摘要：
现阶段的隧道结构计算都采用电算，无论是设计、施工及研究都需要掌握隧道结构电算相关知识，但是《隧道结构电算》课程在一些学校没有开设或课时较少。该门课程教学明显不够成熟，且具有理论性强、实践性要求高等特点，本文通过分析隧道工程专业本科生的就业现状，对教学的目的、内容及教学方式展开了探讨，可为《隧道结构电算》课程的教学提供一定的参考。
关键词：
隧道工程；隧道电算；有限元
结构受力计算如果采用手算需要大量的人力、物力和时间，并且精度可能达不到要求，而电算可以解决这些问题。随着计算机硬件和软件技术的发展，结构计算已经基本采用电算。隧道结构电算在上世纪80年代起步并获得了一定的发展，比如：1981年4月21~27日在成都举行了第一次隧道专业电算交流会[1]；1984年3月18~22日在北京召开了专业标准化工作会议[2]；1987年3月20~24日在成都召开了铁道部基建系统隧道专业第三次电算归口会议[3]等。这些会议的召开对隧道电算的发展起到了巨大的推动作用，由此也可以看出隧道电算受到隧道工程专业人员的高度重视。目前，并非所有具有隧道工程专业的学校都开设了《隧道结构电算》课程，但是它是隧道工程专业必须学习的重要专业课程，因而《隧道结构电算》教学值得探讨。该课程具有自身的特点，其最大的特点是考虑围岩与隧道结构的相互作用或先计算出荷载直接作用于隧道支护结构上，实现理论与实践的高度统一，使学生能够运用有限元软件完成简单的、常见隧道结构受力计算。
1《隧道结构电算》教学的目的
课程的教学目的与学生毕业后所从事的工作密切相关，全国范围内土木工程专业本科生就业去向主要有施工和读研两大类，隧道工程专业毕业生也不例外。从目前的施工技术水平来讲，施工单位应对一般隧道工程项目的技术相当成熟，但是遇到特殊地质状况时需要工程变更。由于地勘资料不可能完整反映整个隧道开挖及影响范围内的地质情况，所以在隧道施工过程中变更常常存在。隧道结构计算书是设计图变更及施工工艺变更的重要支撑材料。对于立志进一步深造的同学更应该学好电算计算理论和软件应用，因为这是目前主流及常用的研究手段之一。总之，《隧道结构电算》对隧道工程专业的学生都非常重要。由上述分析可知，《隧道结构电算》教学应使学生了解隧道结构计算的当前状况和技术水平，理解一般隧道结构计算的基本理论、计算方法和手段，掌握一种计算方法和一种计算软件，能够独立使用电算软件完成二维隧道结构模型计算（包括荷载——结构法和地层——结构法），为毕业后从事隧道工程相关工作或研究奠定基础。
2《隧道结构电算》教学的内容
《隧道结构电算》是一门专业课程，在学习该门课程之前，应该先修《线性代数》、《材料力学》、《结构力学》、及《弹性力学》等课程，除此之外《数值分析》、《计算机程序设计》及《有限元》等相关课程知识也是学习这门课程的重要基础。然而，一些学校的隧道工程专业并未全部开设这些课程。《隧道结构电算》的课时一般较少，在短时间内要完整、系统和深入的完成这门课程教学比较难。隧道电算有很多计算方法，包括：有限元法、有限差分法及边界元法等方法。目前国内外隧道结构计算使用较多方法是有限元法和有限差分法，本文以有限元法为例进行探讨。针对《隧道结构电算》教学的实际情况，推荐理论部分主要教学内容为：有限元法的计算过程，离散，单元计算理论（杆单元、梁单元及实体单元），边界条件及处理，求解方法，结果分析等知识点。该门课程除理论教学之外，还需要上机练习以提高实践能力。上机练习应该以实例教学为主，主要完成荷载——结构法和地层——结构法的实例练习。
3《隧道结构电算》教学的方式
《隧道结构电算》的理论部分涉及多门课程，知识面广，有些课程虽已经学过但是时间已经比较久远，又由于理论性较强因而教师的教学和学生的学习过程都比较困难。结合笔者的教学经验，本课程教学应注重加强思路、方法和步骤讲解，而不是以具体的推导和演算教学为重点。但是重要的知识点，未学知识点有必要深入讲解。对于有限元法来讲，位移函数、单元刚度矩阵、总体刚度矩阵等重要知识点可以通过例题讲解。求解方法则应以讲解各种求解方法的思路及优势为主，若以例题讲解则比较繁琐且容易出错，实例讲授方法不适用于该知识点的教学。《隧道结构电算》上机练习之前，应该简单讲解所用软件的功能，界面菜单及操作流程。操作流程应结合有限元理论，比如：定义单元类型、材料参数、单元特性、建立几何模型、划分单元、施加荷载和约束、求解及后处理。在软件计算过程中应考虑初始地应力，施工过程：超前支护、开挖、初期支护和二衬等施工阶段。计算完成后，根据计算目的获得计算结果。上机课程应设计荷载——结构法和地层——结构法的实例练习，使学生进一步理解电算计算理论和掌握隧道结构计算过程与方法。
4结语
《隧道结构电算》是隧道工程专业需要学习的重要课程，但是课时少、内容多、理论性强、实践性要求高，本文通过分析隧道工程专业本科生的就业现状，归纳了教学目的，提出了教学内容的重点，探讨了理论教学与上机实践教学相结合的教学模式。
作者：周元辅 单位：重庆交通大学土木工程学院
参考文献：
[1]郑天中.隧道专业第一次电算经验交流会[J].铁道标准设计通讯,1981,(6):49.
[2]陈唯一.全路隧道专业电算归口会议[J].铁道标准设计通讯,1984,(4):49.
[3]郑天中.铁路隧道专业第三次电算归口会议在成都召开[J].铁道标准设计通讯,1987,(5):49.
