大鹏山隧道施工监控量测中Excel VBA 的应用分析

李瑞祥

（广东省基础工程集团有限公司，广东 广州 510620）

隧道工程建设环境复杂，现场监控量测通常会采用全站仪等精密设备，且内业信息处理中，需要外业数据的支持，将相应信息统一录入到Excel 表格，生成工作日报，以供有关人员掌握当前隧道施工安全程度。然而，由于常规内业处理中数据量大，测点极易被破坏，导致信息交换过于频繁，影响量测工作效率，降低数据分析处理的准确性、现场环境安全性、施工安排合理性。现有研究成果中，关于自动生成工作日报方面的探究也只能克服海量数据的麻烦，不能顾及测点损坏状况。考虑到Excel已普遍运用于数据处理中，且具有二次开发功能，本文基于Excel VBA，通过简单编程，消除以上工作顾虑。

1 大鹏山隧道工程概况

本隧道项目地处工业大道西段，长度为175m，包括平直线段103.724m 与曲线段71.276m，曲线半径是1 000m。该隧道侧纵坡是单向坡，以双向6 车道的标准进行设计施工，并留出拓宽成8 车道的空间，隧道净高5m。该工程人行隧道建筑界限净宽与净高分别是5m、2.5m。在车行隧道中选择承载性能较佳的三心圆曲墙式衬砌断面，且不设仰拱，搭配双侧检修道。在人行隧道区域选择半圆直墙式断面，相应管线主要分布在人行道下方。

2 大鹏山隧道工程中Excel VBA 的应用

2.1 确立控制标准

隧道开工至建设完工整个过程中需要量测的内容有洞外观察、净空收敛、地表沉降等，结合相关隧道工程监控量测技术规范要求，以及大鹏山项目的实际状况，确立控制标准。当处理业内信息时，需要外业量测的地表沉降、周边收敛等信息，并与上一次量测信息进行比较，假设变形速率和累计位移程度已经超出允许区间，而量测点位没有受损，量测技术人员需立即预警通报，采取必要的应对措施。其中，变形速率安全等级可参考表1。

表1 变形速率安全级别（mm）

2.2 程序设计流程

VBA 程序能直接利用录制“宏”完成编写处理，抑或直接由技术人员进行人工编写，具体需根据监控量测安排选择不同的形式。大鹏山工程所选设计程序为：先完成界面设计，建立功能模块，经程序编写和调试，确认满足规定要求后，方可投入工程实践中，否则需重新进行设计。

2.3 用户界面设计

管理日报中所需的工程资料，可通过Excel表格进行整理与保存，直接将数据录入表格中。表格上半部分包含一系列的项目基本信息，下半部分为监控量测时间、隧道开挖方向、工况等记录内容，为方便日常使用，将功能按钮的分布设计直接放于表格一侧。该界面设计形式，便于每日更新量测数据，具有较高的实用性，能直观发现隧道施工每日变化，为施工管理及时提供有效的参考数据。

2.4 程序功能模块

功能模块在程序运行中占据核心地位。在设计使用中，需结合监控量测业内工作流程进行确认。基本操作过程：一是将每日现场监控量测数据录入工作表。二是与上一组数据进行对比，算出本日变化量及累计变化数值。三是将关联信息整合成日报，按照统一格式呈现，结合具体的变化量，决定是否进行预警；四是保存记录信息。

考虑到隧道建设现场环境复杂，会加大监测点位被损坏的风险。假设点位已经被彻底破坏，不能继续完成测量工作，相关人员可直接利用程序确认“破坏”状态。但如果点位还能继续工作，但测得的变形速率结果过高，则需要技术人员到达现场，细致、准确地分析相应点位的具体状况，判断监测点位属于“被破坏”状态还是“预警”的情况，并将结果反馈到程序上，保存好相应的工作信息，以便日后查看、核实。

在隧道工程量测中使用VBA 程序时，技术人员需先填写被测对象的基本信息，完成数据录入，系统随即弹出测量对话框，选中当天记录的模块位置，方可录入测量信息。确认信息后，若程序提示为“变化异常”，如果是监测点受损，可进行破坏处理，让程序继续工作；若提示信息是监测点没有破坏，技术人员无法确认为预警，或者存在破坏，应立即到施工现场检查，根据结果继续读取信息。读取信息后，可一键生成日报，待技术人员检查内容没有问题后，直接“另存为”PDF文件。VBA 程序支持日报文件的格式有“xlsx”与“PDF”，可将同一日的资料保存到同一文件夹中。

3 大鹏山隧道工程监控量测讨论分析

3.1 隧道衬砌监测

隧道衬砌部分的监测内容较多，监测数据结果可反映出衬砌结构建设质量、进度等。

（1）衬砌结构的水化热。通过量测温度数值变化，可有效体现出强度逐渐提升中衬砌混凝土结构的温度波动规律，借此为主拱圈内冷水管设置与水流速的把控提供参考数据，确保主拱圈受力均匀，以免结构内部形成缝隙。测点尽量布设在可以体现结构主要断面温度状态的位置，如拱顶、拱腰、边墙。按照隧道纵向轴线，在拱顶灯具处设置温度计，以反映结构温度状态。在各个测点处，顺着拱圈厚度的方向，设置5 个温度计。结合衬砌作业安排，将每个施工段视为一个量测周期，所得数据当成一个信息整体。对于混凝土结构内的温度量测，大鹏山项目选择NTC 型热敏电阻，直径规格是4mm，连接引线选择两芯屏蔽线，依靠自动采集模块，实现自动测试。每次量测工作完成后，技术人员会尽快通过VBA 程序整理、分析信息，生成横、纵向变化量时态曲线，并基于量测信息分析结果，给出混凝土水化热温控的方法及措施。本项目量测中，考虑到现场设置大量温度计，工作环境复杂，选择了自动化设备，按照2h 的测量间隔标准，安排采集温度数据。在衬砌结构温度逐渐稳定后，适当降低量测频率。

