隧道结构安全如何实现毫米级高精度实时监测与智能预警？【非接触检测技术】

1. 隧道结构与安全监测的技术要求

隧道，作为重要的交通或水利基础设施，其结构安全是运营的基石。想象一下，隧道就像是一个长长的、巨大的“地下通道”，它的外壳通常由混凝土或岩石衬砌构成，承受着上方土体、岩石的巨大压力，以及地下水、行车荷载等复杂作用。时间久了，这些持续的压力和环境影响可能导致隧道的“外壳”出现各种问题，比如：

• 变形：衬砌可能发生沉降、隆起或收缩，就像一个膨胀或收缩的气球，改变了隧道原本的形状和尺寸。

• 开裂：衬砌表面出现裂缝，就像皮肤上的伤口，这可能是材料老化、应力集中或不均匀沉降的信号。

• 渗漏水：地下水通过裂缝或薄弱区域侵入隧道，不仅腐蚀结构，还可能导致衬砌背面空洞或冻胀破坏。

• 衬砌剥落/空洞：衬砌材料局部脱落，或者衬砌与围岩之间出现间隙（空洞），就像墙壁上的砖块脱落或者背后出现空腔，这会严重削弱结构的承载力。

• 净空侵限：隧道内部的尺寸缩小，影响车辆或设备的安全通过。

为了确保隧道这个“地下通道”能够长期稳定、安全地服务，我们需要一套严密的技术监测方案。这套方案的核心要求就是能够实时、精确、长期稳定地获取隧道的关键健康数据，并能在出现异常时及时发出预警，就像给隧道配备了一个24小时在线的“医生”，能够随时监测其“身体状况”并及时发现“病灶”。具体来说，技术监测需要满足：

• 高精度：能够捕捉毫米甚至微米级的微小变形，因为隧道的很多病害都是从微小变化开始积累的。

• 实时性：监测数据能快速反馈，以便及时发现异常，甚至实现预警，避免小问题演变成大事故。

• 长期稳定性：传感器和系统能在恶劣的隧道环境中（潮湿、粉尘、温度变化）可靠工作多年，数据不漂移、不失真。

• 非接触性：尽量减少对隧道运营的影响，不干扰交通。

• 自动化与智能化：减少人工干预，实现数据自动采集、传输、分析和预警。

2. 隧道安全监测相关参数简介

隧道安全监测关注的参数多种多样，它们就像体检报告上的各项指标，每项都反映了隧道结构的不同“健康状况”。

• 收敛变形：指隧道横向直径或纵向长度的变化。就像测量隧道横截面是不是“变胖”或“变瘦”了。它反映了围岩压力、地层沉降等对隧道整体形状的影响。评价方法通常是设置多个监测点，测量点与点之间的距离变化。

• 沉降变形：指隧道结构在垂直方向上的下沉或隆起。这就像测量隧道地面有没有“下陷”或“鼓包”。它直接关联着地基的稳定性、围岩的变形以及地下水的影响。通常通过精密水准测量或位移传感器来监测地基和结构的垂直位移。

• 衬砌裂缝：指混凝土衬砌表面的裂纹。这些裂纹有不同的宽度、长度和走向，是结构受力不均、材料老化、收缩等现象的直观表现。评价方法包括人工巡查、影像识别和裂缝宽度传感器等。

• 结构错台/接缝张开：指隧道分段衬砌之间出现相对位移或接缝扩大。想象一下，隧道是由一块块积木搭成的，如果“积木”之间出现高低不平或者缝隙变大，就说明结构连接可能出了问题。这反映了地层错动或结构变形。

• 衬砌空洞/脱空：指衬砌与围岩之间出现间隙或衬砌内部存在缺陷。就像前面说的，墙壁后面的“空腔”，这些看不见的空洞会严重降低衬砌的承载力。评价方法通常需要无损检测技术，如探地雷达、声波检测等。

• 渗漏水：隧道衬砌表面出现水迹、滴水或涌水。这是地下水侵入的直接证据，不仅影响结构耐久性，也可能诱发其他病害。评价方法包括目视检查、热成像检测及安装流量计等。

3. 实时监测/检测技术方法

3.1 市面上各种相关技术方案

在隧道安全监测领域，市面上存在多种先进的非接触式测量技术，每种技术都有其独特的工作原理、适用场景和性能特点。

3.1.1 激光测距（飞行时间法/脉冲法）

这种技术就像我们对着远处的山谷喊一声，然后根据声音的回声来判断山谷有多远。激光测距仪发射一道激光脉冲，激光碰到目标表面后反射回来，传感器记录下激光从发出到返回的总时间。由于激光（光）在空气中的传播速度是恒定的，所以通过简单的时间计算，就能精确得出传感器到目标的距离。

