現代注漿理論與技術案例教學探索

李曉龍 鐘燕輝 張蓓

摘要：現代注漿理論與技術是一門實踐性很強的專業課程，案例教學在課堂教學中占據重要地位，是落實實踐育人、提升學生解決實際工程問題能力、培養高素質專業人才的重要環節。結合課程特點，在案例教學方面開展了積極探索，通過優化案例設置、多形式案例資料準備和系統化多模式講解、加強課堂研討等方式，激發了學生的專業興趣和學習積極性、主動性，加強了實踐環節培養，加深了學生對工程背景的認識和理解，提升了學生的工程意識和對專業知識的綜合應用能力，起到了良好教學效果。

關鍵詞：工程基礎設施;病害處治;注漿;案例教學

中圖分類號：G521 ????文獻標識碼：A

1課程簡介

現代注漿理論與技術是鄭州大學工程安全與防護優勢特色學科群的特色專業課程，該課程以現代注漿技術在工程基礎設施安全防護領域的廣泛應用為背景設立，主要講授內容包括：注漿技術概述、注漿材料、注漿理論、注漿設備、注漿技術和工程案例六個部分。通過該課程的學習，使學生了解工程基礎設施建設領域存在的巖土工程災害問題及注漿技術的發展歷程，熟悉現代注漿技術的類型、方法和基本原理，掌握注漿材料的特性，了解現代注漿技術在交通、水利及市政基礎設施病害修復、除險加固中的應用，了解現代注漿技術的發展趨勢，能夠初步運用現代注漿技術處理工程實際問題。

2課程設置背景

我國交通、水利、市政等工程基礎設施建設規模龐大，面臨的安全形勢十分嚴峻。截止2019年底，全國已建公路隧道17738座，鐵路隧道15117座;高鐵運營總里程3.5萬公里，占全世界高鐵總里程2/3以上;高速公路通車里程14.26萬公里;城市軌道交通總里程達6600km，均居世界第一位。到2019年，擁有堤防31萬公里，水庫大壩9.8萬余座，是世界上水庫大壩存量最多的國家。城市地下管網規模巨大，其中供水、排水、燃氣及供熱管網超過200萬公里。

受惡劣地質條件的影響，滲漏、突涌水、塌方等災害始終是隧道施工過程中無法回避的技術難題，嚴重威脅工程設備和人員安全。路基工后沉降惡化軌道平順度，成為制約高鐵列車運行安全、制約服務效能發揮的一個重要問題。隨著運營時間增長，路面唧泥、脫空等常見病害逐漸增多，每年10%的道路進入大中修，養護維修任務日趨繁重。由于水文地質條件、長期運營等因素的影響，地鐵普遍存在滲漏問題，加劇隧道不均勻沉降，導致襯砌開裂，影響隧道結構穩定和行車安全。受長期運行影響，大量堤防、大壩存在滲漏病害，威脅堤壩安全。在市政領域，由于地下水引發的滲漏、開裂、腐蝕等病害普遍存在，造成水資源浪費、環境污染等問題突出，城市內澇、道路坍塌等事件頻發，導致重大損失和惡劣社會影響。

注漿作為一種施工便捷、適用性強的非開挖修復手段，在交通、水利、市政等工程基礎設施安全防護領域得到了廣泛應用。研發快捷高效的注漿加固新材料、新技術和新理論始終受到人們的關注。國內外已研制出百余種化學灌漿材料，按其主劑大體可分為水玻璃、丙烯酰胺、木質素、脲醛樹脂、聚氨酯等8類。尤其是近年來，具有自膨脹特性的雙組分聚氨酯類高聚物注漿材料及其高壓注射技術在國際上發展十分迅速，應用日趨廣泛，成為巖土工程領域具有明顯特色的發展方向。因此，面向碩士研究生開展現代注漿理論和技術教學，對于提升研究生專業素養、增強解決實際工程問題能力具有重要意義。

3課程特點

現代注漿理論與技術課程最大的特點是實踐性，很多注漿技術都是在解決實際工程問題過程中應運而生的。二次世界大戰以來，國際上高速公路、機場、高速鐵路、地鐵、市政管網、人防工程、堤防大壩、輸水隧洞等工程基礎設施發展迅速。針對不同類型工程病害，提出了不同的注漿方法。從注漿目的來看，總體可分為滲漏處治、地層改良、結構抬升糾偏、脫空填充等類型;注漿目的、處治對象、使用的注漿材料不同，所采用的注漿方法、施工工藝存在很大差異。例如地鐵盾尾同步注漿、結構物抬升注漿、隧道防滲帷幕注漿在施工工藝上存在很大差別;同樣是劈裂注漿，采用傳統非膨脹型漿液與采用具有自膨脹特性的高聚物注漿材料，注漿工藝區別很大。因此在教學過程中，圍繞注漿技術在不同類型工程中的應用，需要做針對性講解，要把相應的注漿參數設計方法、注漿工藝區別介紹清楚。

4案例教學的重要性

針對課程實踐性強的特點，為了充分利用有限的課堂教學時間，使學生能夠深刻理解注漿基礎理論知識并將其靈活運用于工程實踐中解決具體問題，提升學生創新實踐能力，加強案例教學十分必要。

