地铁悬臂掘进开挖降尘案例在隧道工程课程教学改革中的应用探讨

刘 宁* 吴 雄 刘远明 邬忠虎 程金科

（贵州大学土木工程学院 贵州·贵阳 550025）

1 背景

隧道工程课程是土木工程专业中学科交叉性较强的课程，该课程包括隧道初步勘察、结构受力分析、形式选取、施工组织设计等知识，涵盖工程地质、岩石力学、土力学和土木工程测量等多个学科的专业知识。

然而我国现行的隧道工程教学存在如下问题：

（1）课时紧缺，课程内容繁多。现在学校偏向于培养综合素质高的人才，学生所学学科多，学生在有限的时间中学好隧道工程较难。

（2）传统的大班教育模式下，高校对这种理论知识复杂、知识面广、交叉性强、课程内容丰富的学科授课效果不理想。

（3）难以调动学生学习兴趣。目前，隧道工程教学大多围绕书本内容通过教学课件展示的方式进行，学生很少参与课程的互动、很少自主思考，很难调动学生的学习兴趣。

（4）“知行合一”效果不佳。学习课内知识的目的是为了更好将知识运用到实践中，用课内知识指导课外实践，从而获得未来工作的技能。但是，现在隧道工程施工现场较为危险，不可控因素多，施工现场不接纳较多的学生现场实践。

由于隧道工程课程的特点和缺陷，该课程在传统教育模式下的教学效果不尽人意。作者在总结现行隧道工程教学模式的基础上，采用隧道模型实验[6]的方法，通过将知识与实践结合，加强学生对课内知识的理解，打破传统教育方法常规。

2 隧道工程模型实验思路

本模型试验通过研究稳定的风场作用下，粉尘的扩散规律，用玻璃隧道按照1/10缩小，采用鼓风机鼓风模拟风场的作用。笔者在教学过程中融入模型设计，并制定如图1所示的教学策划方案。

图1：模型实验流程图

3 模型制作

开展模型实验所需要的材料工具包括粒径分析仪、电子称、1/10的玻璃隧道(200cm×58cm×58cm)和电源由实验室提供，其余所需材料有手握式鼓风机（可调节风速），PVC管若干，白卡纸若干，提前筛分出来的白云岩细砂，速干白乳胶、卷尺、漏斗、铲子、锯齿、毛刷、口罩、标签和粉尘收集袋。

将学生按照4人一组分组，然后分别制作好粉尘收集装置模型。粉尘收集模型数量不小于4个，且其高度不能超过隧道模型高度，每两个粉尘收集模型的间距自行设定（在计算书中需说明设定间距的原因），同一粉尘收集模型至少设置3个收集板，收集板的上下间距不小于5cm（在计算书中需说明选取上下间距的原因），收集模型的样式不限，但是每一块收集板的大小和尺寸需要统一。

图2：隧道模型示意图

图3：粉尘收集模型示意图

4 模型测试实验

实验数据测试阶段，将粉尘收集模型按照设定的间距摆放好，在粉尘收集袋上贴上标签，用电子称称量粉尘收集袋重量m1记在标签上并编号。一个同学接通鼓风机电源，打开鼓风机开关，固定鼓风机位置；另一个将漏斗安放在模型隧道上方靠近掌子面的开孔处，用铲子铲少量细砂倒入漏斗中，当粉尘开始扩散后计时，持续收集粉尘时间为60s；收集完粉尘后，将粉尘倒入事先编号对应的粉尘收集袋中，密封粉尘收集袋，用电子称再次称量装有粉尘的粉尘收集袋，然后记下重量m2，将收集好的粉尘拿到粒径分析仪中进行粒径分析，通过粒径分析，学生可以了解到粒径分析的使用方法，同时也加深了自己对隧道工程课程的认知还有粉尘的存在。

5 计算说明

模型计算说明书有以下六点内容：

（1）理论分析；

（2）模型参数选取及依据；

（3）模型设计方法与步骤；

（4）模型实验步骤；

（5）数据处理；

（6）总结与反思。

6 考核方法

通过综合评分的方法对学生的作品进行评定。作品总分为100分，根据各项得分之和作为评定各小组的成绩。评分依据以下五个方面：

（1）排版10分。根据计算说明书排版规范性程度进行评分。

（2）理论分析20分。根据学生选择理论的正确性及分析思路的合理性进行评分。

（3）模型参数的选取10分。根据模型作品所选用的参数合理性及依据的合理性等进行评分。

（4）粉尘收集模型制作20分。根据模型作品前后尺寸和上下间距的合理性进行评分。

（5）模型测试试验40分。根据实验步骤设置的严谨性以及数据处理的结果进行评分。

7 结语

在隧道工程课程的教学中引入模型实验的教学方法对推动教学改革具有极大的意义。

首先，丰富了教学的形式。上课的形式打破常规，不再局限于教室只看课件听老师讲解的形式，激起了学生对枯燥乏味课堂的热情，主动思考存在的问题并极力查阅文献和书籍等寻找解决问题的办法。

其次，模型实验的教学方法很好的将理论知识与实践良好结合。学生撰写计算说明书，对专业知识进行学习和巩固，动手制作模型，亲自测试实验数据，达到“知行合一”的效果。

最后，模型实验过程中不仅很好的锻炼了学生动手实践的能力，营造了良好的学习氛围。