我国已经成为世界上隧道工程数量最多的国家。在目前各类隧道中，水下盾构隧道工程越来越多。水下盾构隧道一般修建于高水压、强透水、水位交替升降、河床变动频繁的复杂水下地层中，运营期易出现接缝张开度过大、衬砌漏水、土砂流入、地基纵向不均匀沉降、管片开裂、管片腐蚀等各种病害，导致隧道运营期结构安全风险较大，亟需建立水下盾构隧道结构健康监测与预警系统，对结构的各种力学响应进行长期、连续、实时的监测、评价和预警，为水下盾构隧道安全运营管理和维护工作提供重要指导。　　由于目前水下盾构隧道结构健康监测与预警系统的工程案例还不多，相关的工程经验和理论研究仍然较少。本文围绕水下盾构隧道的运营期结构响应特征、结构健康状况评价指标体系、结构健康状况评价方法、评价指标预警值确定、结构健康监测与预警系统构建及其工程应用等几个关键问题进行相关研究，主要研究工作及结论如下:　　(1)水下盾构隧道运营期结构响应特征研究。采用数值模拟、力学计算等方法，对水下盾构隧道结构内力、结构变形、纵向不均匀沉降等随外载环境变化的响应规律进行了理论分析。理论分析结果表明，水下盾构隧道运营期结构响应主要受地层、河床冲刷淤积、水位升降、温度等多种外界因素的综合影响，影响水下盾构隧道结构长期安全性的主要风险包括管片开裂、车道板开裂、管片接缝张开错动、纵向不均匀沉降等关键因素。　　(2)水下盾构隧道结构健康状况评价指标体系及评价方法。在分析水下盾构隧道结构病害及成因的基础上，建立隧道结构健康状况评价指标体系;采用模糊数学方法，建立基于在线监测数据的隧道结构健康状况实时评价模型，以及基于监测数据及巡检检测数据的隧道结构健康状况综合评价模型。研究结果表明，水下盾构隧道结构安全评价指标包含渗漏水、结构裂损变形、衬砌材质劣化三大类，渗漏水指标包括渗漏水量、衬垫失效情况、PH值，结构裂损变形指标包括管片接缝张开度、纵向不均匀沉降量、衬砌结构开裂度、横断面收敛量、管片倾斜偏转量、螺栓失效情况，衬砌材质劣化指标包括衬砌表面剥离程度、钢筋锈蚀程度。　　水下盾构隧道结构健康状况评价可从三个层面进行:单个评价指标的预警级别评价;基于在线监测数据中多监测指标数据融合的实时综合评价;基于在线监测数据以及人工巡检检测数据的综合评价。隧道结构健康状况综合评价可采用模糊综合评价方法，其中评价指标权重确定宜采用三标度法，预警区间划分可通过规定各级预警值的固定比例关系确定，隶属度函数宜采用正态分布型函数。根据各评价指标对隧道结构长期安全性的影响程度，利用三标度法可确定权重大小顺序:渗漏水＞结构裂损变形＞衬砌材质劣化，结构变形＞结构内力。　　(3)水下盾构隧道结构健康评价指标预警值确定方法。评价指标预警值的确定方法有参考规范、理论计算、监测数据的回归分析等。参考规范确定的预警值考虑了材料、结构的屈服强度或极限变形，但不能反映结构的外载环境变化。理论计算确定的预警值从理论上考虑了结构在最不利外载环境下的响应情况，对理论模型的科学合理性要求高，否则会偏离工程实际。回归分析方法确定的预警值，从数据分析角度考虑了结构在最不利外载环境下的响应情况，贴近工程实际，但不能反映材料、结构的屈服或变形性质。实际的结构响应指标众多，影响因素复杂多变，目前难以通过单一的方法确定众多评价指标的预警值，应将多种方法结合起来，对不同的指标采用最适宜的预警值确定方法或将多种方法结合进行联合预警。　　(4)水下盾构隧道结构健康监测与预警系统构建及其工程应用。将上述理论研究成果应用于南京扬子江隧道结构健康监测与预警系统的构建中，成功地实现了对水下盾构隧道结构健康状况的实时监测、评价和预警，并对水下盾构隧道结构健康监测与预警系统的系统功能、系统设计、系统实施、系统软件等进行了详细论述，可为类似工程提供借鉴。