中国地球物理学会铁道分会

中国中铁二院工程集团有限责任公司

铁二院铁路工程物探发展历程

1954年4月在铁二院首次把物探应用于黎湛铁路的路基岩溶勘探中，当时使用的物探方法是直流电测深法。我院从当初仅能使用单一的直流电测深法发展为现在已掌握了代表当今世界先进工程物探技术水平的众多物探方法，如大地电磁法（MT、AMT、CSAMT）、地质雷达法、地震反射波法、地震折射波法、瑞雷面波法、跨孔电磁波层析成像法、跨孔地震波层析成像法、综合物探测井等，解决的地质问题也从简单的土石界线划分到岩溶、采空区、深大断裂等复杂工程地质问题探测以及隧道掌子面超前地震预报、隧道和挡墙质量工程质量检测等。

1974年以前，铁二院物探人员主要分属于院各总队，在总队的地质队以物探组形式开展工作。1974年，为加强物探专业管理，提高技术水平，我院把大部分物探人员集中至四川珙县成立物探队，次年物探队基地迁至成都，物探队分期分别直属于院计财处、院地质处、院地路处、院地勘分院、院地勘岩土公司领导。2002年1月物探队直属院地勘分院领导后，改名为工程物探所。2005年8月地勘分院对物探人员进行重新组合，分为工程物探所和工程检测所，即两个行政编制所，并按“所”的命名对其进行相应专业分工。2007年8月地勘分院改制更名为地勘岩土公司，工程物探所和工程检测所随即也下属于地勘岩土公司。2012年10月，中铁二院对物探人员再一次进行整合，把原地勘岩土公司所属工程检测所和工程测试中心单独划分出来组合成立中铁二院直属的智源检测公司，智源检测公司下属工程检测所和工程测试中心，工程物探所仍下属于地勘岩土公司。

现对院物探组织机构人员、仪器设备、技术进步简介如下。

一、组织机构及人员

中铁二院（全称中国中铁二院工程集团有限责任公司）的物探专业人员共计53人，分属于中铁二院地勘岩土公司工程物探所和智源检测公司工程检测所。其中教授级高级工程师2人，高级工程师人15人，工程师人20人，助理工程师8人，技师2人，高级技术工人8人。具有博士学位3人，硕士学位10人。

二、物探仪器设备

现有音频大地电磁仪8套、工程地震仪8套（含1套海上地震勘探仪）、隧道超前地质预报地震反射波仪5套、稳态瑞雷面波仪套，地质雷达4套，红外探测仪5套，基桩动测仪12套，静力载荷测试仪9套，Evd动态变形模量测试仪4套，Ev2静态变形模量测试仪2套，高密度电法仪3套（其中美国制造2套，澳大利亚制造2套），常规直流电法仪10套，跨孔电磁波层析成像仪器2套，管线探测仪8套。

三、技术进步

近十年来，在各级领导的关心和扶持下，物探技术取得了长足的进步，主要体现在隧道物探、大桥综合物探、海（水）域物探、采空区物探及科研成果方面，现介绍如下。

1.隧道物探

在地面，主要采用音频大地电磁法（AMT法或CSAMT法）等物探方法；在洞内，主要采用隧道地震波预报法（TSP法）等物探方法。

（1）音频大地电磁法

音频大地电磁法探测深度较大，为100～2000m，可以宏观探测隧道的岩溶、断层、主要地层岩性界线及采空区等，其代表性仪器为加拿大制造的V8型大地电磁仪。

在资料处理方面，与成都理工大学合作，研发音频大地电磁资料处理软件——CSAMT-2D Soft 1.0软件。CSAMT-2D Soft 1.0软件与同类软件相比，具有界面友好、反演信息丰富及计算精度较高等特点；其主要创新点为：

①屏幕建模正演模拟→直观、快捷；

② NLCG反演改进→计算速度快、精度高；

③约束反演→与钻探资料及其它物探资料结合，可部分消除音频大地电磁法资料的多解性；

④大地电磁概率成像→比较准确判释目标地质体的边界。

CSAMT-2D Soft 1.0软件启动界面。

在大瑞线高黎贡山隧道的物探工作中，对34.6km隧道方案——C12K方案、39.6km隧道方案——CK方案、 21km隧道方案——C1K方案和17km隧道方案——C4K方案进行了贯通性音频大地电磁勘探，共作200余公里测线长度的音频大地电磁资料。

根据物探资料，对C12K、CK、C1K三个线路方案进行了比选，比选结论为：34.6km隧道方案（C12K）的工程地质条件较好；CK方案次之；C1K方案最差。经铁道部鉴定中心审定，微调后，正式采用该方案为高黎贡山隧道方案。

在成兰线的物探工作中，共作400余公里长度的音频大地电磁测线（含横测线和旁测线等辅助测线），为全线越岭隧道——弓杠岭隧道音频大地电磁成果示意图。

根据众多隧道物探资料与施工开挖资料的统计对比分析，探索了大地电磁资料异常类型与隧道围岩级别的关系大致如下：

①断层和物探Ⅴ类异常区域大致对应隧道Ⅴ级围岩；

②物探Ⅳ类异常区域大致对应隧道Ⅳ级围岩；

③物探Ⅲ类异常区域大致对应隧道Ⅲ级围岩；

④物探Ⅱ类区域大致对应隧道Ⅱ级围岩。

因此，在没有钻探资料的隧道段落，现在划分围岩级别有了一定依据。

（2）隧道地震波预报法

在隧道掌子面前方超前地质预报中，所采用的主要物探方法为隧道地震波预报法、地质雷达法等，与其它物探方法相比，地震波预报法预报精度较高，预报距离较大，一般为100m，但预报费用较高，其代表性仪器为瑞士制造的TSP203型仪器。我院已进行了2000余次的TSP预报，预报结果大多与施工开挖情况基本吻合。

