隧道在施工和使用過程中，因地質條件變化、結構失穩及退（tuì）化（huà）等問題必然會帶（dài）來安全隱患。如何保障隧道的安全施工和運營？安（ān）全物聯網的應（yīng）用給（gěi）隧道的運營（yíng）和管理帶來（lái）了新方向。
01隧道安全背景
據我國交通運輸行業發展統計公報提供的數據顯示，截至2016年底，我國大陸運營公路隧道15181座、14039.7km。研究人（rén）員對其中6000多座進行檢測分析，約有1/3的隧道存在襯砌（qì）結構裂縫和（hé）滲漏水等病害，對隧道整體結構的穩定性（xìng）造成不同（tóng）程度的破壞。因此，建立隧道結構安（ān）全自動化（huà）監測係（xì）統，對隧道工程進行監測，評估和預測以趨利避害（hài），成為（wéi）了現（xiàn）代隧道工程（chéng）發展的迫切需要。02隧道工程常見（jiàn）病害
隧道病害的類型主要有（yǒu）水害、凍（dòng）害、襯砌裂損和襯砌侵蝕。各種病害（hài）並不是單獨作用，常常是幾種情況共同作用。
滲漏水、積水等會造成隧道襯砌開裂或使原有（yǒu）裂縫（féng）發展變大。襯（chèn）砌裂損病害主要表現為襯砌的變形、開裂和錯台，而襯砌一旦開裂，將會給（gěi）地下水打開一條外滲的通道，引發隧道嚴重水害。在寒冷地（dì）區，水是影響隧道（dào）圍岩凍脹（zhàng）的重要因素，襯砌水害嚴重，必然導致凍害嚴重（chóng）。
寒冷地區的鐵路隧道如果圍岩含地下水，就會產生隧道凍害。凍害的循環發生，使（shǐ）襯砌混凝土再產生開裂、變形，導致襯砌承載力降低，同時在春、夏季，凍害部位開始解凍，此時（shí）被凍結的冰融（róng）化成（chéng）水，水就會“尋找”通路，致使襯砌（qì）產生滲漏水（shuǐ）。
地下水的侵蝕將致使襯砌的有效（xiào）厚度減（jiǎn）薄，承載力降低，安全（quán）可靠性（xìng）減小，隨著病害的持（chí）續（xù）發展，最終導致（zhì）襯砌結構失穩（wěn）破壞。
03隧道安全（quán）檢測監測技術
目前（qián）常（cháng）用的（de）隧道檢測監測技術主要以（yǐ）人工為主，即依靠人眼（yǎn）檢測以及人工儀器檢測，這兩種（zhǒng）方法的優點是技術成熟可靠，但對檢測人員要求較高，檢測時間長，且檢測人員（yuán）的安全作業難以保證。同時人工檢測具有（yǒu）較大的主觀性，即使（shǐ）經驗豐富的檢（jiǎn）測人員也難（nán）以保證檢測結果（guǒ）的完整（zhěng）性（xìng）與準確性。隨著檢測工作量的不斷增大，人（rén）工加儀器的方式越來越難以滿足檢測的需求（qiú）。
目前隧道（dào）檢測新技術可以分為 4 類: 傳感器（qì）檢測監測技術、數字照相檢測監測技術、激光掃描檢測技術、手持式病害記錄技（jì）術。
1、傳感器技術（shù）
在隧道中主要應用有4種：電阻式傳感（gǎn）技術、振弦式傳感技術、MEMS傳感技術、光纖傳感技術。
（1）電（diàn）阻式傳感技（jì）術：把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電（diàn）阻值變（biàn）化的傳（chuán）感器；
（2）振弦式傳感技（jì）術：以拉緊的金屬弦作（zuò）為敏感元件的諧振式傳感（gǎn）器。當弦（xián）的長度確定之後（hòu），其固有振動頻率的（de）變化量即可表征弦所受（shòu）拉力的大小（xiǎo），通過（guò）相應的測量電路（lù），就（jiù）可得到與拉力（lì）成一定關係的電信（xìn）號。
