“地下工程設計”課程教學探索＊

徐 燕，代樹林，于清楊，沈世偉，張 敏

（吉林大學建設工程學院，吉林 長春130000）

作為解決城市資源與環境危機的重要措施，地下空間的開發利用是解決中國可持續發展的重要途徑。”——中國工程院院士王夢恕[1]。隨著地下工程建設的大力發展，具有地下工程設計能力的高級技術人才的需求也在增大。

“地下工程設計”是地下工程專業的重要基礎課之一。該課程以課堂講授為主，課程設計為輔。任課教師在課堂上對教學內容如山嶺隧道設計、盾構隧道設計、沉管隧道設計、城市綜合管廊設計、地鐵車站設計等進行介紹、講解和分析，使學生對隧道、管廊等地下工程的概念、設計原理、設計步驟充分理解、認識和掌握。然而地下工程形式多樣，課程理論學時有限，如何在有限的時間內，加強學生對每種地下工程結構的設計方法和理論的深入認識和理解，掌握地下工程結構的設計過程，提高學生學習興趣，這些問題都是“地下工程設計”課程教學亟需思考和解決的問題。

隨著中國地下空間的綜合開發利用，交通、能源和水利等基礎設施，尤其是城市地鐵、水下隧道建設的高速發展，地下工程得到了迅猛發展，也為“地下工程設計”課程的教學提供了豐富的案例。在教學過程中通過建立地下工程案例庫，配合案例式教學、互動式教學，加強學生和教師的互動和討論，有望使學生具有多種地下工程的設計能力。

1 相關案例參考書及參考規范的優選

地下工程形式多樣，包括公路隧道、鐵路隧道、盾構隧道、沉管隧道、城市綜合管廊、地鐵車站等。由于課程學時限制，只能對各種工程設計的原理和方法進行講解，課程內容較為基礎，學生的設計的理解不夠深入。因此可以針對每種工程類型，選取合適的參考書及參考規范，以便學生在業余時間查閱學習，可設置借閱處，供學生隨時借閱，充分利用學生在課余時間的學習興趣，達到對地下工程設計內容的全面了解。例如，在盾構隧道設計方面，通過閱讀朱合華等主編的《地下建筑結構》[2]、郭小紅等主編的《公路盾構隧道設計指南》[3]、陳饋等主編的《盾構施工技術》[4]等資料，了解盾構工作原理、選型及盾構施工技術、盾構隧道襯砌形式和結構、襯砌內力計算及斷面設計、防排水設計。在沉管隧道方面，閱讀徐國平等主編的《沉管隧道設計與施工指南》[5]、中國交通建設股份有限公司編寫的《沉管隧道設計施工手冊》[6-7]等，學習沉管隧道管節結構設計、接頭設計、抗震設計及基槽與回填防護設計、耐久性設計以及防排水設計等。認真選擇相關參考書目，使學生們能隨時了解地下工程設計新標準、新技術的發展。在此基礎上，結合本課程建設的地下工程案例庫，消化吸收，使理論與工程實際相結合，提高地下工程設計水平。

2 案例庫建設

“地下工程設計”課程綜合性強。通過地下工程案例庫教學，使學生感受地下工程現場實際，將概化的文字變成實際的情景，提高學習興趣、學習積極性和主動性。因此，建立并優化地下工程案例庫十分重要。

地下工程種類較多，首先教師需要掌握大量的工程案例，收集各類工程的圖紙、照片、視頻，進行整理和優選，與時俱進，建立涵蓋多種類別地下工程結構案例庫，如圖1 所示，包括公路隧道設計案例、鐵路隧道設計案例、盾構隧道設計案例、沉管隧道設計案例、城市綜合管廊設計案例、地鐵設計案例。例如，公路隧道方面，教師收集并選取安徽大別山、吉林省白山等20 余座高速公路隧道實際工程作為案例，包括分離式隧道、小凈距隧道、連拱隧道等復合式襯砌隧道等全方位資料，作為山嶺隧道設計的案例庫。結合長春地鐵車站設計實例，從明挖、暗挖、蓋挖及裝配式方面出發，收集地鐵區間及車站設計的資料。盾構隧道方面，結合長春地鐵盾構設計實例，收集地鐵盾構斷面及管片等設計案例。2018年竣工的港珠澳大橋案例提供了沉管隧道設計的清晰認識，了解到最新的施工方法以及它的發展前景。城市綜合管廊作為地下水電暖綜合管道，在未來城市建設中占有重要的作用，收集吉林省長春、白城、通化、白山、遼源、松原等地管廊設計案例。結合案例設計圖紙、工程視頻資料等，從項目勘察、設計等階段遇到的大量工程難題入手，將理論結合實踐，通過案例教學使學生掌握多種地下工程設計理論和設計過程，穿插提問，回答學生的疑問，引導學生積極的思考，提高學生分析及解決問題的能力。

圖1 地下工程設計案例庫建設內容

3 互動式教學模式

教學方式是知識的重要傳播途徑之一。合理的教學方式，可以起到事半功倍的教學效果[1]。案例式互動教學過程如圖2 所示，教師在課程開始時預先將教學案例交給學生，學生根據自己喜歡的方向搜集相關設計資料，建立學生討論組，在課堂上讓學生根據自己的理解介紹本組的設計資料和想法，提出問題，學生與教師相互討論，雙向交流，從設計流程再到設計細節，深入理解設計原理及設計方法，學生討論組完善設計資料后做成PPT 后在課余時間完成匯報演講，形成完善的設計體系。在此基礎上，引導并培養學生創新能力。互動式教學模式有效的避免了以往教師給學生喂養式的教育方式，激發學生獨立思考能力，同時也對教師提出了挑戰，共同解決問題，教與學共同進步，大大改變了教學的沉悶氛圍，提高了教學樂趣，使每位學生都能接觸到多種實際工程，互相促進，提高了教學效率。

4 課程設計教學

“地下工程設計”是一個實踐性較強的課程，在“地下工設計”課程理論講解的同時，配合課程設計，通過實踐使學生對地下工程設計有了更清晰的認識，更加全面地掌握了地下工程設計知識，融會貫通，很好地達到實踐教學的目的。教師選定多種地下工程課程設計任務供學生自選，不同的地質環境條件給予學生開放的設計方法，提出設計方案，繪制設計圖紙，進行設計驗算和分析，提高了課程靈活性。

在條件允許的情況，比如本地正在修建盾構及暗挖地鐵車站、地鐵區間以及裝配式地鐵站點等，教師組織學生到現場參觀、收集資料。了解施工才能做出更好的指導設計，由現場施工人員著重講解現場施工過程和施工步驟，使學生對施工有深入的認識。通過實踐來鞏固及提高課程設計能力。另外，邀請專家介紹大型工程中前沿的設計、施工技術及成果，比如港珠澳大橋、沉管隧道的施工等，使學生能了解行業的新技術、新發展，培養其創新思想。

圖2 案例式互動教學過程

5 結論

“地下工程設計”是一個實踐性較強的學科，在教學過程中建立地下工程案例庫，基于案例庫，建立學生討論組，加強學生和教師的互動和討論，保證了學生參與課程的積極性，結合課程設計教學，為學生掌握及運用相關知識提供了有力保證，使學生具有多種地下工程的設計能力，顯著提高了教學效果。