工作原理和物理基础：激光测距传感器通过发射短而强的激光脉冲，并精确测量该脉冲从发射器到目标表面再反射回接收器所需的时间（飞行时间）。光速（c）在空气中近似为 299,792,458 米/秒。如果测得的飞行时间为 t，则距离 D 的计算公式为：D = (c * t) / 2这里的除以2是因为激光走了去和回两次的距离。

为了实现高精度，这类传感器通常采用非常精确的时钟来测量极其短暂的飞行时间，并可能采用多次采样取平均、滤波算法等技术来提高测量稳定性和抗干扰能力。对于长距离测量，通常采用可见或不可见的红外激光。

核心性能参数的典型范围：* 测量范围：从几厘米到几百米甚至上千米。例如，短距离可能为0.05米，长距离可达500米甚至更远。* 精度：通常在毫米到厘米级别，如±1毫米到±10毫米。* 分辨率：可以达到0.1毫米到1毫米。* 测量速度（采样频率）：从几十赫兹到几百赫兹，例如250Hz，表示每秒可测量250次。* 温度范围：-40°C至+60°C，有些型号通过冷却装置可测量高温物体表面。

技术方案的优缺点：* 优点： * 长距离测量能力：能够远距离非接触测量，非常适合大型结构如隧道的整体变形监测。 * 高精度：能够提供毫米级甚至更高的距离测量精度，满足隧道变形监测对精度的要求。 * 非接触性：避免了与被测物体的物理接触，不会对被测物造成损伤或影响其正常运行。 * 响应速度快：测量频率高，能实现准实时监测。 * 环境适应性强：坚固的外壳设计和宽温工作范围使其适用于恶劣的工业和户外环境，例如隧道内潮湿、多尘、光照复杂等条件，部分产品还能应对高温目标测量。 * 安装灵活：体积相对较小，便于安装在各种监测点位。* 缺点： * 受目标表面影响：目标的反射率、颜色、粗糙度可能会影响测量效果，尤其是在极低反射率或高散射表面。 * 受环境干扰：空气中的粉尘、水雾、烟尘等颗粒物会散射激光，影响测量精度和距离。强烈的环境光（如太阳光）也可能对测量造成干扰，但先进的传感器通常会通过滤波技术来减弱这些影响。 * 单点测量：标准激光测距仪一次只能测量一个点的距离，如果需要监测大面积区域，需要部署多个传感器或配合扫描系统。* 成本考量：单个传感器的成本相对适中，但如果需要大规模部署形成监测网络，整体投入会增加。

3.1.2 激光三角测量法

激光三角测量法的工作原理，我们可以想象成这样：你拿着一个激光笔照向一面墙，然后你从另一个角度用尺子去量激光点到你的距离。如果墙面稍微靠近或远离你，那个激光点在你尺子上的位置就会移动。激光三角测量传感器就是利用这个原理，通过光学几何关系来测量微小位移。

工作原理和物理基础：传感器内部发射器发出一束激光，照射到目标物体表面形成一个光点。目标表面反射的光线通过一个接收镜头，聚焦到内部的位置敏感探测器（如PSD或CMOS传感器）上。当目标物体与传感器之间的距离发生变化时，反射光点在探测器上的位置也会发生相应移动。传感器根据光点在探测器上的位置变化，结合预设的光学几何参数，通过三角函数关系精确计算出目标物体的位移或距离。简单来说，如果入射激光点、反射光点和探测器上的成像点形成一个三角形，当目标移动时，这个三角形的角度和边长会改变，从而计算出距离变化。

核心性能参数的典型范围：* 测量范围：通常较短，从几十微米到几百毫米（如±0.3毫米到几百毫米）。* 重复精度：极高，可达亚微米级别（如0.005微米）。* 采样速度：非常快，可达几十千赫兹到几百千赫兹（如392kHz）。* 测量点径：通常非常小，适用于微小特征的检测（如20微米）。

