大規模（mó）的水下隧道建設給我們帶來了生活的便利，但是水下（xià）隧（suì）道因（yīn）隧道病害而導致重大事故的（de）案例時有發生。如：

日本青函海底隧道自動工以來，有33名工人喪生（shēng），1300人傷殘（cán）。隧（suì）道先後發生（shēng）4次湧水，兩度被海水淹沒，導致（zhì）工程的長期延誤，相應的建設費用也（yě）比原計（jì）劃翻番，僅建設費用（yòng）就達到了 50 億美元。

2011 年 8 月，南京（jīng）地鐵二號線因地下水（shuǐ）滲入，將一段 20 多米長的混凝土結構路基拱起，導致道床上浮列車車廂錯位，車廂（xiāng）內濃煙滾滾，造成極大（dà）恐慌（huāng）。

2003 年 7 月（yuè），上海軌道交通 4 號線區間隧道浦西聯絡通道發生滲水，隨後出現大量（liàng）流沙湧入，引起（qǐ）地麵大幅沉降，造成大量房屋倒塌（tā）。

上述工程事故發生前，都出現了（le）開裂（liè）、杆件（jiàn）疲勞等（děng）現象，但由於（yú）監測措施的（de）缺失沒（méi）有提前發（fā）現問題而導致了事（shì）故的發生。未（wèi）來投入（rù）運營的水下隧道越來越多，且水下隧道的建設具有不可逆性，如何保證百年工程的全壽命周期正常運營是未來水下（xià）隧道亟待解決的關（guān）鍵問題。

目前，水下隧道的健（jiàn）康監測（cè）係統（tǒng）是（shì）針對該（gāi）問題（tí）的有效手（shǒu）段，其發展源頭（tóu）可以追溯（sù）到19世紀 60年代，由於大量的路橋隧進入老（lǎo）齡化，基（jī）礎設施的健康監測/檢測、狀態（tài）評估、維護等成為了工（gōng）程界的焦（jiāo）點。

日（rì）本、美國、歐洲是較早建立（lì）起這一概念（niàn）的，各地、各級管理部門都在大量研究的基礎（chǔ）上製定了相關（guān）的製度和章程。而我國從 20 世紀 80 年（nián）代才開始大規模建設交通基礎設施，國內針對水下隧（suì）道的安全性長期全壽命健康監測起步較晚，隨著（zhe）近年來結構物全壽命周期的概念深入人心以及大量水（shuǐ）下隧道的投入運營，水下隧道健康監測係統逐漸成為行業內重（chóng）點關注的（de）技術問題。

水下（xià）隧道（dào）健康監測係統的建立會遇到一係列的技術問題，如結構耐久性規律分析、監測儀器的最（zuì）優化布設、監測指標預警報警值控製、隧道病（bìng）害程度評估等。

截至目前，國內已經有了一些水下隧道（dào）健康監測係統的實施案例，也取得了一些研究成果，但（dàn）工程實施（shī）大多是（shì）根據經驗進（jìn）行組（zǔ）織，偏（piān）於施工工藝流程，對健康監測係統的機理缺乏理論研究。同時，由於多數施工企業對健康監（jiān）測係統核心技術采取技術保密措施，健康監測係統的核心技術和相關理（lǐ）論的發展較為緩慢，麵臨極（jí）大（dà）風險（xiǎn）的水下隧道的病（bìng）害預測技術尚沒（méi）有形成係統、全麵和規範化的技術方法。

因此，針對水下隧（suì）道健康監測係統實施實例收（shōu）集整理、對理論（lùn）問題進行分析、對技術問題的明確成為該（gāi）領（lǐng）域技術發展的迫切任務。

水下隧道健康監測係統不同於地麵結構物的健康監測，其主要特點（diǎn）可以歸納為（wéi）以下幾點：

1.水下隧道健康監測係統是一個係統工程（chéng）

結構安全不僅僅是結構本體問題，而與結構周邊的圍岩、地層和高（gāo）水壓有直接關係，是一個相互影響的係統工程（chéng）。圍岩和地層是動態變化的，包括軟土的蠕變、地（dì）下水的水壓和腐蝕、地質構造運動等等一係列難點問（wèn）題。

2.水下隧道健康監測係統具有專一性

水下隧道施工方法通（tōng）常包括圍（wéi）堰明挖法、鑽爆法、盾構法、沉管法等，不（bú）同工法襯砌形式不同、施工工藝差別較大。此外，水下隧道埋深、地質條件、使用功能各異，這就導致每條水下隧道健康監測係統都存在較大差異，應進行（háng）獨立的設（shè）計和施工。

