隧道塌方、涌水涌泥灾害案例研讨教学研究

王迎超 靖洪文 柳志军 王密田

【摘要】由于地下复杂的工程地质和水文地质条件，隧道施工中极易发生各种地质灾害。为了使土木工程专业本科生更好的理解隧道工程灾害知识点，借助2个工程案例，采用案例研讨教学法对隧道塌方、涌水涌泥灾害的原因进行了分析和课堂讨论。该教学方法提高了学生的学习积极性和主动性，值得在土木工程专业课程中推广应用。

【关键词】案例研讨 隧道工程 塌方 涌水涌泥

【基金项目】中国矿业大学力学与土木工程学院本科教学争创一流建设项目（2017BKZD03）；力学与土木工程学院土木工程品牌专业建设项目（2017TMPP04）；教学团队培育-校级（2017TMPP12）；2016年校精品课程项目（2016JPPY02）；中国矿业大学研究生教育教学改革研究与实践项目（2017Y03）；力学与土木工程学院研究生教育教学改革与建设项目（LTYJ201701）。

【中图分类号】TU 4-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）16-0225-02

引言

研讨式教学是以解决问题为中心、通过由教师创设问题情境，然后师生共同查找资料，研究、讨论、实践、探索，提出问题解决办法的方式，目的是使学生掌握知识和技能。它包括阅读自讲式、讨论式、启发式、专题式、课题制式、案例和讲授式等多种具体教学方式[1]。作为研讨式教学模式的一种，案例教学是指将案例应用于教学，通过教师讲授、组织学生讨论、撰写案例分析报告、教师归纳总结等过程来实现教学目的，进而提高学生理论水平和实践能力的教学方法。案例教学法具有启发性、实践性，能提高学生决策能力和综合素质[2]。

国内许多学者对案例研讨教学模式进行了研究，均取得较好的进展。在课程研究方面，邓辉[3]以高等军事院校的一堂流体力学课为例，从案例的选取、呈现、讨论、总结等阶段具体介绍研讨式案例教学法在高等军事院校力学课程中的设计、组织和实施过程。邱海洋[4]提出了包含案例介绍和分组研讨的发展经济学案例研讨模式，并对案例研讨模式的教学效果进行了具体分析。张文静[5]通过教师科学设置教学案例、引导学生集体讨论、鼓励学生参与科研活动等方式，在科技论文写作过程中实施了案例研讨型教学模式，取得显著效果。在具体知识点研究方面，张继彬[6]针对空心板道路桥梁病害及加固方法进行了案例研讨。倪至宽[7]对潜盾机在到达井外侧地盘中安全弃壳进行了案例研讨。夏黎峰[8]以某建筑工程为例，在了解该工程外墙渗水情况的基础上，深入探讨外墙渗水问题的处理方法。在案例研讨新模式及实施效果研究方面，刘礼沙[9]提出了“内部自省”学习与反思—“优质课参照”学习与反思—“专家引领”学习与反思的案例研讨模式。高如琴[10]通過调查问卷的方式调查了案例研讨式教学在环境科学与工程概论教学中的实践效果。

土木工程专业工程实践性比较强，只有结合具体的工程案例授课才能使学生影响深刻，因此，作者结合自身讲授的隧道工程课程，开展了案例研讨教学，取得了较好的教学效果。本文重点对隧道工程灾害的案例研讨情况进行介绍。

1.隧道塌方案例研讨分析

1.1塌方概况

马鞍山隧道[11]位于诸（暨）永（嘉）高速公路金华段（东阳）第S107合同段，属于分离式隧道。该隧道位于浙中中低山丘陵区，中间高，东西两端低，山顶海拔高程367.08m，地形自然坡度30°～35°，植被发育。隧道设计为单向行车双车道分离式隧道，施工图设计桩号为：K97+412～K97+594，长182m。山坡地形及场地岩土层分布如图1所示。

马鞍山隧道右洞由进口向出口方向开挖至K97+585处发生塌方事故。本段隧道洞顶埋深约8m，洞顶围岩主要为全风化凝灰岩和第四系松散覆盖层，风化裂隙极发育，岩体破碎，呈角碎石状，结构松散，围岩稳定性差。随着时间的推移，塌方不断发展，向外延伸至K97+587（永嘉端），向内延伸至K97+582（诸暨端），最终地表出现了一个表面直径约为6m的漏斗状塌陷坑（图2）。

1.2 塌方特点及原因分析

1.2.1塌方特点分析

马鞍山隧道右洞塌方[11]是一类特殊的隧道塌方模式，具有以下特点：①发生在隧道出洞口，上覆全风化凝灰岩和第四系覆盖层比较厚，岩土体破碎；②该隧道塌方属于浅埋隧道塌穿型塌方，塌方部位不仅仅发生在已开挖洞段，在掌子面前后约5m范围内均有坍塌；③塌方发生后，地表出现了漏斗状塌陷，塌陷坑深度不均，前部浅（约0.5m），后部深（约2.8m），如图2所示。

