关键词:软土;盾构隧道;纵向设计;地下工程
1 概述 当前大量地下隧道建设实践中,盾构施工法已成为城市地下隧道建设的主要施工方法,尤其地铁隧道。上海现有和正建的地铁隧道无一例外地采用这一方法施工。而上海同许多沿海城市一样是位于软土广泛分布的地层上,正是盾构隧道结构所处的软土环境导致大量的运营软土盾构隧道发生过量的纵向沉降或不均匀沉降,引起隧道渗水、漏泥或结构局部破坏,有时甚至会影响到隧道的正常运营[20][21]。
因此,深入研究软土盾构隧道纵向变形对隧道结构影响及考虑纵向变形的衬砌结构纵向设计理论是解决软土盾构隧道现存问题的关键,尤其是衬砌结构纵向设计方法。
2 衬砌结构纵向设计现状
目前,国内外对盾构法隧道衬砌结构设计主要采用横向设计。在国内,我国地下铁道及铁路隧道设计规范[6]中推荐使用荷载结构模型,而未考虑纵向变形的影响。《上海市地基基础设计规范》1999版中对盾构隧道纵向变形进行了一定的考虑[7],提出盾构隧道纵向不均匀沉降的影响是不可忽视的。尤其是盾构工作井和区间隧道的连接处;隧道底部下卧土层特性及分层突变处;覆土厚度急剧改变处等,都会有较明显的不均匀沉降。提出在设计中应按照预估的沉降差,设置适量的变形缝。规范还提到在施工阶段和使用阶段,进行隧道结构的横向内力和变形 计算 时,在必要的时候宜考虑隧道纵向变形对横向内力和变形值的影响。
由于隧道纵向 问题 属于三维问题,其结构复杂,纵向结构 计算 模型尚不成熟。但也已经取得了一定的科研成果。在工程实测和室内试验基础上,已建立了一些隧道纵向结构计算模型。 目前 对软土隧道纵向结构的 理论 研究 主要分为:试验或实测 分析 法、数值分析法和理论解析法。在理论解析法中根据隧道接缝和螺栓简化 方法 的不同,日本学者提出了两种隧道纵向结构理论,一种是以村上博智及小泉淳[22]为代表的以轴向、剪切和弯曲弹簧模拟接缝和螺栓、以梁单元模拟衬砌环的梁一弹簧模型,它是将横向梁一弹簧模型移植到了隧道结构纵向(见图3);纵向粱一弹簧模型中每一衬砌环均由一直线粱模拟,各衬砌环间的接缝以弹簧模拟,因而在作纵向分析计算时单元较多,它可以模拟衬砌环和接缝性能有变化的隧道段,但其缺点也是明显的,即一般适合于线性分析,并且由于以单元作为基础,分析过程为矩阵形式,需要通过数值方法实现,所得结果需要进行再一次分析才能得到管片、螺栓应力和接缝张开度等关键数据。另一种模型是以志波由纪夫及川岛一彦[23～25]为代表的等效轴向刚度模型,该方法认为隧道在横向为一均质圆环、在纵向以刚度等效的方法将有环向接缝非连续的结构等效为连续均质圆筒。由于是直接从分析衬砌环向接缝和螺栓的受力变形性能出发得到等效模型,因此计算结果可直接给出管片和螺栓应力,并且在很多情况下可推导得到显式理论解, 应用 方便,但该方法也有未考虑预应力、只简单被认为是弹性地基上的直梁等缺点,然而,根据目前国内外的研究现状来看,轴向等效刚度方法是当前隧道结构的纵向理论研究中提出的最好的方法。该法为研究盾构隧道纵向问题奠定了坚实的理论基础。 3 盾构隧道结构拼装型式 在我国,上海先期施工的盾构法隧道基本采用通缝拼装形式,而上海近期建设的隧道及广州和南京地铁盾构法隧道则全部采用错缝拼装形式,从而说明错缝拼装形式在抵抗纵向变形上优于通缝拼装形式。既然不同的拼装形式有不同力学效果,能够改变衬砌的纵向刚度及控制纵向裂缝和不均匀变形,那么采用更多不同力学效果的拼装形式就成为解决当前软土盾构隧道结构纵向问题的另一关键问题。
4 软土盾构隧道结构存在问题
从当前工程设计的实际应用和理论研究进展分析可得出软土盾构隧道衬砌结构在考虑纵向问题时的不足之处:缺乏与纵向理论要求接近的衬砌形式;现有的纵向理论缺乏与工程实际的结合;衬砌拼装形式单一(不能协调纵向不均匀变形);衬砌管片材料在同一工程中单一;衬砌管片宽度在同一工程中单一;纵向线形不合理。
5 软土盾构隧道纵向设计展望
为克服软土盾构隧道现存问题,必须从以下两方面来解决:
(1) 从软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面进行创新改造。以增大软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度的变化,使软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度具有可控性。而不同刚度的多样的衬砌结构拼装形式是解决软土盾构隧道纵向问题成为可能。
(2) 在纵向设计理论研究及其成果应用上应有所加强。隧道纵向结构性能的研究和横向性能研究相比还处在早期 发展 阶段,其成果尚未应用到工程设计的实践中。如何将已有的理论研究成果应用于工程设计(即纵向设计),使工程设计更加符合客观现实。这不仅符合当前设计理论发展的趋势,更能实现在设计阶段上就开始着手解决软土盾构隧道现存问题(过量的纵向沉降或不均匀沉降,导致隧道渗水、漏泥或结构局部破坏而影响隧道的正常运营),避免软土盾构隧运营后再进行处理的被动状态,因此,可节约大量资金。
