[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

说明书

本发明涉及一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法及装置，该方法具体为：根据隧道内空气和衬砌背后围岩温度T₁、T₂，计算衬砌临空面最大温差理论值Δt，若Δt不小于第一设定值时直接采集该临空面温度数据，否则加热后再采集，并重新计算Δt；根据该数据建立温布图，将该图分为多个隧道单元D，D划分为多个温区WQ，获取D的最大温差值，差值小于Δt则该D背后无水，否则为有；当D背后有水时计算WQ与D最大温度的温差，若该温差小于第二设定值则该WQ属于高温区，否则属于低温区，若T₁＜T₂则高温区和低温区背后对应有水和无水，若T₁＞T₂则对应无水和有水。与现有技术相比，本发明具有适用范围广、精度高等优点。

技术领域

本发明涉及地下水探测技术领域，尤其是涉及一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法及装置。

背景技术

当衬砌背后有地下水赋存时，水压力作用会作用于支护衬砌上，衬砌临岩面受压会引起隧道产生裂缝；若隧道防排水板失效会引起隧道出现渗漏水等病害，如果隧道处于季冻区，还会出现冻害，进而引起围岩及衬砌结构开裂等现象，因此需要探测衬砌背后地下水赋存状态。

现有的地下水探测法主要包括地质雷达地下水探测法、温度检层法地下水探测法以及瞬变电磁探测法；现有地质雷达地下水探测法，探测距离较小，一般小于30m，但其参数较难设定，且易受干扰，探测结果存在多种解译可能，须有一定的经验积累才能做出判断，难以准确确定衬砌背后地下水的范围和赋存状态；温度检层法地下水探测法需要测定钻孔垂直地温分布曲线，获得流动地下水的深度及含水层的厚度、层数，会对隧道结构产生扰动，只适用于新建隧道施工前确定涌水和漏水可能部位；瞬变电磁探测法在深度较浅时灵敏度低，无法探测到2～10m部位的异常体，且噪声大小难以控制，周边不能有金属物存在，信号易失真或出现异常，影响探测精度。

现有技术也给出了一些解决方案，中国专利201910856676.3提出了一种基于红外热成像的隧道结构渗漏水精确识别装置与方法，提出了隧道结构渗漏水精确识别方法，利用红外热成像仪与工业相机分别采集隧道结构的红外热图像与可见光图像，先依据渗漏水区域在红外热图像中温度较低的原理提取出渗漏水中心区域，再扩大范围从可见光图像的相同区域内提取渗漏水区域，然后利用红外热图像中的温度信息修正可见光图像中提取的区域轮廓，最后计算区域面积，解决现有渗漏水区域识别不准确的问题；但该专利测点误差要求较高，为了提高探测精度，需要增加测点密度，同时使用红外热成像仪时受季节影响较大，当隧道洞内外温差较小时，检测结果精度较低甚至无法识别渗漏水位置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法及装置，适用范围广、精度高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种衬砌背后地下水赋存状态的探测方法，具体为：

采集隧道内空气温度T₁和衬砌背后围岩温度T₂，计算衬砌临空面最大温差理论值Δt，Δt不小于2℃时即隧道洞内气温与衬砌背后围岩温度温差较大，通过红外热像仪直接采集隧道衬砌临空面温度数据，否则即隧道洞内气温与衬砌背后围岩温度温差较小，先通过脉冲热激励对隧道衬砌临空面加热至3～5min，脉冲热激励保持近距离低速慢行，距离保持在1m，再采集T₁和隧道衬砌临空面温度数据，并计算Δt；检测范围不小于1倍洞宽，衬砌临空面各点的温度分辨率在0.1℃以内，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，θ为衬砌临岩面赋水区温度扩散角，衬砌临空面为衬砌表面与洞内空气的接触面，衬砌临岩面为衬砌背后与围岩的接触面；