利用Excel VBA程序計算公路隧道相貫線坐標

張 恩 權，　龍　國

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066；2.中國電建成都院四川二灘國際咨詢有限責任公司，四川 成都　611130)

利用Excel VBA程序計算公路隧道相貫線坐標

張 恩 權1，龍國2

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066；2.中國電建成都院四川二灘國際咨詢有限責任公司，四川 成都611130)

摘要：鑒于計算公路隧道相貫線的三維坐標沒有相應的數學公式可用，且直接計算坐標難度較大，通常采用漸近法計算坐標。而利用Excel VBA程序計算公路隧道相貫線程序基于Excel平臺編寫，計算速度快，具有較好的效果。

關鍵詞：相貫線； Excel VBA:用戶窗體；漸近法；過程代碼

1公路隧道相貫線及其計算方法

在大型水電站建設時，為了滿足施工建設需要，往往要在場內布設交通網，特別是在高山峽谷地區建設水電站時，其場內交通工程的布設因受地形地貌影響，很多公路的布置形式為一段明線、一段隧道，且在隧道內也有可能布設支洞。

圖1　1#隧道與5-1隧道平面交叉布置圖

圖1為長河壩水電站場內交通工程1#隧道與5-1隧道相交段平面布置圖。該工程在1#隧道K2+550附近布置了5-1隧道，在隧道開挖或襯砌時，1#隧道與5-1隧道都會產生一條空間相交線(相貫線)，該相貫線形狀與主隧道、支洞的平面曲線和斷面形狀有關，兩條隧道相交最簡單的形式是直交，最常見的是斜交，圖1為斜交時的情況。1#隧道在相交段時為直線，支洞5-1在相交段從圓弧段過渡到緩和曲線段，這種相交情況在公路隧道中比較常見。施工時，為了控制開挖體型或襯砌體型需要進行施工放樣，放樣前，首先需要計算相貫線的三維坐標。但對于坐標的計算沒有相應的數學公式可用且因直接計算坐標的難度較大，通常采用漸近法計算坐標。

2公路隧道相貫線計算過程

兩隧道的相貫線是一條空間曲線，其沒有固定的函數表達式，因此而不能直接計算。筆者以長河壩水電站場內交通工程1#隧道與5-1隧道為例介紹相貫線的計算過程。1#、5-1隧道襯砌斷面見圖2、3。

圖2　1#隧道襯砌斷面圖

圖3　5-1隧道襯砌斷面圖

(1)假定1#隧道平交段有一點P1，其樁號為Kp1#,其到01的偏距為Lp,則根據1#公路平曲線要素計算出坐標P(Xp,Yp),根據1#公路縱坡及豎曲線要素計算出高程Hp1(P點在小圓弧段按小圓弧計算，在大圓弧段按大圓弧計算)。

(2)根據5-1隧道平曲線要素計算P(Xp,Yp)對應的5-1隧道樁號Kp5-1(首先判斷P點位置，在圓弧段按圓曲線計算，在緩和曲線段按緩和曲線計算),再根據5-1隧道縱坡及豎曲線要素計算P點高程Hp2。

(3)如果Hp1=Hp2，則該P點就是相貫線上的點，否則需調整P點在1#隧道的偏距Lp。重復計算，直至Hp1=Hp2。

(4)按一定的步長改變P點在1#隧道的樁號，重復以上計算，直至平交段范圍結束。

3Excel VBA數據的輸入及用戶窗體的設計

相貫線計算時需要兩條公路的平曲線要素、兩條公路的縱坡及豎曲線要素及兩條公路的斷面數據，數據輸入量較大，若將其全部在用戶窗體中輸入比較繁瑣，我們采用的辦法是先在Excel工作薄中建立三個工作表(表1～3)：第1個用于輸入兩條隧道的平曲線要素，第2個用于輸入兩條隧道的縱坡及豎曲線要素,第3個用于顯示相貫線的計算數據。

鑒于表中只輸入了隧道的基礎數據，考慮到程序的通用性，我們又設計了一個用戶窗體，用于輸入斷面參數、計算步長、支洞和主洞的相互關系等內容，用戶窗體見圖4。

表1　1#公路隧道平曲線要素表

4用戶窗體過程代碼編寫思路

(1)讀取Excel表中兩條公路隧洞的設計要素。

(2)讀取用戶窗體中公路隧洞斷面的設計參數及兩條隧洞的相關信息。

(3)根據用戶窗體中設定的計算要求迭代計算，將計算結果填入Excel表中。

因代碼篇幅較長，筆者在文中略去了窗體代碼。

5程序使用說明

(1)在Excel中先建3個工作表，將sheet1命名為“平曲線表”，將sheet2命名為“豎曲線表”，

表2　1#公路縱坡及豎曲線表

表3　相貫線坐標及隧道樁號表

圖4　用戶窗體圖

將sheet3命名為“相貫線坐標表”，這樣和代碼中同名，否則程序運行要出錯。

(2)在平曲線表和豎曲線表中填寫公路曲線參數，平曲線表JDn-1到JDn+1應包含平交段，同樣，豎曲線表中的參數應包含平交段。

(3)運行用戶窗體，在文本框中輸入參數，點擊“開始計算”后計算結果自動填寫到相貫線坐標表，運行時間大約為3～8 s，中間不要點擊鼠標，計算結束后點擊“退出窗體”退出。

6結語

利用Excel VBA計算公路隧道相貫線程序是基于Excel平臺編寫的，其計算速度快，程序運行結束后同時可顯示主洞和支洞的樁號與高程，便于檢查計算結果。將計算坐標復制到CAD繪制相應的線后即能看到相貫線的形狀，工作中使用較為方便。鑒于篇幅原因，文中未給出用戶窗體中文本框的屬性，其可以結合過程代碼查看；另外，計算支洞樁號的允許誤差取值范圍為0.002 m，使用時可以根據實際情況在代碼中修改，修改后不會對整個計算結果產生較大影響。

參考文獻：

[1]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學[M].上海：同濟大學出版社，2006.

[12]何非，葉萃娟.Excel VBA高效辦公從入門到精通[M].北京：中國青年出版社，2006.

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV221;[TU997];TU19

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0061-03

作者簡介:

張恩權(1963-)，男，甘肅秦安人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

龍國(1962-)，男，四川安岳人，高級工程師，從事水利水電工程監理技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)