总之,软土盾构隧道结构纵向设计理论,不仅是软土盾构隧道结构设计理论发展的需要,也是 社会 发展的需要。它不仅具有理论价值,而且更具重要的经济意义和社会意义。
参考 文献 :[2] 黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间,2001,21(4):311-317
[3] 刘建航,侯学渊.盾构法隧道[M].北京: 中国 铁道出版社,1991
[4] 陈基炜,詹龙喜.上海市地铁一号线变形测量及 规律 分析[J].城市地质,2000,(2):51-56[6] GB50157-92.地下铁道设计规范[S]
[7] DGJ08-11-1999 上海市地基基础设计规范[S]
[8] WorkingGroupNo.2,ITA,GuidelinesfortheDesignofShieldTunnelLining[R].2000,15(3):303-331
[9] DesignandConstructionofTransportationFacilities[R],Re searchingReportofATRB,2000[11] (日本)土木学会.日木隧道标准规范(盾构篇)及解释[M]刘铁雌译,关宝树校.成都:西南 交通 大学出版社,1988[13] P.M.Donde,J.J.Wang.Sheartransferthroughboltsinsegmentaltunnellinings[J].TowardsNewWorldsinTun nelling.Balkerna,Rotterdam,1992:295-301[15] 朱合华,崔茂玉,杨金松.盾构法衬砌管片的设汁模型与荷载分布的研究[J].岩土工程学报.2000,22(2):190-194
隧道工程课程内容覆盖面广、零散，传统教学模式难以达到理想效果，迫切需要创新教学模式。结合该课程特点，可采用模块化教学方法进行教学。根据涉及科学、工程问题的不同，将该课程内容划分为基本概念模块和地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外，还提出按照工程项目建设阶段来划分课程模块，进一步丰富了隧道工程课程模块化教学方法。实践表明，该教学模式有助于学生深入理解课程内容，帮助学生建立专业知识体系。
关键词:
隧道工程;模块化教学;学习迁移理论;教学研究
近年来，随着高速公路、铁路建设及城市地下空间开发的蓬勃发展，出现了越来越多的隧道工程，交通、市政建设领域对隧道工程专业技术人才的需求量不断增大。培养创新能力、应用能力及解决能力实际问题较强的应用型专业人才是地方本科院校的主要办学目标之一［1－2］。笔者在隧道工程教学过程中发现，该课程内容覆盖面广，且较为零散，采用按教材章节顺序进行授课的传统教学模式难以达到良好效果，亟需探索新的教学模式。起源于德国的“模块化教学”［3］方法，可以较好解决上述问题。该方法是基于学习迁移理论基本原理，把课程内容分解成若干个部分，再将具有相同或相近主题的内容进行整合，形成具有内在联系的单元模块并进行教学［4－6］，可以提高学生学习的灵活度，激发学生学习的积极性和主动性，进而提高教学质量。文章以武汉工程大学土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业为例，探索模块化教学方法在隧道工程课程中的应用。
一、隧道工程课程特点及教学现状
(一)内容覆盖面广
目前我校采用的教材是彭立敏、刘小兵主编的《隧道工程》［7］，同时参考了丁文其［8］、覃仁辉［9］、朱永全［10］等主编的教材。这些教材的主要内容大体上包括:绪论、隧道勘测设计、隧道主体结构与附属结构、围岩分级与围岩压力、隧道支护结构的设计计算、隧道施工方法、隧道施工工艺及技术、高速铁路隧道、隧道常见病害及处治方法、隧道施工组织与管理、运营管理与维护等。可见，隧道工程课程内容涵盖面广，包含了规划、设计、施工、运营管理等过程的各个方面，既有基本概念和理论，又有施工工艺和方法;既包含技术层面问题，又包含管理层面问题。
(二)主要内容之间独立性强
隧道工程课程不仅知识点多，而且其主要内容之间具有较强的独立性。如隧道勘测设计、围岩分级、围岩压力等，主要涉及工程地质、岩土工程勘察、岩体力学等知识;隧道主体结构与附属结构，主要涉及建筑结构等知识;隧道施工，主要涉及工程爆破、工程机械等知识;隧道支护，主要涉及岩土工程、建筑材料等知识。
(三)与先行课程关系密切
隧道工程课程一般在第七或第八个学期开设，在此之前，学生应修完所有专业基础课和大部分专业方向课，掌握相应的专业基础知识。该课程的主要内容和先行课程之间存在密切联系.
