隧道施工教学范例

［摘要］当前，我国隧道工程领域的技术得到了迅速发展，这给高校隧道工程课程教学带来了极大的挑战。该课程教学不仅要让学生打好理论基础，同时对于学生的应用实践能力也有更高要求。所以，隧道工程课程教学改革要以培养学生实践能力为方向，探索新的教学理念与教学模式，这对于培养应用型工程人才具有重要意义。

［关键词］应用型；人才培养；隧道工程；教学改革

在世界范围内，新一轮的产业变革与科技革命快速发展，具有新模式、新产业、新技术特点的新经济得到蓬勃发展，因此培养大量优秀的应用型、新型工程技术人才势在必行隧道工程课程作为一门工程类课程，旨在培养创新、实践能力强的优秀人才，为国家基础设施建设输送大量人才。尤其是在“一带一路”倡议下，我国大量参与或投资了许多“一带一路”沿线国家的基础设施建设。由于国外地质条件、地理环境、法律法规等方面与国内的差异，使得参与设计施工的人员需要更强的灵活应对的能力以及更好的创新性思维，以解决在具体设计施工中的各种问题。所以，高校隧道工程课程教学要以培养应用型人才为目标，对现有的教学内容、教学方法、教学模式等进行改革，以期满足社会对工程人才的需求。

一、隧道工程课程的特点与改革的必要性

（一）隧道工程课程的特点。隧道工程课程涉及结构力学、岩石力学、工程地质、高等数学、混凝土结构等多学科知识，其内容广泛，具有很强的学科交叉性，同时注重理论与实践的高度结合。在隧道工程教学中，教师会对隧道工程的勘察、设计、施工、运营等方面的知识进行系统讲授。所以该课程涉及的内容较为广泛庞杂，结构体系较为松散。不仅如此，该课程内容涉及大量复杂难懂的公式，仅靠理论学习远远不够，需要理论与应用密切集合。其中，理论学习的内容主要包括隧道勘察、围岩分级、围岩压力、衬砌结构等，其中在设计衬砌结构时需要运用力法方程计算公式，过程比较复杂难懂。在学习理论知识的同时，还要加强实践教学。比如，在学习隧道实用技术时，会涉及矿山法、盾构法、TBM法等，这些施工方法的学习如果仅依靠课上的理论教学，而不组织学生进工地参观实习，则很难让学生真正理解并掌握。

（二）隧道工程课程改革的必要性。基于隧道工程课程的特点，以及当前高校隧道工程课程的教学现状，可以发现隧道工程课程教学存在诸多问题，亟须进行教学改革。其中主要问题集中在以下四个方面。第一，隧道工程课程现使用的教材主线不明，存在结构体系混乱的问题。目前，该课程存在几十种不同的教材，每种教材各有侧重点。现有的教材种类较为繁杂，教学内容错综复杂，往往导致教学缺乏主线，结构体系混乱，不易于学生抓住重点。第二，当前隧道工程课程教学模式较为单一，板书与多媒体相结合是主要的授课模式，加之教师的知识灌输，使得学生始终处于被动接受知识的地位。长此以往，学生的独立思考能力、主观能动性会逐渐丧失，难以取得良好的学习效果。第三，隧道工程课程教学存在理论与实践严重脱节的问题，对学生理解并掌握所学知识造成了一定影响。隧道工程具有很强的应用性与实践性，对于很多的施工工艺与技术，学生只有亲临施工现场才能真正了解。但在实际教学中，由于缺乏实习场地，学生只能凭借想象去理解隧道工程中涉及的工艺与方法。第四，隧道工程课程的学时难以满足教学需求。教学内容多与教学学时少是高校教育中普遍存在的一个矛盾，尤其是对于内容繁杂且难懂的隧道工程课程来说，在有限的课时内很难把所有的知识点讲透彻，学生对知识的掌握、应用也就很难得到保障。

二、基于应用型人才培养的隧道工程课程教学改革思考

摘要:

隧道工程课程内容覆盖面广、零散，传统教学模式难以达到理想效果，迫切需要创新教学模式。结合该课程特点，可采用模块化教学方法进行教学。根据涉及科学、工程问题的不同，将该课程内容划分为基本概念模块和地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外，还提出按照工程项目建设阶段来划分课程模块，进一步丰富了隧道工程课程模块化教学方法。实践表明，该教学模式有助于学生深入理解课程内容，帮助学生建立专业知识体系。

关键词:

