随着我国高速铁路、高速公路和城市轨道交通基础设施的加快推进，隧道工程已成为交通建设的重要组成部分。隧道穿越区域多为山地、河谷、软弱围岩和复杂水文地质环境，施工过程中常伴随岩爆、突水突泥、地表沉降、围岩变形、结构裂缝、衬砌破损等安全隐患。同时，运营期内还面临涌水、冻害、渗漏、拱顶下沉、火灾等次生灾害影响，给结构安全和使用寿命带来重大挑战。
在此背景下，建设一套面向隧道施工与运营阶段的智能监测系统，具备结构响应感知、地质风险预判、环境参数采集和远程预警功能，已成为提升隧道工程本质安全水平的必要手段。
1. 监测目的与关键意义
1.1 全阶段安全保障需求
隧道建设涉及穿山越岭、掘进爆破、临时支护与衬砌成环等高风险作业，对围岩稳定性、结构响应、环境变化的实时感知提出高要求。运营期内的结构病害与变形发展过程同样需要精准跟踪。传统依赖人工巡查、点位取样和阶段性检测的方式已难以满足现代隧道对“实时性、连续性、自动化”的监测需求。
因此，构建贯穿施工期与运营期的分布式隧道监测系统，将成为应对复杂地质、极端工况和灾害预警的关键技术支撑。
1.2 系统建设目标
隧道监测系统的总体目标包括：
- 实时获取隧道结构变形、受力与环境数据；
- 精准识别围岩失稳、渗漏异常等风险征兆；
- 提供科学的预警信息与养护决策依据；
- 降低巡检频率，提升隧道运维效率；
- 实现隧道健康状态的数字化、可视化管理。
2. 系统组成与监测内容
隧道智能监测系统由传感终端、数据采集单元、通信模块和后端分析平台构成。根据不同施工阶段、结构部位和运营场景，配置多类型的监测子系统，覆盖如下关键内容：
2.1 变形监测
- 断面收敛监测：通过自动测量仪、激光位移计等设备布设于隧道拱部和侧墙，实时记录隧道断面的变化趋势。
- 隧道沉降：利用静力水准仪、多点沉降计监测隧道底部或衬砌结构的沉降量。
- 围岩内部位移：布设测斜仪监测围岩深部水平和垂向位移，辅助分析支护效果。
2.2 应力应变监测
- 钢架内力监测：在初支钢架设置应变计、钢筋计，掌握结构受力变化；
- 衬砌结构压力监测：在衬砌中预埋土压力盒、轴力计等设备，反映支护荷载传递；
- 杆件受力：设置锚杆计、拉力计监测锚杆拉力与锚固稳定性。
2.3 环境与渗水监测
- 渗漏点位布设多通道渗压计、渗水流量计，对隧道围岩渗水压力和流量进行连续采集；
- 配置温湿度、气压、风速等传感器用于掌握隧道内微气候环境，为通风、防冻、防潮等运营策略提供支持。
2.4 辅助系统与报警联动
- 设立高清视频监控点位，对关键施工段或典型衬砌区域进行实时图像采集；
- 结合声光报警系统，实现结构异常、环境突变的自动预警功能，提升应急响应速度。
3. 隧道监测系统典型配置清单
| 监测对象 | 监测内容 | 监测系统/方式 | 配套传感器/设备 |
|---|---|---|---|
| 变形监测 | 断面收敛 | 测斜测量系统 | 全自动收敛仪、激光位移计 |
| 隧道沉降 | 沉降监测系统 | 静力水准仪、多点沉降计 | |
| 围岩位移 | 围岩深部位移系统 | 多点测斜仪 | |
| 应力监测 | 钢架内力 | 钢架应变监测系统 | 应变计、钢筋计 |
| 衬砌内压力 | 土压力监测系统 | 土压力盒、轴力计 | |
| 杆件拉力 | 锚杆监测系统 | 锚杆计、拉力计 | |
| 环境与渗水监测 | 渗压与流速 | 渗压监测系统 | 渗压计、流量计 |
| 温湿度/气象参数 | 环境监测系统 | 温湿度计、气压计、风速仪 | |
| 其他监测 | 视频巡检 | 视频监控系统 | 网络摄像头 |
| 声光报警 | 联动预警系统 | 声光报警器 |
通过建立覆盖全生命周期、全空间位点、全工况要素的隧道智能监测系统，不仅可以实现对关键结构与环境变化的精准感知，还能有效预警重大风险、指导施工调度、支撑运维管理。系统的建设将为隧道工程提供可量化、可追溯、可联动的本质安全保障，是向数字化、智能化基础设施管理迈进的重要实践路径。
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