(四)教学困境
综上，隧道工程课程内容庞杂，涉及土木工程专业大部分基础知识，导致学生在学习该课程时存在理解不透彻、记忆不深刻等问题，学习积极性普遍不高。如何激发学生学习兴趣，是授课教师面临的一大挑战。另一方面，隧道工程课程内容具有较强的综合性，如将这些零散的内容按照某种属性或规律进行适当归纳、分类，使之成为若干个相互联系的有机整体，则不仅能够提升学生的学习兴趣，还可以帮助学生构建专业知识体系，使学生对专业知识的认知和理解上升到新的高度。
二、模块化教学设计
针对上述问题，采用模块化基本理论和方法，并根据涉及科学、工程问题的不同，将隧道工程课程主要内容归为基本概念、地质及力学问题、施工方法、新技术新方法、运营管理与维护等5个模块，具体分述如下:
(一)基本概念模块
主要包括隧道的定义、分类、发展历史、隧道主体结构与附属建筑等。隧道工程是地下工程的一种，有别于一般建筑工程，该模块主要介绍隧道工程中的名词、定义及相关基本知识。
(二)地质、力学及支护结构模块
主要包括隧道工程勘测设计、围岩分类、围岩压力、隧道支护结构的计算等。隧道修建在岩土体中，其支护结构的形式主要取决于围岩的工程特性，隧道开挖与支护的核心问题是围岩力学特性及围岩与支护结构的相互作用，即围岩的地质力学问题。
(三)传统施工方法模块
主要包括钻爆法施工、掘进机法施工、隧道辅助施工作业、新奥法等。根据隧道工程所在岩土体性质的不同，可以分为岩质隧道和土质隧道。岩质隧道多采用钻爆法或掘进机法施工，土质隧道多采用盾构法(掘进机法的一种)。新奥法不是具体的施工方法，但目前几乎所有隧道的施工都采用新奥法的基本理念和原理。
(四)非传统施工方法模块
主要包括高速铁路隧道工程、城市地铁隧道工程、海底隧道工程等。近年来出现了上述特殊环境和技术条件下的隧道工程，与之配套的新技术、新方法也日趋成熟，其占有重要地位。
(五)施工管理与运营维护模块
主要包括隧道施工组织管理、运营阶段的养护与维修等。隧道工程是隐蔽工程，在施工过程中作业空间有限，作业环境危险性高，且各工序之间相互干扰大。在正常运营阶段，车辆冲击、废气排放、地下水、围岩等因素对衬砌耐久性造成不利影响，隧道交通事故、火灾等更是会造成严重后果。这两个方面的问题均需要通过实施管理来解决。上述方法是将隧道工程作为土木工程的一个分支学科来进行探讨，包括理论、方法和工程技术等多个方面。此外，和桥梁工程、道路工程、房屋建筑工程一样，也可以将隧道工程作为工程项目的一种，相应的课程主要内容围绕隧道工程从规划到设计、施工，再到后期管理等。按照该思路，可以将隧道工程课程的内容划分为:隧道工程基本理论与基本概念、隧道工程规划选址与设计、隧道工程施工、隧道运营管理4个模块，这4个模块则直观反映了隧道工程项目建设的大体流程。
三、模块化教学实施及效果评价
武汉工程大学土木工程专业创办于1992年，是学校“十二五”重点建设学科之一，为一级学科硕士学位授权点、湖北省楚天学者设岗学科、省级品牌专业。该学科现设有建筑工程方向、交通土建方向，以及道路桥梁与渡河工程。隧道工程是我校土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业学生的专业方向课。2014年开始，将上述模块化教学方法应用于我校土木工程专业(中英班)、土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业的隧道工程课程。首先，从内容属性的角度出发进行模块划分，在讲授每一个模块之前，提醒学生复习与之相关的课程内容;在讲授课程的过程中，提醒学生讲授的内容涉及哪些专业基础知识，从而让学生认识到专业基础知识对于后续专业课学习的重要性。其次，在每一个模块内容讲授完毕时，归纳总结该模块的主要内容，详细分析将这些内容作为一个模块的原因，让学生理解同一模块中各部分内容之间的内在联系。再次，在全部课程内容讲授完毕时，引导学生回顾课程内容，分析各部分内容之间的逻辑关系，帮助学生建立专业思维，构建专业知识体系。最后，采用上述工程项目建设阶段模块，引导学生再次回顾教学内容，可以有效促进学生的开放性思维，并全面提升学生运用专业知识分析和解决工程问题的能力。经过一年多的模块化教学探索和实践，该课程教学取得了一定成效，学生的学习积极性得到普遍提升。学生反映，在学习隧道工程课程过程中，较全面地回顾了先行课程涉及到的知识，对专业知识体系的认识上升到了新的高度。
