CN114019137A - 一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统及方法，包括：物理模拟模型箱、致灾含水体构造、相似材料、热源示踪标记系统、供水水箱及水泵、恒温水浴池、水力刺激系统、水力监测系统和数据分析系统。本发明充分利用了超前钻孔施工设计，通过分析施工或实验过程中的数据信息，可实现获取隧道工程前方水文地质参数高分辨率分布，准确刻画致灾构造位置及分布，以便开展隧道工程前方灾害源的预报预警工作。

Description

一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统及 方法

技术领域

本发明涉及工程地质与水文地质参数识别技术领域，尤其是一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统及方法。

背景技术

随着我国国民经济快速持续发展，交通建设、水利水电开发等领域陆续开展了一批地下工程建设。隧道等地下工程成为交通、水利等建设的核心工程，其发展迎来了前所未有的高峰期。在隧道工程施工中，常会遇到多种复杂地质条件，穿越断层破碎带、溶洞溶腔、裂隙发育带等不良地质发育段，将导致工程建设过程中易遭遇重大地质灾害，严重影响了施工安全，威胁员工生命健康，造成惨重经济损失。众多工程实践表明，隧道工程开挖经过岩溶富水地层时，由于地形险峻、施工环境复杂、加之地表勘察技术有限，往往无法准确及时探明隧道工程前方的含水致灾构造情况，导致工程安全控制缺乏科学依据，难以提前预警规避突水突泥等突发性施工地质灾害。因此，提前探明隧道工程前方赋存的溶洞、断层等富水不良地质情况，对于隧道工程施工安全和灾害防控具有极为重要的指导意义。

现阶段，隧道工程多采用传统的地震波法、电磁法、电法等物探手段开展灾害源探测工作，存在地球物理参数转换复杂且模糊，与含水层水力特性并不完全一致的问题；同时，在施工中监测得到的地下水运移过程及水头信息，包含了反映工程前方含水致灾构造分布及富水性的诸多非冗余信息，往往未得到充分利用。经发明人前期开展的一系列数值分析及实验研究结果证明，基于水文地质层析反演算法及水头监测数据，可实现直接判断地层水力特性，预判富水构造位置。如何借助隧道工程中的超前钻孔等既有施工结构及水力信息，实现隧道工程前方致灾含水致灾构造定位及预报分析成为当下研究的难点，现阶段急需研究提出一种适用于隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演室内试验系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统及方法，通过分析施工或实验过程中的数据信息，可实现获取隧道工程前方水文地质参数高分辨率分布，准确刻画致灾构造位置及分布，以便开展隧道工程前方灾害源的预报预警工作。

为解决上述技术问题，本发明提供一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，包括：物理模拟模型箱、致灾含水体构造、相似材料、热源示踪标记系统、供水水箱及水泵、恒温水浴池、水力刺激系统、水力监测系统和数据分析系统；相似材料填筑在除致灾含水体构造外的物理模拟模型箱内，致灾含水体构造根据具体设计位置埋在相似材料中，热源示踪标记系统设置在物理模拟模型箱内，供水水箱及水泵依次通过恒温水浴池和水力刺激系统为物理模拟模型箱供水，水力监测系统连接物理模拟模型箱中的端口，进行数据的实时监测与采集，数据分析系统提取相关数据进行分析。

优选的，物理模拟模型箱包括透明不规则模型箱体、底座、水头边界装置和双滑动导轨定位系统；透明不规则模型箱体固定在底座上，水头边界装置位于透明不规则模型箱体左右两侧，双滑动导轨定位系统包括主滑轨和辅滑轨，主滑轨位于透明不规则模型箱体两侧的水箱内边缘处，辅滑轨位于透明不规则模型箱体前侧面。

优选的，双滑动导轨定位系统，包括两类主辅滑轨装置和水性染料喷射器；主、辅滑轨装置均由滑轨、滑块、双侧夹持器、回珠槽、回珠槽盖板、侧面密封垫片、保持器及滚珠组成；两组滑轨装置通过回珠槽、保持器等结构使滚珠列作循环运动，以实现滑块在滑轨上的低摩擦滑动，并由双侧夹持器实现其定位功能；主滑轨装置为两套，分别位于模型箱体两侧的水箱内边缘处，可沿垂直地面方向滑动；所述的辅滑轨装置为一套，位于模型箱体前侧面，沿平行地面方向滑动；辅滑轨装置上标有刻度，可进行毫米级精度标定；所述的水性染料喷射器安装定在所述的辅滑轨装置上，通过向模型箱体前侧面定点喷射点状燃料，实现含水致灾构造预定位；

