铁路工程物探五十年回顾--仪器装备的变化与发展
次 2007-03-27 16:17:00
回顾铁路工程物探工作是起步于上世纪的五十年代初期，当时主要的物探方法只有单纯的直流电法，所使用的仪器设备是仿前苏联的VJ-4型电位差计，计算工具只是一把手拉的计算尺。当时的组织形式是各设计院的勘测队或地质队下属的电探组。
当时物探工作的主要任务是配合水文地质调查，以划分土石分介面，确定断层、破碎带、滑坡的滑动面以及寻找地下溶沟、暗河和地下水。当时物探工作主要以定性为主，定量工作主要使用电测探法。由于所使用的仪器设备简陋，测量精度较低，工作效率低下，当时勘探工作主要是以钻探为主。物探工作进展不大。
六十年代中期以后，由于西南叁线建设上马，山区铁路建设的任务加大，对物探工作提出新的更高的要求。为了适应叁线建设的需要，各设计院物探工作从组织形式上也发生了变化，把分散的电探组组成专业的物探队。工作方法也相应的增加，除了传统的直流电法以外，增加磁法和地震勘探以及测井等方法。六十年代中期所使用仪器设备主要是国产类比式电子管仪器，如电法仪器使用的是上海地质仪器厂生产的电子管式DDC-Z型电子自动补偿仪、磁法仪器使用的北京地质仪器厂生产的悬丝或刀口仪、磁力仪，地震仪使用的是重庆地质仪器厂生产的电子管光点或地震仪，仪器信号靠照像纸感光记录，地震记录要经过洗印、定影，工作十分复杂，设备也相当的庞大。由于仪器设备的限制，地震工作只能开展简单的折射法，地震勘探主要的工作，主要用以划分地层及寻找断层破碎带和地质构造为主。由于设备的限制，地震工作开展应用的并不十分广泛。
进入上世纪八十年代以来，由于科学技术的进步，特别是电子技术和电脑技术的发展和应用，给勘探工作带来了革命性的变化。
自八十年代中期以后，铁道部利用世界银行及日本政府的贷款，先后引进当时世界上最先进的物探仪器设备，因此使铁路系统物探装备水準跨进先进的行列，从而使铁路系统物探工作水準在整体水準上有了质的飞跃和极大的提高。新一代仪器的特点主要是大量採用了电脑技术，仪器实现了数位化，将採集到的类比信号变成了数位信号，便于资料的存储及进行资料的后期处理，使无法用手工处理的庞大资料进行电脑处理，并且能自动分析和成图，大大提高了工作效率及準确度。第二个特点是仪器基本上实行了小型化、轻便化和多功能化，不但提高了工作效率，而且大大地简化了操作程式，减轻了野外採集人员的劳动强度，为物探工作上山提供了必要的前提条件。第叁个特点是专业化的程度提高，除了传统的地面物探以外又开发出航空、井下及水上的各种专用物探仪，大大拓宽了物探工作範围和应用的领域。
引进的物探仪器从大的类别上可分为电磁波系列和弹性波系列两大类，分别敍述如下：
电磁波系列仪器最早引进的是法国梅洛斯频率测探仪。由于梅洛斯仪器的引进，标誌着铁路工程物探由过去单纯的直流电法过渡到交流电法的领域，使得勘探的深度及定量化的程度大大的增加。九十年代在西安←→安康线建设中的重点工程，秦岭隧道埋深达2600M，用常规物探手段很难达到如此大的勘探深度，为此引进加拿大凤凰公司生产的V5大地电磁仪，有效地解决了困扰多年的深埋越岭隧道的勘探问题。大地电磁波法除了在西安←→安康线以外，在新建的渝怀线及万宜线的新线勘探也得到了十分广泛的应用。
特别值得一提的是高频辐射类电磁波仪器--地质雷达。地质雷达属于超浅层的勘察仪器，有效深度从几十釐米到十几公尺勘探範围，从天线型式上分，可分为自发自收式和收发分离式两类，八十年代中期，铁路系统引进了美国GSSI公司生产的SIR—10型自发自收式地质雷达。地质雷达除解决浅层地下埋设物等问题以外，主要用来解决工程品质的检测问题，如隧道衬砌及档墙等品质和隐患，以及路基等问题，在这方面成功的工程实例很多，不再赘述。
在磁法仪器方面，先后从加拿大引进先达利公司生产核子旋进式磁力仪，取代传统的悬丝式和刀口式机械磁力仪，在勘测中无论是观测精度还是在工作效率上都有极大的提高。
在弹性波系列的物探仪器中，大量引进数位式地震仪，如：美国乔美特利公司生产的ES—2401及R24数位地震仪，同时引进地震资料处理工作站，由于数位地震仪及地震资料处理工作站的引进，为铁路系统开展浅层地震反射方法提供必要的物质条件。通过各设计院联合攻关，浅层地震反射工作在铁路系统取得很多进展，当时的国内工程物探界处于领先，由于浅层地震反射技术的广泛应用，使得物探成果资料更加形象和直观，使得物探工作整体水準上有了很大的提高。
随着时代的发展，新的理论和方法技术不断涌现，如八十年代从日本突起的瑞利波勘探技术传入我国，由于勘探佔用场地小，使用方便，定量化的程度较高，一时风靡全国，形成一股不大不小的稳态瑞利波热。由于当时正值京广复綫南岭隧道已经贯通，但因南岭隧道穿越岩溶地区，隧道底部分佈很多溶洞，为了确保通车后行车的安全，隧底的岩溶情况急待查清，根据常驻铁道部日本专家的建议，採用日本瑞利波技术来勘察隧底岩溶，利用了日元贷款引进当时号称最先进的「佐腾式全自动地下探机」--GR—801。南岭隧道隧底岩溶的探查工作技术由日方负责，中方配合。经过两个月的探查，日方应用了地质雷达、电法勘探、地温调查以及瑞利波法，以及夜以继日地工作，日方所提交的资料经中方钻探验证，其成功率不足8％，远未达到合同规定60％的要求，整个南岭隧道谘询工作以日方失败而告终。为了验证瑞利波法及GR—810的功效，移师大连瓦房店地区进行岩溶调查及路基整治灌浆效果的检查，取得了较好的效果。事后通过中方技术人员赴日本全面考察与研修瑞利波技术，发现日本虽然把瑞利波技术商业化，但对瑞利波的传播机理及应用条件等方面的研究尚有很多的不足之处和缺陷，需要进一步研究和改进。
自从瑞利波技术传入中国以后，经过中国技术人员研究和大量的科学实验，90年代在瑞利波技术方面取得突破性的进展，以瞬态瑞利波技术取代了日本的稳定瑞利波技术，在软、硬体方面大大超过了日本的GR—810，在瑞利波技术的应用方面，通过对瑞利波传播机理方面的研究，从理论上解决了瑞利波技术的应用範围和应用条件，科学合理的确定了瑞利波使用的边界条件。以中国铁路工程总公司牵头将瑞利波用于铁路路基稳定性检测，在京广、京沪、京九、京秦四大干线的实验段上取得完全的成功，在全国工程物探界处于领先水準。
通过上述对铁路工程物探事业50年来发展的歷程的回顾，可以看出50年来经过几代科技人员的努力，铁路工程物探事业逐步发展和成长的过程，目前铁路工程物探已经发展成技术先进、门类齐全的现代化工程物探队伍，正在铁路建设事业上作出贡献。
方谦光 2002年6月25日于密云
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