利用Excel VBA程序計(jì)算公路隧道相貫線坐標(biāo)

張 恩 權(quán)，　龍　國

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066；2.中國電建成都院四川二灘國際咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都　611130)

利用Excel VBA程序計(jì)算公路隧道相貫線坐標(biāo)

張 恩 權(quán)1，龍國2

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066；2.中國電建成都院四川二灘國際咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都611130)

摘要：鑒于計(jì)算公路隧道相貫線的三維坐標(biāo)沒有相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式可用，且直接計(jì)算坐標(biāo)難度較大，通常采用漸近法計(jì)算坐標(biāo)。而利用Excel VBA程序計(jì)算公路隧道相貫線程序基于Excel平臺(tái)編寫，計(jì)算速度快，具有較好的效果。

關(guān)鍵詞：相貫線； Excel VBA:用戶窗體；漸近法；過程代碼

1公路隧道相貫線及其計(jì)算方法

在大型水電站建設(shè)時(shí)，為了滿足施工建設(shè)需要，往往要在場(chǎng)內(nèi)布設(shè)交通網(wǎng)，特別是在高山峽谷地區(qū)建設(shè)水電站時(shí)，其場(chǎng)內(nèi)交通工程的布設(shè)因受地形地貌影響，很多公路的布置形式為一段明線、一段隧道，且在隧道內(nèi)也有可能布設(shè)支洞。

圖1　1#隧道與5-1隧道平面交叉布置圖

圖1為長河壩水電站場(chǎng)內(nèi)交通工程1#隧道與5-1隧道相交段平面布置圖。該工程在1#隧道K2+550附近布置了5-1隧道，在隧道開挖或襯砌時(shí)，1#隧道與5-1隧道都會(huì)產(chǎn)生一條空間相交線(相貫線)，該相貫線形狀與主隧道、支洞的平面曲線和斷面形狀有關(guān)，兩條隧道相交最簡(jiǎn)單的形式是直交，最常見的是斜交，圖1為斜交時(shí)的情況。1#隧道在相交段時(shí)為直線，支洞5-1在相交段從圓弧段過渡到緩和曲線段，這種相交情況在公路隧道中比較常見。施工時(shí)，為了控制開挖體型或襯砌體型需要進(jìn)行施工放樣，放樣前，首先需要計(jì)算相貫線的三維坐標(biāo)。但對(duì)于坐標(biāo)的計(jì)算沒有相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式可用且因直接計(jì)算坐標(biāo)的難度較大，通常采用漸近法計(jì)算坐標(biāo)。

2公路隧道相貫線計(jì)算過程

兩隧道的相貫線是一條空間曲線，其沒有固定的函數(shù)表達(dá)式，因此而不能直接計(jì)算。筆者以長河壩水電站場(chǎng)內(nèi)交通工程1#隧道與5-1隧道為例介紹相貫線的計(jì)算過程。1#、5-1隧道襯砌斷面見圖2、3。

圖2　1#隧道襯砌斷面圖

圖3　5-1隧道襯砌斷面圖

(1)假定1#隧道平交段有一點(diǎn)P1，其樁號(hào)為Kp1#,其到01的偏距為Lp,則根據(jù)1#公路平曲線要素計(jì)算出坐標(biāo)P(Xp,Yp),根據(jù)1#公路縱坡及豎曲線要素計(jì)算出高程Hp1(P點(diǎn)在小圓弧段按小圓弧計(jì)算，在大圓弧段按大圓弧計(jì)算)。

(2)根據(jù)5-1隧道平曲線要素計(jì)算P(Xp,Yp)對(duì)應(yīng)的5-1隧道樁號(hào)Kp5-1(首先判斷P點(diǎn)位置，在圓弧段按圓曲線計(jì)算，在緩和曲線段按緩和曲線計(jì)算),再根據(jù)5-1隧道縱坡及豎曲線要素計(jì)算P點(diǎn)高程Hp2。