优选的，透明不规则模型箱体整体为长方体，其模型箱体宽度远小于其长度和高度；透明不规则模型箱体由前侧板、后侧板、左侧板、右侧板及底部侧板粘结而成，材料为高强型亚克力；为实现模拟隧道工程开挖，透明不规则模型箱体在一侧中部向内设计有一段中空的空腔，用于模拟隧道结构，中空段尺寸可依据模拟具体工程情况定比例确定其尺寸；前侧板上设置有多个端口，用于安置传感器作为监测端口，或连接抽水管用于实施抽注水试验；端口截面为圆型，横穿模型箱，根据隧洞、隧道及巷道的超前钻孔设计具体确定端口的数量及位置，设置三至五组端口，每组四至六个，沿不规则模型箱体的空腔体呈放射状分布，且在空腔体周围分别距掌子面一倍及两倍洞径范围内，另设计上下多组端口，为两至三组，该位置端口用于连接抽水管用于实施抽注水试验。

优选的，水头边界装置包括三组多孔透水板、两组水箱及可调恒定水头的溢流板，透水板与水箱均为法兰连接，溢流板粘贴在水箱中部，两组水箱分别位于模型箱体左右两侧，通过调节溢流板的高度提供可调节的恒定水头边界；三组多孔透水板分别位于模型箱一侧及另一侧空腔段的上下两侧，以分隔水体与模型箱内填筑材料。

优选的，致灾含水体构造包括规则体结构或不规则体结构，在填筑材料的过程中，致灾含水体构造将被放置于具体设计位置，用于模拟富水溶洞、断层致灾地质结构；规则体结构由不锈钢纱网黏贴包裹后的多孔亚克力板粘结制成；不规则体结构通过对真实致灾地质结构施作借助三维激光扫描技术，刻画获取结构的截面特征细节后，通过3D打印制作而成，外侧同样包裹不锈钢纱网。

优选的，相似材料以白水泥、氯化石蜡为胶结剂，砂、碳酸钙、铁粉、滑石粉为骨料，硅油为调节剂，结合流固耦合相似理论及具体隧道工程施工设计，对试验材料进行配比。

优选的，热源示踪标记系统包括红外摄像机和传输线，红外摄像机和传输线为电气连接，开展热源示踪注水试验时，红外摄像机将进行全程实时录像，根据设定时间间隔生成并保存高清温度图，定量标识模型箱特定位置的温度数据，实时传输保存每帧每个像素点温度数据。

优选的，水力刺激系统包括两套储水池及水泵、两套输水管、温度传感器、加热器和调速型蠕动泵；水泵与两套输水管相连，负责向储水池供水，其中两套输水管分别普通输水管和绝热输水管，普通输水管由硅胶材料制成，绝热输水管由绝热材料制成，尽可能减少从储水池向模型箱内注水过程的热量损失；具体的，一套储水池及水泵、普通输水管用于开展抽注水试验，而另一套储水池及水泵、绝热输水管将用于开展热源示踪试验；加热器与温度传感器为电气相连，均放置在储水池中，通过对加热器设定温度，以为储水池内的水体进行加热，并结合温度传感器实时测温，将电信号传输至加热器，自动控制加热器工作与否，以维持水源恒温；调速型蠕动泵负责在开展抽水试验时，将储水池中的水通过普通输水管泵送至指定抽水端口，或在开展热源示踪试验时，将恒温水经绝热输水管泵送至指定抽水端口。

优选的，水力监测系统包括多组渗压传感器及传输线，渗压传感器及传输线为电气连接，负责监测采集抽注水试验过程中的渗压变化；针对水力监测系统，开展室内试验时，将渗压传感器安装在物理模拟模型箱体前侧板的端口内，开展现场试验时，采用在超前钻孔中安装双向隔水气囊及渗压传感器的组合监测装置，以构成所述的水力监测系统进行数据的实时监测与采集。

