“地下工程设计”课程教学探索＊

徐 燕，代树林，于清杨，沈世伟，张 敏

（吉林大学建设工程学院，吉林 长春130000）

作为解决城市资源与环境危机的重要措施，地下空间的开发利用是解决中国可持续发展的重要途径。”——中国工程院院士王梦恕[1]。随着地下工程建设的大力发展，具有地下工程设计能力的高级技术人才的需求也在增大。

“地下工程设计”是地下工程专业的重要基础课之一。该课程以课堂讲授为主，课程设计为辅。任课教师在课堂上对教学内容如山岭隧道设计、盾构隧道设计、沉管隧道设计、城市综合管廊设计、地铁车站设计等进行介绍、讲解和分析，使学生对隧道、管廊等地下工程的概念、设计原理、设计步骤充分理解、认识和掌握。然而地下工程形式多样，课程理论学时有限，如何在有限的时间内，加强学生对每种地下工程结构的设计方法和理论的深入认识和理解，掌握地下工程结构的设计过程，提高学生学习兴趣，这些问题都是“地下工程设计”课程教学亟需思考和解决的问题。

随着中国地下空间的综合开发利用，交通、能源和水利等基础设施，尤其是城市地铁、水下隧道建设的高速发展，地下工程得到了迅猛发展，也为“地下工程设计”课程的教学提供了丰富的案例。在教学过程中通过建立地下工程案例库，配合案例式教学、互动式教学，加强学生和教师的互动和讨论，有望使学生具有多种地下工程的设计能力。

1 相关案例参考书及参考规范的优选

地下工程形式多样，包括公路隧道、铁路隧道、盾构隧道、沉管隧道、城市综合管廊、地铁车站等。由于课程学时限制，只能对各种工程设计的原理和方法进行讲解，课程内容较为基础，学生的设计的理解不够深入。因此可以针对每种工程类型，选取合适的参考书及参考规范，以便学生在业余时间查阅学习，可设置借阅处，供学生随时借阅，充分利用学生在课余时间的学习兴趣，达到对地下工程设计内容的全面了解。例如，在盾构隧道设计方面，通过阅读朱合华等主编的《地下建筑结构》[2]、郭小红等主编的《公路盾构隧道设计指南》[3]、陈馈等主编的《盾构施工技术》[4]等资料，了解盾构工作原理、选型及盾构施工技术、盾构隧道衬砌形式和结构、衬砌内力计算及断面设计、防排水设计。在沉管隧道方面，阅读徐国平等主编的《沉管隧道设计与施工指南》[5]、中国交通建设股份有限公司编写的《沉管隧道设计施工手册》[6-7]等，学习沉管隧道管节结构设计、接头设计、抗震设计及基槽与回填防护设计、耐久性设计以及防排水设计等。认真选择相关参考书目，使学生们能随时了解地下工程设计新标准、新技术的发展。在此基础上，结合本课程建设的地下工程案例库，消化吸收，使理论与工程实际相结合，提高地下工程设计水平。

2 案例库建设

“地下工程设计”课程综合性强。通过地下工程案例库教学，使学生感受地下工程现场实际，将概化的文字变成实际的情景，提高学习兴趣、学习积极性和主动性。因此，建立并优化地下工程案例库十分重要。

地下工程种类较多，首先教师需要掌握大量的工程案例，收集各类工程的图纸、照片、视频，进行整理和优选，与时俱进，建立涵盖多种类别地下工程结构案例库，如图1 所示，包括公路隧道设计案例、铁路隧道设计案例、盾构隧道设计案例、沉管隧道设计案例、城市综合管廊设计案例、地铁设计案例。例如，公路隧道方面，教师收集并选取安徽大别山、吉林省白山等20 余座高速公路隧道实际工程作为案例，包括分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道等复合式衬砌隧道等全方位资料，作为山岭隧道设计的案例库。结合长春地铁车站设计实例，从明挖、暗挖、盖挖及装配式方面出发，收集地铁区间及车站设计的资料。盾构隧道方面，结合长春地铁盾构设计实例，收集地铁盾构断面及管片等设计案例。2018年竣工的港珠澳大桥案例提供了沉管隧道设计的清晰认识，了解到最新的施工方法以及它的发展前景。城市综合管廊作为地下水电暖综合管道，在未来城市建设中占有重要的作用，收集吉林省长春、白城、通化、白山、辽源、松原等地管廊设计案例。结合案例设计图纸、工程视频资料等，从项目勘察、设计等阶段遇到的大量工程难题入手，将理论结合实践，通过案例教学使学生掌握多种地下工程设计理论和设计过程，穿插提问，回答学生的疑问，引导学生积极的思考，提高学生分析及解决问题的能力。

图1 地下工程设计案例库建设内容

3 互动式教学模式

教学方式是知识的重要传播途径之一。合理的教学方式，可以起到事半功倍的教学效果[1]。案例式互动教学过程如图2 所示，教师在课程开始时预先将教学案例交给学生，学生根据自己喜欢的方向搜集相关设计资料，建立学生讨论组，在课堂上让学生根据自己的理解介绍本组的设计资料和想法，提出问题，学生与教师相互讨论，双向交流，从设计流程再到设计细节，深入理解设计原理及设计方法，学生讨论组完善设计资料后做成PPT 后在课余时间完成汇报演讲，形成完善的设计体系。在此基础上，引导并培养学生创新能力。互动式教学模式有效的避免了以往教师给学生喂养式的教育方式，激发学生独立思考能力，同时也对教师提出了挑战，共同解决问题，教与学共同进步，大大改变了教学的沉闷氛围，提高了教学乐趣，使每位学生都能接触到多种实际工程，互相促进，提高了教学效率。

4 课程设计教学

“地下工程设计”是一个实践性较强的课程，在“地下工设计”课程理论讲解的同时，配合课程设计，通过实践使学生对地下工程设计有了更清晰的认识，更加全面地掌握了地下工程设计知识，融会贯通，很好地达到实践教学的目的。教师选定多种地下工程课程设计任务供学生自选，不同的地质环境条件给予学生开放的设计方法，提出设计方案，绘制设计图纸，进行设计验算和分析，提高了课程灵活性。

在条件允许的情况，比如本地正在修建盾构及暗挖地铁车站、地铁区间以及装配式地铁站点等，教师组织学生到现场参观、收集资料。了解施工才能做出更好的指导设计，由现场施工人员着重讲解现场施工过程和施工步骤，使学生对施工有深入的认识。通过实践来巩固及提高课程设计能力。另外，邀请专家介绍大型工程中前沿的设计、施工技术及成果，比如港珠澳大桥、沉管隧道的施工等，使学生能了解行业的新技术、新发展，培养其创新思想。

图2 案例式互动教学过程

5 结论

“地下工程设计”是一个实践性较强的学科，在教学过程中建立地下工程案例库，基于案例库，建立学生讨论组，加强学生和教师的互动和讨论，保证了学生参与课程的积极性，结合课程设计教学，为学生掌握及运用相关知识提供了有力保证，使学生具有多种地下工程的设计能力，显著提高了教学效果。