(3)如果Hp1=Hp2，則該P(yáng)點(diǎn)就是相貫線上的點(diǎn)，否則需調(diào)整P點(diǎn)在1#隧道的偏距Lp。重復(fù)計(jì)算，直至Hp1=Hp2。

(4)按一定的步長改變P點(diǎn)在1#隧道的樁號(hào)，重復(fù)以上計(jì)算，直至平交段范圍結(jié)束。

3Excel VBA數(shù)據(jù)的輸入及用戶窗體的設(shè)計(jì)

相貫線計(jì)算時(shí)需要兩條公路的平曲線要素、兩條公路的縱坡及豎曲線要素及兩條公路的斷面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入量較大，若將其全部在用戶窗體中輸入比較繁瑣，我們采用的辦法是先在Excel工作薄中建立三個(gè)工作表(表1～3)：第1個(gè)用于輸入兩條隧道的平曲線要素，第2個(gè)用于輸入兩條隧道的縱坡及豎曲線要素,第3個(gè)用于顯示相貫線的計(jì)算數(shù)據(jù)。

鑒于表中只輸入了隧道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，考慮到程序的通用性，我們又設(shè)計(jì)了一個(gè)用戶窗體，用于輸入斷面參數(shù)、計(jì)算步長、支洞和主洞的相互關(guān)系等內(nèi)容，用戶窗體見圖4。

表1　1#公路隧道平曲線要素表

4用戶窗體過程代碼編寫思路

(1)讀取Excel表中兩條公路隧洞的設(shè)計(jì)要素。

(2)讀取用戶窗體中公路隧洞斷面的設(shè)計(jì)參數(shù)及兩條隧洞的相關(guān)信息。

(3)根據(jù)用戶窗體中設(shè)定的計(jì)算要求迭代計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入Excel表中。

因代碼篇幅較長，筆者在文中略去了窗體代碼。

5程序使用說明

(1)在Excel中先建3個(gè)工作表，將sheet1命名為“平曲線表”，將sheet2命名為“豎曲線表”，

表2　1#公路縱坡及豎曲線表

表3　相貫線坐標(biāo)及隧道樁號(hào)表

圖4　用戶窗體圖

將sheet3命名為“相貫線坐標(biāo)表”，這樣和代碼中同名，否則程序運(yùn)行要出錯(cuò)。

(2)在平曲線表和豎曲線表中填寫公路曲線參數(shù)，平曲線表JDn-1到JDn+1應(yīng)包含平交段，同樣，豎曲線表中的參數(shù)應(yīng)包含平交段。

(3)運(yùn)行用戶窗體，在文本框中輸入?yún)?shù)，點(diǎn)擊“開始計(jì)算”后計(jì)算結(jié)果自動(dòng)填寫到相貫線坐標(biāo)表，運(yùn)行時(shí)間大約為3～8 s，中間不要點(diǎn)擊鼠標(biāo)，計(jì)算結(jié)束后點(diǎn)擊“退出窗體”退出。

6結(jié)語

利用Excel VBA計(jì)算公路隧道相貫線程序是基于Excel平臺(tái)編寫的，其計(jì)算速度快，程序運(yùn)行結(jié)束后同時(shí)可顯示主洞和支洞的樁號(hào)與高程，便于檢查計(jì)算結(jié)果。將計(jì)算坐標(biāo)復(fù)制到CAD繪制相應(yīng)的線后即能看到相貫線的形狀，工作中使用較為方便。鑒于篇幅原因，文中未給出用戶窗體中文本框的屬性，其可以結(jié)合過程代碼查看；另外，計(jì)算支洞樁號(hào)的允許誤差取值范圍為0.002 m，使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況在代碼中修改，修改后不會(huì)對(duì)整個(gè)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測(cè)量學(xué)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

[12]何非，葉萃娟.Excel VBA高效辦公從入門到精通[M].北京：中國青年出版社，2006.

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號(hào):TV221;[TU997];TU19

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1001-2184(2016)03-0061-03

作者簡(jiǎn)介:

張恩權(quán)(1963-)，男，甘肅秦安人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

龍國(1962-)，男，四川安岳人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程監(jiān)理技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)