对城市下穿铁路隧道而言,采用常规隧道检测技术进行诊断存在一定的局限,无法实现长距离分布式多时段的监测。为解决这一问题,本文采用长距离分布式布里渊光纤作隧道应变的传感器,提出了基于隧道纵向多断面曲率相关性的下穿铁路隧道结构状态诊断方法,并研究了该诊断方法在实际隧道中的应用。系统总结了国内外隧道监控量测及损伤诊断的应用研究成果与发展趋势,重点阐述了利用长距离分布式传感技术对隧道进行结构状态诊断的相关方法和理论。在此基础上,对隧道结构曲率与应变关系的基本原理进行了研究,结合能量法的思想,研究了剪力对隧道应变与曲率关系的影响程度,即满足何种条件下能够忽略剪力对隧道应变与曲率关系的影响,并通过有限元算例分别对剪力和弯矩对隧道应变与曲率关系的影响进行了验证。以刘长山路隧道为工程背景,确定合理的围岩及隧道结构参数,建立了刘长山路隧道有限元模型。并通过数值模拟的方式,构建出健康状态下刘长山路隧道结构应变与曲率的关系模型。在刘长山路隧道应变与曲率关系模型的基础上,选取隧道特征截面并结合人工神经网络的思想,提出基于曲率相关性的隧道结构损伤诊断方法。以有限元模拟隧道结构损伤的算例,分析了不同噪声水平下所提诊断方法的可靠性,对基于曲率相关性的隧道结构损伤诊断方法进行了验证。根据所提隧道结构损伤诊断方法,以实际隧道纵向多断面应变监测数据为基础,对刘长山路隧道进行结构状态诊断。结果表明:基于隧道曲率相关性的隧道结构损伤诊断方法效果较好,能够在一定噪声水平下保持诊断结果的可靠性,进而对实际隧道结构进行有效的损伤诊断。本文所建立的基于曲率相关性的隧道结构损伤诊断方法适用于解决实际下穿铁路隧道结构多断面损伤位置的诊断问题。