现在较流行的结构健康监测定义是Housner提出来的，即利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特征分析，达到检测结构损伤或退化的目的。分布式光纤传感技术是近年来随着对光在光纤内的各类散射效应的研究而发展起来的一种监测技术。分布式光纤传传感技术具有多种独特优势，其用于监测的单模光纤既是传感元器件又是传输介质，故无需多余的传导线路；目前最远的测量距离可达200 km，故非常适用于线状结构的监测；其传感器即单模光纤价格低廉，无需特殊加工，适合于大规模使用。光纤在隧道施工中的监测应用如下。

1.光纤测隧道变形

如图14-47所示，在隧道内分别布置若干沿隧道走向的纵向测线，同时选取有限个断面布置横向测线，并根据推导的公式对纵向测线内的光纤变形进行计算，再对横向同一断面内的收敛进行计算，即可把握整个隧道的宏观三维变形和开裂情况。

2.光纤测隧道裂缝

除测量变形之外，还可以根据钢筋混凝土的黏结滑移理论，利用分布式光纤传感技术测量结构裂缝的大小。某工程利用光纤技术判定裂缝最有可能位于图14-48中红线所在处，即距离跨中0.25 m的位置，后该判断被现场裂缝图(图14-49)证实无误。

图14-47　隧道测线布置

图14-48　光纤传感判定裂缝位置

3.光纤自动化监测系统

光纤监测可以根据客观需求，搭建一套完整的监测系统，实现集采集、传输、分析、推送于一体化的分布式光纤自动化监测。由于光纤传感探测范围更广，数据传输更为快速和方便，光纤监测土体变形向多样化、三维立体化发展，逐渐形成如图14-50所示的高渗透、高精度、自动化和实时化远程监测系统。

建立基于云服务器的光纤传感自动化监测系统主要有如下两个步骤。

(1)在地下结构中选取合适的方式安装监测所需的传感光纤，同时在合适的位置放置光纤应变分析仪，并将安装好的传感光纤接入仪器中。传感光纤的安装方法取决于结构监测要求和结构类型，而光纤应变分析仪的位置根据光纤接入线路布置。

图14-49　裂缝实际位置(www.daowen.com)

图14-50　立体化光纤监测示意图

(2)采用合适的方式(4G、WiFi、网线直连等)将光纤应变分析仪接入网络中，与服务器对接，并在服务器搭建光纤传感监测，实现监测数据的自动采集、计算、分析与发布。

【案例14-3】 云南武定至易门高速公路里程K89+624—K90+250段地形起伏较大，规划中以隧道(丰收隧道)形式通过该路段。隧道穿越地层以板岩夹砂岩为主，属构造剥蚀低中山地貌，监测段隧道地形如图14-51所示。

图14-51　丰收隧道监测段地形

混凝土结构应变监测采用金属基索状应变感测光缆，监测设备采用BOFDA分布式光纤应变仪。监测区域长约72 m，随着掌子面的开挖，每12 m设置一个监测断面，序号分别为G1到G6，每个断面布设两条光纤(横、纵断面各一条)，共12条。为了能测到二次衬砌结构内外侧由于弯矩产生的应变差，横断面布置时，在二次衬砌钢筋笼的内外侧绑扎一根光纤回路，并从一侧引出两根光纤接头。布置纵断面光纤时，先将光纤引到拱顶，沿外侧绕到本次钢筋笼前部，再从内侧钢筋笼绕回并沿内测绑扎回到隧道底部引出。具体的布设方式如图14-52所示。

图14-52　光纤随着二衬钢筋笼绑扎作业

表14-5　光纤监测各个断面的平均应变、沉降和收敛值

表14-5为测得的各个断面的应变、拱顶沉降、拱腰收敛值，并将拱顶沉降值与静力水准仪测得的二衬拱顶沉降值进行对比。从该表可以看出，各个断面用光纤和静力水准测量的差值不大，证明光纤测量的准确性。监测数据表明，在这一年内F3断面平均变化量较大，为0.93 mm。这是由于该断面与左洞塌方处较为接近，且其位置最靠近隧道出口处，该处围岩稳定性相对较差。

由光纤测量案例可以发现，光纤在布设时，精度要求较高，浇筑位置后准确定位。而光纤造价经济、测量简便的优势非常有利于其在线性隧道变形监测中推广使用，是未来监测新技术的发展方向之一。