基于EOF與神經(jīng)網(wǎng)絡的隧道變形監(jiān)測方法研究.pdf

1、隨著隧道技術的迅猛發(fā)展和運營的需要，隧道工程的建設進程也日益加快。這對隧道的建設規(guī)模、造型和難度都提出了更高的要求。隧道的安全運營直接關系到國民經(jīng)濟的生產(chǎn)進程。因此，對大型隧道進行變形監(jiān)測，以及對監(jiān)測數(shù)據(jù)如何分析處理就顯的尤為重要。為此，本文給出了隧道沉降和整體變化狀態(tài)分析的模型方法。
　　首先，本文對隧道變形監(jiān)測的意義、國內(nèi)外變形監(jiān)測技術的發(fā)展研究現(xiàn)狀以及變形監(jiān)測基本的數(shù)據(jù)分析方法等進行了論述和總結。在此基礎上，根據(jù)隧道數(shù)據(jù)的特

2、點，總結了多個適合隧道數(shù)據(jù)分析的方法;并且針對這些處理方法的優(yōu)缺點，選擇了一種適合隧道變形趨勢分析的神經(jīng)網(wǎng)絡算法;然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡方法模擬隧道未來的變形趨勢。
　　其次，系統(tǒng)地闡述了經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)的基本原理以及在隧道變形數(shù)據(jù)時空變化規(guī)律中的應用。與其它方法相比，對于要素場空間分布特征以及時間變化特征的靈活反映，是EOF分解方法的獨特之處。它的優(yōu)點是可將要素場分解為與空間無關的時間函數(shù)和空間函數(shù)兩部分?？臻g函數(shù)部分即空間主分

3、量是不隨時間變化的，是由變形要素場的主要特征所決定的。因此，只需要取前幾個特征值比較大的主分量即可。這幾個主分量就可以充分地描述出變形要素場的主要特征。重點討論和研究了利用EOF建立隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理理論、方法和模型，并提出了經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)與神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的趨勢預測方法。
　　然后，結合克拉2西氣東輸管線鹽水溝隧道監(jiān)測預警工程進行實例分析，對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分別進行限差分析、利用EOF進行隧道變形時空變化狀態(tài)分析，通過神經(jīng)網(wǎng)絡

4、算法進行時間內(nèi)插、空間內(nèi)插和空間外推方法試驗，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡方法對隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時間外推，對隧道未來的變形狀態(tài)進行趨勢預測。
　　最后，采用EOF和神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的方法對隧道未來變形趨勢進行分析。該方法是先利用經(jīng)驗正交分解(EOF)方法對鹽水溝隧道數(shù)據(jù)進行空間分布特征和時間變化特征分解之后，通過神經(jīng)網(wǎng)絡方法預測未來的時間分布函數(shù)，再對數(shù)據(jù)進行恢復得到隧道變形預測值。
　　通過對經(jīng)驗正交分解和BP神經(jīng)網(wǎng)絡兩種模型的研究，初

5、步得到以下結論:
　　1.經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解模型可以很好地對隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分解，通過對鹽水溝隧道累積位移的空間分布特征和時間狀態(tài)函數(shù)分析，較好地得到了隧道的時空變形特征，該方法對隧道數(shù)據(jù)空間分析具有較好的現(xiàn)實意義和指導意義。
　　2.借助于BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，結合鹽水溝隧道的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立了隧道的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型，對多組數(shù)據(jù)進行時間內(nèi)捅、空間內(nèi)插和空間外推實驗，通過實測值和預測值的比較，證明了該方法的可行性;也為

6、監(jiān)測周期不規(guī)律和部分監(jiān)測點不能準確監(jiān)測提供了可行的解決方法。并對未來一年內(nèi)隧道的變形趨勢進行分析，結果表明隧道變形趨于穩(wěn)定，無變形異常。
　　3.結合神經(jīng)網(wǎng)絡和EOF的思想，建立EOF與神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的變形趨勢預測模型。通過鹽水溝隧道的實測數(shù)據(jù)分析，與實驗結果基本符合，證實了該方法的可行性。又結果表明，EOF與神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的趨勢預測模型可以很好地預測隧道的未來變化趨勢。
　　4.研究結果表明，鹽水溝隧道地震前后的形變特征是