Excel在隧道超欠挖中的運(yùn)用

楊 雪 峰

(中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070)

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·計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

Excel在隧道超欠挖中的運(yùn)用

楊 雪 峰

(中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070)

以三道泉隧道工程為依托，介紹了Excel函數(shù)計(jì)算隧道路面設(shè)計(jì)標(biāo)高的過程，并探討了Excel在隧道超欠挖工程中的計(jì)算方法，為該隧道工程施工提供了依據(jù)。

隧道，Excel，超欠挖，標(biāo)高

我們知道，Excel的計(jì)算功能是非常強(qiáng)大的，這和它完善的函數(shù)系統(tǒng)是分不開的。利用這些函數(shù)和公式，我們可以方便的在表格里編公式或程序，實(shí)現(xiàn)邏輯、統(tǒng)計(jì)等方面的計(jì)算。本文通過三道泉隧道數(shù)據(jù)講述了在不需要第三方軟件的前提下Excel在隧道超欠挖中的應(yīng)用。

1 應(yīng)用Excel函數(shù)計(jì)算隧道路面設(shè)計(jì)標(biāo)高

在隧道施工中，要控制結(jié)構(gòu)物的尺寸和標(biāo)高，經(jīng)常涉及到計(jì)算給定里程處的設(shè)計(jì)軌枕標(biāo)高。下面以三道泉隧道豎曲線為例：從三道泉1號隧道進(jìn)口里程DK126+440到三道泉2號隧道出口里程DK130+156，為三個(gè)不同坡比的豎曲線上，并且在里程范圍內(nèi)有一個(gè)短鏈，短鏈為-0.244 7 m(DK127+050=DK127+050.2447)。我們的目標(biāo)是編一個(gè)公式，可以正確無誤的計(jì)算三道泉隧道任意里程處的設(shè)計(jì)軌枕高度。三道泉隧道豎曲線要素如表1所示。

若定義曲線變坡點(diǎn)里程為K，曲線起點(diǎn)里程為KA，曲線終點(diǎn)里程為KB，切線長為T，則有：

(1)

通過式(1)計(jì)算，兩個(gè)豎曲線及短鏈把線路設(shè)計(jì)標(biāo)高分成了8個(gè)不同的區(qū)段，每個(gè)區(qū)段的曲線要素和算法都有不同，這給我們現(xiàn)場計(jì)算帶來很大的麻煩，我們拿到一個(gè)里程，要先看它位于哪個(gè)區(qū)段，再去查看這個(gè)區(qū)段的曲線參數(shù)，然后定算法，這樣就比較麻煩。曲線參數(shù)如表2所示。

若曲線上任意一點(diǎn)高程為Hj，改正數(shù)為Hv,坡度為i，變坡點(diǎn)高程為H，半徑為R，則有:

(2)

其中，X為計(jì)算點(diǎn)到曲線起點(diǎn)(終點(diǎn))距離；L為計(jì)算點(diǎn)到變坡點(diǎn)的距離；當(dāng)豎曲線為凸曲線時(shí)，符號為“-”號，當(dāng)豎曲線為凹曲線時(shí)，符號為“+”號。

表2 具體豎曲線參數(shù)

下面我們要做的是，任意給定一個(gè)里程，計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷所在的區(qū)間，然后自動(dòng)選擇公式計(jì)算出結(jié)果，這就涉及到一個(gè)按照條件選擇的問題，用IF函數(shù)嵌套使用可以很完美的解決這個(gè)問題。即：

IF(B2<126 710.001,580.563+(B2-126 850)*0.019,IF(B2<126 850,580.563+(B2-126 850)*0.019-(126 710.001-B2)^2/40 000,IF(B2<126 989.9,580.563+(B2-126 850)*0.005-(126 989.999-B2)^2/40 000,IF(B2<127 050,580.563+(B2-126 850)*0.005,IF(B2<128 664.999,580.563+(B2-0.244 7-126 850)*0.005,IF(B2<128 800,590.312+(B2-128 800)*0.005-(128 664.999-B2)^2/40 000,IF(B2<128 935.001,590.312+(B2-128 800)*(-0.008 5)-(128 935.001-B2)^2/40 000,IF(B2<131 900,590.312+(B2-128 800)*(-0.008 5)))))))))

