“隧道工程”课程融入哲学思想的 教学实践研究

朱大鹏 叶子航 唐煜森

摘    要：在课程教学实践过程中润物細无声地融入哲学思想，是全面落实立德树人育人理念、积极推进课程思政的具体体现和举措。在“隧道工程”课程讲授时积极融入矛盾的同一性和斗争性、整体与局部的关系、实践检验真理等马克思主义哲学基本思想，使学生既形成了较为牢固的哲学思维方式，又准确认知并加深对地下工程结构设计内涵的理解，从而提高学习兴趣。

关键词：教学实践;结构设计理论;马克思主义哲学

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2022）02-0016-02

“隧道工程”课程内容涉及地下工程结构设计理论与方法及其发展历程，相关章节理论性较强，学习难度较大，以往学生的学习效果不佳。因此在对该课程进行教学反思时，如何激发学生学习兴趣，使学生更好地理解相关知识点，成为课程教学团队较为关心的问题之一。

地下工程结构设计的发展历史、理论及方法蕴含着较为丰富的马克思主义哲学思想，例如：对立统一规律、量变质变规律、实践检验真理等。因此，在讲授该课程相关内容时，把地下工程结构设计方法与马克思主义哲学思想二者积极融合起来，既培养了学生的马克思主义哲学思维，又使其准确认知并理解了地下工程结构设计的科学内涵。

一、结构力学法融入“同一性和斗争性”思想的教学实践研究

结构力学法是地下工程结构设计章节重点讲授的方法之一，它将支护结构与围岩分成两个单独的受力单元，其中围岩压力为作用在支护结构上的主要荷载，而支护结构则是承受包括围岩压力在内的各类荷载的结构单元[1]。在马克思主义哲学基本原理中，世界上万事万物无不处于相互影响、相互制约的关系之中，矛盾的同一性和斗争性是推动事物内在发展不可割裂的两大属性[2]。在讲授结构力学法时，教师可积极融入“矛盾的同一性和斗争

性”这一马克思主义哲学思想。

当围岩较为柔软且强度较低时，结构力学法可不考虑围岩对支护结构的约束作用，在围岩与支护结构相互作用的处理上采用主动荷载模式，作用在支护结构上的主动荷载可进一步分为主要荷载和附加荷载。主要荷载指长期或经常作用的荷载，如各类围岩压力、支护和衬砌结构的自重、地下水压力、列车和汽车活荷载等。附加荷载指偶然的、非经常出现的荷载，如施工荷载、地震力等。主要荷载和附加荷载相互联结，相互依存，如果没有主要荷载，就不存在所谓的附加荷载;如果不考虑附加荷载，那么仅考虑主要荷载的结构设计则不能体现地下结构的实际工作状况，体现了矛盾的同一性。

在课程讲授时，教师重点讲述主要荷载和附加荷载都属于作用在衬砌结构上的荷载，但会根据围岩地质条件的不同或转变而转变，在计算地下工程支护结构所承受荷载时一般仅按主要荷载进行计算，利用假定隧道场地条件引导学生找出主要荷载的类型。例如，在平原区隧道中主要荷载是回填土压力、衬砌自重、地下水压力等;在山区隧道中，主要荷载是围岩压力、衬砌自重等，附加荷载主要是施工荷载、混凝土收缩应力等。而在高原或高海拔隧道中，温差应力、冻胀压力、混凝土收缩应力就从附加荷载转变为主要荷载，回填土压力、地下水压力则转变成附加荷载，主要荷载和附加荷载相互渗透，若辨别不清，则可导致地下结构失稳，造成严重事故，由此可见，主要荷载与附加荷载之间的关系体现了矛盾的同一性和斗争性，主要荷载和附加荷载在一定条件下相互转化会对地下支护结构系统产生决定性影响。

二、弹性支承法融入“整体与局部关系”思想的

教学实践研究

在地下结构计算理论中，弹性支承法是一种计算弹性反力的方法。该方法和马克思主义哲学思想中“整体与局部的关系”思想有着十分密切的关系，课堂内容讲授

时，教师应积极融入。

整体是构成事物的诸要素的有机统一[3]，而弹性支承法将衬砌结构离散为有限个杆系单元体。在课堂教学时，从局部出发，对整个隧道的受力分布进行分析，弹性抗力作用范围内的连续围岩被离散成若干条彼此互不相关的矩形岩柱，主动围岩压力简化为节点荷载。每个单元体的受力是组成整体隧道受力的一部分，各个单元体的受力总和，也就是整个隧道的受力情况。

事物都有自己的特殊性，各个局部在全局中的地位和作用是不一样的[4]。在弹性支承法中，不同的弹性支承所起的作用也不尽相同。当衬砌与围岩之间不仅能传递法向力且能传递剪切力时，应在法向和切向各设置一个弹性支承。而对于弹性固定的边墙底部，则可用一个既能约束水平位移，又能产生转动和垂直位移的弹性支座来模拟。可见，弹性支承法中整个断面和单元体之间的关系与整体和局部的关系十分相似。通过课程学习，学生掌握了弹性支承法是整体与局部原理在地下工程结构设计中的具体应用。

