基于ExcelVBA的隧道施工中盾構姿態測量的研究

陳東東

（云浮市地理信息中心，廣東 云浮 527300）

1 引 言

盾構掘進是隧道施工的主要手段。在隧道施工前，在盾構盾體上安裝了3個以上棱鏡，在一個局部坐標系內，測得（或獲得）棱鏡坐標和盾構特征點（頓首中心點、頓尾中心點）的坐標。因為棱鏡與盾構固連在一起，在盾構掘進過程中，其內部關系不會變化，通過觀測任意時刻的棱鏡的測量坐標，就可以通過坐標轉換計算，得到盾構特征點的測量坐標，并將其與設計值比較，便可以得到盾構與設計線的偏離數據，從而指導施工。

2 計算盾構特征點（盾首、盾尾）坐標的數學模型

盾構機上有若干個觀測點，但只要測出其中的任意三個點（最好取左、中、右）的在測量坐標系下的坐標，就可以計算出盾構特征點的測量坐標系下的坐標，從而進一步推算盾構機的姿態和位置參數等。因為涉及到盾構坐標系和測量坐標系，為表述清楚，后面以（x,y,h）表示盾構坐標系的坐標，以（xx,yy,hh）表示測量坐標系的坐標。

2.1 聯合數據處理的數學模型

根據歐拉變換公式，測量坐標系與盾構坐標系的轉換公式為：

對式（7）可以使用間接平差方法解算，步驟如下：

測定了N個觀測點，則有3N個誤差方程；

用間接方法求解六個參數的改正數；

計算六個參數的最新值；

根據改正數的大小判別是否滿足收斂要求，若不滿足，以計算出的六參數的最新值作為新的近似值，重復步驟（2）-（5），直到滿足收斂要求；

計算最終的坐標轉換六參數；

根據坐標轉換六參數，計算盾構特征點（盾首、盾尾中心點）的測量坐標系坐標。

3 基于ExcelVAB編程實現

可以發現，整個計算過程非常繁瑣，涉及矩陣和多次迭代計算，幾乎無法用手工計算，必須使用編程來完成計算。根據數學模型，使用的關鍵代碼如下：

模型的編程實現界面及計算結果如圖1所示：

圖1 實現界面及計算結果

4 結束語

本文的盾構姿態測量方法已在某盾構工程中得到應用，算例中模型計算的成果與SLS-T激光自動導向系統的成果十分接近,誤差也在規范范圍內。此技術方法保證了數據成果的可靠性，可指導實際工程作業。

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