随着人们对大型重要基础设施安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注,针对基础设施安全监测的研究与监测系统的开发应运而生。与传统人工检查方法不同,安全监测可以实时监控结构的运营状态,是相对动态的。智能感知是隧道智能化施工的核心要素之一,而智能感知的关键技术是监测技术。隧道工程环境具有复杂性、隐蔽性和突发性等特点,目前广泛运用于隧道领域的智能感知传感器种类少、监测参量单一,难以很好的满足复杂施工现场监测需求。光纤光栅传感技术以它自身安全可靠、测量精度高、经久耐用、维修费用低等优势,为解决隧道矿山法施工基础信息的安全、高效、智能感知提供了新的手段和思路。本论文通过大量阅读相关文献、收集和查阅隧道矿山法施工中智能传感器监测现状以及隧道围岩变形原因分析,掌握和了解国内外这些工程的研究背景及意义,同时制定本论文的研究方案。本文依托工程延崇高速公路棋盘梁隧道,主要采用光纤光栅传感器对于隧道围岩变形的关键段进行监测,主要研究内容如下:(1)通过光纤传输理论,理论计算了光纤光栅反射光谱特性及分布规律,研究了栅区长度、折射率变化等光纤光栅本征参量对反射光谱特性的影响,分析了基于波长编码方式的光纤光栅感知原理,探讨了光纤光栅应变、温度感知特性。(2)从光纤光栅在隧道中的实际应用出发,提出了三种不同的基体表面粘贴光纤光栅的封装方式,建立了光纤光栅与基体应变感知传递模型,理论推导了基体实际应变与光纤光栅感知应变的数学方程,提出了光纤光栅应变感知传递因子,揭示了光纤光栅与基体在粘贴长度范围内的应变感知分布规律,分析了光纤光栅与基体应变感知传递影响因素,通过试验验证了应变感知传递效应。(3)以工程实际现场监测为依托,对隧道施工现场关键位置进行实时监测,同时分析了解调仪、零点漂移以及现场温度对光纤光栅传感器测值结果造成的误差,并从光纤光栅传感器温度补偿技术、封装技术、传感器现场布设出发,比较有针对性地提出了改进方法,从而提高光纤光栅传感器在隧道工程中的广泛应用。(4)通过偏光显微镜试验,从岩石微观结构和矿物成分角度分析了风化程度变化和矿山法施工扰动对二长花岗岩岩体结构的影响。通过声波测试确定了矿山法施工作用下围岩开挖损伤区范围,同时通过经验公式估算出岩体的变形模量。最后通过探地雷达对于施工后的岩体结构进行分析。(5)对隧道不同施工现场方案进行数值模拟,拟合出现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到棋盘梁隧道开挖围岩变形全过程曲线。