大鵬山隧道施工監控量測中Excel VBA 的應用分析

李瑞祥

（廣東省基礎工程集團有限公司，廣東 廣州 510620）

隧道工程建設環境復雜，現場監控量測通常會采用全站儀等精密設備，且內業信息處理中，需要外業數據的支持，將相應信息統一錄入到Excel 表格，生成工作日報，以供有關人員掌握當前隧道施工安全程度。然而，由于常規內業處理中數據量大，測點極易被破壞，導致信息交換過于頻繁，影響量測工作效率，降低數據分析處理的準確性、現場環境安全性、施工安排合理性。現有研究成果中，關于自動生成工作日報方面的探究也只能克服海量數據的麻煩，不能顧及測點損壞狀況。考慮到Excel已普遍運用于數據處理中，且具有二次開發功能，本文基于Excel VBA，通過簡單編程，消除以上工作顧慮。

1 大鵬山隧道工程概況

本隧道項目地處工業大道西段，長度為175m，包括平直線段103.724m 與曲線段71.276m，曲線半徑是1 000m。該隧道側縱坡是單向坡，以雙向6 車道的標準進行設計施工，并留出拓寬成8 車道的空間，隧道凈高5m。該工程人行隧道建筑界限凈寬與凈高分別是5m、2.5m。在車行隧道中選擇承載性能較佳的三心圓曲墻式襯砌斷面，且不設仰拱，搭配雙側檢修道。在人行隧道區域選擇半圓直墻式斷面，相應管線主要分布在人行道下方。

2 大鵬山隧道工程中Excel VBA 的應用

2.1 確立控制標準

隧道開工至建設完工整個過程中需要量測的內容有洞外觀察、凈空收斂、地表沉降等，結合相關隧道工程監控量測技術規范要求，以及大鵬山項目的實際狀況，確立控制標準。當處理業內信息時，需要外業量測的地表沉降、周邊收斂等信息，并與上一次量測信息進行比較，假設變形速率和累計位移程度已經超出允許區間，而量測點位沒有受損，量測技術人員需立即預警通報，采取必要的應對措施。其中，變形速率安全等級可參考表1。

表1 變形速率安全級別（mm）

2.2 程序設計流程

VBA 程序能直接利用錄制“宏”完成編寫處理，抑或直接由技術人員進行人工編寫，具體需根據監控量測安排選擇不同的形式。大鵬山工程所選設計程序為：先完成界面設計，建立功能模塊，經程序編寫和調試，確認滿足規定要求后，方可投入工程實踐中，否則需重新進行設計。

2.3 用戶界面設計

管理日報中所需的工程資料，可通過Excel表格進行整理與保存，直接將數據錄入表格中。表格上半部分包含一系列的項目基本信息，下半部分為監控量測時間、隧道開挖方向、工況等記錄內容，為方便日常使用，將功能按鈕的分布設計直接放于表格一側。該界面設計形式，便于每日更新量測數據，具有較高的實用性，能直觀發現隧道施工每日變化，為施工管理及時提供有效的參考數據。

2.4 程序功能模塊

功能模塊在程序運行中占據核心地位。在設計使用中，需結合監控量測業內工作流程進行確認。基本操作過程：一是將每日現場監控量測數據錄入工作表。二是與上一組數據進行對比，算出本日變化量及累計變化數值。三是將關聯信息整合成日報，按照統一格式呈現，結合具體的變化量，決定是否進行預警；四是保存記錄信息。

考慮到隧道建設現場環境復雜，會加大監測點位被損壞的風險。假設點位已經被徹底破壞，不能繼續完成測量工作，相關人員可直接利用程序確認“破壞”狀態。但如果點位還能繼續工作，但測得的變形速率結果過高，則需要技術人員到達現場，細致、準確地分析相應點位的具體狀況，判斷監測點位屬于“被破壞”狀態還是“預警”的情況，并將結果反饋到程序上，保存好相應的工作信息，以便日后查看、核實。