（2）浇筑定点。通过量测保证未施工阶段的放样定位准确，并确保衬砌断面规格达到设计标准，给项目附属类设施留出布置空间。衬砌浇筑点位量测贯穿于隧道施工各个阶段，由于隧道前端和尾端的截面非常重要，所以，会在截面拱顶处布设1 个测点。该项监控量测任务，选择高精度全站仪完成空间定位点放样处理，而拱顶高程则借助水准仪采集数据。量测结束后，同样要先整理、分析信息，按照判断结论，合理调节拱顶定位点对应立模标高值。需要注意的是，待各段立模与衬砌完工后方可进行，且各段保存1套数据。

（3）衬砌截面应力。根据该工程项目部、施工方、设计方一同确认的施工工序，以及设计方提供的技术参数资料，先模拟计算、分析隧道施工过程，确认不同工况下的变形、应力等标准数据，并作为质量控制的理论依据。通过监控截面应力，可保证施工现场的安全性，最大限度地满足应力预警需求。同时，可将测得的数据用于确认施工误差等工程质量控制方面。在实际监控量测过程中，需按照理论计算结果，测量施工过程中最不利的点位，但要避开刚度突变周围。大鹏山工程中，衬砌结构最不利的截面在隧道中间位置，现场直接在此处拱顶正弯矩和拱腰负弯矩最大值点上均匀设置测点，并在拱顶位置加装纵向应力测点。在各段衬砌混凝土浇筑前、养护结束后、模板台车脱模等时间段进行应力量测，同时，将这部分数据与定位点控制信息进行整合处理，完成理论分析，给待衬砌施工部分提供参考与指导。目前，测量混凝土应变的方式较多，可根据振弦式应变计的输出信号选择频率，且适合在恶劣工况下长期观测，使用便利、测得结果精度及稳定性较高。所以，大鹏山工程应变量测中的所有元件均选定该种应变计。量测结束后，相关人员需立即整理、分析数据，汇总处理结果，为现场施工安全提供保障。该部分量测，将各段浇筑前、后与模板台车脱模视为1 个工作周期，每个周期内要完成3 次量测。

3.2 模板台车监测

模板台车主要杆件应力不仅是确保建设作业期间结构稳定的关键，还关系到建设成果品质。大鹏山工程中，直接在最不利截面，即纵向中间处，其正弯矩与受压最大点位上布置应变计，同时，为保证应变计可以正常使用，还在其外部设置半密封保护罩。车行隧道监控量测点分布如图1 所示。对于模板台车应力的监控量测，相关人员可先在尚未工作的台车表面布设应变计，所得结果作为初值，待立模、脱模后，开始量测应变数值，这项工作可与衬砌界面应变监控同步开展。

图1 车行隧道中模板台车应力的监控量测点分布图

3.3 施工监控情况

（1）大鹏山工程中，施工监控工作需满足以下技术原则：①施工现场临时荷载必须精准控制，各种材料均需按照设定位置与数量进行。②监控温度与应变情况时，主要由监控方负责，定位测量则由施工方开展，最后由监控方实施验收。③观测信息全部要记录对应的工况、时间、环境条件等。④在各工况作业结束后，需要先进行测试，确定测量数据没有问题后，方可组织下一工况操作。⑤待衬砌完工后，相关人员需汇总整理数据记录，并交给监控方进行专业研究后，下令开始施工。⑥监控方提供的控制指令表要经过相关人员复核无误后，方可在现场实施。

（2）本项目施工监控技术的基本要求：①衬砌浇筑的定位点。测量仪器每千米往返数据误差不可超过1mm；测距精度需达到1mm+1ppm；拱顶测点与衬砌轴线允许误差范围是±2mm。②应力与温度场。应变数据误差、年飘移量在±0.5%以下，温度数据误差需在±0.5℃以内，对应飘移量要保持在±0.25%/10℃以内。量测元件安装时，提前放入水下1m 深的位置，确认连续浸泡24h 无问题后，方可使用。③监控预警。为防止隧道建设中主体结构内、外温差问题，出现裂缝、位移、高应力情况，监控方应设置监控预警系统，动态测量、预测主要工序中的关键构件，必要时采取防护措施。

（3）模板台车脱模在明挖隧道项目中标志着一段建设完工。在各段施工结束后，监控人员需整合全部的量测数据及理论判断结果，生成监控报告提交给业主及相关方。在监控报告中指出隧道结构的状态，给出建设管理阶段性总结，合理调整控制信息，为下段控制工作提出建议，待相关方签字确认后执行。

3.4 质量安全保障

为确保隧道项目监测工作的质量及安全，监控量测人员需落实必要的保障工作。

（1）质量保障方面：①测点布设合理，可以清楚、全面地反映出量测对象的变化。②量测仪器与元件均要具备可用性，定期标定、校核。③对于异常数据，要在复测后下结论。

（2）安全保障方面：①按照程序布设测点，并在布设前与施工方交流，保证各方工作的协调性。②监测期间，注重现场管理，降低对原生环境的影响。

4 结语

通过对大鹏山隧道工程的监控量测及其Excel VBA 的运用分析，挖掘了Excel 的可用性。结果说明，VBA 程序支持自动生成日报，并能及时应对测点受损等特殊情况，简化内业工作程序，有效控制施工管理成本。在本文的研究中，仅叙述了VBA 程序建立设计的主要流程，基本上可作为类似项目使用设计VBA 程序的参考对象，但对工程实践中的具体应用并没有太多阐述，在未来的研究工作中有待进一步探究优化。