基于ExcelVBA的隧道施工中盾構(gòu)姿態(tài)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(gòu)掘進是隧道施工的主要手段。在隧道施工前，在盾構(gòu)盾體上安裝了3個以上棱鏡，在一個局部坐標(biāo)系內(nèi)，測得（或獲得）棱鏡坐標(biāo)和盾構(gòu)特征點（頓首中心點、頓尾中心點）的坐標(biāo)。因為棱鏡與盾構(gòu)固連在一起，在盾構(gòu)掘進過程中，其內(nèi)部關(guān)系不會變化，通過觀測任意時刻的棱鏡的測量坐標(biāo)，就可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算，得到盾構(gòu)特征點的測量坐標(biāo)，并將其與設(shè)計值比較，便可以得到盾構(gòu)與設(shè)計線的偏離數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)施工。

2 計算盾構(gòu)特征點（盾首、盾尾）坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型

盾構(gòu)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(biāo)系下的坐標(biāo)，就可以計算出盾構(gòu)特征點的測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，從而進一步推算盾構(gòu)機的姿態(tài)和位置參數(shù)等。因為涉及到盾構(gòu)坐標(biāo)系和測量坐標(biāo)系，為表述清楚，后面以（x,y,h）表示盾構(gòu)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，以（xx,yy,hh）表示測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

2.1 聯(lián)合數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)歐拉變換公式，測量坐標(biāo)系與盾構(gòu)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)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(shù)的改正數(shù)；

計算六個參數(shù)的最新值；

根據(jù)改正數(shù)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(shù)的最新值作為新的近似值，重復(fù)步驟（2）-（5），直到滿足收斂要求；

計算最終的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換六參數(shù)；

根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換六參數(shù)，計算盾構(gòu)特征點（盾首、盾尾中心點）的測量坐標(biāo)系坐標(biāo)。

3 基于ExcelVAB編程實現(xiàn)

可以發(fā)現(xiàn)，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(jù)數(shù)學(xué)模型，使用的關(guān)鍵代碼如下：

模型的編程實現(xiàn)界面及計算結(jié)果如圖1所示：

圖1 實現(xiàn)界面及計算結(jié)果

4 結(jié)束語

本文的盾構(gòu)姿態(tài)測量方法已在某盾構(gòu)工程中得到應(yīng)用，算例中模型計算的成果與SLS-T激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)的成果十分接近,誤差也在規(guī)范范圍內(nèi)。此技術(shù)方法保證了數(shù)據(jù)成果的可靠性，可指導(dǎo)實際工程作業(yè)。

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