鐵道工程專業路基邊坡支護畢業設計教學實踐

[摘 要] 本科生畢業設計是最為綜合和關鍵的一次考核，主要以案例模擬演練的形式為后續教育和工作奠定基礎。路基作為主要的鐵路線下基礎結構形式之一，是鐵道工程專業學生畢業設計的主要選題方向。在路基工程建設中，由于地形地貌差異，它會衍生大量的邊坡工程，邊坡穩定性分析與控制是路基設計的重要內容。針對鐵道工程專業3屆32名應屆畢業生的畢業設計，從邊坡巖土性質、路堤和路塹、支擋結構類型三個角度分類，搜集相應的典型案例，提供32個畢業設計題目，每個題目均涵蓋邊坡穩定性分析及滑坡推力計算、支擋方案比選、設計計算及繪圖等主要內容。在畢業設計實施環節，進行了開題啟動會、任務分解及每周小組會議、中期檢查、工程實踐等工作，并針對性探索了不同的指導方式。在質量評價環節，探討了形式審查、畢業答辯、資料歸檔等工作的優化實施方法。從題目確定到質量評價諸環節的系統優化，保證了畢業設計的順利進行和高質量完成。

[關鍵詞] 鐵道工程;畢業設計;設計題目;過程控制;質量評價

[基金項目] 2021—2023年國家自然科學基金委員會國家自然科學基金青年項目“基于冷負荷時序特性的多年凍土區路基分布式制冷防融沉機制研究”（42001059）

[作者簡介] 胡田飛（1988—），男，河北石家莊人，工學博士，石家莊鐵道大學講師，主要從事路基工程研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）16-0161-04 [收稿日期] 2021-07-17

引言

鐵道工程主要指鐵路上的各種土木工程設施，及鐵路勘測設計、施工、養護、改建各個階段運用的理論與技術。鐵道工程專業的目的是為培養從事鐵路工程設計、施工、管理以及科學研究等方面的高素質人才，涉及選線、測量、軌道、路基、地質等專業課程知識[1]。近年來，隨著中國鐵路建設的快速發展，海內外高速鐵路、普速鐵路及城市軌道交通設計與建設任務量大，相應地，鐵路各類單位對鐵道工程專業人才的需求量大，對畢業生工程實踐應用能力的要求也日益提高[2]。大學生畢業設計是將專業理論知識應用于實際工程案例的一次演練，是大學生最為關鍵的一次總結性實踐教學環節，對培養大學生的創新精神、實踐能力、綜合素質和從業自信起著重要作用[3-6]。

鐵道工程一詞狹義地指鐵路選線、軌道、路基和鐵路站場及樞紐。其中，路基是由填筑或開挖而形成的直接支承軌道的結構，也叫作線路下部結構。路基與橋梁、隧道相連，共同構成線路。根據所處的地形條件，路基有兩種基本形式：路堤和路塹，俗稱填方和挖方。二者均會形成具有一定高度和坡度的側向臨空面，即邊坡。邊坡多為天然地質斜坡或人工土石類散體材料，容易受到地質、地下水、降雨、地震等自然條件變化的侵襲和破壞，穩定性一般較差，因此邊坡穩定性問題是與路基工程伴隨最多的一類問題[7，8]。相應地，邊坡穩定性分析及支護是鐵路路基建設的一項重要內容。

一、畢業設計題目選擇

選擇畢業設計題目時，兼顧深度和廣度，同時充分考慮鐵道工程發展趨勢和各類新型材料、結構。例如，在解釋路基全線比例水平的情況時，要解釋邊坡在橋梁和隧道工程的普遍性，因此選擇一處橋臺邊坡和選擇一處隧道洞口邊坡為設計案例。

目前，加筋土擋墻在鐵路路基建設中的使用逐漸增多，因此將加筋土擋墻作為支擋方案之一，并預留足夠的自主創新空間，結合當地填料類型，選擇合理的加筋材料。這在深化鐵道工程路基方向專業知識的同時，也拓寬了學生專業認知水平和視野。

邊坡支護設計分為滑坡治理和一般支擋，因此畢業設計內容包括邊坡穩定性分析、滑坡支護設計和一般支擋結構設計。結合上述選題原則，從三個角度擬定題目。

1.從巖土性質上分為土質和巖質邊坡，土質分為堆積體、全風化花崗巖等不同類型，從橫斷面形式上分為路塹邊坡和路堤邊坡，均有對應的實際案例及詳細資料。

2.滑坡治理結構包括抗滑樁、預應力錨索、錨桿框架梁、微型樁群、樁板墻。

3.支擋結構分為重力式擋土墻、懸臂式和扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、土釘墻、錨定板擋土墻、加筋擋土墻。根據邊坡地質特性，選擇適當的滑坡治理和邊坡支擋措施。在此基礎上，通過上述3個角度的組合，擬定32份任務書。