技术方案的优缺点：* 优点： * 超高精度：能够实现极高的测量分辨率和重复精度，非常适合检测微小的裂缝、表面变形等。 * 超高速采样：数据采集速度极快，适用于需要实时捕捉快速变化的场景。 * 非接触性：同样不损伤被测物体。* 缺点： * 测量范围短：主要适用于短距离、高精度的位移测量，不适合远距离的整体结构监测。 * 受表面特性影响：目标表面的颜色、粗糙度、反射率会显著影响测量效果。 * 抗环境光干扰能力较弱：强烈的环境光可能影响测量稳定性。* 成本考量：高性能的激光三角传感器成本较高，适用于对精度和速度有极致要求的局部监测。

3.1.3 探地雷达（GPR）

探地雷达的工作原理就像医生给病人做B超一样，它不是看皮肤表面，而是深入到“身体内部”去探测。它发射电磁波穿透隧道衬砌或地层，当电磁波遇到不同介质（比如混凝土、钢筋、水、空洞）的界面时，会产生反射。传感器接收这些反射波，通过分析反射波的到达时间、强度和相位，就能“绘制”出地下或结构内部的图像，发现隐藏的缺陷。

工作原理和物理基础：探地雷达系统通过发射高频电磁波脉冲（通常频率范围从几十MHz到几GHz）进入待测介质。当电磁波在介质中传播时，其速度取决于介质的介电常数和磁导率。当电磁波遇到介质特性（如介电常数）发生变化的界面时（例如混凝土与空洞、混凝土与钢筋、干燥土与湿润土的界面），一部分电磁波会反射回来。GPR接收器捕捉这些反射波，并测量其往返时间（双程走时）。深度 D = (v * t) / 2其中，v 是电磁波在介质中的传播速度，t 是往返时间。通过分析反射波的传播时间、振幅和相位，可以推断出地下或物体内部的结构、深度、尺寸、介质类型以及是否存在缺陷。

核心性能参数的典型范围：* 天线频率：决定探测深度和分辨率，低频天线探测深，高频天线分辨率高。* 探测深度：取决于天线频率和介质特性，通常可达数米。* 扫描速度：设计用于车载高速扫描，效率高。* 分辨率：在米或亚米级。

技术方案的优缺点：* 优点： * 无损检测：能够在不破坏隧道结构的情况下探测内部缺陷。 * 探测隐藏缺陷：特别擅长发现衬砌空洞、脱空、分层、钢筋位置和水侵等肉眼不可见的病害。 * 效率高：多通道阵列系统可以实现宽覆盖范围的快速扫描。* 缺点： * 数据解释复杂：GPR图像需要专业人员进行分析和解释，结果可能存在多解性。 * 探测深度受限：电磁波在导电介质（如潮湿黏土）中衰减快，探测深度受限。 * 分辨率与深度矛盾：高分辨率意味着探测深度浅，反之亦然。* 成本考量：GPR系统，尤其是多通道阵列系统，成本较高，主要用于专业检测机构。

3.1.4 热成像检测

热成像技术就像给隧道做了一次“体温检测”。物体都会发出红外辐射（热量），温度不同，发出的红外辐射强度也不同。热像仪能够捕捉这些肉眼不可见的红外线，然后转换成一张彩色图谱，用颜色深浅来表示温度高低。在隧道里，如果有水渗漏、空洞或者衬砌脱空，这些区域的传热特性会和周围健全的结构不同，导致表面温度出现细微的差异，热像仪就能把这些差异“看”出来。

工作原理和物理基础：所有高于绝对零度（-273.15°C）的物体都会以电磁波的形式发射红外辐射，这种现象称为黑体辐射。热像仪的核心是一个红外探测器阵列，它能够接收物体表面发出的红外辐射，并将其转换为电信号。不同温度的物体发出不同强度的红外辐射，探测器通过测量这些辐射强度，并结合辐射定律（如斯特藩-玻尔兹曼定律，用于理想黑体）：P = ε * σ * A * T^4其中，P 是辐射功率，ε 是物体的发射率，σ 是斯特藩-玻尔兹曼常数，A 是表面积，T 是绝对温度。热像仪通过复杂的算法将这些电信号处理成物体表面的温度分布图像，即热像图。在隧道检测中，缺陷区域（如水渗漏、空洞、脱空）与周围健全区域的热传导特性不同，会导致表面温度出现异常，热像仪可以捕捉这些微小的温度差异，从而间接指示潜在的缺陷。

核心性能参数的典型范围：* 红外分辨率：例如640 x 480像素，像素越高图像越清晰。* 测温范围：例如-40°C至2000°C，覆盖广泛。* 热灵敏度（NETD）：例如< 25 mK (@ 30°C)，表示能检测到的最小温差，数值越小越灵敏。* 帧频：最高可达30Hz，影响实时视频的流畅性。