3.水下隧道健康監測係統具有階段性

隧道的建（jiàn）設包含施工期和運營期，不同階段隧道結構的（de）監測重點也有較大差別。施工期關注的主要為地麵隆沉、土水壓（yā）力、滲漏等問題，而運營（yíng）期重點關注內容為結構斷麵收斂、隧道（dào）縱向不均勻沉降、襯砌腐（fǔ）蝕裂損等問題。

4.水下隧（suì）道健康監測係（xì）統故障率較高

監（jiān）測（cè）係統傳感器種類多樣（yàng），且數（shù）量繁（fán）多，一條隧道往（wǎng）往（wǎng）埋設近 200 個傳感器。這（zhè）些（xiē）儀器（qì）在地下水的侵蝕和各種不確定因素的影響（xiǎng）下容易發生損壞，這就要求傳感器的布設要具有一定的冗餘度，保證更換期間數據的（de）正常（cháng）收集。

1.傳統監測儀（yí）器

傳統機（jī）電類傳感監測（cè）技術主要是指振弦式、差動電阻式、電（diàn）感式、電阻應（yīng）變片（piàn）式等傳統機（jī）械（xiè）或電（diàn）子傳感技術。此類技術發展時間較長，也較（jiào）為成（chéng）熟，目前已經廣泛應用於大壩和岩土工程（chéng）監測中（zhōng）。相關的各種監測傳感（gǎn）器（qì）元件已經基本覆蓋了岩土（tǔ）工（gōng）程監測的各個方麵，具有很強的適用性，並且還具有使（shǐ）用靈活、埋設簡便以及價格相對較低等優點。

但是這類監測儀器屬（shǔ）於點式測量，僅能（néng）對其埋設位置附近的結構（gòu）變異（yì）情況進行局部（bù）監測，要反（fǎn）映（yìng）結構總體的變異情況就必須在整個結構中大量埋（mái）設傳感器原件，這就對隧道結構產生較大影響，可實施性較差（chà）。

2.新型光纖傳（chuán）感監測技術（shù）

光纖傳感技術最早應用於航空航天領域，隨著這項技術的（de）日趨成熟，開始逐漸在其他領域中應用，工程（chéng）結構健康監測正式其主要發展（zhǎn）方向之一。

3.水下隧道結構耐久（jiǔ）性關鍵技術

據統計，我國運營鐵路隧（suì）道的 60%以上存在不同程度的病（bìng）害，部分已經（jīng）危及行（háng）車安全。水下隧道所處環境更為複雜，隧道病（bìng）害所造成的危害更為突出，且具有不可逆性。針對隧道耐久性不足這一問題，國內（nèi）外學者開展了大量研究。

水下隧道結構健康監測的主（zhǔ）要對象是周邊介質、結構和周圍（wéi）環境，監測部位包括環境和結構，監（jiān）測類型（xíng）主要是水土壓力和（hé）結構內（nèi）力、外（wài）力、變形，結構背後空（kōng）洞監測、結構滲漏水（shuǐ）及混凝土碳化監測等（děng）。

4.監測數據評（píng）估關鍵技術

水下隧道結構物安全性評價的重要內容是監測數（shù）據的（de）分析評估，即用嚴謹的分析（xī）方法和較（jiào）為理想的數學模型，得出隧道結構確切的（de）使用性能的安全狀況，目前仍是一個難題。國內外學者在實踐和研究中提出了多種隧道安全（quán）性評價方法。如：

20世紀70年代美國匹（pǐ）茲堡大學教授薩蒂提出層次分析法，該方法可以將複雜的大係統問題通過層次分析變為結構（gòu）性強、條理清晰的（de）結構圖，在橋梁和隧道的安（ān）全評價中得到了較多應（yīng）用，但當影響因（yīn）素（sù）過多時（超過（guò）9個），標度工（gōng）作量較大，可信程度不足。

模糊綜（zōng）合評判法以隸屬度來描述（shù）模糊界限，評價結（jié）論具有較高的（de）可信度。

1984年鄧聚龍教授在國內首次提（tí）出灰色係統理論，主要研究係統模型不明（míng）確、行為信息不完善、運行機製不清楚的這類係統的預測和控製等（děng）問題，在橋梁領域的（de）監測中應用較為廣泛。

專家係統評價法是一種具（jù）有大量專門知識和經驗的智能計算機係統，可以模擬領域專家的思維過程。

目前，模糊（hú）係統方法、神經網絡法、專家係統法或混合性評價方法應用逐漸增多，水下隧道的健康（kāng）監測數據評估已經（jīng）由以隧道結構力學模型為基礎（chǔ）逐漸向以數（shù）學方法與神經網絡等理論（lùn）結合的（de）階段發展，隧道智能評價專家係統的建立已經是一（yī）種發展趨勢。