管道作为石油、天然气运输的主要方式,通常浅埋于地下,我国存在大量采空区,管道在建设过程中不可避免穿越采空区,而采空区存在塌陷风险,穿越采空区管道会发生变形甚至断裂,严重时导致油气泄露,发生爆炸事故。管道属于线下隐伏性结构,采空区扩展具有时空不确定性,如何有效获取采空区扩展情况和管道变形状态具有重要的工程意义。光纤传感技术具有电绝缘性能好、灵敏度高、不易受电磁干扰、基于不同感知原理可以实现长距离、振动、应变和温度等参量监测,已应用于管道安全监测中。目前采空区管道监测存在监测参量单一以及带保温层管道或能源管道因传感器不能直接布设到管道本体导致变形监测困难和缺乏管道倾斜、变形的空间方位监测的光纤传感器等问题,本文结合分布式光纤振动、分布式光纤应变和局部光纤光栅传感技术提出基于光纤传感的采空区管道多参量监测系统,研制开发适合保温层管道或能源管道监测的柔性线缆式光纤光栅传感器;针对管道受力变形方向不确定性,研发双轴重力式光纤光栅平面姿态传感器;构建采空区管道模型,模拟采空区扩展过程,通过分布式光纤振动、应变和局部光纤传感系统,监测采空区扩展过程管道周边振动、本体变形。本文的主要工作内容如下:（1）基于分布式光纤振动、应变和局部光纤光栅传感技术构建采空区管道变形多参量监测系统,并对各光纤传感原理及感知性能进行了研究,提出用于应变测试的双光纤（光栅）和双系统耦合的温度补偿方法。（2）针对带保温层管道和能源管道传感器布设困难,研发线缆式光纤光栅传感器,通过短期加载,长期循环加载、冻融循环等力学试验对传感器的感知性能进行研究,验证传感器的有效性以及寒区管道监测适用性。建立带保温层管道实验模型和ANSYS有限元分析模型,研究带保温层情况下应变传递情况。（3）为方便识别管道空间变形、倾斜方向,研发基于光纤传感的双轴重力式平面姿态传感器,开展传感器不同方向、不同角度的性能试验,建立应变-角度的数学模型。（4）构建采空区管道模型,利用支座移动模拟采空区扩展,并基于上述传感器及分布式光纤振动、应变技术开展管道振动、变形监测,评价基于光纤传感的多参量监测技术的有效性。