（3）MEMS傳感技術：利用傳統的半導體工（gōng）藝和材（cái）料，用微米技術在芯片上製（zhì）造（zào）微型機械，並將其與對應電路集成為（wéi）一個整體的技術。
（4）光纖傳感技術：利用光導纖維的傳光特性（xìng），把被測量轉換（huàn）為光特性（強度、相位（wèi）、偏振態、頻率、波長）改變的傳感（gǎn）技（jì）術。
2、數字照（zhào）相技術
利用數字相機或攝像機采集隧道表麵圖像（xiàng），利用圖像處理技術可以檢測隧道滲漏水和裂縫。相（xiàng）對於傳統方式，可以采集圖片信息，信息量更（gèng）豐富，利用圖像識別技術更（gèng）是可以獲取精確的病害信息，如滲漏水邊（biān）緣信息甚至是裂縫（féng）寬度。
3、激光掃描技術
利用（yòng）激光掃描儀（yí）得到隧道內表麵點雲數據，利用（yòng）點雲數據，判斷（duàn）隧道結構變形狀態，如（rú）結構收斂變形等，目前利用地麵三維激光掃描技術對地鐵隧道進行收斂變形監測，從地（dì）鐵隧道數據采集、三維模型建（jiàn）立、數據處理、成果輸出等幾個方麵來看，三維激光掃描技術是一種高效的地鐵隧道（dào）收斂（liǎn）變形（xíng）監測手段; 也可以利用掃描點反射（shè）率數據得到隧道內表（biǎo）麵圖（tú）像，從而獲取隧道滲漏水、襯砌掉塊與剝落、裂（liè）縫等病害信息。
4、手持式病害記錄技術
人工巡檢的輔助技術，巡檢人員可以利用記錄儀記錄巡（xún）檢的病害信息，記錄儀保存有（yǒu）隧道內表麵（miàn）展開圖，檢測人員可以將（jiāng）發現的病害記錄在內表麵展開圖上，並且（qiě）可以利用記錄儀上的圖像采集工具獲得病害圖像，記錄（lù）儀采用專用符號記錄病害數據，這樣便於後期的數據處理和參考。
04基於安全物聯網的（de）隧道（dào）結（jié）構安全監（jiān）測雲平台
目前的隧道結構穩定性監測缺少係統性的平台支撐，無法實現對隧道結構安全的全（quán）麵感知、實時在（zài）線監控（kòng）和及時的在線預測預警。而安全物聯網技術，是從係統化思維出發，通過建設安全物（wù）聯網監測雲平台，實現隧道結構體的決策“大腦”的建設，全麵掌控隧道健康安全。
安全物聯網隧道監測係統，一般分為四層結構：感知層、傳輸層、數據分析層和應用層。其中感知層和傳輸層（céng），又可以統稱為（wéi）物理層，實現（xiàn）數據采集和數據傳輸到雲平台。數據分析層也可以稱為信息層，實現對采集到的數據進行（háng）存儲和分析，為（wéi）應用層做數據支撐。應用層一方麵完成數據的管理（lǐ）和（hé）數據的處理，另（lìng）一方麵實現數據與隧道安（ān）全（quán）結構相關的行業應用相結合。主要實現（xiàn）信息展示、人（rén）機交互、係統管理和配置管（guǎn）理等功能，達到人員對隧道結構安全的管理（lǐ）和（hé）信息識別。
安全物聯網的（de）優（yōu）勢
使用無線通信技術取代傳統有線連接方式，減少部署的線（xiàn）纜（lǎn），並采用終端控製整個係統的信息通信、數據傳輸和結果（guǒ）展示，便於整體監測任務的執行和隧道結構安全穩定性的預測預警，整個監測過（guò）程無需人工幹預。
係統還能采用自調度的監測模式，實時調節係統的采集狀（zhuàng）態，有效減少冗餘監測，降低（dī）係統（tǒng）能耗（hào），延長（zhǎng）生命周期。同時，該係統的研究以（yǐ）及使用在病害（hài）處治方麵（miàn）應做到精準發力、高效便捷（jié）和持久耐用，對於（yú）提高（gāo）隧道的設計構造、監測預（yù）警和維護管理都具有一定的借鑒意義。