三、信息反馈法融入“质变与量变”哲学思想的

教学实践研究

在讲述信息反馈法时主要以案例式教学为主，在乌鞘岭隧道案例教学中，积极融入“质变与量变”哲学思想。

位于兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间的乌鞘岭隧道，YK2389+900～YK2390+100段施工时穿过F4断层破碎带，由于地质条件复杂且差，同时受隧道勘察技术手段、资金等限制，导致隧道工程难以精确预测所有地质灾害现象，长期的涌水导致初期支护背后的围岩被冲蚀，形成大小不一的空腔，拱脚岩体受地下水浸泡，岩体强度下降，地基承载力降低，导致初期支护下沉，喷射混凝土产生剥落[5]。在各种因素的作用下，隧道变形的“量”越来越大，随时可能产生质变。隧道如果继续变形下去，那么一定会产生质变的结果——塌方，因为单纯的量变不会永远持续下去，量变达到一定的程度必然引起质变，这里引导学生思考从量变到质变是否存在界限？隧道还能继续承受的沉降是多少？

信息反馈法就是在量变达到某一阶段后，及时地反馈信息，调整方案，阻止质变的发生。乌鞘岭隧道采取了塌方体注浆固结、塌腔采用留核心土的微台阶法（三台

阶）开挖等新的施工方法，成功地度过了塌方段，阻止了质变的发生，避免了更大的损失。因此，通过课程教学，学生理解信息反馈法体现了马克思主义哲学中的量变质变原理，是马克思主义原理在地下工程中的实际运用;教育学生要不断积累工程经验，以科学为依据，准确把握隧道从变形到破坏的度和界限。

四、支护结构计算理论的发展融入“实践检验

真理”思想的教学实践研究

支护结构计算理论的发展可分为3个阶段，即刚性结构阶段、弹性结构阶段和连续介质阶段。支护结构计算理论形成以来，理论服务于实践，随着实践发展，并接受实践的检验，再形成新的理论，总体呈现一个螺旋上升的趋势并不断地接近真理。辩证唯物主义所说的真理是客观真理，是人的思想对于客观世界及其规律的正确反映。因此，在讲授支护结构计算理论的发展历史时，融入“实践检验真理”的哲学思想，具体实践如下。

19世纪的地下建筑物大多数是以砖石材料砌筑的拱形圬工结构，因而最先出现的计算理论是将地下结构视为刚性结构的压力线理论。这种计算理论认为，作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重力，没有考虑围岩自身的承载能力。随着施工水平的不断提高以及新型材料的出现，在新的工程实践中发现这个理论并不准确，设计的衬砌厚度往往偏大很多。實践对该理论的检验结果迫使人们追求更接近真理的理论。

19世纪后期，混凝土和钢筋混凝土材料陆续出现，应用于建造地下工程，使地下结构具有较好的整体性。由于当时的掘进和支护所需的时间较长，支护与围岩之间不能及时紧密相贴，最终致使一部分围岩破坏、塌落，形成松动围岩压力。松动压力理论逐渐发展起来，但实际施工发现这种塌落并不是形成围岩压力的唯一来源，也不是所有的情况都会发生塌落。随着支护技术的提高，松动理论也不能满足地下工程施工的要求。实践对该理论的检验结果又迫使人们追求更接近真理的理论。

20世纪中期以来，人们认识到地下结构与地层是一个受力整体，用连续介质力学理论计算地下结构内力的方法逐渐发展。然而在实践中的计算参数还难以准确获得，如原始地应力、岩体力学参数及施工因素等。根据共同作用所得的计算结果，一般只能作为设计参考依据，所以又形成了新的信息化设计方法。

通过讲授，学生理解在当下信息化设计方法似乎就是“真理”，因为它经得起实践检验，但今后一定会有新的建筑材料或者新的支护形式出现，该方法能否适用还未可知。地下工程支护结构计算理论正在不断发展，各种设计方法仍需通过实践得到改进和完善，从而更加接近真理。

在课程讲授过程中融入马克思主义哲学基本思想，主要教学实践包括在主要荷载和附加荷载的转化教学实践中融入矛盾的同一性与斗争性、弹性支承法教学实践中融入局部与整体关系、信息反馈法教学实践中融入量变与质变原理、支护结构计算理论的发展教学实践中融入实践是检验真理的标准，加深学生对地下工程结构设计内涵的理解，培养学生运用哲学思维方法分析工程问题的能力。

参考文献：

[1]  朱永全，宋玉香.隧道工程：第3版[M].北京：中国铁道出版社，2015：188.

[2]  马克思主义基本原理概论[M].北京：高等教育出版社，2018：129.

[3]  刘娟.对整体和部分关系的再认识[J].沈阳教育学院学报，2004（3）：10.

[4]  毛金先.全局与局部关系初探[J].黑龙江大学学报 （哲学社会科学版），1979（3）：27.

[5]  李生杰，谢永利，朱小明.高速公路乌鞘岭隧道穿越 F4断层破碎带涌水塌方工程对策研究[J].岩石力学与工程学报，2013，32（增刊2）：3602.

■ 编辑∕李梦迪