优选的，数据分析系统包括中央处理器和数据提取软件，负责汇总收集到的红外及水力数据，进行数据消噪拟合处理，进而提取热源旅行时、水力降深数据，以开展成像分析。

相应的，一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验方法，包括如下步骤：

(1)基于选定的具体工程实例，计算确定相似比尺，预配相似材料；确定模型箱前侧板上的端口位置及分布形式，进行端口开孔；

(2)依次组装模型箱各组件，连接各类输水管及数据传输线，在水头边界装置处的三组多孔透水板及致灾含水体构造处的多孔板分别黏贴好纱网，接通水源并在储水池中蓄水；

(3)将预制好的相似材料分层压实填筑到模型箱内，此过程中保持水头边界装置中的水箱水头同步提高，进行漏水检查，随后静置一段时间再进行试验；

(4)试验前，接通中央处理器及相关软件，预先安装并开启各传感器、红外摄像仪，调试各个水泵及传感器；开启加热器对储水池进行加热，至设定温度后保持恒温；

(5)选取热源示踪监测点位置，调整主滑轨及辅滑轨的滑块位置，调节双侧夹持器固定滑块，喷射水性染料进行画点点位；

(6)在调整边界水箱水位高度、完成校对传感器后，先开展热源示踪试验：通过绝热输水管和水泵对选定端口进行注入恒温热水，同时通过普通输水管和水泵对另一选定端口进行抽水，两端口距离不宜太近，且尽量分布在含水致灾构造两侧或空腔体两侧，通过红外摄像仪监测并记录全过程的温度分布；

(7)随后，开展常规抽水试验，通过普通输水管和水泵对选定端口进行抽水，通过辐射状的各渗压传感器监测并记录瞬时水头变化，直至系统达到了稳流状态，随后关闭水泵，继续监测收集水头恢复数据；

(8)基于试验中收集的温度及水头数据，提取热源旅行时及水力降深等信息，结合水文地质参数成像方法，获取工程前方介质的水力特性，预判富水构造位置。

本发明的有益效果为：系统装置成本低，制作简单，避免了开展现场试验耗时久、费用高等弊端，且相关试验操作简单，适用性广；同时，充分利用了超前钻孔施工设计，通过分析施工或实验过程中的数据信息，可实现获取隧道工程前方水文地质参数高分辨率分布，准确刻画致灾构造位置及分布，以便开展隧道工程前方灾害源的预报预警工作。

本发明的有益效果为：系统装置成本低，制作简单，避免了开展现场试验耗时久、费用高等弊端，且相关试验操作简单；同时，以地下工程中施作的超前地质钻孔为研究基础，其设计充分结合超前钻孔排布形式，试验结果对地下工程开展具体水文地质试验方案设计具有极大的参考价值，对不同地质情况下的地下工程具有普适性；通过分析施工或实验过程中的数据信息，可实现获取隧道工程前方水文地质参数高分辨率分布，准确刻画致灾构造位置及分布，以便开展隧道工程前方灾害源的预报预警工作。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2(a)为本发明包含致灾含水体构造的模型箱截面图。

图2(b)为本发明包含致灾含水体构造的模型箱截面图。

其中，1、模型箱体；2、底座；3、空腔；4、端口；5、水箱；6、透水板；7、溢流板；8、主滑轨；9、辅滑轨；10、水性染料喷射器；11、致灾含水体构造；12、相似材料。

具体实施方式

如图1所示，一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，包括：物理模拟模型箱、致灾含水体构造、相似材料、热源示踪标记系统、供水水箱及水泵、恒温水浴池、水力刺激系统、水力监测系统和数据分析系统；相似材料填筑在除致灾含水体构造外的物理模拟模型箱内，致灾含水体构造根据具体设计位置埋在相似材料中，热源示踪标记系统设置在物理模拟模型箱内，供水水箱及水泵依次通过恒温水浴池和水力刺激系统为物理模拟模型箱供水，水力监测系统连接物理模拟模型箱中的端口，进行数据的实时监测与采集，数据分析系统提取相关数据进行分析。

物理模拟模型箱系统包括透明不规则模型箱1、底座2、水头边界装置、双滑动导轨定位系统。

透明不规则模型箱体1由亚克力板及支撑架制成，固定在底座2上。其中，亚克力板与亚克力板之间为粘结连接，支撑架为螺栓连接的钢结构架体，在模型箱体某一侧边中部向内有一段中空的空腔3，用于模拟隧道等地下工程结构体，中空段尺寸可依据模拟具体工程情况定比例确定其尺寸。

透明不规则模型箱体1的前侧板上设置有多个端口4，可安置传感器作为监测端口，或安装抽水管用于实施抽注水试验；端口截面为圆型，横穿模型箱，根据隧道、隧道及巷道的超前钻孔设计具体确定端口的数量及位置，如图2(a)和图2(b)所示，可设置五组端口，每组四至六个，端口沿空腔体呈放射状分布。同时，在空腔体周围分别距掌子面一倍及两倍洞径范围内，另设计两组端口，用于抽水试验。