隧道工程;模块化教学;学习迁移理论;教学研究

近年来，随着高速公路、铁路建设及城市地下空间开发的蓬勃发展，出现了越来越多的隧道工程，交通、市政建设领域对隧道工程专业技术人才的需求量不断增大。培养创新能力、应用能力及解决能力实际问题较强的应用型专业人才是地方本科院校的主要办学目标之一［1－2］。笔者在隧道工程教学过程中发现，该课程内容覆盖面广，且较为零散，采用按教材章节顺序进行授课的传统教学模式难以达到良好效果，亟需探索新的教学模式。起源于德国的“模块化教学”［3］方法，可以较好解决上述问题。该方法是基于学习迁移理论基本原理，把课程内容分解成若干个部分，再将具有相同或相近主题的内容进行整合，形成具有内在联系的单元模块并进行教学［4－6］，可以提高学生学习的灵活度，激发学生学习的积极性和主动性，进而提高教学质量。文章以武汉工程大学土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业为例，探索模块化教学方法在隧道工程课程中的应用。

一、隧道工程课程特点及教学现状

(一)内容覆盖面广

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。

摘要：

隧道工程是交通土建学科隧道与地下工程方向的核心专业课程，其理论性、实践性及应用性强，涵盖的知识面广而深，且更新较快，给教学带来一定的难度。为了满足新时期创新型工程技术人才培养的迫切需要，结合笔者近年来在教学一线所积累的经验及深切体会，从课程教学特点及存在问题出发，对教学模式、教学方法等方面对隧道工程课程的教学改革问题进行探讨，以期进一步提高教学质量与效果。

关键词：

隧道工程；教学改革；教学模式；教学方法

一、引言

我国是一个多山的国家，尤其是西部地区，山地面积更是占到了国土面积的一半以上。近年来，随着国家西部大开发战略的实施以及拉动内需的需要，在西部山区修建了大量的高速公路、铁路以及水电工程，相应的隧道工程数量也日益增多。隧道工程的大发展，遇到的岩土及地下工程灾害问题也越来越多。对各种复杂工程灾害问题的处置，需要工程技术人员具有一定的理论基础、实践经验和从事科研的能力，这同时也对目前高等院校隧道工程专业的教学培养模式提出更为严格的要求。作为交通工程与土木工程专业必须具备的重要专业基础课，《隧道工程》是一门实践性、综合性和针对性很强的课程。该课程的教学目的和教学任务就是使学生掌握隧道工程的基本概念、基本构造、设计理念、施工方法以及行业规范等，初步具备从事隧道工程设计、施工和监管的行业从业能力。如果继续沿用传统的单纯课程教学，对发展技能、培养能力等方面的作用有限，不能完全适应新形势下学生全面发展的需要。有鉴于此，部分学者从教学模式[1，2]、教学方法[3-6]和教学手段[7-9]等方面对隧道工程的教学改革进行了研究，力图在提高隧道工程的课堂教学质量的同时，培养学生的专业素质以及工程实践和创新能力。这些研究大大促进隧道工程教学的改革，但是从实际教学效果来看，还有继续提升的空间。本文结合《隧道工程》实践性强的特点，继续探索更为适用的教学模式和教学方法。

二、隧道工程教学特点

［摘要］针对目前我国高等工程教育中全面推进新工科建设与发展的新形势，通过分析传统课堂教学理念与新工科背景下教学理念的差异，结合土木工程隧道工程课程的教学实践，提出基于互动式教学，实时更新教学内容并在此基础上融合现代化教学手段的教学模式。文章探索了基于新工科教学理念的高等工程教育课堂教学方法，为新工科背景下创新型人才和复合型人才的培养提供了一些思路。

［关键词］新工科；互动式教学；教学模式；教学理念；隧道工程课程

随着世界范围内新一轮科技革命和产业变革的加速以及我国“一带一路”“制造强国”等重大战略的实施，以新技术、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，势必要求我国的高等教育培养大批新型工程科技人才，为新形势下国民经济的持续发展提供动力。鉴于这一现状，教育部于2017年2月和4月分别在复旦大学和天津大学召开了高等教育发展战略研讨会，确立了新工科背景下高等工程教育的发展共识和建设行动路线。在此基础上，教育部高等教育司下发了《关于开展新工科研究与实践的通知》，全面推进新工科的建设与发展。新工科建设是一种新的工程教育发展模式，其核心内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1-4]。从新工科的核心理念可以看出，新工科是在培养具备实践创新能力的新型工程科技人才的基础上，根据未来新技术和新产业的发展，推动不同学科的交叉融合，以新理念、新结构、新模式对高等工程教育进行新一轮改革。土木工程专业隶属于工程类学科，对学生的实践能力和创新能力有较高的要求，尤其是在目前我国“一带一路”国家级合作倡议大规模实施的背景下，大量由我国投资或者参与的基础设施在“一带一路”沿途国家建设。国外的地理环境、地质条件和法律法规与我国有很大不同，导致按我国现行规范设计和施工不一定完全符合当地的建设要求，需要参与的施工设计人员具备更好的创新思维和灵活应变能力来解决项目建设过程中遇到的各种问题。因此，有必要在土工工程人才培养过程中通过对现有专业课程教学方法进行改革，寻求新的教学模式，满足新工科形势下土木工程技术人才培养的需求。本文拟从新工科的视角，结合土木工程隧道工程课程的教学实践，通过分析传统课堂教学体系和教学方法存在的不足，对新工科背景下的课堂教学模式改革进行探索。