2. 大桥综合物探

在铁路大桥物探中，特别是对于高墩、大跨、地质条件特别复杂的特大桥，一般采用综合物探进行3个层次，即不同勘探深度和精度的探测，主要采用的物探方法如下：

（1）在地面，采用音频大地电磁法进行宏观精度的探测；

（2）在地面，采用地震反射波法进行中等精度的探测；

（3）在地面，采用直流电测深法进行中等精度的探测；

（4）在孔中，采用跨孔弹性波层析成像（CT）法进行较细精度的探测（主要针对采空区）；

（5）在孔中，采用跨孔电磁波层析成像（CT）法进行较细精度的探测（主要针对岩溶）。

在大瑞线怒江特大桥（该桥长1024m、最大拱跨490m、桥高197m、桥式为四线钢衍拱桥）物探中，采用音频大地电磁法、跨孔弹性波层析成像（CT）法、跨孔电磁波层析成像（CT）法、地震反射波法、高密度电法及综合测井进行综合物探。

在丽香线位于著名虎跳峡附近的金沙江特大桥（该桥最大单跨跨度408m、桥高248m、桥式为高低塔斜拉桥）物探中，采用音频大地电磁法、高密度电法、地震反射波法、综合测井等综合物探手段进行勘探。

3. 海（水）域物探

琼州海峡跨海通道（含隧道和大桥方案）、厦门翔安隧道（我国大陆地区第一座海底隧道）及厦门海沧跨海大桥等海域物探项目，采用的主要物探方法为地震反射波法。该方法的特点是能够探测海（水）底断层、覆盖土及风化层厚度；根据地震反射波法资料，有针对性布置钻探，可节约大量昂贵的海（水）上钻探费用，缩短勘探工期。

在琼州海峡跨海通道的海域物探中，根据地震反射资料，共判释断层（点）53条（个）。

4. 采空区物探

由于采空区形态及埋深规律性差，加之在我国南方，由于采空区充水或潮湿，与围岩的物性差异非常小，因此采空区勘探属于世界性的地质勘探技术难题。经过不断探索，根据勘探深度和勘探精度，选择相应的物探方法对采空区进行探测。

（1）宏观精度探测

采用音频大地电磁法对埋深较大（大于30m）的采空区进行宏观精度的探测。

（2）中等精度探测

采用超高密度电法对埋深较小（小于30m）的煤窑采空区进行中等精度的探测。图23为贵阳枢纽云关隧道超高密度电法资料，图中的低阻异常或电阻率梯度较大的区域大致对应了煤窑采空区。

（3）较细精度探测

采用跨孔弹性波层析成像法对煤窑采空区进行较细精度的探测。

四、获奖项目及科研成果

1．获奖项目

（1）《新建铁路水柏线北盘江大桥工程地质详勘》项目2004年获全国第九届优秀工程勘察项目银奖。

（2）《新建铁路遂宁至重庆线龙凤隧道综合物探》项目获2007年度四川省工程勘察设计“四优”二等奖。

（3）《重庆枢纽遂渝引入工程无碴轨道综合试验段工程地质勘察》项目2007年分获中国铁路工程总公司优秀工程勘察一等奖和铁道部优秀工程勘察二等奖。

（4）《渝怀铁路圆梁山隧道工程地质勘察》项目2009年获四川省工程勘察设计“四优”一等奖。

（5）《重庆至遂宁高速公路大学城隧道工程地质勘察》项目2009年获四川省工程勘察设计“四优”二等奖。

（6）《襄渝铁路增建二线新大巴山隧道工程地质勘察》2010年分获中国中铁股份有限公司优秀工程勘察一等奖和铁道部优秀勘察二等奖。

（7）《大理至丽江铁路北衙隧道工程地质勘察》项目2011年获云南省优秀工程勘察一等奖。

（8）《高烈度地震区铁路工程地质与环境地质综合选线》项目2011年获四川省工程勘察设计“四优”一等奖。

2．科研成果

（1）路基岩溶物探研究

院控科研项目《铁路路基岩溶综合物探方法技术研究》已结题。2010年10月，由中国中铁股份有限公司组织的专家评审，结论意见为：“该成果在铁路路基岩溶物探技术领域达到国际领先水平”。

经过国际、国内查新，该科研项目的主要创新点如下：

① 根据四级对称直流电测深法资料，总结归纳出解释溶洞、溶隙及溶蚀破碎带等岩溶异常的依据；提出了“剔除非可溶岩地层、确定岩溶发育规律、定性及准定量判释单个岩溶”的细则。

② 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。

③ 提出了铁路路基岩溶物探新模式。

（2）物探方法技术研究

院控科研项目《铁路工程跨孔电磁波层析成像（CT）精细化处理技术》已结题。2010年10月，由中国中铁股份有限公司组织的专家评审，结论意见为：“该成果在逐源多孔对联合反演技术方面达到国际领先水平”。

经过国际、国内查新，该科研项目的主要创新点如下：

①由于辐射源强度不为常数，通过引入点源性质的源激励作为近场，有效地消除了辐射源强度变化对反演所造成的误差。

②传统上，单孔对成像易产生相关联钻孔两侧的成像结果发生突变及资料可信度不高等问题，通过构建多源多孔联合整体反演方法，较好地解决了上述问题。

（3）隧道物探技术研究

铁道部科研项目《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》研究报告已交付送审稿。