四、结语
基于学习迁移理论基本原理，按照涉及科学、工程问题的不同，将隧道工程课程内容分为基本概念模块以及地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外，按照工程项目建设的阶段，将该课程内容划分为:基本理论与基本概念、规划选址与设计、施工、运营管理4个模块。二者联系紧密，互为补充。实施该模块化教学方法，提高了学生的学习积极性，促进学生深入理解课程内容，培养学生运用专业基础知识分析、解决专业问题的能力，帮助学生构建专业知识体系，收到了良好效果。需要指出的是，模块化教学方法绝不是简单地将课程内容划分模块分别讲解。在实际操作过程中，需要引导学生去分析、思考划分模块的依据以及各模块之间的内在联系，并站在教材编者的角度去分析课程的内容构成，从而帮助学生构建专业知识体系，培养学生善于运用专业知识分析和解决实际工程问题的习惯和能力。课堂上应适当组织学生进行研究性学习，并布置课程作业，充分发挥学生自主性，实现师生之间互动。
作者：王章琼 黄民水 余浩延 单位：武汉工程大学资源与土木工程学院
参考文献:
［1］高长征．应用型人才培养的“模块化”建筑教学研究［J］．高等建筑教育，2015，24(2):73－77．
［2］路江．浅析模块化教学改革中的若干问题［J］．合肥学院学报:自然科学版，2015，25(2):74－77．
［3］徐理勤，赵东福，顾建民．从德国汉诺威应用科学大学模块化教学改革看学生能力的培养［J］．高教探索，2008，24(3):70－72．
［4］赵超．大学语文“模块化教学”探索［J］．教育评论，2014，30(12):125－127．
［5］李向农，万莹．留学生预科汉语模块化教学模式的探索与实践［J］．华中师范大学学报:人文社会科学版，2013，52(6):176－181．
［6］王淑青，雷桂斌，熊正烨，等．基于模块化的单片机实践教学模式改革［J］．电气电子教学学报，2014，36(4):100－104．
［7］彭立敏，刘小兵．隧道工程［M］．长沙:中南大学出版社，2009．
［8］丁文其，杨林德．隧道工程［M］．北京:人民交通出版社，2012．
关键词：隧道工程；土木工程；课程改革
“隧道工程”是华东交通大学土木工程专业岩土及地下方向的一门专业课程，也是核心和代表性的必修课程之一，其课程教学目的和任务是使学生掌握隧道的基本概念与构造、基本力学原理、施工作业方法、最新设计理念及行业规范等专业知识，并具备与隧道工程相关的技术和研究工作的能力，为从事各类隧道工程建设的设计、施工及维护管理工作奠定基础[1-3]。
一、“隧道工程”课程教学过程中存在的问题
“隧道工程”课程在本科教学中占有重要地位，其教学内容涉及到隧道设计计算方法，包括线路及平纵断面设计、横断面设计、衬砌结构设计、洞门设计及稳定性验算等铁路、公路隧道设计与施工的理论、方法及相关知识[4-5]。课程学习过程中，不仅要掌握大量的基础理论知识，又包含相当多的工程实践性内容，使得教师在实际教学过程中存在许多问题，主要概括为以下几个方面。首先，目前的教学方式主要采用板书并辅助以PPT的形式，而对于一些复杂的施工工艺流程，仅仅依靠一些简单的图片和流程图很难使学生对知识进行有效掌握，更谈不上将知识熟练地运用到工程实践当中。其次，隧道工程的课程特点是与实际联系紧密，工程实践性强，并且其中的各个知识点看起来相互独立，其实联系紧密。因此，仅仅通过课堂讲授的形式已经不能满足教学需要。最后，大学的教学内容繁多，但毕竟课堂教学时间有限，隧道工程学时经过多次调整，已经从原有的40学时缩减至24学时，并且取消了原有课程设计的安排。因此，在教学过程中，会加快教学进度，导致学生难以消化，难以掌握现代化隧道设计和施工过程中亟待解决的问题，以及最新的技术、方案、科研进展等。针对上述实际教学过程中存在的问题，迫切需要教师结合“隧道工程”这门专业课程的特点及培养要求，从教学内容、实践性教学方法等方面进行探索与改革，引导学生在掌握理论知识的基础上提高动手能力，使其成为一名合格的专业型人才。
二、“隧道工程”课程教学改革与实践方法