一、传统工科的课程教学存在的主要问题

（一）新工科的教学理念没有完全融入传统工科的课堂教学体系中

传统的工科课堂教学还是以灌输式教学方法为主，教师按照教学大纲制定的教学内容，将课本上的知识点传授给学生，学生被当成“知识容器”，被动地接受一个个知识点，课堂成为知识搬运的场所，教学过程中忽视了对知识的探索，压抑了学生的创新热情，从而导致学生学习兴趣下降，影响教学效果。而新工科背景下的高等工程教育，提倡以学生为中心，注重个性化学习，提高学生的适应变化能力与工程创新能力。传统教学主要采用“以教师为中心”的“传道、授业、解惑”方式，与新工科所要求的“以学生为中心”的“悟道、生惑、解疑”方式有很大的差别。

（二）传统工科的教学内容体系与新工科背景下的社会需求脱节

摘要：案例库建设对于教学以及职工培训具有重要的作用。分析了隧道工程案例库案例遴选的原则：应遵循案例的真实性、典型性、启发性，并且服务教学目的。确定了案例分类方法，提出了案例收集的途径。明确了隧道工程工程案例库的功能及构成，阐述了基于B/S网络的案例库开发路径，应用Delphi软件，采用access数据库，开发了隧道工程案例库系统，实现了案例录入、案例查询、图片浏览、视频播放等功能。

关键词：地下工程；案例库；数据库开发

隧道工程工程是一门实践与应用性很强的课程，受场地、资金和工程条件等因素制约，现在的教学模式仍主要以书本知识传授为主，缺乏与工程实践的有机结合。学习隧道工程的最终目的是为工程服务，而对于与工程应用紧密结合的章节，如隧道工程支护原则与支护技术等内容，学生在课堂上只能靠想象，与工程实践脱节，这不符合《隧道工程》理论与实践兼备的课程特点，难以激发学生学习的积极性和主动性，更不用提培养学生的创造性。因此，迫切需要建设科学合理的工程案例库，在课堂教学中引入工程案例教学模块，通过典型的工程案例讲解和讨论，提高学生的兴趣，激发其自主学习的热情。目前案例库的研究在商务英语、化学、禁毒学、工程索赔等课程开展了初步的研究，但是从文献内容看，还没形成具体的数据库系统，只是一个大体的思路。本文主要以承担教学的《隧道工程》课程为依托，探讨隧道工程案例库中案例选取的选择及建设开发思路。

一、隧道工程案例遴选原则、分类与收集方法

（一）隧道工程案例遴选的原则

（1）入库案例及依托工程的真实性。这是隧道工程案例库遴选案例的首要条件。真实性保证了每个工程案例确有其事，要对案例进行实事求是的描述。（2）入库案例必须服务教学目的。隧道工程案例库遴选的案例是为了适应特定的教学而选编，因此每个工程案例都应具有相应的教学目的，反映相应的教学内容。（3）入库案例具有典型性和启发性。典型性就是保证每一个工程入库遴选的案例价值。典型工程案例，要选择知名度比较高的地下工程，或者在勘察、设计、施工和科研上有特色的工程，在业界有口碑且比较知晓的工程。特别是在科研上有特色的要更加注重收集，这个有利于启发培养学生的创新思维和精神，从工程中发现工程问题。

（二）隧道工程案例分类

摘要：案例库建设对于教学以及职工培训具有重要的作用。分析了隧道工程案例库案例遴选的原则：应遵循案例的真实性、典型性、启发性，并且服务教学目的。确定了案例分类方法，提出了案例收集的途径。明确了隧道工程工程案例库的功能及构成，阐述了基于B/S网络的案例库开发路径，应用Delphi软件，采用access数据库，开发了隧道工程案例库系统，实现了案例录入、案例查询、图片浏览、视频播放等功能。

