盾构管片结构应力混沌时间序列预测模型

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1、分类号学号M201373136学校代码10487密级硕士学位论文盾构管片结构应力混沌时间序列预测模型学位申请人：张栲学科专业：建筑与土木工程指导教师：余群舟讲师答辩日期：2015.5.25AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftherequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonPredictionModelBasedonChaoticTimeSeriesforShieldSegmentStructureStressCandidate:ZhangKa

2、oMajor:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:YuQun-zhouHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：

3、日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月华中科技大学硕士学位论文摘要盾构在始发、穿越风井、接收、联络通道等重要区段的施工会造成管片受力的变化，进而引起管片的

4、变形，严重时会出现裂缝，导致隧道内涌水涌砂现象，发生灾难性的后果。目前管片结构应力监测技术日趋成熟，施工安全在一定程度上得到了保障，但在风险应对机制还不是十分完善的情况下，利用预测模型来争取到更多的风险应对时间，可以更好地保证施工安全，减少事故造成的损失。本文以武汉地铁四号线盾构隧道工程实测数据为基础，通过数据的初步处理，指出了管片结构应力时序变化的一般规律。对管片结构应力的影响因素进行分析，从定性的角度说明了在盾构掘进过程中，管片结构应力变化具有混沌性。结合混沌理论与BP神经网络，构建了混沌时间序列预测模型，将工程实测数据代入模型，分析了数据的混

5、沌性，并进行管片结构应力预测分析。随机选取一个2000组的管片结构应力时序段作为混沌时序预测的样本，基于MATLAB软件，完成管片结构应力混沌时序重要参数的计算。其中C-C法算得的嵌入维数m5和延迟时间3，将算得参数结合坐标延迟法，实现相空间的重构。Wolf法算得的混沌时序的最大Lyapunov指数λ=0.6487＞0，验证了时间序列的混沌性。重构后的相空间为BP神经网络提供了输入层、输出层数据和输入层节点数。根据嵌入维数初始化BP神经网络结构。进行神经网络训练，得出预测结果，利用MSE（均方误差）、MPE（平均百分比误差）、最大最小绝对误差

6、、最大最小误差百分比来衡量预测结果的准确度，其中MSE=0.0313＜0.05，MPE=0.042%＜0.1%，衡量结果表明混沌时间序列预测模型对于管片结构应力的预测能保证较好的精度。关键词：地铁工程盾构隧道施工管片应力监测混沌时间序列BP神经网络预测模型I华中科技大学硕士学位论文AbstractShieldconstructionatsomeimportantarealikestartingdistrict,theairshaftandcontactinggallerymightcausesomechangesatsegmentstress,le

7、adingtodeformationofsegment.Evenmore,somecracksmightappearatbadsituation,andcausingdisasterlikephenomenonofwaterburstandsandboiledinthetunnel.Withthedevelopmentofmonitoringtechnology,constructionsafetyhasbeenguaranteedtoalimitedextent.Butinthecaseoftheriskresponsemechanismisno

8、tperfect,usingforecastmodeltogetmoreriskresponsetimecanmakeit