技术方案的优缺点：* 优点： * 非接触、快速：可在远距离快速扫描大面积区域。 * 非侵入性：不会对隧道结构造成任何损伤。 * 发现隐蔽缺陷：能够识别因传热异常导致的衬砌水渗漏、潮湿区域、空洞和脱空等病害，这些缺陷在可见光下可能不明显。 * 不受可见光限制：在完全黑暗的环境下也能工作。* 缺点： * 间接测量：热像仪测量的是表面温度差异，需要经验判断缺陷的类型和严重程度。 * 受环境温度影响：环境温度变化、风速等因素可能影响检测效果，需要在稳定条件下进行。 * 穿透力有限：只能探测到表面或浅层缺陷引起的温度变化，无法像GPR那样深入探测。* 成本考量：高性能热像仪价格较高，但作为辅助检测手段，效率较高。

3.2 市场主流品牌/产品对比

这里我们将对比几家主流品牌在隧道在线检测领域提供的解决方案，它们采用了不同的技术原理，以满足不同的监测需求。

• 1. 瑞士徕卡地理系统徕卡地理系统是地理空间解决方案领域的全球领导者。其解决方案，例如移动地图测绘系统，融合了高精度激光扫描仪（LiDAR）、全景相机和GNSS/IMU等多种传感器。LiDAR系统通过快速发射激光脉冲并测量其返回时间，能够获取隧道内部的高精度三维点云数据。这种系统主要用于车辆高速行驶中同步采集隧道内部的几何形变、净空分析和大型缺陷（如大面积剥落）的全面数据。

  • 核心参数：点云密度最高可达200万点/秒，图像分辨率最高可达120MP，系统精度在GNSS良好条件下通常可达厘米级。

  • 应用特点与优势：其系统能实现隧道内部的快速、全面、多维度数据采集，极大提高检测效率，特别适用于隧道几何形变和净空分析。拥有完善的数据处理软件生态系统，便于后续分析和建模。

• 2. 英国真尚有英国真尚有的LCJ系列激光测距传感器，是为工业和户外应用设计的高精度、长距离测距解决方案。它最远可测500米，精度高达±1毫米，并能以高达250Hz的速度进行高速测量。其核心技术基于激光的飞行时间原理，发射激光脉冲并测量其往返时间来计算距离。该传感器特别适用于隧道结构的点位变形监测，例如固定点位的收敛变形、衬砌位移等。其能在-40°C至+60°C的宽泛环境温度下工作，并具备IP65防护等级，甚至可以测量1550℃的高温物体表面，这在一些特殊隧道环境（如高温工业隧道或火灾后评估）中具有独特优势。它提供了多种串行接口（RS232，RS485，RS422，SSI和USB）和高精度模拟输出（0.1%），以及两个可编程数字输出（DO1和DO2），便于集成到各类监测系统中。

  • 核心参数：测量范围0.05m至500m，精度±1mm，测量速度250Hz，工作温度范围-40°C至+60°C，可测高温物体表面（最高1550°C）。

  • 应用特点与优势：适合需要长距离、高精度、实时非接触点位距离测量的场景，如隧道衬砌的长期稳定变形监测、设备定位等。其环境适应性强，可以在恶劣条件下稳定工作，并能应对高温目标测量。

• 3. 日本基恩士日本基恩士在自动化传感器领域具有领先地位，其激光位移传感器以超高精度和超高速采样著称。例如其LK-G系列激光位移传感器采用激光三角测量法，通过测量激光光点在接收器上的位置变化来精确计算微小位移。这种技术特别适合检测隧道表面微小的裂缝宽度变化、衬砌表面微变形等，提供极高的测量分辨率。

  • 核心参数：测量范围如±0.3毫米，重复精度如0.005微米，采样速度最高可达392kHz。

  • 应用特点与优势：提供极致的测量分辨率和数据采集速度，适用于在线生产线级别的精密检测和监控，在隧道局部微小病害的精细监测方面具有优势。

• 4. 意大利几何电子几何电子是探地雷达（GPR）领域的专家。其探地雷达系统通过发射高频电磁波探测地下或物体内部的结构和缺陷。例如其Stream C系统采用多通道天线阵列，能够在一次通过中提供宽覆盖范围的地下三维成像，有效探测隧道衬砌空洞、脱空、分层、钢筋位置和水侵等肉眼不可见的深层病害。

