资料。综合勘探方法成果包括:用水域浅层地震反射勘探发现了几条与隧道线位相交的构造破碎带处全~强风化带异常深厚而形成的风化深槽/囊,用海上钻孔跨孔地震波CT勘探查明了钻孔间风化槽边界情况;用钻探验证了海域浅层地震反射勘探成果并查清对工程影响较大的风化槽/囊组成物质的物理力学性质;用海上钻孔抽(压)水试验查明了风化深槽/囊的渗透性能,用渗透破坏理论论证了风化槽的渗透稳定研究;用三维地质数据系统绘制了风化深槽的三维形状;对风化槽的成因进行了分析;建立了海底隧道勘察模式。东通道的勘察成果为海底隧道安全、顺利施工创造了条件,施工期间未因地质原因发生施工变更。东通道的勘察成果获中铁工程总公司科技进步奖和优秀勘察一等奖,湖北省优秀勘察一等奖;作为个人,“翔安隧道施工与运营”由建设单位—厦门路桥建设集团有限公司申报,获厦门市2011年度科技进步一等奖。
2004年至2005年完成了国内第二条海底隧道—青岛胶州湾海底隧道(2011年建成通车)F3断层验证的钻探和施工图设计阶段工程勘察,2010年至2011年完成了厦门第二西通道(海底隧道)的工可、初勘、详勘,2011年完成厦漳跨海通道(海底隧道)工可勘察。
水域浅层地震反射勘探技术先后用于青岛胶州湾海底隧道(2005年)、厦漳跨海大桥(2007年)、福建上岛铁路平坛跨海大桥(2010年、2012年)、港珠澳大桥(2008年)、琼州海峡通道(2010年)、南京纬三路过江通道(2008年)、马鞍山长江公路大桥(2004年)、京福高速公路九江长江公路大桥(2007年)、武汉至黄冈城际铁路黄冈长江大桥(2008年)、宁安铁路安庆长江大桥(2008年)、京福铁路铜陵长江大桥(2008年)、合芜铁路芜湖长江二桥(2009年)等勘察任务。
2012年8月,夏支埃、冯建铭等6人赴柬埔寨,承担了柬埔寨新建柏沙铁路沙密港跨海大桥工可勘察。沙密港跨海大桥跨越3.2km宽的海峡,是柏沙铁路的控制性工程。由于工期紧,中铁大桥院现有的震源设备在短时间内无法运抵柬埔寨。经过反复试验,自制了便携式炮筒震源,随机空运至柬埔寨。采用的方法是海域地震反射勘探和地质填图,在较短时间内完成工可阶段勘察任务。
六十年的风风雨雨,中铁大桥院物探专业从单一的电测深法发展成以水域物探为主、多种方法同时开展的队伍,除水域、陆地地震反射勘探,水域、陆地电测深和高密度电法勘探外,还可开展孔内多参数测试,城市地下管线调查等。物探设备有各类地震仪4台,多功能电法仪5台,地质雷达一台,管线调查仪2台,声波仪3台,孔内横波测试仪2台。物探队伍以技术人员为主,有教授级高级工程师一名,高级工程师四名,工程师两名。
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