论文总字数：19704字

摘 要

在盾构施工测量中，为了保证掘进机能按设计线路前进，盾构中心轴线坐标的计算是很重要的，而手工计算的量很大而且复杂，容易出错，所以为了实行盾构中心轴线平面坐标的自动化计算，本文基于Excel VBA进行程序开发。

本文首先通过学习盾构机姿态测量方面和Excel VBA编程的一些知识，了解了平面线路模型中直线、圆曲线、缓和曲线的计算方法，然后在已有的数学模型基础上，基于Excel VBA对盾构中心平面坐标进行编程设计，并且简单介绍了编程思路和涉及的主要代码。最后得到的程序经过某工程实例的验证，发现计算的误差完全符合要求，从而实现了盾构中心轴线平面坐标的自动化计算，提高了数据处理效率与数据处理精度。

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关键词：盾构机中心轴线 Excel VBA编程 直线 圆曲线 缓和曲线 平面坐标计算

A power measurement practice shield construction pipe gallery

- Shield center axis coordinate calculation program

Abstract

Shield construction survey in order to ensure driving function according to design the line forward, computing center axis coordinates shield is very important, and the amount of manual calculation of large and complex, error-prone, so in order to implement the central axis of the shield plane coordinates automated calculation based on Excel VBA program development.

Firstly, by learning shield machine attitude measurements and some knowledge of Excel VBA programming, understanding the line model plane in a straight line, circular curve, transition curve is calculated, then the existing mathematical model based on the use of Excel VBA Programming design, introduces the major code and programming ideas involved. The resulting program proven an engineering instance, found that the calculated error in full compliance with the requirements in order to achieve the automation of the central axis of the shield plane coordinate calculation and improve the data processing efficiency and accuracy of data processing

Keywords: The central axis of the shield machine; Excel VBA programming; Straight;circular curve ;Transition Curve; Calculating Plane Coordinate

目 录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1盾构法施工测量的研究现状

1.2.课题的研究意义

1.3课题的研究内容

第二章Excel VBA编程介绍以及运用实例

2.1 Excel VBA 编程介绍

2.2 Excel VBA在实际工作中的运用

第三章 传统平面线路数学模型

3.1直线数学模型

3.2圆曲线数学模型

3.3缓和曲线数学模型

3.4竖曲线数学模型

第四章 程序编制

4.1编程思路

4.2 Gauss-Legendre公式介绍

4.2.1曲线元任意一点切线方位角计算

4.2.2 曲线元上任意一点坐标计算

4.3使用Gauss-Legendre公式编程部分主要代码

4.4其他部分主要代码

第五章 工程实例

5.1程序使用介绍

5.2工程实例计算

第六章 结语和展望

6.1.结语

6.2.展望

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1盾构法施工测量的研究现状

随着我国的城市化进程的加快^[1]，以及快速发展的城市建设，城市规模不断的变大，城市人口也变得越来越多，这些情况带来的是许多城市出现了建筑用地变少，人们生存空间拥挤，交通堵塞，环境和生态的质量变差，给人们的居住生活带来了很大的影响，这种情况也会对城市的经济和发展带来一定的阻碍。在这种背景下，我国的地下空间发展就要转变到城市发展为目标的发展战略上去。地下空间的发展可以有效的解决人们生存空间的拥挤的问题，交通的堵塞也会得到缓解，会有利于环境和生态质量的变好。而在发展地下空间的基础上，首先我们就需要发展地下工程技术，在我国地下工程技术的发展背景下^[2]，我国的地下工程先后主要采用了暗挖法，明挖法，盖挖法，冷冻法，沉管法等技术，这些技术也接近或者可以说是达到了国际的先进水平^[27]。其中暗挖法指不挖开地面采用地下挖洞的方式施工，主要方法有盾构法和矿山法等，这种施工方式不会对人们的生活起到干扰，对地面交通没有影响，但是技术要求和施工难度很高，当然价格也会很高。

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法^[5]。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构法有着工程进度快，施工强度低，受天气影响小等优点。但是也存在着价格昂贵，所以不适用与施工路线很短的工程，而且工人的工作环境也是比较差的。

在盾构法施工测量中测绘人员的主要内容^[3]有地面控制测量、联系测量、地下控制测量，掘进施工测量、贯通测量和竣工测量等。本课题主要针对的是在掘进施工测量中盾构机中心轴线平面坐标数据进行自动化计算的问题。要求是编制一个程序能自动化处理人工测量所得到的数据，来得到盾构机的中心线坐标，从而可以提高工作效率以及使数据处理精度的精度得到提高。本课题最后的要求是编制的程序能在每个工程中应用，而不是指单独特定的内容。

1.2.课题的研究意义

对于盾构法隧道施工测量，为了保证能按照施工方案进行施工和隧道的顺利贯通，在盾构机的掘进过程中，必须对盾构机的姿态定位有高精度的测量，而目前用于隧道工程的盾构机一般都有自动导向测量系统^[4]，它的主要作用是测出盾构机的姿态，计算出盾构机此时与设计的隧道中心线的偏差，来引导盾构机的掘进，以使盾构机能按照设计路线前进，满足工程的贯通要求。现在的自动导向测量系统一般有德国的TUMA系统和VMT系统^[29]。但是由于是国外的产品^[28]，一般都是和盾构机一起进行销售，所以价格非常的贵，一些关键的技术和部件也是对我们高度保密的，所以对于盾构机的维护工作和保养都要依靠国外。所以在这种情况下并不是所有工程中使用的盾构机都有自动导向系统，一些小工程中会使用没有自动导向系统的盾构机来完成工程，这时测量人员就需要对某些国产盾构机的导向采用人工测量的方法，来引导盾构机按照设计路线前进。而且国外的盾构机自动导向系统在掘进工作中由于本身的精度有限，不同的工程施工精度也不一样，以及施工中的一些其他因素的干扰，测绘人员也需要实施人工测量来对盾构机的自动测量导向系统进行校正和检核。现在常用的人工测量方法有标尺法和三点法等^[9]。而在人工测量的过程中，对测得的数据进行处理是必不可少的一步，但是由于数据量大，计算的步骤和方式非常繁琐，如果没有专门的计算软件去处理这些数据，也许就会在处理过程中出现错误和误差，致使工程无法按照要求贯通，而且人工计算耗时长，不利于工程的进展。所以开发计算软件去自动化处理数据是时代发展的必然趋势。

1.3课题的研究内容

在测量工程中，测量人员会面对非常繁琐的计算问题。特别在内业中，要进行非常大的工作量计算，如国按照人工计算的方法进行，会费时费力，而且容易出错，起到事倍功半的效果，而在施工过程中，耗时少也是评价一项工程好坏的重要指标，人工计算太过缓慢，会影响施工的进度^[30]。所以编写自动计算程序，可以提高工作的效率，减少工作量。而随着时代的发展以及计算机的普及，越来越多的测量人员及专业人士通过编程发明了很多种优秀的测量计算软件，我们测量人员可以依靠这些计算程序来对测量的数据进行自动化处理，而这些计算软件使用的自动化程序语言以及基于的平台各不相同。现在主要的编程语言有很多，比如VB，VC，VC 等。基于的工具也有MATLAB ^[14]，Excel，CAD等。

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