本文通过对现有国内外隧道工程监测、围岩参数反分析、隧道时间序列预测的研究和总结的基础上,重点研究并完成了以下内容：(1)提出高斯过程-差异进化协同优化算法(GP-DE),开发基于matlab的GP-DE程序,发挥高斯过程对非线性映射关系优良的处理能力,利用差异进化算法优化GP-DE包含的超参数,有效提高非线性映射关系模型的精度,为地下工程岩体参数智能优化反分析及岩体变化时间序列预测提供一种新方法。(2)结合大连地铁实际工程,在工程现场布置多元信息自动化监测系统,以获得更加及时、丰富、准确的围岩变化信息,并对所采集信息进行了综合分析。另设计正交试验方案进行数值计算,对围岩参数进行敏感性分析,分析各围岩参数对控制变量的影响。利用现场监测所得围岩位移应力变化信息作为控制值,进行围岩参数GP-DE位移应力联合反分析,并与围岩参数DE位移反分析作对比,验证方法的优越性。(3)结合陈家店山岭隧道实际工程,考虑加入渗流作用,通过数值计算、围岩参数敏感性分析及围岩参数GP-DE反分析,获得现场围岩参数,并通过数值计算,将模拟结果与实际对比,对反分析结果进行验证。另利用反分析参数进行模拟,对不同工法、有无渗流作用的施工结果作对比。(4)利用GP-DE算法对大连地铁隧道拱顶沉降时间序列进行预测，通过主成分分析法优化了训练样本,实现了隧道拱顶沉降值和监测断面与掌子面距离的二变量时间序列预测,另外比较不同样本构成方法、单一变量时间序列与多变量时间序列的预测效果。