計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 任意里程設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算結(jié)果

2 應(yīng)用Excel函數(shù)運(yùn)算隧道開挖輪廓超欠挖

隧道開挖面放樣，支護(hù)面、襯砌輪廓的測量數(shù)據(jù)分析，要求能夠通過測點(diǎn)的三維坐標(biāo)來計(jì)算測點(diǎn)的相對于參考斷面的徑向超欠情況。也即，根據(jù)測量的外業(yè)采集數(shù)據(jù)：里程、偏距和實(shí)測標(biāo)高，再參照隧道斷面尺寸，來計(jì)算測點(diǎn)與斷面輪廓的相對位置，以此判斷隧道的超欠挖。本節(jié)也以三道泉隧道為例，闡述利用Excel函數(shù)計(jì)算隧道開挖輪廓超欠挖。

2.1 隧道斷面尺寸和參數(shù)

隧道斷面尺寸和參數(shù)如圖1所示。

由圖1可知，隧道洞身部分為四心圓，且左右對稱。仔細(xì)分析可以根據(jù)圓心的不同將洞身分為三個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算。用X表示測點(diǎn)距隧道中線距離，Y表示測點(diǎn)標(biāo)高，H表示測點(diǎn)里程處的設(shè)計(jì)標(biāo)高(由上節(jié)公式求出)，C表示超欠挖(“--”表示欠挖)，K表示里程。

2.2 超欠挖計(jì)算方法

分析隧道斷面參數(shù)可知，只要分析測點(diǎn)距本段圓弧圓心的距離與參考斷面半徑比較即可知超欠挖數(shù)值。則：

1)當(dāng)測點(diǎn)在O1圓心范圍內(nèi)時(shí)，也即Y-H≤-1.949時(shí)：

2)當(dāng)測點(diǎn)在O2圓心范圍內(nèi)時(shí)，也即Y-H≤0.162并且E>0時(shí)：

3)當(dāng)測點(diǎn)在O2圓心范圍內(nèi)時(shí)，也即Y-H≤0.162并且E<0時(shí)：

4)當(dāng)測點(diǎn)在O1圓心范圍內(nèi)時(shí)，也即Y-H≥0.162時(shí)：

其中，E為測點(diǎn)到隧道中線的距離。

同樣適用IF函數(shù)來實(shí)現(xiàn)選擇條件，公式如下：

=IF((C2-D2)<=-1.949,SQRT((C2-D2-11.506)^2+(F2-2.3)^2-14.21)*100,IF(AND(C2-D2)<=0.162,(F2-2.3)<0),SQRT((C2-D2-1.213)^2+(F2-2.3-3.274)^2-3.42)*100,IF(AND(C2-D2)<=0.162,(F2-2.3)>0),SQRT((C2-D2-1.213)^2+(F2-2.3+3.274)^2-3.42)*100,IF((C2-D2)>=0.162,SQRT((C2-D2-2.27)^2+(F2-2.3)^2-6.81)*100))))

計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 三道泉隧道超欠挖計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)語

隧道超欠挖關(guān)系到隧道工程的安全，本文以三道泉隧道為實(shí)例簡單介紹了Excel在隧道超欠挖中的簡易應(yīng)用。綜合考慮曲線要素，隧道參數(shù)以及預(yù)留量，通過實(shí)例介紹，可以簡單、快速、精確、有效的處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，節(jié)省了人力物力，使測量工作更快速、有效。

[1] Excel Home.Excel應(yīng)用大全[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 潘正風(fēng).數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.

[3] 孔祥元.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

The application of Excel in the tunnel over and under excavation

Yang Xuefeng

(ChinaBuildingCivilEngineeringConstructionLimitedCompany,Beijing100070,China)

Based on Sandaoquan tunnel engineering, this paper introduced the process using the Excel function to calculate the tunnel pavement design elevation, and discussed the calculation method of Excel in tunnel over and under excavation engineering, provided basis for the tunnel engineering construction.

tunnel, Excel, over and under excavation, elevation

1009-6825(2016)22-0255-03

2016-05-27

楊雪峰(1977- )，男，工程師

TP319

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