水头边界装置包括两组水箱5、三组多孔透水板6及可调恒定水头的溢流板7，透水板与水箱均为法兰连接，溢流板粘贴在水箱中部，两组水箱分别位于模型箱体左右两侧，用于提供可调节的恒定水头边界；三组透水板6分别位于模型箱一侧及另一侧空腔段的上下两侧，以分隔水体与模型箱内填筑材料。

双滑动导轨定位系统，包括两类主辅滑轨装置8和9、水性染料喷射器10；主滑轨与水箱侧边之间为螺栓连接，主滑轨与辅滑轨也通过螺栓连接；主滑轨8、辅滑轨9均由滑轨、滑块、双侧夹持器、回珠槽、回珠槽盖板、侧面密封垫片、保持器及滚珠组成；两组滑轨装置通过回珠槽、保持器等结构使滚珠列作循环运动，以实现滑块在滑轨上的低摩擦滑动，并由双侧夹持器实现其定位功能。

主滑轨8为两套，分别位于模型箱体两侧的水箱内边缘处，可沿垂直地面方向滑动，辅滑轨装置为一套，位于模型箱体前侧面，沿平行地面方向滑动。

辅滑轨9上标有刻度，可进行毫米级精度标定，水性染料喷射器10安装定在辅滑轨9上，通过向模型箱体前侧面定点喷射点状燃料，实现含水构造预定位。

致灾含水体构造11可由结构规则体a或不规则体b构成，在填筑材料的过程中，致灾含水体构造将被放置于具体设计位置，用于模拟富水溶洞、断层等致灾地质结构；规则体a由不锈钢纱网黏贴包裹后的多孔亚克力板10粘结制成；不规则体b可通过对真实致灾地质结构施作借助三维激光扫描技术，刻画获取结构的截面特征细节后，通过亚克力材料经3D打印制作而成，外侧同样包裹不锈钢纱网。

相似材料12填筑在除致灾含水体构造外的模型箱1内；相似材料12以白水泥、氯化石蜡为胶结剂，砂、碳酸钙、铁粉、滑石粉为骨料，硅油为调节剂，结合流固耦合相似理论及具体隧道工程施工设计，对试验材料进行配比。

热源示踪标记系统，由红外摄像机及传输线组成，红外摄像机和传输线为电气连接；开展热源示踪注水试验时，所述的红外摄像机将进行全程实时录像，根据设定时间间隔生成并保存高清温度图象，定量标识模型箱特定位置的温度数据，实时传输保存每帧每个像素点温度数据。

水力刺激系统，包括两套储水池及水泵、两套输水管、温度传感器、加热器、调速型蠕动泵。水泵负责向储水池供水，所述的两套输水管分别普通输水管和绝热输水管，所述普通输水管由硅胶材料制成，所述绝热输水管由绝热材料制成，可尽可能减少从储水池向模型箱内注水过程的热量损失。一套储水池及水泵、普通输水管主要用于开展抽注水试验，而另一套储水池及水泵、绝热输水管将用于开展热源示踪试验。加热器与温度传感器为电气相连，放置在储水池中，可设定温度对储水池中水源进行加热，并结合温度传感器实时测温，将电信号传输至加热器，自动控制加热器工作与否，以维持水源恒温。调速型蠕动泵负责在开展抽水试验时，将储水池中的水通过普通输水管泵送至指定抽水端口，或在开展热源示踪试验时，将恒温水经绝热输水管泵送至指定抽水端口。

水力监测系统包括多组渗压传感器及传输线，负责监测采集抽注水试验过程中的渗压变化。针对所述的水力监测系统，开展室内试验时，可将渗压传感器安装在模型箱体前侧板的端口4内，而开展现场试验时，则可考虑采用在超前钻孔中安装双向隔水气囊及渗压传感器的组合监测装置，以构成所述的水力监测系统进行数据的实时监测与采集。

数据分析系统由中央处理器、数据提取软件等组成，负责汇总收集到的红外及水力数据，进行数据消噪拟合处理，进而提取热源旅行时、水力降深等数据，以开展成像分析。

水文地质参数成像方法以试验中提取的热源旅行时、水力降深数据为基础，借助地统计学及层析成像概念，建立试验研究区域的数值模型，进行划分网格及设定初始参数场，并采用协方差函数来刻画工程前方水文地质参数的异质性，逐次顺序开展反演迭代计算，确定水文地质参数的分布情况。