任務書難易均衡，工作量相當。在向學生下發前，由畢業設計組長統一審核并提出意見。每份任務書的工程案例均取材于教師曾經參與的實際工程或鐵道經典案例，如巖質邊坡案例中包括襄渝鐵路趙家塘滑坡，這一滑坡屬于大型深層滑坡，歷史上整治數次，具有一定的代表性。通過實際案例，可加深學生對鐵道工程專業的了解，鍛煉他們解決工程問題的主動意識和能力。

從畢業設計程序上，分為邊坡穩定性計算、邊坡支擋結構比選與設計計算、支擋結構繪圖三個環節。結合設計對象，對每個環節設置不同的設計內容和要求。

第一，土質邊坡要求采用瑞典條分法、Janbu法、Bishop法分別進行穩定性評價，巖質邊坡要求采用傳遞系數法或不平衡推力法進行穩定性評價，根據最不利原則選取最終的穩定性系數和剩余滑坡推力。

第二，根據滑動面深度和滑坡體巖土性質，對比選擇合理的深層滑坡治理措施方案。

第三，根據邊坡巖土性質、塹坡或填方形式及高度，選擇相應的支擋結構類型。

二、畢業設計過程控制

鐵路路基邊坡穩定性評價與支擋設計作為一門系統性、綜合性較強的畢業設計，是對專業理論素養、工程應用與轉化、專業表達的最后一次綜合演練和提升。

（一）畢業設計開題啟動會

在畢業設計啟動會上，一方面，講解各階段設計的注意事項，明確設計任務和時間節點，強化紀律意識;建立相關規范的參考權威性，安裝與學習理正設計軟件，講解文獻調研、計算、繪圖等環節的要求和標準。另一方面，做好思想動員，從大學教育成果檢驗、工作崗位職責預習等角度闡明選題和專業方向的關系，調動學生做畢業設計的積極性。

（二）畢業設計實施過程

在畢業設計實施過程中，教師對學生的選題、開題、資料收集等各個環節進行全程監督管理，按進度計劃分解任務，要求學生按周計劃開展工作。同時，強化畢業設計各個環節的指導和管理，構建全過程質量保證體系。

鑒于畢業設計周期短，學生普遍存在參加招聘會、研究生復試等其他事務，因此有必要采取多樣化的指導模式。首先，建立每周小組會議制度，一方面進行集中輔導;另一方面每周驗收階段性任務完成情況。其次，利用固定教室、教師辦公室、系會議室等場所，教師與學生之間隨時見面溝通，反復質疑學生計算原理、設計理由，防止學生出現依葫蘆畫瓢或抄襲等錯誤做法，以便教師為學生提出校正建議。在對學生設計進行指導時，注重從學生或者初學者的認識角度出發，以理論基礎為切入點，以工程實際為著力點，通過正反假設、逐步剖析的途徑，培養學生獨立思考的思維模式。例如，講解擋土墻排水孔時，以地區地質和氣候條件為前提，分別從靜水壓力、凍脹力、土壓力等因素對擋土墻穩定性的不利影響角度闡述其必要性。

對于資料查閱，指導學生如何甄別有價值的參考書籍，獲取有效信息和設計依據，尤其是對規范中相關條款的理解和執行。

例如，《鐵路路基支擋結構設計規范》中對于輕型擋土墻中懸壁和扶壁的選型，條款規定“宜”，而對土釘墻的選型，條款規定“應”，兩個字的區別之處為前者可以根據應用現場的實際情況給予靈活處理，后者是無論任何工況和條件都必須嚴格執行。

對于具體指導方式，注重因材施教，以學生就業和讀研兩個選擇為導向，從工程建設實際和理論研究兩個角度進行畢業設計。例如，對于某準備攻讀研究生的學生，建議其選題為加筋土擋墻，重點向其講解目前輕型擋土墻簡化為重力式擋土墻進行檢算的一般設計思路，指出理論落后于實際的現狀和理論研究方向，向其介紹我校土木工程學院巖土工程系加筋土擋土墻研究團隊的研究內容及成果，擴展學生對研究生學習的認識深度。

三、畢業設計考核與評價

（一）成果形式審查

畢業設計最終成果體現在計算書和設計圖紙，Office辦公軟件和CAD繪圖軟件的熟練使用也是走向工作崗位的必要素養。在畢業設計過程中，要注重培養學生的文本功底，結構上突出邏輯性和完整性，表述上強調專業性和準確性。對于開題報告、計算書等Word文檔，學生的Office軟件使用程度不足，分頁符、頁眉、行間距、標點符號等一般操作需要反復校正。對于CAD圖紙繪制，標點、字體、圖例、圖幅、標注等的規范性不足。因此，在畢業設計過程中，要專門召開數次小組會議進行Word格式和相關操作培訓。

