基于ExcelVBA的隧道施工中盾构姿态测量的研究

陈东东

（云浮市地理信息中心，广东 云浮 527300）

1 引 言

盾构掘进是隧道施工的主要手段。在隧道施工前，在盾构盾体上安装了3个以上棱镜，在一个局部坐标系内，测得（或获得）棱镜坐标和盾构特征点（顿首中心点、顿尾中心点）的坐标。因为棱镜与盾构固连在一起，在盾构掘进过程中，其内部关系不会变化，通过观测任意时刻的棱镜的测量坐标，就可以通过坐标转换计算，得到盾构特征点的测量坐标，并将其与设计值比较，便可以得到盾构与设计线的偏离数据，从而指导施工。

2 计算盾构特征点（盾首、盾尾）坐标的数学模型

盾构机上有若干个观测点，但只要测出其中的任意三个点（最好取左、中、右）的在测量坐标系下的坐标，就可以计算出盾构特征点的测量坐标系下的坐标，从而进一步推算盾构机的姿态和位置参数等。因为涉及到盾构坐标系和测量坐标系，为表述清楚，后面以（x,y,h）表示盾构坐标系的坐标，以（xx,yy,hh）表示测量坐标系的坐标。

2.1 联合数据处理的数学模型

根据欧拉变换公式，测量坐标系与盾构坐标系的转换公式为：

对式（7）可以使用间接平差方法解算，步骤如下：

测定了N个观测点，则有3N个误差方程；

用间接方法求解六个参数的改正数；

计算六个参数的最新值；

根据改正数的大小判别是否满足收敛要求，若不满足，以计算出的六参数的最新值作为新的近似值，重复步骤（2）-（5），直到满足收敛要求；

计算最终的坐标转换六参数；

根据坐标转换六参数，计算盾构特征点（盾首、盾尾中心点）的测量坐标系坐标。

3 基于ExcelVAB编程实现

可以发现，整个计算过程非常繁琐，涉及矩阵和多次迭代计算，几乎无法用手工计算，必须使用编程来完成计算。根据数学模型，使用的关键代码如下：

模型的编程实现界面及计算结果如图1所示：

图1 实现界面及计算结果

4 结束语

本文的盾构姿态测量方法已在某盾构工程中得到应用，算例中模型计算的成果与SLS-T激光自动导向系统的成果十分接近,误差也在规范范围内。此技术方法保证了数据成果的可靠性，可指导实际工程作业。

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