1.2.2 塌方影响因素分析

通过课堂研讨分析，认为马鞍山隧道右洞出洞口塌方的主要原因有：①其特殊的工程地质条件是决定性因素，即坡体较陡，出洞口埋深比较浅，上覆全风化凝灰岩和第四系覆盖层较厚，且岩土体破碎；②开挖后支护不够及时，使围岩临空时间过长，导致掌子面和洞顶围岩失稳；③降雨是诱发因素，雨水的入渗侵蚀作用，导致岩土体强度降低，使隧道围岩很不稳定，加速了隧道塌方的发生。

2.隧道涌水涌泥案例研讨分析

2.1涌水涌泥概况

双峰隧道[12-13]位于黑龙江省铁力市，是牡绥线全线重难点控制性工程，隧道最大埋深约 140 m，全长7237 m，其中穿越第三系砂泥岩长达2.3km。该隧道在施工过程中，曾多次发生突水突泥事故。

2012年6月28日，在双峰隧道2号斜井工区，上台阶开挖至DK166+608，掌子面开始出现涌水，并随着时间发展，掌子面上方涌水量由50m3/h逐渐增大到100m3/h左右。7月7日13：00左右，掌子面出现开裂，掌子面和拱部迅速涌入大量泥水混合物；14：30左右，涌入量约2000m3。至次日1：00左右，堆渣和涌泥已堵至DK466+680处，上台阶已基本涌满，方量在5000m3左右；2：30左右，涌泥基本停止，涌水量保持在130m3/h左右[12]。

2013年9月23日，双峰隧道 2 号斜井正洞 DK466+565拱顶处支撑钢架折断，并发生涌水涌泥，涌泥总量约7500m3，正洞稳定后出水量达200m3/h[13]。

2.2涌水涌泥原因分析

隧道涌水涌泥的影响因素很多，其中，充足的水源是发生灾害的必要条件，而工程地质水文地质条件作为主要影响因素，影响着突涌水通道的形成。通过课堂研讨分析，双峰隧道发生涌水涌泥主要有两个方面的原因：（1）双峰隧道位于低山丘陵区，以耕地为主，不利于大气降水的排出（图3a）。施工期间连续多日降雨（7、8月份占全年60%），这给隧道的涌水涌泥留下隐患。（2）双丰隧道洞身穿越段第三系泥岩（图3b），其含水率变化幅度较大，有机质含量较低，具崩解性，渗透性较低，吸水率高；抗压强度低，具弱～中等膨胀性，失水易开裂剥落，遇水软化分解，强度急剧降低。

3.结语

土木工程是实践性非常强的本科专业，案例研讨教学具有启发性、实践性特点，可以锻炼学生分析问题和解决问题的能力，提高其决策能力和综合素质。本文借助两个隧道灾害案例，研讨分析了塌方、涌水涌泥的原因，同學们加深了对隧道工程灾害知识点的理解。在以后的教学中，案例研讨型教学法可以尝试在土木工程专业课程中推广应用。

参考文献：

[1]刘助忠，龚荷英.研讨式教学法与其他教学法的融合实践——基于应用能力培养的管理运筹学课程教学改革实践[J].高等教育研究，2015，（18）：227-228.

[2]郭忠兴.案例教学过程优化研究[J].中国大学教学，2010，（1）：59-61.

[3]邓辉，王冲，张志宏等.案例研讨教学法在高等军事院校力学课程中的应用.力学与实践，2016，38（5）：588-590

[4]邱海洋.发展经济学案例研讨教学模式探索[J].教育教学论坛，2017，（26）：171-172.

[5]张文静，武立权，王成雨，等.案例研讨型教学方式在科技论文写作课程中的应用[J].安徽农业科学，2016，44（23）：233-234.

[6]张继彬.空心板道路桥梁病害及加固方法案例研讨[J].工程建设与设计，2016，（2）：101-103.

[7]倪至宽，郑文杰，赖旭明.潜盾机在到达井外侧地盘中安全弃壳之案例研讨[J].隧道建设，2007，（增刊）： 387-396.

[8]夏黎峰.建筑外墙渗水问题防治的案例研讨[J].门窗，2014，（8）：276.

[9]刘礼沙.在案例研讨中学习与反思——一种新的案例研讨模式的实践实录[J].中国信息技术教育，2013，（12）：136-137.

[10]高如琴，曹永，李国亭，等.案例研讨式教学的应用实践效 果调查研究[J].2017，26（1）：72-74，79.

[11]WANG YING-chao，SHANG Yue-quan，JING Hong-wen，et al. Study on collapse mechanism at tunnel export and its prevention measure[C].The International Conference on Consumer Electronics，Communications and Networks，XianNing，China，2011：3572-3575.

[12]贾常志.双丰隧道涌水涌泥的处理[J].国防交通工程与技术，2013，（6）：43-46.

[13]朱尚明，徐大臻，马志富，等.双丰隧道第三系砂泥岩地层涌水涌泥原因分析及处理措施[J].铁道建筑，2017，（3）：58-61.

作者简介：

王迎超，男，教授，主要从事岩土力学教学与研究工作。