隧道围岩压力计算、支护设计理论等基础性知识在“隧道工程”课程教学过程中非常重要，起到承上启下的作用。因此，在教学计划安排时应适当增加学时。在此基础上，华东交通大学土木工程专业根据“隧道工程”课程要求及特点，建立了一套完善且行之有效的实践性教学体系，使学生能够更加牢固地理解与掌握隧道工程的专业知识，了解隧道工程最前沿的技术、工艺和发展方向。
（一）课堂教学方式的改革，增加教学的生动性
根据不同类型隧道，包括铁路隧洞、公路隧洞、水工隧洞、矿山隧洞等的特点及典型工程实例，以Flas的形式建立多媒体课件，并辅以隧道超前支护、工程爆破、出渣作业等现场照片及视频，在此基础上，以课堂授课的形式针对具体工程实例进行剖析与讲解；组织学生针对假设的工程案例，如对富水破碎围岩、高地温、高地应力等典型隧道施工过程中遇到的问题进行分析与讨论，提出施工建议，增加学生互动，调动学生积极性的同时，也可以培养他们的学习能力，使学生在“隧道工程”课程的课堂学习过程中具备一定的分析和解决实际工程问题的能力。
（二）结合课程特点，加强实践性教学环节
充分利用教师手中的资源与科研课题，让本科生参与到在建的隧道工程项目中去。例如，南昌地铁项目、上饶至万年段高速公路隧洞段、黔张常铁路张家界段等，从工程实践的角度使学生对“隧道工程”这门课程的理解与认识得到更进一步的提升。另外，华东交通大学土木建筑学院目前已与中国中铁股份有限公司、中车株洲电力机车有限公司、北京太格时代自动化设备有限公司正式签署战略合作协议，充分利用上述资源，每年定期组织学生前往合作单位进行实践交流学习，在保证安全的基础上，使学生理解与掌握隧道设计、施工及运营的整个过程，并且每年至少会选送50名以上的学生去合作企业和研究机构进行“隧道工程”的毕业设计及课程设计工作，在校外完成实践环节。
（三）增加学术交流，充分掌握学科前沿动态
定期举行学术讲座，邀请校内相关专业的知名教授讲授学习心得及研究体会。在此基础上，结合华东交通大学“孔目湖讲坛”邀请国内外“隧道工程”领域相关专业的知名专家、学者，讲解最新的隧道施工技术、方案、方法，最新出现的亟待解决的问题，以及最新科研进展、工作经验、体会等。
（四）组织教学竞赛，充分激发学生的热情
组织隧道建筑结构模型比赛，使学生能够更加深刻地理解与掌握隧道工程中每一部分的作用与意义。根据“隧道工程”的课程大纲，将4～5名学生分为一组，以自选题目的形式组织隧道设计比赛。题目可以是运用CAD及数值分析软件对隧道的选线及结构荷载进行设计与分析，也可以以建造模型的形式对隧道洞门、洞身及明洞等结构进行创新性设计，并且将设计比赛的评审结果加入到学生的最终成绩考核之中。
三、“隧道工程”课程教学改革与实践的初步成果
华东交通大学土木工程专业“隧道工程”课程教学改革在城市轨道工程、道路与铁道工程、软件+道路与铁道工程、中铁国际班等多个专业领域的本科教学过程中全面展开，每学年受益学生达300人以上，其合理地利用校内外资源，通过工程实例分析、施工现场学习、国内外专家讲座、建筑模型比赛等教学手段，在增强学生的学习兴趣的基础上，有效提高学生的综合能力，并已达到以下几点成效：第一，大幅度地提高了“隧道工程”课程教学质量，充分调动了学生课上学习、课下讨论的积极性和主动性；第二，培养了大量具有专业技术知识的复合型人才。近年来，华东交通大学土木工程毕业生在中国铁建集团、中建集团等隧道类相关单位的各个岗位中均发挥着重要作用；第三，使学生充分掌握了学科的最新发展动态，在此基础上有效提高了学生的工程实践能力；第四，提高了学生的动手能力及团队协作水平。近年来，华东交通大学在土木工程相关专业在全国范围内的结构设计大赛中多次取得优异成绩。总之，针对教学过程中存在的问题，在充分考虑土木工程相关专业本科生所具有的知识背景及需要的基础上，结合学校所具有的教育与工程资源，进行了隧道工程课程的教学改革与实践，对传统教学内容与教学模式进行了调整，锻炼了学生利用知识解决实际问题的能力；组织学生参加到教师的工程及科研实践中，并通过校企合作，大大加强了实践性教学环节；增加学术交流，使学生充分掌握学科发展的前沿动态；组织学生参加各种类型的教学竞赛，充分激发学生的热情，同时增加了学生的团队协作能力。上述方法和成果对同行业的课程建设及教学改革具有借鉴意义及应用价值。
参考文献：
[1]潘建平,汪小平,朱洪威.隧道工程课程教学改革探索[J].山西建筑,2011,37(30):240-241.