  • 核心参数：配备多达34个独立双极化天线，探测深度可达数米（取决于天线频率和介质）。

  • 应用特点与优势：专为道路、隧道等基础设施的快速、高分辨率无损检测设计，大大提高了效率和数据可靠性，特别适合评估衬砌内部结构完整性。

• 5. 美国菲力尔美国菲力尔是全球领先的红外热成像解决方案提供商。其高性能热像仪通过接收物体表面发出的红外辐射来生成温度分布图像。在隧道检测中，它能非接触、快速地检测隧道衬砌中的水渗漏、潮湿区域以及因空洞或脱空导致的传热异常，为隧道病害的早期发现和预防性维护提供重要信息。

  • 核心参数：红外分辨率如640 x 480像素，测温范围如-40°C至2000°C，热灵敏度如< 25 mK。

  • 应用特点与优势：能捕捉细微的温度差异，即使在光线不足或恶劣环境下也能有效工作，是非接触式快速普查水病害和部分内部缺陷的有效手段。

3.3 选择设备/传感器时需要重点关注的技术指标及选型建议

选择隧道安全监测设备时，我们需要像挑选工具一样，根据具体“任务”来匹配最合适的“工具”。以下是一些关键的技术指标及其选型建议：

• 测量范围：指的是传感器能测量的最小到最大距离。

  • 实际意义：如果传感器安装距离隧道衬砌较远，或需要监测大尺度变形，就需要大测量范围的设备。反之，如果只是监测近距离的微小裂缝，则短距离高精度的设备更合适。

  • 选型建议：对于隧道整体收敛、拱顶沉降等宏观变形，选择测量范围数百米的激光测距仪。对于局部裂缝宽度或衬砌微位移，则选择测量范围短但精度极高的激光位移传感器。

• 测量精度：指测量结果与真实值之间的接近程度，通常用“±X毫米”表示。

  • 实际意义：它决定了你能捕捉到多小的变形。毫米级甚至亚毫米级的精度对于早期发现隧道微小病害至关重要，因为很多大问题都是从微小变化开始的。

  • 选型建议：结构变形监测要求精度通常在毫米级或更高。例如，对于需要高精度监测的区域，选择精度为±1mm的激光测距仪是一个不错的选择。对于非关键区域的普查或粗略定位，厘米级精度也可能接受。

• 测量分辨率：指传感器能够分辨出的最小距离变化。

  • 实际意义：与精度紧密相关，反映了设备对微小变化的敏感度。

  • 选型建议：与精度要求类似，越高越好，但要平衡成本和实际需求。通常分辨率会比精度值小一个数量级或更多。

• 测量速度（采样频率）：指传感器每秒能进行多少次测量，单位Hz。

  • 实际意义：决定了数据更新的实时性。高速率意味着能更快地捕捉到突发性变形或在移动平台（如检测车）上进行连续扫描。

  • 选型建议：对于实时预警和动态监测，至少需要几十赫兹的测量速度。例如，采样频率为250Hz的传感器能有效捕捉快速变化。对于长期缓慢变形的监测，较低的频率可能也足够。

• 环境适应性（IP防护等级、工作温度范围）：

  • 实际意义：隧道环境通常恶劣，潮湿、多尘、温度波动大。IP等级（如IP65）表示设备防尘防水的能力，工作温度范围则表明设备能在多大的温度变化下正常运行。

  • 选型建议：选择IP65或更高防护等级的传感器，以应对隧道内的粉尘和潮湿环境。工作温度范围要覆盖隧道可能出现的极端温度（如-40°C到+60°C）。对于高温环境，应考虑具备耐高温特性的传感器或配备冷却外壳。

