地鐵懸臂掘進(jìn)開挖降塵案例在隧道工程課程教學(xué)改革中的應(yīng)用探討

劉 寧* 吳 雄 劉遠(yuǎn)明 鄔忠虎 程金科

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院 貴州·貴陽(yáng) 550025）

1 背景

隧道工程課程是土木工程專業(yè)中學(xué)科交叉性較強(qiáng)的課程，該課程包括隧道初步勘察、結(jié)構(gòu)受力分析、形式選取、施工組織設(shè)計(jì)等知識(shí)，涵蓋工程地質(zhì)、巖石力學(xué)、土力學(xué)和土木工程測(cè)量等多個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。

然而我國(guó)現(xiàn)行的隧道工程教學(xué)存在如下問(wèn)題：

（1）課時(shí)緊缺，課程內(nèi)容繁多。現(xiàn)在學(xué)校偏向于培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的人才，學(xué)生所學(xué)學(xué)科多，學(xué)生在有限的時(shí)間中學(xué)好隧道工程較難。

（2）傳統(tǒng)的大班教育模式下，高校對(duì)這種理論知識(shí)復(fù)雜、知識(shí)面廣、交叉性強(qiáng)、課程內(nèi)容豐富的學(xué)科授課效果不理想。

（3）難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前，隧道工程教學(xué)大多圍繞書本內(nèi)容通過(guò)教學(xué)課件展示的方式進(jìn)行，學(xué)生很少參與課程的互動(dòng)、很少自主思考，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）“知行合一”效果不佳。學(xué)習(xí)課內(nèi)知識(shí)的目的是為了更好將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，用課內(nèi)知識(shí)指導(dǎo)課外實(shí)踐，從而獲得未來(lái)工作的技能。但是，現(xiàn)在隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)較為危險(xiǎn)，不可控因素多，施工現(xiàn)場(chǎng)不接納較多的學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

由于隧道工程課程的特點(diǎn)和缺陷，該課程在傳統(tǒng)教育模式下的教學(xué)效果不盡人意。作者在總結(jié)現(xiàn)行隧道工程教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，采用隧道模型實(shí)驗(yàn)[6]的方法，通過(guò)將知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課內(nèi)知識(shí)的理解，打破傳統(tǒng)教育方法常規(guī)。

2 隧道工程模型實(shí)驗(yàn)思路

本模型試驗(yàn)通過(guò)研究穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)作用下，粉塵的擴(kuò)散規(guī)律，用玻璃隧道按照1/10縮小，采用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)模擬風(fēng)場(chǎng)的作用。筆者在教學(xué)過(guò)程中融入模型設(shè)計(jì)，并制定如圖1所示的教學(xué)策劃方案。

圖1：模型實(shí)驗(yàn)流程圖

3 模型制作

開展模型實(shí)驗(yàn)所需要的材料工具包括粒徑分析儀、電子稱、1/10的玻璃隧道(200cm×58cm×58cm)和電源由實(shí)驗(yàn)室提供，其余所需材料有手握式鼓風(fēng)機(jī)（可調(diào)節(jié)風(fēng)速），PVC管若干，白卡紙若干，提前篩分出來(lái)的白云巖細(xì)砂，速干白乳膠、卷尺、漏斗、鏟子、鋸齒、毛刷、口罩、標(biāo)簽和粉塵收集袋。

將學(xué)生按照4人一組分組，然后分別制作好粉塵收集裝置模型。粉塵收集模型數(shù)量不小于4個(gè)，且其高度不能超過(guò)隧道模型高度，每?jī)蓚€(gè)粉塵收集模型的間距自行設(shè)定（在計(jì)算書中需說(shuō)明設(shè)定間距的原因），同一粉塵收集模型至少設(shè)置3個(gè)收集板，收集板的上下間距不小于5cm（在計(jì)算書中需說(shuō)明選取上下間距的原因），收集模型的樣式不限，但是每一塊收集板的大小和尺寸需要統(tǒng)一。

圖2：隧道模型示意圖

圖3：粉塵收集模型示意圖

4 模型測(cè)試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試階段，將粉塵收集模型按照設(shè)定的間距擺放好，在粉塵收集袋上貼上標(biāo)簽，用電子稱稱量粉塵收集袋重量m1記在標(biāo)簽上并編號(hào)。一個(gè)同學(xué)接通鼓風(fēng)機(jī)電源，打開鼓風(fēng)機(jī)開關(guān)，固定鼓風(fēng)機(jī)位置；另一個(gè)將漏斗安放在模型隧道上方靠近掌子面的開孔處，用鏟子鏟少量細(xì)砂倒入漏斗中，當(dāng)粉塵開始擴(kuò)散后計(jì)時(shí)，持續(xù)收集粉塵時(shí)間為60s；收集完粉塵后，將粉塵倒入事先編號(hào)對(duì)應(yīng)的粉塵收集袋中，密封粉塵收集袋，用電子稱再次稱量裝有粉塵的粉塵收集袋，然后記下重量m2，將收集好的粉塵拿到粒徑分析儀中進(jìn)行粒徑分析，通過(guò)粒徑分析，學(xué)生可以了解到粒徑分析的使用方法，同時(shí)也加深了自己對(duì)隧道工程課程的認(rèn)知還有粉塵的存在。

5 計(jì)算說(shuō)明

模型計(jì)算說(shuō)明書有以下六點(diǎn)內(nèi)容：

（1）理論分析；

（2）模型參數(shù)選取及依據(jù)；

（3）模型設(shè)計(jì)方法與步驟；

（4）模型實(shí)驗(yàn)步驟；

（5）數(shù)據(jù)處理；

（6）總結(jié)與反思。

6 考核方法

通過(guò)綜合評(píng)分的方法對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)定。作品總分為100分，根據(jù)各項(xiàng)得分之和作為評(píng)定各小組的成績(jī)。評(píng)分依據(jù)以下五個(gè)方面：

（1）排版10分。根據(jù)計(jì)算說(shuō)明書排版規(guī)范性程度進(jìn)行評(píng)分。

（2）理論分析20分。根據(jù)學(xué)生選擇理論的正確性及分析思路的合理性進(jìn)行評(píng)分。

（3）模型參數(shù)的選取10分。根據(jù)模型作品所選用的參數(shù)合理性及依據(jù)的合理性等進(jìn)行評(píng)分。

（4）粉塵收集模型制作20分。根據(jù)模型作品前后尺寸和上下間距的合理性進(jìn)行評(píng)分。

（5）模型測(cè)試試驗(yàn)40分。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)置的嚴(yán)謹(jǐn)性以及數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。

7 結(jié)語(yǔ)

在隧道工程課程的教學(xué)中引入模型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法對(duì)推動(dòng)教學(xué)改革具有極大的意義。

首先，豐富了教學(xué)的形式。上課的形式打破常規(guī)，不再局限于教室只看課件聽老師講解的形式，激起了學(xué)生對(duì)枯燥乏味課堂的熱情，主動(dòng)思考存在的問(wèn)題并極力查閱文獻(xiàn)和書籍等尋找解決問(wèn)題的辦法。

其次，模型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法很好的將理論知識(shí)與實(shí)踐良好結(jié)合。學(xué)生撰寫計(jì)算說(shuō)明書，對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和鞏固，動(dòng)手制作模型，親自測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到“知行合一”的效果。

最后，模型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不僅很好的鍛煉了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。