一方面，學生普遍缺乏工程實踐經驗，對工程背景感性認識不足，單純的理論講解聽起來單調枯燥，由于案例教學的內容是具體的工程實例，具有形象、直觀、生動的形式，使學生能夠直接感受到注漿技術的工程應用價值，有利于激發其專業興趣和學習積極性，加深對注漿技術基本原理、基本概念和設計計算方法的理解和認識。通過系統化的案例教學，使抽象的專業理論知識通俗化、形象化，借助案例環境的呈現，提升學生綜合利用專業知識解決工程問題的能力。

另一方面，案例教學是實踐育人的內在需要。堅持教育與社會實踐相結合，是黨的教育方針的重要內容。加強實踐育人工作，對于不斷增強學生勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力，具有不可替代的重要作用。而案例教學是“新工科”理念下構建新型實踐教學體系、人才培養模式的迫切需求，是實踐育人的重要表現形式和關鍵環節，是實現理論教學與實踐培訓之間的平衡與融合，培養學生創新意識、創新能力，增強實踐能力的重要途徑，對于培養新時代新型工程技術人才具有重要意義。

5案例庫建設

為了保障教學效果，對案例進行了細致遴選。對案例的要求有這樣幾個方面：要典型，有代表性，能夠反映某一種特定的工程類型;在注漿設計、施工或應用方面有重大創新，在科研上有特色，有利于啟發學生創新思維;或者在業界有較高的知名度?；谏鲜鲈瓌t，按照工程對象所屬領域和類型對案例進行分類，把注漿技術劃分堤壩防滲加固、高鐵無砟軌道板沉降修復、高速公路、機場道面隱蔽病害處治、隧道及地下工程水害防治、地下排水管道滲漏修復、地基加固、建筑結構糾偏抬升等類型，分別設置了相應的代表性案例。

例如高速公路隱蔽病害處治選用了安新高速高聚物注漿修復案例。該路段于1997年11月28日建成通車，由于交通流量大，尤其是隨著重載車輛的不斷增多，病害日趨嚴重，特別是雨后唧泥問題已成為安新高速的“頑疾”。管養單位每年投入了大量經費，采取了水泥壓漿、開挖換填、加鋪面層等多種處治措施，均未達到根治病害的效果。2007年，以安新段為依托組織實施了“高速公路快速修復高聚物注漿技術”示范工程，80天內處治唧泥、翻漿等病害24000余處，一次性處治完好率達95%，該示范工程被專家認為是“我國高速公路快速維修的成功范例”。

6案例教學方法

引導學生提前預習。由于課堂教學時間十分有限，為了在有限教學時間內使學生能夠全面掌握案例教學內容，需引導學生提前做好預習，為此把案例有關資料提前2～3天通過微信、QQ、電子郵件等方式發送給學生。案例資料形式可多種多樣，可以是網絡資源、圖片，也可以是視頻、文獻等。資料內容需涵蓋工程背景、地質條件、病害特征、規模、注漿設計施工方法及修復效果等方面，通過提前預習，使學生對案例背景、處治方案有一個初步了解。

在案例講解過程中，對案例所處水文及工程地質環境、病害形成原因、注漿加固修復對策及注漿實施方案等做系統介紹。例如針對水泥混凝土路面板底脫空病害處治案例，首先講清楚板底脫空的形成原因、對路面結構的危害以及病害檢測方法，然后介紹采用高聚物注漿技術的原因，說明高聚物材料與傳統水泥漿相比在脫空處治方面的優點，最后介紹注漿孔布置方案、成孔方法、注漿設備、注漿工藝流程和修復效果檢測方法。通過對案例的系統講解，使學生深入認識不同類型工程基礎設施典型病害形成原因和特征、常用的注漿材料、修復方法和設計施工流程。

在課堂教學過程中，安排一定的時間，圍繞案例問題，組織大家進行討論，鼓勵學生思考，從項目負責人的角度自主提出注漿加固方案，講述擬采用的注漿材料、注漿方法及注漿參數，并對制定方案的依據做出說明;鼓勵學生大膽說出自己想法并勇于對既有方案提出質疑。然后由老師對方案合理性進行點評，通過這種方式啟發學生思維，培養創新思想，增強工程意識，形成科學的注漿設計思路，提高利用所學知識解決實際工程問題的能力。

7結語

圍繞實踐育人的要求，針對現代注漿理論與技術課程實踐性強的特點，以提升研究生專業素養和創新實踐能力為目標，在案例教學方面開展了積極探索，通過優化案例設置、多形式案例資料準備和系統化多模式講解、課堂研討等方式，強化案例教學，激發了學生專業興趣和學習主動性，實現了理論教學與實踐培訓之間的平衡與融合，提升了學生的工程意識，培養了學生創新能力和對專業知識的綜合應用能力，保障了教學效率和教學質量。

基金項目：2019年鄭州大學專業學位研究生教學案例建設項目“裂隙巖體水害防治注漿技術”（編號：YJSAL201902）;2020年鄭州大學教學改革項目“基于信息化平臺的隧道工程線上線下多元化教學模式探索”（編號：2020XJGLX097）。

作者簡介：李曉龍，（1977-），男，漢族，河南省南陽市，副教授，博導，河南省高?？萍紕撔氯瞬?，“基礎工程設施安全防護理論與技術”教育部創新團隊學術骨干，研究方向：交通與水利基礎設施安全防護高聚物注漿理論與技術。

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