应用上述试验系统及方法实现模拟隧道工程前方含富水灾害源的抽注水试验、实施水文地质超前探测技术及方法，包括以下几步：(1)基于选定的具体工程实例，计算确定相似比尺，预配相似材料；确定模型箱1前侧板上的端口4位置及分布形式，进行端口4开孔；(2)依次组装模型箱各组件，连接各类输水管及数据传输线，在水头边界装置处的三组多孔透水板6及致灾含水体构造a、b处的多孔板6分别黏贴好纱网，接通水源并在储水池中蓄水；(3)将预制好的相似材料12分层压实填筑到模型箱1内，此过程中保持水头边界装置中的水箱水头同步提高，进行漏水检查，随后静置一段时间再进行试验；(4)试验前，接通中央处理器及相关软件，预先安装并开启各传感器、红外摄像仪，调试各个水泵及传感器；开启加热器对储水池进行加热，至设定温度后保持恒温；(5)选取热源示踪监测点位置，调整主滑轨8及辅滑轨9的滑块位置，调节双侧夹持器固定滑块，喷射水性染料进行画点点位；(6)在调整边界水箱水位高度、完成校对传感器后，先开展热源示踪试验：通过绝热输水管和水泵对选定端口进行注入恒温热水，同时通过普通输水管和水泵对另一选定端口进行抽水，两端口距离不宜太近，且尽量分布在含水构造两侧或空腔体两侧，通过红外摄像仪监测并记录全过程的温度分布；(7)随后，开展常规抽水试验，通过普通输水管和水泵对选定端口进行抽水，通过辐射状的各渗压传感器监测并记录瞬时水头变化，直至系统达到了稳流状态，随后关闭水泵，继续监测收集水头恢复数据；(8)基于试验中收集的温度及水头数据，提取热源旅行时及水力降深等信息，结合水文地质参数反演成像方法，获取工程前方介质的水力特性，预判富水构造位置。

Claims (10)

1.一种隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，包括：物理模拟模型箱、致灾含水体构造、相似材料、热源示踪标记系统、供水水箱及水泵、恒温水浴池、水力刺激系统、水力监测系统和数据分析系统；相似材料填筑在除致灾含水体构造外的物理模拟模型箱内，致灾含水体构造根据具体设计位置埋在相似材料中，热源示踪标记系统设置在物理模拟模型箱内，供水水箱及水泵依次通过恒温水浴池和水力刺激系统为物理模拟模型箱供水，水力监测系统连接物理模拟模型箱中的端口，进行数据的实时监测与采集，数据分析系统提取相关数据进行分析。

2.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，物理模拟模型箱包括透明不规则模型箱体、底座、水头边界装置和双滑动导轨定位系统；透明不规则模型箱体固定在底座上，水头边界装置位于透明不规则模型箱体左右两侧，双滑动导轨定位系统包括主滑轨和辅滑轨，主滑轨位于透明不规则模型箱体两侧的水箱内边缘处，辅滑轨位于透明不规则模型箱体前侧面。

3.如权利要求2所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，透明不规则模型箱体整体为长方体，其模型箱体宽度远小于其长度和高度；透明不规则模型箱体由前侧板、后侧板、左侧板、右侧板及底部侧板粘结而成，材料为高强型亚克力；为实现模拟隧道工程开挖，透明不规则模型箱体在一侧中部向内设计有一段中空的空腔，用于模拟隧道结构，中空段尺寸可依据模拟具体工程情况定比例确定其尺寸；前侧板上设置有多个端口，用于安置传感器作为监测端口，或连接抽水管用于实施抽注水试验；端口截面为圆型，横穿模型箱，根据隧洞、隧道及巷道的超前钻孔设计具体确定端口的数量及位置，设置三至五组端口，每组四至六个，沿不规则模型箱体的空腔体呈放射状分布，且在空腔体周围分别距掌子面一倍及两倍洞径范围内，另设计上下多组端口，为两至三组，该位置端口用于连接抽水管用于实施抽注水试验。

4.如权利要求2所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，水头边界装置包括三组多孔透水板、两组水箱及可调恒定水头的溢流板，透水板与水箱均为法兰连接，溢流板粘贴在水箱中部，两组水箱分别位于模型箱体左右两侧，通过调节溢流板的高度提供可调节的恒定水头边界；三组多孔透水板分别位于模型箱一侧及另一侧空腔段的上下两侧，以分隔水体与模型箱内填筑材料。