• 输出接口：指传感器如何与监测系统进行数据通信。

  • 实际意义：多种接口（如RS232、RS485、模拟输出）意味着设备兼容性更强，更容易集成到现有或新建的监测系统中。

  • 选型建议：根据后端数据采集和传输系统的要求选择合适的接口。工业现场通常偏爱RS485或模拟输出，因为抗干扰能力强，传输距离远。

• 成本考量：

  • 实际意义：项目预算的限制，需要权衡性能与价格。

  • 选型建议：在满足核心监测需求的前提下，选择性价比最高的方案。高性能的系统通常成本也更高，但带来的效益（如避免事故、延长寿命）可能远超初期投入。

3.4 实际应用中可能遇到的问题和相应解决建议

即使选择了再好的设备，在实际隧道应用中也可能遇到各种挑战，就像再好的医生也可能遇到复杂难缠的病例。

• 问题1：隧道内粉尘、水雾、烟尘等环境干扰

  • 原因与影响：这些颗粒物会散射、吸收激光束或电磁波，导致测量信号衰减，测量误差增大，甚至无法测量。粉尘还可能附着在传感器镜头上，影响光学性能。

  • 解决建议：

    • 物理防护：为传感器配备专业的防护罩或吹扫装置，定期进行清洁维护，保持镜头清洁。

    • 技术选择：对于粉尘、水雾严重的区域，可以考虑选择对这些环境因素不那么敏感的检测技术，或者选择波长更长、穿透力更强的激光测距方案。

    • 信号处理：采用更先进的信号处理算法，如数字滤波、多次采样平均等，提高信号的信噪比和测量稳定性。

• 问题2：目标表面特性（颜色、粗糙度、反射率）变化

  • 原因与影响：隧道衬砌表面可能因为潮湿、污垢、修补等原因导致颜色、粗糙度、反射率不均匀，影响激光测距或三角测量传感器的测量稳定性。

  • 解决建议：

    • 技术选择：选择抗表面特性影响能力强的传感器。例如，飞行时间原理的激光测距仪相对激光三角测量法对表面特性变化不那么敏感。

    • 辅助措施：对于关键监测点，可以在目标表面粘贴高反射率的反射板，确保激光信号的稳定返回。

    • 定期校准：定期对传感器进行现场校准，以适应目标表面变化带来的影响。

• 问题3：温度波动对测量精度的影响

  • 原因与影响：温度变化可能导致传感器内部元件的热膨胀或收缩，影响光学系统或电子元器件的稳定性，从而引入测量误差。

  • 解决建议：

    • 选用宽温产品：选择具有宽工作温度范围（如-40°C至+60°C）且经过温度补偿设计的传感器。

    • 安装冷却/加热装置：在极端温度环境下，可为传感器加装冷却外壳或加热装置，将其工作环境温度控制在最佳范围内。

    • 温度补偿算法：在数据处理层面，引入温度传感器数据进行软件补偿校正。

• 问题4：数据传输与存储的稳定性和可靠性

  • 原因与影响：隧道内通信环境复杂，可能存在电磁干扰、信号衰减，导致数据传输中断或丢失。长期监测产生海量数据，对存储和管理提出挑战。

  • 解决建议：

    • 有线/无线混合方案：采用抗干扰能力强的工业级有线通信（如RS485、光纤）作为主干，辅以短距离可靠的无线传输（如LoRa、Wi-Fi）进行局部连接。

    • 数据冗余与备份：建立多级数据存储和备份机制，确保数据安全。

    • 边缘计算：在传感器端或汇聚节点进行数据初步处理和筛选，减少传输带宽压力。

    • 电磁兼容设计：所有设备和线路均应符合工业级电磁兼容标准，避免相互干扰。

• 问题5：供电稳定性

  • 原因与影响：隧道内可能存在供电不足、电压波动或临时断电等问题，影响监测系统的连续运行。

  • 解决建议：

    • 备用电源：为关键监测节点配备UPS不间断电源或太阳能/风能等独立供电系统。

    • 低功耗设计：选用低功耗传感器和数据采集设备，延长备用电源工作时间。

    • 远程监控：通过远程监控系统实时掌握供电状态，及时发现并解决问题。

4. 应用案例分享

• 隧道收敛变形监测：在隧道衬砌的多个横断面布设激光测距传感器，实时监测隧道轮廓的变化，例如拱顶沉降、拱腰内缩或底板隆起，及时发现结构潜在的失稳迹象。例如，使用英国真尚有的激光测距传感器，能够实现对隧道变形的长期稳定监测。

• 衬砌裂缝宽度实时监测：将高精度激光位移传感器安装在隧道裂缝两侧，持续监测裂缝的张开、闭合或错动，评估裂缝的活动性及其对结构安全的威胁。

• 净空侵限检测：利用移动激光扫描系统或固定式激光测距阵列，定期或实时扫描隧道内部轮廓，快速识别是否有结构物（如衬砌变形、设备安装不当）侵入车辆或行人安全通行区域。

• 衬砌内部缺陷无损探测：使用探地雷达系统对隧道衬砌进行扫描，探测衬砌内部的空洞、脱空、分层、钢筋锈蚀等隐蔽病害，为维修加固提供依据。

• 隧道渗漏水与潮湿区域识别：通过热像仪快速扫描隧道衬砌表面，识别因水分蒸发或传热异常导致的温度差异，从而定位渗漏水或潮湿区域，进行针对性处理。