关键词：地下工程；案例库；数据库开发

隧道工程工程是一门实践与应用性很强的课程，受场地、资金和工程条件等因素制约，现在的教学模式仍主要以书本知识传授为主，缺乏与工程实践的有机结合。学习隧道工程的最终目的是为工程服务，而对于与工程应用紧密结合的章节，如隧道工程支护原则与支护技术等内容，学生在课堂上只能靠想象，与工程实践脱节，这不符合《隧道工程》理论与实践兼备的课程特点，难以激发学生学习的积极性和主动性，更不用提培养学生的创造性。因此，迫切需要建设科学合理的工程案例库，在课堂教学中引入工程案例教学模块，通过典型的工程案例讲解和讨论，提高学生的兴趣，激发其自主学习的热情。目前案例库的研究在商务英语、化学、禁毒学、工程索赔等课程开展了初步的研究，但是从文献内容看，还没形成具体的数据库系统，只是一个大体的思路。本文主要以承担教学的《隧道工程》课程为依托，探讨隧道工程案例库中案例选取的选择及建设开发思路。

一、隧道工程案例遴选原则、分类与收集方法

（一）隧道工程案例遴选的原则

（1）入库案例及依托工程的真实性。这是隧道工程案例库遴选案例的首要条件。真实性保证了每个工程案例确有其事，要对案例进行实事求是的描述。（2）入库案例必须服务教学目的。隧道工程案例库遴选的案例是为了适应特定的教学而选编，因此每个工程案例都应具有相应的教学目的，反映相应的教学内容。（3）入库案例具有典型性和启发性。典型性就是保证每一个工程入库遴选的案例价值。典型工程案例，要选择知名度比较高的地下工程，或者在勘察、设计、施工和科研上有特色的工程，在业界有口碑且比较知晓的工程。特别是在科研上有特色的要更加注重收集，这个有利于启发培养学生的创新思维和精神，从工程中发现工程问题。

（二）隧道工程案例分类

一、采矿专业就业现状

安徽理工大学能源与安全学院采矿专业是培养具备固体（煤、金属及非金属）矿床开采与开发利用的基本理论，具有采矿工程师的基本能力，能从事矿区开发规划、矿山工程设计与施工、生产技术管理、安全监察及科学研究的复合型工程技术人才[1]。自2013年以来煤炭行业效益出现了断崖式下滑，到煤矿企业工作的毕业生也大幅减少，根据2014年与2015年的毕业生派遣信息可以看出毕业生总人数上基本无变化，2014年与2015年采矿毕业生就业情况发生了较大变化，如图1所示。继续从事采矿业的学生由151人降低到62人，降低了19%，而非矿山行业，如房地产、桥梁、地铁等建筑业和交通行业的就业人数呈现不同程度的上升。例如：建筑业的就业人数在非矿山行业中增长最多，由11人增长到40人；而增长人数最少是科学研究与公共管理和社会保障，均增长1人；人数不变的为金融业1人。到地铁、隧道等交通建设单位就业的人数呈逐年增加趋势，近3年更是达到并超过了60%，学生的学习兴趣也发生了一些变化，很多学生在大三阶段开始自学地下工程相关课程，这都给我采矿专业教学提出了新的挑战。

二、课程体系重新梳理

安徽理工大学能源与安全学院采矿工程专业顺应这样一个形势，对专业培养方案也做了相应的修改，以满足专业发展与社会需求，在2018年修订的采矿工程专业培养方案单列出一个地下工程方向，以增加学生的学习兴趣。因此，采矿专业的地下工程施工课程要首先进行改革，改革后地下工程施工与传统以井巷工程为主要教学内容课程的主要区别在于基本力学原理发生了扩展，原来主要是深部岩层施工，现在增加了浅埋土层施工，其基本力学原理、开挖方法，支护方式都有明显差异。比如CRD工法，它是软弱破碎围岩隧道暗挖法的一种，主要应用于浅埋且对地表沉降控制严格的大跨度隧道施工中。通过在大二、大三开设专业基础课弹性力学、矿山岩石力学、结构力学、土力学，大三开设凿岩爆破工程、隧道工程，大四开设地下工程物探、工程建设法律法规、工程项目管理，形成一个完整课程体系，这些课程与地下工程施工形成一个有机的整体，大部分课程为该课程的学习提供了基础和准备。

三、课程内容改革

本课程的目的是使学生学习和掌握地下工程设计与施工技术，包括交通水电隧道工程，矿山井巷工程，城市地铁隧道工程，停车场、商场等城市地下市政工程，防空工程，大型洞库仓储工程等。考虑到地下工程也包括浅埋，特别是土层介质，课程内容上增加地下工程勘察，根据工程特点与工程介质不同，教学内容要涵盖地下工程相关的主要内容，在原来以煤矿井巷工程为主的教学内容基础上，增加基坑施工、浅埋暗挖施工、盾构法施工、沉管法施工等，由于该课程范围广、内容多，学时也要进行大幅增加，调整到64个学时较为合适。

四、实践环节改革