5.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，致灾含水体构造包括规则体结构或不规则体结构，在填筑材料的过程中，致灾含水体构造将被放置于具体设计位置，用于模拟富水溶洞、断层致灾地质结构；规则体结构由不锈钢纱网黏贴包裹后的多孔亚克力板粘结制成；不规则体结构通过对真实致灾地质结构施作借助三维激光扫描技术，刻画获取结构的截面特征细节后，通过3D打印制作而成，外侧同样包裹不锈钢纱网。

6.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，相似材料以白水泥、氯化石蜡为胶结剂，砂、碳酸钙、铁粉、滑石粉为骨料，硅油为调节剂，结合流固耦合相似理论及具体隧道工程施工设计，对试验材料进行配比。

7.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，热源示踪标记系统包括红外摄像机和传输线，红外摄像机和传输线为电气连接，开展热源示踪注水试验时，红外摄像机将进行全程实时录像，根据设定时间间隔生成并保存高清温度图，定量标识模型箱特定位置的温度数据，实时传输保存每帧每个像素点温度数据。

8.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，水力刺激系统包括两套储水池及水泵、两套输水管、温度传感器、加热器和调速型蠕动泵；水泵与两套输水管相连，负责向储水池供水，其中两套输水管分别普通输水管和绝热输水管，普通输水管由硅胶材料制成，绝热输水管由绝热材料制成，尽可能减少从储水池向模型箱内注水过程的热量损失；具体的，一套储水池及水泵、普通输水管用于开展抽注水试验，而另一套储水池及水泵、绝热输水管将用于开展热源示踪试验；加热器与温度传感器为电气相连，均放置在储水池中，通过对加热器设定温度，以为储水池内的水体进行加热，并结合温度传感器实时测温，将电信号传输至加热器，自动控制加热器工作与否，以维持水源恒温；调速型蠕动泵负责在开展抽水试验时，将储水池中的水通过普通输水管泵送至指定抽水端口，或在开展热源示踪试验时，将恒温水经绝热输水管泵送至指定抽水端口。

9.如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统，其特征在于，水力监测系统包括多组渗压传感器及传输线，渗压传感器及传输线为电气连接，负责监测采集抽注水试验过程中的渗压变化；针对水力监测系统，开展室内试验时，将渗压传感器安装在物理模拟模型箱体前侧板的端口内，开展现场试验时，采用在超前钻孔中安装双向隔水气囊及渗压传感器的组合监测装置，以构成所述的水力监测系统进行数据的实时监测与采集。

10.一种如权利要求1所述的隧道工程富水致灾构造水文地质参数反演试验系统的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)基于选定的具体工程实例，计算确定相似比尺，预配相似材料；确定模型箱前侧板上的端口位置及分布形式，进行端口开孔；

(2)依次组装模型箱各组件，连接各类输水管及数据传输线，在水头边界装置处的三组多孔透水板及致灾含水体构造处的多孔板分别黏贴好纱网，接通水源并在储水池中蓄水；

(3)将预制好的相似材料分层压实填筑到模型箱内，此过程中保持水头边界装置中的水箱水头同步提高，进行漏水检查，随后静置一段时间再进行试验；

(4)试验前，接通中央处理器及相关软件，预先安装并开启各传感器、红外摄像仪，调试各个水泵及传感器；开启加热器对储水池进行加热，至设定温度后保持恒温；

(5)选取热源示踪监测点位置，调整主滑轨及辅滑轨的滑块位置，调节双侧夹持器固定滑块，喷射水性染料进行画点点位；

(6)在调整边界水箱水位高度、完成校对传感器后，先开展热源示踪试验：通过绝热输水管和水泵对选定端口进行注入恒温热水，同时通过普通输水管和水泵对另一选定端口进行抽水，两端口距离不宜太近，且尽量分布在含水致灾构造两侧或空腔体两侧，通过红外摄像仪监测并记录全过程的温度分布；

(7)随后，开展常规抽水试验，通过普通输水管和水泵对选定端口进行抽水，通过辐射状的各渗压传感器监测并记录瞬时水头变化，直至系统达到了稳流状态，随后关闭水泵，继续监测收集水头恢复数据；

(8)基于试验中收集的温度及水头数据，提取热源旅行时及水力降深等信息，结合水文地质参数成像方法，获取工程前方介质的水力特性，预判富水构造位置。

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