0 引言
為了適應石油和天然氣戰略儲備需求，我國正在投資建設大型地下水封洞庫。地下水封洞庫主要由地下結構部分和地面部分組成，其中地下結構部分主要由主洞室群、施工巷道、水幕巷道和豎井等結構組成，主洞室按一定方位并行布置，每2～3個主洞室通過連接巷道相連組成一個罐體，施工巷道則根據施工需要沿主洞室群周邊和內部布置，水幕巷道布置在主洞室群頂部，某地下水封洞庫工程布置詳見圖1[1]。
圖1 某地下水封洞庫布置圖
地下水封洞庫處于穩定的地下水位線以下一定深度[2]，通過人工在地下巖石中開挖一定容積的洞室，利用穩定地下水的水封作用密封儲存在主洞室內的油品，由于巖壁中充滿地下水的靜壓力大于儲油靜壓力，油品始終被封存在有巖壁和裂隙水組成的封閉的空間里，使油品不會滲漏出去，水封儲油原理詳見圖2。
圖2 水封儲油原理示意圖
為了確保地下水封洞庫工程安全，需利用監測數據進行分析了解和掌握地下結構安全性狀，同時還應利用已有的監測數據進行預測以了解結構未來變化性狀。但于我國剛投資新建大型地下水封洞庫，對地下水封洞庫工程關鍵技術的研究處于起步階段，其中特別是地下水封洞庫安全監測理論方面的研究成果較少。
地下水封洞庫變形是多種因素協同作用、共同影響的結果，主要包括地應力、巖體地質構造與力學性質、地下水、溫度、時間效應等巖體特性影響因素，以及洞室布置型式和施工型式等工程特性影響因素。傳統安全監測數學模型在考慮主要影響因素的前提下通過構造影響因子的數學形式形成預置因子集，采用統計回歸方法建立影響因子與監測效應量的數學關系式[3]。由于地下水封洞庫工程受多種巖體特性和工程特性影響因素的影響，考慮到我國地下水封洞庫工程剛處于起步階段，現暫無足夠的資料研究并論證地下水封洞庫監測數學模型，特別是儲油期間監測數學模型。地下水封洞庫監測效應量的變化過程是一個典型的以時間為排列順序的時序遞推變化過程，其本身蘊含著結構變化的重要信息，通過分析蘊含在監測數據中的重要信息能夠為分析和判斷結構安全提供理論支撐，目前時間序列分析方法已在大壩監測領域得到了充分應用，并得到實踐的驗證，因此，本文試圖以時間序列分析方法為理論基礎，以地下水封洞庫變形監測效應量為研究對象，建立地下水封洞庫變形時間序列預測模型，并通過具體工程實例驗證預測模型的可行性。
1 ARIMA模型原理
2 監測數據平穩處理
對于地下水封洞庫監測效應量數據序列應首先對其進行平穩性檢驗，平穩性時間序列需滿足均值
平穩性檢驗采用散點圖直觀判斷法，由過程線圖5(d)可知，3條收斂監測測線監測數據均不屬于平穩時間序列，需對其進行差分處理以完成平穩化。
對三組監測數據進行一階差分后仍未平穩，因此，對監測數據進行二階差分，見圖5(a)～圖5(c)所示，結果表明二階差分后監測數據平穩，可用于分析預測，故差分次數d＝2。
利用SPSS軟件求得標準化的AIC作為判定模型p、q的標準，計算結果如表2 (a)～1(c)所示。
由表可知：測線①(0,2,1)為最佳模型，測線②(0,2,0)為最佳模型，測線③(0,2,1)為最佳模型。
測線①、測線②、測線③于
注：表中“差值”=“實測值”-“預測值”
圖5(d) 實測值、擬合值及預測值過程線圖
由表和圖可知，各預測測次的預測絕對誤差(│預測值-實測值│)均很小，絕大部分預測測次的預測相對誤差(│預測值-實測值│/實測值)小于1%，最大相對誤差僅為2%，預測效果良好，說明不考慮主要影響因素對監測效應量的影響，而僅通過監測效應量本身監測數據進行分析也能在一定程度實現結構性狀的預測，即采用時間序列分析預測模型對地下水封洞庫圍巖變形進行預測是可行的。
7 結論
工程實例表明采用時間序列分析方法建立的地下水封洞庫變形監測ARIMA模型擬合效果好，預測精度高，其預測絕對誤差小，最大相對誤差僅為2%，表明采用時間序列分析方法建立的地下水封洞庫變形監測ARIMA模型是可行，可用于地下水封洞庫變形監測資料分析，因此，預測模型的應用既能夠為工程實際服務，又能補充地下水封洞庫安全監測理論研究成果。由于時間序列分析方法未考慮影響因子對監測效應量的影響，而僅從監測數據本身預測結構變形性狀，因此，盡管能夠實現結構變形性狀的預測，但仍具有一定的局限性，未來在具備條件的情況下應深入研究、建立并驗證考慮影響因子影響的地下水封洞庫監測數學模型。
