[发明专利]一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法及装置

权利要求书

1.一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，其特征在于，具体为：

采集隧道内空气温度T₁和衬砌背后围岩温度T₂，根据T₁和T₂计算衬砌临空面最大温差理论值Δt，判断Δt是否不小于第一设定值，若是则直接采集隧道衬砌临空面温度数据，否则先对隧道衬砌临空面进行加热，再采集T₁和隧道衬砌临空面温度数据，并计算Δt；

根据隧道衬砌临空面温度数据建立隧道衬砌临空面的温度平面展布图，将该图划分为若干个隧道单元D，每个D划分为若干个温区WQ，计算每个D各WQ的温度，记为t_WQi，获取每个D的最大温度值t_max和最小温度值t_min，若t_max-t_min＜Δt，则判定该D衬砌背后无地下水赋存，若t_max-t_min≥Δt则判定该D衬砌背后有地下水赋存；

当D衬砌背后有地下水赋存时，判断t_max-t_WQi是否不大于第二设定值，若是则该WQ隶属于高温区，否则该WQ隶属于低温区，若T₁＜T₂则高温区对应衬砌背后有水，低温区对应衬砌背后无水，若T₁＞T₂，则低温区对应衬砌背后有水，高温区对应衬砌背后无水；

所述的Δt的计算公式为：

其中，K₁为衬砌表面温差常数，α₁为有水区域衬砌导热系数，α₂为无水区域衬砌导热系数，h为衬砌厚度，r为隧道内半径；

基于衬砌临空面的高温区和低温区的边缘分界线，获取高温区和低温区边缘的距离，对应记为L₁和L₂，并计算衬砌背后地下水赋存区面积S，计算公式如下：

S＝(L₁-2h tanθ)×(L₂-2h tanθ)

其中，K₂为衬砌温度扩散角常数，θ为衬砌临岩面赋水区温度扩散角。

2.根据权利要求1所述的一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，其特征在于，所述的Δt和tanθ的求解公式是基于傅里叶定律和达西水分传导定律，通过建立背后赋存地下水的衬砌温度场分析模型并求解获取。

3.根据权利要求2所述的一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，其特征在于，所述的求解过程为：

S501：根据隧道几何尺寸建立三维计算模型，设置模型材料属性，进行网格划分，选择稳态热传导分析，模型切割地下水赋存位置边界，施加边界条件，衬砌临空面环境温度与洞内空气温度T₁相同，衬砌临岩面初始温度与衬砌背后围岩温度T₂相同；

S502：计算衬砌临空面与临岩面温差为|T₁-T₂|时衬砌临空面的温度场分布，获取临空面最大温度值与最小温度值的温差Δt₁；

S503：改变衬砌临空面和临岩面温差，按上述方法S501～S502重复计算多组衬砌临空面与临岩面不同温差下衬砌临空面的最大温差Δt_i，通过数据拟合分析获取Δt和tanθ的求解公式。

4.根据权利要求1所述的一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，其特征在于，所述的WQ的温度计算过程为：

每个WQ按照x个温度数据点/m²提取温度数据点，记为δ₁、δ₂…、δ_j、…、δ_x，计算算数平均值将将温度值超出/范围的异常温度数据δ_j替换为/获得再计算算数平均值，即为该WQ的温度t_WQi，依次计算各WQ温度。

5.根据权利要求1所述的一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，其特征在于，采用红外热像仪采集隧道衬砌临空面温度数据。