[2]王迎超,靖洪文,耿凡.“隧道工程”课程教学改革思路探讨[J].煤炭高等教育,2013(6):116-118.
[3]孙明磊,刘志春,朱桃杏.高等工科院校成人函授教育课程教学改革浅析:以土木工程专业“隧道工程”课程为例[J].中国电力教育,2011(13):105-107.
[4]汪玉生.提高本科土木工程专业“隧道工程”课程教学质量的思考与对策[J].煤炭高等建筑教,2012,30(4):116-117.
关键词:软土;盾构隧道;纵向设计;地下工程
1 概述
随着世界经济的全球化和社会的不断进步，人们对自身的生存环境质量的要求愈来愈高，致使城市化水平迅速提高，城市规模不断扩大。城市成为世界各国、各地区的政治、经济、文化发展中心。然而，为城市建设的可持续发展、资源的节约和环境的保护，城市建设者越来越多地开发利用一切可以利用的有限生存空间，尤其是城市的地下空间，以建设给水、排水、能源、交通等地下隧道。然而，随着地下空间的开发利用，越来越多的地下结构由于使用过程中的过量不均匀变形而致的对地下结构本身及其周围环境的影响也愈加严重[1][2]。例如，在地下动水压力的作用下，上海市金山海水引水工程中的盾构隧道(见图1)下卧土层的水土流入隧道，隧道随之产生纵向沉降和弯曲，导致环向接缝进一步张开和水土流失增加，最终导致破坏性纵向变形和破坏性横向受力状态，最大相对不均匀沉降达到了18cm，横向直径变化最大超过10cm[3]。上海市地铁一号线于1995年4月正式建成投入运营。经过长期的变形监测发现，隧道在长期运营中的沉降及不均匀沉降相当大，许多隧道段的沉降和不均匀沉降一直在发展，而且没有收敛的趋势[4]。至2001年底人民广场站-新闸路站之间的区间隧道最大累计沉降量超过200mm;黄陂南路站-人民广场站之间的区间隧道差异沉降量近100mm(详见图2)。过大的不均匀变形已对隧道的结构、接头防水构成威胁。到目前为止，虽然管片遭到破坏的情况极少，但在一号线已发现道床与管片之间发生开裂现象，在汉中路站至黄陂南路站之间已经发现至少5处整体道床与管片之间发生开裂和脱节现象，断断续续累计达300m。经过调查发现，基本上都是由于隧道局部较大的不均匀沉降造成[5]。另外由于纵向不均匀变形造成管片接缝变形增大，一号线的区间隧道渗漏水的地方很多，漏水点主要集中在环缝、封顶块相连的“十字缝”等处，而环缝漏水是最难处理的。随着隧道纵向不均匀变形的发展，隧道漏水的情况越来越多，甚至会影响地铁的正常运营。
当前大量地下隧道建设实践中，盾构施工法已成为城市地下隧道建设的主要施工方法，尤其地铁隧道。上海现有和正建的地铁隧道无一例外地采用这一方法施工。而上海同许多沿海城市一样是位于软土广泛分布的地层上，正是盾构隧道结构所处的软土环境导致大量的运营软土盾构隧道发生过量的纵向沉降或不均匀沉降，引起隧道渗水、漏泥或结构局部破坏，有时甚至会影响到隧道的正常运营[20][21]。
因此，深入研究软土盾构隧道纵向变形对隧道结构影响及考虑纵向变形的衬砌结构纵向设计理论是解决软土盾构隧道现存问题的关键，尤其是衬砌结构纵向设计方法。
2 衬砌结构纵向设计现状
目前，国内外对盾构法隧道衬砌结构设计主要采用横向设计。在国内，我国地下铁道及铁路隧道设计规范[6]中推荐使用荷载结构模型，而未考虑纵向变形的影响。《上海市地基基础设计规范》1999版中对盾构隧道纵向变形进行了一定的考虑[7]，提出盾构隧道纵向不均匀沉降的影响是不可忽视的。尤其是盾构工作井和区间隧道的连接处;隧道底部下卧土层特性及分层突变处;覆土厚度急剧改变处等，都会有较明显的不均匀沉降。提出在设计中应按照预估的沉降差，设置适量的变形缝。规范还提到在施工阶段和使用阶段，进行隧道结构的横向内力和变形计算时，在必要的时候宜考虑隧道纵向变形对横向内力和变形值的影响。