在隧道工程量測中使用VBA 程序時，技術人員需先填寫被測對象的基本信息，完成數據錄入，系統隨即彈出測量對話框，選中當天記錄的模塊位置，方可錄入測量信息。確認信息后，若程序提示為“變化異常”，如果是監測點受損，可進行破壞處理，讓程序繼續工作；若提示信息是監測點沒有破壞，技術人員無法確認為預警，或者存在破壞，應立即到施工現場檢查，根據結果繼續讀取信息。讀取信息后，可一鍵生成日報，待技術人員檢查內容沒有問題后，直接“另存為”PDF文件。VBA 程序支持日報文件的格式有“xlsx”與“PDF”，可將同一日的資料保存到同一文件夾中。

3 大鵬山隧道工程監控量測討論分析

3.1 隧道襯砌監測

隧道襯砌部分的監測內容較多，監測數據結果可反映出襯砌結構建設質量、進度等。

（1）襯砌結構的水化熱。通過量測溫度數值變化，可有效體現出強度逐漸提升中襯砌混凝土結構的溫度波動規律，借此為主拱圈內冷水管設置與水流速的把控提供參考數據，確保主拱圈受力均勻，以免結構內部形成縫隙。測點盡量布設在可以體現結構主要斷面溫度狀態的位置，如拱頂、拱腰、邊墻。按照隧道縱向軸線，在拱頂燈具處設置溫度計，以反映結構溫度狀態。在各個測點處，順著拱圈厚度的方向，設置5 個溫度計。結合襯砌作業安排，將每個施工段視為一個量測周期，所得數據當成一個信息整體。對于混凝土結構內的溫度量測，大鵬山項目選擇NTC 型熱敏電阻，直徑規格是4mm，連接引線選擇兩芯屏蔽線，依靠自動采集模塊，實現自動測試。每次量測工作完成后，技術人員會盡快通過VBA 程序整理、分析信息，生成橫、縱向變化量時態曲線，并基于量測信息分析結果，給出混凝土水化熱溫控的方法及措施。本項目量測中，考慮到現場設置大量溫度計，工作環境復雜，選擇了自動化設備，按照2h 的測量間隔標準，安排采集溫度數據。在襯砌結構溫度逐漸穩定后，適當降低量測頻率。

（2）澆筑定點。通過量測保證未施工階段的放樣定位準確，并確保襯砌斷面規格達到設計標準，給項目附屬類設施留出布置空間。襯砌澆筑點位量測貫穿于隧道施工各個階段，由于隧道前端和尾端的截面非常重要，所以，會在截面拱頂處布設1 個測點。該項監控量測任務，選擇高精度全站儀完成空間定位點放樣處理，而拱頂高程則借助水準儀采集數據。量測結束后，同樣要先整理、分析信息，按照判斷結論，合理調節拱頂定位點對應立模標高值。需要注意的是，待各段立模與襯砌完工后方可進行，且各段保存1套數據。

（3）襯砌截面應力。根據該工程項目部、施工方、設計方一同確認的施工工序，以及設計方提供的技術參數資料，先模擬計算、分析隧道施工過程，確認不同工況下的變形、應力等標準數據，并作為質量控制的理論依據。通過監控截面應力，可保證施工現場的安全性，最大限度地滿足應力預警需求。同時，可將測得的數據用于確認施工誤差等工程質量控制方面。在實際監控量測過程中，需按照理論計算結果，測量施工過程中最不利的點位，但要避開剛度突變周圍。大鵬山工程中，襯砌結構最不利的截面在隧道中間位置，現場直接在此處拱頂正彎矩和拱腰負彎矩最大值點上均勻設置測點，并在拱頂位置加裝縱向應力測點。在各段襯砌混凝土澆筑前、養護結束后、模板臺車脫模等時間段進行應力量測，同時，將這部分數據與定位點控制信息進行整合處理，完成理論分析，給待襯砌施工部分提供參考與指導。目前，測量混凝土應變的方式較多，可根據振弦式應變計的輸出信號選擇頻率，且適合在惡劣工況下長期觀測，使用便利、測得結果精度及穩定性較高。所以，大鵬山工程應變量測中的所有元件均選定該種應變計。量測結束后，相關人員需立即整理、分析數據，匯總處理結果，為現場施工安全提供保障。該部分量測，將各段澆筑前、后與模板臺車脫模視為1 個工作周期，每個周期內要完成3 次量測。

