一、我國水下隧道發(fā)展歷程 

中國工程院院士錢七虎認為：“19世紀是橋的世紀，20世紀是高層建筑的世紀，21世紀為了節(jié)約能源、保護環(huán)境，人類要大量利用地下空間，因此，21世紀對人類來說是地下空間的世紀。"

放眼世界，1994年建成的英吉利海峽隧道，完成了英法兩國“兩個多世紀的理想"；日本青函隧道修了20多年；俄羅斯人修白令海峽隧道的“百年夢想"至今還沒眉目；而已經(jīng)擁有跨海大橋的中國，已將海底隧道——渤海海峽跨海通道（煙大海底隧道）納入國家“十四五"規(guī)劃。

2004年，武漢長江隧道破土動工，2008年12月28日，武漢長江隧道通車運營，中華民族實現(xiàn)了“隧穿長江"的夢想，在長江57米深處，中國人成功攻克高水壓、強透水、超淺埋等水底盾構掘進難題。

2014年，世界直徑最大的雙層盾構隧道——揚州瘦西湖隧道建成通車，實現(xiàn)了我國雙層盾構隧道修建技術的重大突破。同年，外徑15.0米、世界上已建成的直徑最大的盾構隧道之一—杭州錢江隧道通車運營，這也是在錢江強涌潮作用下修建水下隧道。

遇水架橋是千百年來人類的習慣做法，隨著水下地質(zhì)勘探技術、施工水平的提高，以及地面交通壓力的不斷增長，水下交通隧道以其少拆遷、不影響航運和水域生態(tài)環(huán)境，不受天氣、大風、大霧影響，可以全天候運營，而且具有很強的抵抗災難災害和突發(fā)事件的能力等*優(yōu)勢逐漸成為當今跨越江河湖海的新選擇。

從技術上看，眾多水下隧道的開通，也為我國在這一領域提供了很好的技術支持，并開啟了從大江邁向大海的新時代。

2010年廈門翔安海底隧道建成通車，項目形成的“鉆爆法海底隧道修建技術"以“里程碑式"的作用，已推廣應用到多座跨江越海工程；6年后，采用盾構法施工的地鐵海底隧道也在廈門盾構始發(fā)，而在相鄰省份的珠海，我國首條于外海建設的沉管隧道——港珠澳大橋沉管隧道，是公路沉管工程。

二、安全監(jiān)測在水下隧道中的應用

水下隧道(海底隧道)，所處地質(zhì)條件、內(nèi)部環(huán)境比較復雜，若在施工期、運行期發(fā)生災害，均會造成重大的經(jīng)濟損失與不良的社會影響。國內(nèi)外調(diào)查研究表明，建成的隧道有相當比例存在襯砌裂縫和滲漏水等病害現(xiàn)象，威脅隧道內(nèi)行車安全、影響交通質(zhì)量，縮短隧道的維護周期與使用年限。

國外隧道結(jié)構安全監(jiān)測技術研究起步較早，特別是日本、歐洲等公路隧道較為發(fā)達的國家。在國內(nèi)，重要的水下隧道工程也建立了結(jié)構安全監(jiān)測系統(tǒng) ，比如南京玄武湖隧道、廈門翔安隧道、南京長江隧道、廣州洲頭咀隧道、揚州瘦西湖隧道等等。

通過建立隧道結(jié)構安全監(jiān)測長系統(tǒng)，對工程建設期、運營期的結(jié)構、環(huán)境性狀作全過程的監(jiān)測 ，以科學、準確地評估病害對結(jié)構承載能力、承載狀態(tài)的影響規(guī)律和影響程度，可以為工程的維護、保養(yǎng)、安全決策及病害診治提供科學依據(jù)。

水下（海底）隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)配置

1.設計原則

監(jiān)測特征斷面應根據(jù)隧道地質(zhì)條件及環(huán)境條件確定；監(jiān)測的主要控制因素應根據(jù)受力特點確定；監(jiān)測特征點及相應的監(jiān)測項目可根據(jù)結(jié)構分析計算結(jié)果確定。

