隧道安全是关系到人类生命安全和社会经济活动正常运行的重大问题，及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提条件。随着监测技术的不断发展，以BOTDR（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，简称BOTDR）为代表的分布式光纤传感技术已开始应用在隧道等岩土工程结构的健康监测中，显示出其强大的优越性和应用前景。论文首先从理论上构建了隧道结构健康监测的概念及其系统构成，分析了隧道结构健康监测的发展现状和急待解决的问题，综合比较了各种应用于隧道结构健康监测的传感技术，重点介绍了BOTDR的工作原理、测试性能和方法。为了实现BOTDR应用于隧道结构健康监测，一系列的应用技术问题在论文中进行了比较系统的研究，主要包括BOTDR的传感元件、光纤布设、数据处理与分析和施工工艺与步骤等，取得了如下成果和创新点： （1）通过实验研究，对比了普通光纤与紧套光纤在定荷拉伸和定长拉伸两组实验中的应变随时间变化，发现在使用紧套光纤作为应变传感元件测量应变时，由于护套材料的蠕变和应力松弛而引发“护套效应”，造成光纤应变测量值与实际光纤应变之间的差异，并提出了校正方法。 （2）讨论了光纤布设的三种方法：一维布设、二维布设和三维布设，设计了光纤传感元件的三维布设方法（光纤网），该网络利用分布式光纤应变监测技术（BOTDR），将光纤（光缆）按一定方式布设成网络，埋入边坡表面以下一定位置，通过监测光纤（光缆）的应变变化，推算出边坡的表面变形。对室内模型进行的加载实验表明，该网络对悬挂重物而引起的表面变形很敏感，且能够精确分析发生异常的区域和应变大小，进而对表面变形状态进行三维模拟。 （3）面对BOTDR应变数据的具体特点，传统的数据库技术已经很难满足要求，为了建立一个面向主题的、集成的、非易失的且随时间变化的数据集合，论文首次将数据仓库应用于基于BOTDR的隧道结构健康监测，并在云南白泥井3号隧道中得以实现。BOTDR应变测量数据并不能直接作为结构应变数据而加以分析，必须经过一系列的抽取、转换和加载过程，为了指导这一过程的进行，论文提出了定位元数据，用以联系光纤长度与隧道结构位置，将光纤的应变数据投影到隧道结构具体位置上。 （4）总结了对BOTDR应变测量值进行温度补偿的三种方法：测温补偿、光纤自补偿和区分补偿，提出了基于模式识别技术的应变曲线异常识别算法。借助模式识别技术，将应变数据分割成若干个波形单元，以计算机可以识别的波形模式来表现应变分布曲线的波形变化，通过波形代码组合与光纤变形之间的对应关系，对异常区域进行评价和预警。运用该技术对南京玄武湖隧道进行分布监测的数据处理结果显示，它可以迅速而准确的找到异常区域，并对光纤和结构变形进行评价。 （5）在上述研究的基础上，构建了“基于BOTDR的隧道结构健康监测系统”，不仅制定了建立这一系统的内容和步骤，同时结合具体工程实例，对系统进行了验证和应用。虽然BOTDR应用于隧道监测中已经有过不少先例，但并未形成一个完整的实施程序和监测规范。论文归纳和总结了BOTDR应用在隧道监测中的经验和教训，详细阐述了建立“基于BOTDR的隧道结构健康监测系统”的内容和步骤，以指导隧道工程监测的实施。该系统首次在云南白泥井3号隧道监测项目中得以应用，根据长期监测获得的应变数据，对白泥井3号隧道进行了健康诊断，获得了该隧道在滑坡围岩压力作用下，紧邻山体一侧的侧墙处出现多处小幅异常，但短期内不会对结构健康造成威胁的结论。