目前，国内针对软土盾构法隧道采用的设计模型主要为匀质圆环和弹性铰法[13～17]，皆可用弹性方程解。前者主要用于使用阶段的设计验算，后者主要用于施工阶段的设计验算。在国外，国际隧道协会(InternationalTunnelAssociation)在1978年成立了隧道结构模型研究组，收集各会员国采用的地下结构设计模型。并于2000年编写出了《盾构隧道衬砌设计指南》[8]，为各国盾构隧道结构的设计指明了基本原则。其中将结构模型分为四类:连续体或不连续体模型、作用与反作用模型、收敛-约束模型和工程类比法。这与我国学者刘建航、侯学渊[5]的分类(经验类比模型;荷载结构模型;地层结构模型;收敛限制模型)基本相同。同时在《盾构法隧道设计指导》中提出在必要时将隧道纵向沉降的影响列入荷载类别的特殊荷载项予以考虑。美国交通运输研究协会在2000年度报告[9]中就提到，很多处于软土中的隧道、管道的破坏或出现问题就是由于纵向不均匀沉降而产生的。最多的一种情况就是由于下卧土层土性沿纵向分布不均匀而产生的纵向不均匀沉降。因此美国交通运输研究协会在2000年提出了隧道“纵向设计”的概念，并计划开始进行这方面的研究工作。由此可见，在现行的设计规范中还没有纵向设计的相关内容，但是，结构的纵向问题对结构的影响已经引起广大学者关注。因此，开展纵向设计相关研究具有重大现实意义。
由于隧道纵向问题属于三维问题，其结构复杂，纵向结构计算模型尚不成熟。但也已经取得了一定的科研成果。在工程实测和室内试验基础上，已建立了一些隧道纵向结构计算模型。目前对软土隧道纵向结构的理论研究主要分为:试验或实测分析法、数值分析法和理论解析法。在理论解析法中根据隧道接缝和螺栓简化方法的不同，日本学者提出了两种隧道纵向结构理论，一种是以村上博智及小泉淳[22]为代表的以轴向、剪切和弯曲弹簧模拟接缝和螺栓、以梁单元模拟衬砌环的梁一弹簧模型，它是将横向梁一弹簧模型移植到了隧道结构纵向(见图3);纵向粱一弹簧模型中每一衬砌环均由一直线粱模拟，各衬砌环间的接缝以弹簧模拟，因而在作纵向分析计算时单元较多，它可以模拟衬砌环和接缝性能有变化的隧道段，但其缺点也是明显的，即一般适合于线性分析，并且由于以单元作为基础，分析过程为矩阵形式，需要通过数值方法实现，所得结果需要进行再一次分析才能得到管片、螺栓应力和接缝张开度等关键数据。另一种模型是以志波由纪夫及川岛一彦[23～25]为代表的等效轴向刚度模型，该方法认为隧道在横向为一均质圆环、在纵向以刚度等效的方法将有环向接缝非连续的结构等效为连续均质圆筒。由于是直接从分析衬砌环向接缝和螺栓的受力变形性能出发得到等效模型，因此计算结果可直接给出管片和螺栓应力，并且在很多情况下可推导得到显式理论解，应用方便，但该方法也有未考虑预应力、只简单被认为是弹性地基上的直梁等缺点，然而，根据目前国内外的研究现状来看，轴向等效刚度方法是当前隧道结构的纵向理论研究中提出的最好的方法。该法为研究盾构隧道纵向问题奠定了坚实的理论基础。
3 盾构隧道结构拼装型式
盾构隧道结构是由管片在环向和纵向通过螺栓连接而成的非连续结构。由于预制钢筋混凝土管片经济、耐久及强度高，所以成为目前国内外的盾构法隧道管片的主要形式。盾构隧道衬砌结构拼装型式有两种:错缝拼装衬砌与通缝拼装衬砌[10][11][12][19]。这两种拼装型式的不同之处在于;错缝拼装衬砌由于相邻环管片间结构刚度沿环向分布的不同，虽然受到的初始荷载基本相同，但结构变形却不同、引起的地层反力不同，地层反力的不同又加剧了结构变形的不同。由于相邻环之间存在联系，如连接螺栓、环面凹凸榫槽和环面间的摩擦又阻碍了结构变形的不同，使结构变形与荷载及地层反力分布的不同限于一定的范围之内。而通缝拼装衬砌由于相邻环管片间结构刚度沿环向分布相同，受到的初始荷载也基本相同。因此，结构变形基本相同、引起的地层反力也基本相同。虽然，通缝拼装衬砌每一环横向变形也受到相邻环的嵌固和约束，但这种约束和影响的效应错缝比通缝更显著。衬砌环间的这种相互作用非常复杂，因此错缝衬砌内力与变形的计算也比较复杂，其计算模型与计算方法还在深入研究之中。