2.選型原則

性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、耐用、技術參數(shù)符合國際、國內(nèi)規(guī)范要求，包括電纜、護管及其他附屬設施；監(jiān)測設施設備的使用年限應盡可能與隧道的設計使用年限一致。

3.主要監(jiān)測特征包括（不限于）

（1）工作條件監(jiān)測

土壓力、水壓力、覆蓋層厚度、地層變形、腐蝕等。

（2）結(jié)構受力監(jiān)測

混凝土應力、鋼筋應力、錨桿內(nèi)力、接觸面壓力、路面稱重監(jiān)測等。

（3）結(jié)構變形監(jiān)測

結(jié)構沉降變形、撓度、裂縫、收斂變形、振動變形等。

（4）結(jié)構材料監(jiān)測

表面碳化深度、混凝土強度變化、鋼筋腐蝕程度等。

（5）環(huán)境量監(jiān)測

有毒有害氣體、大氣顆粒物監(jiān)測、能見度監(jiān)測、視頻攝像監(jiān)控。

4.系統(tǒng)配置

隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)由傳感層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層三部分組成，系統(tǒng)拓撲圖如下圖所示。

基于上述監(jiān)測的眾多的監(jiān)測特征量，對應的傳感器類型是多種多樣的，信號傳輸模式也不盡相同，包括模擬量與數(shù)字量信號；其要求的采樣率也分為靜態(tài)監(jiān)測與動態(tài)監(jiān)測。

 是否有一種數(shù)據(jù)采集器能同時滿足上述的測量要求，同時保證性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠？答案是肯定的。

三、Campbell Scientific 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)

Campbell Scientific為適應不同工況下的監(jiān)測環(huán)境與監(jiān)測要求，研發(fā)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。新一代CR6、GRANITE數(shù)采系統(tǒng)，多功能萬能端子可直接適配各類傳感器信號；內(nèi)置靜態(tài)/動態(tài)數(shù)據(jù)采集接口與VSPECT分析模塊；24位分辨率；獨立通道，1K數(shù)據(jù)采樣率；支持RS485，SDM，SDI-12，CPI，Ethernet多種通訊測試接口。包括：WIFI和RF多種可選版本；可實現(xiàn)隧道內(nèi)的無線遠程傳輸，解決信號電纜、光纜布線等復雜性。

1.測量性能

2.穩(wěn)定性

3.集成度

（1）集成靜態(tài)應變、位移及環(huán)境等傳感器信號接入

（2）集成動態(tài)信號加速度、動應變等傳感器信號接入

4.環(huán)境適應性和供電

（1）太陽能板或電池供電，非常適應異常氣候

5.信息處理與反饋

隧道結(jié)構安全預警與綜合評估系統(tǒng)是對在線監(jiān)測與人工巡測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理與分析，對隧道結(jié)構進行異常診斷、預警及結(jié)構安全性態(tài)評估。

Campbell數(shù)據(jù)采集控制平臺Loggernet

多功能數(shù)據(jù)采集控制平臺，擁有40多年產(chǎn)品研發(fā)過程的技術精華與沉淀，兼容Campbell所有數(shù)據(jù)采集器，*的安全控制技術。

程序運行采用二進制編碼，導入與導出均經(jīng)軟件二次編譯，確保程序不能為第三方查看或運行；平臺內(nèi)置安全管理模塊，對用戶進行安全級別管理，確保設備與程序的操控安全。

多軟件平臺支持

6.數(shù)據(jù)傳輸與安全

（1）通道復用

（2）兼容多類型通信協(xié)議

（3）CPI

（4）多重存儲方式

（5）多重加密保護

（6）Security Codes

（7）PakBus/TCP Password

（8）TLS

（9）PakBus Encryption Key

參考資料及引用：

（1）廈門翔安海底隧道的若干結(jié)構監(jiān)測技術

（2）水下隧道結(jié)構貨健康監(jiān)測技術規(guī)程

（3）文中部分圖片引用自網(wǎng)絡及中國鐵建