地鐵懸臂掘進開挖降塵案例在隧道工程課程教學改革中的應用探討

劉 寧* 吳 雄 劉遠明 鄔忠虎 程金科

（貴州大學土木工程學院 貴州·貴陽 550025）

1 背景

隧道工程課程是土木工程專業中學科交叉性較強的課程，該課程包括隧道初步勘察、結構受力分析、形式選取、施工組織設計等知識，涵蓋工程地質、巖石力學、土力學和土木工程測量等多個學科的專業知識。

然而我國現行的隧道工程教學存在如下問題：

（1）課時緊缺，課程內容繁多。現在學校偏向于培養綜合素質高的人才，學生所學學科多，學生在有限的時間中學好隧道工程較難。

（2）傳統的大班教育模式下，高校對這種理論知識復雜、知識面廣、交叉性強、課程內容豐富的學科授課效果不理想。

（3）難以調動學生學習興趣。目前，隧道工程教學大多圍繞書本內容通過教學課件展示的方式進行，學生很少參與課程的互動、很少自主思考，很難調動學生的學習興趣。

（4）“知行合一”效果不佳。學習課內知識的目的是為了更好將知識運用到實踐中，用課內知識指導課外實踐，從而獲得未來工作的技能。但是，現在隧道工程施工現場較為危險，不可控因素多，施工現場不接納較多的學生現場實踐。

由于隧道工程課程的特點和缺陷，該課程在傳統教育模式下的教學效果不盡人意。作者在總結現行隧道工程教學模式的基礎上，采用隧道模型實驗[6]的方法，通過將知識與實踐結合，加強學生對課內知識的理解，打破傳統教育方法常規。

2 隧道工程模型實驗思路

本模型試驗通過研究穩定的風場作用下，粉塵的擴散規律，用玻璃隧道按照1/10縮小，采用鼓風機鼓風模擬風場的作用。筆者在教學過程中融入模型設計，并制定如圖1所示的教學策劃方案。

圖1：模型實驗流程圖

3 模型制作

開展模型實驗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)和電源由實驗室提供，其余所需材料有手握式鼓風機（可調節風速），PVC管若干，白卡紙若干，提前篩分出來的白云巖細砂，速干白乳膠、卷尺、漏斗、鏟子、鋸齒、毛刷、口罩、標簽和粉塵收集袋。

將學生按照4人一組分組，然后分別制作好粉塵收集裝置模型。粉塵收集模型數量不小于4個，且其高度不能超過隧道模型高度，每兩個粉塵收集模型的間距自行設定（在計算書中需說明設定間距的原因），同一粉塵收集模型至少設置3個收集板，收集板的上下間距不小于5cm（在計算書中需說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 模型測試實驗

實驗數據測試階段，將粉塵收集模型按照設定的間距擺放好，在粉塵收集袋上貼上標簽，用電子稱稱量粉塵收集袋重量m1記在標簽上并編號。一個同學接通鼓風機電源，打開鼓風機開關，固定鼓風機位置；另一個將漏斗安放在模型隧道上方靠近掌子面的開孔處，用鏟子鏟少量細砂倒入漏斗中，當粉塵開始擴散后計時，持續收集粉塵時間為60s；收集完粉塵后，將粉塵倒入事先編號對應的粉塵收集袋中，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行粒徑分析，通過粒徑分析，學生可以了解到粒徑分析的使用方法，同時也加深了自己對隧道工程課程的認知還有粉塵的存在。

5 計算說明

模型計算說明書有以下六點內容：

（1）理論分析；

（2）模型參數選取及依據；

（3）模型設計方法與步驟；

（4）模型實驗步驟；

（5）數據處理；

（6）總結與反思。

6 考核方法

通過綜合評分的方法對學生的作品進行評定。作品總分為100分，根據各項得分之和作為評定各小組的成績。評分依據以下五個方面：

（1）排版10分。根據計算說明書排版規范性程度進行評分。

（2）理論分析20分。根據學生選擇理論的正確性及分析思路的合理性進行評分。

（3）模型參數的選取10分。根據模型作品所選用的參數合理性及依據的合理性等進行評分。

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

（5）模型測試試驗40分。根據實驗步驟設置的嚴謹性以及數據處理的結果進行評分。

7 結語

在隧道工程課程的教學中引入模型實驗的教學方法對推動教學改革具有極大的意義。

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

其次，模型實驗的教學方法很好的將理論知識與實踐良好結合。學生撰寫計算說明書，對專業知識進行學習和鞏固，動手制作模型，親自測試實驗數據，達到“知行合一”的效果。

最后，模型實驗過程中不僅很好的鍛煉了學生動手實踐的能力，營造了良好的學習氛圍。