（二）畢業設計答辯

評閱答辯是全面考查學生畢業設計質量的最后環節。在畢業設計答辯前，首先進行學生自查和相互審核、教師審核的三審校驗，結合學生論文質量、平時表現及創新程度等因素進行評判。在畢業設計答辯時，邀請理論功底扎實、工程經驗豐富的教師和行業專家組成答辯小組，從工程實際情況對學生的畢業設計提出建議，注重細節考核，對個別細節要求板書演示，對于考核不合格的畢業設計安排限期整改和二次答辯，綜合提升土木工程專業學生畢業設計質量。

（三）過程評價和質量評價并重

畢業設計考核學生對理論和技能的真實掌握情況，應綜合學生平時表現、答辯成績、開題、中期檢查等做出全面評價，對成果考核形成有效的分類評價體系。在3年的畢業設計中，32位學生均按時完成各自的畢業設計計算與繪圖、畢業答辯、成績審定、畢業設計（論文）材料歸檔和總結分析等環節，其中3位學生獲得“優秀畢業設計”稱號。

結語

隨著我國高速、重載等鐵路的快速建設，鐵道工程專業人才需求量大，相應地要求鐵道工程畢業生具有工程實踐應用能力以及相應的工程素質。畢業設計是本科教育階段持續時間最長的綜合性實踐訓練環節，是切實培養工程類本科專業畢業生工程實踐應用能力和素養的關鍵環節。本文通過合理選擇畢業設計題目、強化過程管理、優化質量評價等途徑，不僅保證了選題與培養目標的一致性，以及學生工作量、設計內容的合理性，而且強化了教師指導職責，采取周會和固定教師等多元化指導模式，建立畢業設計選題/開題過程控制，中期檢查、評閱答辯等環節的全過程管理模式。同時，提高了學生的獨立思考能力和表達能力，增強了學生的文本功底和使用CAD、理正等軟件的信息技術水平，為學生走向工作崗位奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1]時瑾，白雁，王英杰，等.鐵道工程專業鐵路線路畢業設計的實踐與探索[J].高等建筑教育，2016，25（4）：158-161.

[2]楊果林，曾伏愛.一次產學研相結合的具有創新性的畢業設計實踐：武廣客運專線無碴軌道路基與支擋結構設計[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2007，8（3）：214-215.

[3]苑萍，張煒麗，張澤，等.加強畢業設計（論文）過程管理提高畢業設計質量[J].高等教育，2017（5）：98-99.

[4]時瑾.基于研究型教學的鐵道工程類大學生創新計劃項目探討[J].教育教學論壇，2016（24）：216-217.

[5]王文虎，韓冰.多元化長周期本科畢業設計教學模式研究[J].教育教學論壇，2019，18（5）：83-84.

[6]劉清泉，尹喜云，王琳艷.畢業設計（論文）的PDCA循環管理模式探索與實踐[J].2019，11（3）：61-66.

[7]趙文鋒.支擋結構設計要求及關鍵問題研究[J].規劃與設計，2018（5）：87-88.

[8]孫書偉.邊坡工程教學改革探討[J].教育教學論壇，2014，49（12）：133-134.

Abstract： Graduation design for undergraduates is the most comprehensive and critical assessment during the college education. Graduation design is always conducted in the form of case simulation exercise， and it can lay the foundation for the follow-up education and work. Subgrade is one of the main forms of under-railway infrastructure， and it is also the main topic of graduation design for railway engineering majors. In the construction of subgrade engineering， a large number of slope problems should be dealt with due to the topography and landform difference， so slope stability control is an important part of subgrade design. In this paper， the implementation methods of the graduation design of subgrade slope retaining， which includes the topic formulation， the design process control， and the quality evaluation， etc. are introduced and discussed. Regarding the graduation design of 32 students of three years， 32 graduation design topics are provided from three aspects： the rock and soil properties of slope， the embankment and cutting， and the type of retaining structure， as well as some typical cases related to the topics. Each topic contains the contents of slope stability analysis， calculation of landslide thrust， selection and design of retaining schemes， and design， calculation and drawing， etc. In the implementation of graduation design， we have carried out the opening meeting， the task decomposition， the weekly group meetings， the mid-term inspection， the engineering practice and other work， and different guidance methods are also explored correspondingly. In the quality evaluation link， the optimization methods of form examination， graduation defense and data archiving are discussed. Through the above work， the graduation design work is carried out successfully and completed with high quality.

Key words： railway engineering; graduation design; topic of design; process control; quality evaluation