3.2 模板臺車監測

模板臺車主要桿件應力不僅是確保建設作業期間結構穩定的關鍵，還關系到建設成果品質。大鵬山工程中，直接在最不利截面，即縱向中間處，其正彎矩與受壓最大點位上布置應變計，同時，為保證應變計可以正常使用，還在其外部設置半密封保護罩。車行隧道監控量測點分布如圖1 所示。對于模板臺車應力的監控量測，相關人員可先在尚未工作的臺車表面布設應變計，所得結果作為初值，待立模、脫模后，開始量測應變數值，這項工作可與襯砌界面應變監控同步開展。

圖1 車行隧道中模板臺車應力的監控量測點分布圖

3.3 施工監控情況

（1）大鵬山工程中，施工監控工作需滿足以下技術原則：①施工現場臨時荷載必須精準控制，各種材料均需按照設定位置與數量進行。②監控溫度與應變情況時，主要由監控方負責，定位測量則由施工方開展，最后由監控方實施驗收。③觀測信息全部要記錄對應的工況、時間、環境條件等。④在各工況作業結束后，需要先進行測試，確定測量數據沒有問題后，方可組織下一工況操作。⑤待襯砌完工后，相關人員需匯總整理數據記錄，并交給監控方進行專業研究后，下令開始施工。⑥監控方提供的控制指令表要經過相關人員復核無誤后，方可在現場實施。

（2）本項目施工監控技術的基本要求：①襯砌澆筑的定位點。測量儀器每千米往返數據誤差不可超過1mm；測距精度需達到1mm+1ppm；拱頂測點與襯砌軸線允許誤差范圍是±2mm。②應力與溫度場。應變數據誤差、年飄移量在±0.5%以下，溫度數據誤差需在±0.5℃以內，對應飄移量要保持在±0.25%/10℃以內。量測元件安裝時，提前放入水下1m 深的位置，確認連續浸泡24h 無問題后，方可使用。③監控預警。為防止隧道建設中主體結構內、外溫差問題，出現裂縫、位移、高應力情況，監控方應設置監控預警系統，動態測量、預測主要工序中的關鍵構件，必要時采取防護措施。

（3）模板臺車脫模在明挖隧道項目中標志著一段建設完工。在各段施工結束后，監控人員需整合全部的量測數據及理論判斷結果，生成監控報告提交給業主及相關方。在監控報告中指出隧道結構的狀態，給出建設管理階段性總結，合理調整控制信息，為下段控制工作提出建議，待相關方簽字確認后執行。

3.4 質量安全保障

為確保隧道項目監測工作的質量及安全，監控量測人員需落實必要的保障工作。

（1）質量保障方面：①測點布設合理，可以清楚、全面地反映出量測對象的變化。②量測儀器與元件均要具備可用性，定期標定、校核。③對于異常數據，要在復測后下結論。

（2）安全保障方面：①按照程序布設測點，并在布設前與施工方交流，保證各方工作的協調性。②監測期間，注重現場管理，降低對原生環境的影響。

4 結語

通過對大鵬山隧道工程的監控量測及其Excel VBA 的運用分析，挖掘了Excel 的可用性。結果說明，VBA 程序支持自動生成日報，并能及時應對測點受損等特殊情況，簡化內業工作程序，有效控制施工管理成本。在本文的研究中，僅敘述了VBA 程序建立設計的主要流程，基本上可作為類似項目使用設計VBA 程序的參考對象，但對工程實踐中的具體應用并沒有太多闡述，在未來的研究工作中有待進一步探究優化。