在我国，上海先期施工的盾构法隧道基本采用通缝拼装形式，而上海近期建设的隧道及广州和南京地铁盾构法隧道则全部采用错缝拼装形式，从而说明错缝拼装形式在抵抗纵向变形上优于通缝拼装形式。既然不同的拼装形式有不同力学效果，能够改变衬砌的纵向刚度及控制纵向裂缝和不均匀变形，那么采用更多不同力学效果的拼装形式就成为解决当前软土盾构隧道结构纵向问题的另一关键问题。
4 软土盾构隧道结构存在问题
从当前工程设计的实际应用和理论研究进展分析可得出软土盾构隧道衬砌结构在考虑纵向问题时的不足之处:缺乏与纵向理论要求接近的衬砌形式;现有的纵向理论缺乏与工程实际的结合;衬砌拼装形式单一(不能协调纵向不均匀变形);衬砌管片材料在同一工程中单一;衬砌管片宽度在同一工程中单一;纵向线形不合理。
5 软土盾构隧道纵向设计展望
为克服软土盾构隧道现存问题，必须从以下两方面来解决:
(1) 从软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面进行创新改造。以增大软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度的变化，使软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度具有可控性。而不同刚度的多样的衬砌结构拼装形式是解决软土盾构隧道纵向问题成为可能。
(2) 在纵向设计理论研究及其成果应用上应有所加强。隧道纵向结构性能的研究和横向性能研究相比还处在早期发展阶段，其成果尚未应用到工程设计的实践中。如何将已有的理论研究成果应用于工程设计(即纵向设计)，使工程设计更加符合客观现实。这不仅符合当前设计理论发展的趋势，更能实现在设计阶段上就开始着手解决软土盾构隧道现存问题(过量的纵向沉降或不均匀沉降，导致隧道渗水、漏泥或结构局部破坏而影响隧道的正常运营)，避免软土盾构隧运营后再进行处理的被动状态，因此，可节约大量资金。
总之，软土盾构隧道结构纵向设计理论，不仅是软土盾构隧道结构设计理论发展的需要，也是社会发展的需要。它不仅具有理论价值，而且更具重要的经济意义和社会意义。
参考文献
[1] 黄宏伟，臧小龙.盾构隧道纵向变形性态研究分析[J].地下空间，2002，22(3):244-251
[2] 黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间，2001，21(4):311-317
[3] 刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京:中国铁道出版社，1991
[4] 陈基炜，詹龙喜.上海市地铁一号线变形测量及规律分析[J].城市地质，2000，(2):51-56
[5] 王如路，周贤浩，等.近年来上海地铁监护发现的问题及对策[A].中国土木工程学会隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会第十四届学术交流会论文集[C].2001:239-242
[6] GB50157-92.地下铁道设计规范[S]
[7] DGJ08-11-1999 上海市地基基础设计规范[S]
[8] WorkingGroupNo.2，ITA，GuidelinesfortheDesignofShieldTunnelLining[R].2000，15(3):303-331
[9] DesignandConstructionofTransportationFacilities[R]，Re searchingReportofATRB，2000
[10] 廖少明，黄钟晖.关于盾构法隧道采用错缝拼装技术的探讨[J].现代隧道技术，2001，38(6):19-23
[11] (日本)土木学会.日木隧道标准规范(盾构篇)及解释[M]刘铁雌译，关宝树校.成都:西南交通大学出版社，1988
[12] I.Hudoba.ContributiontoStaticAnalysisofLoad-bear ingconcreteTunnelLiningBuiltbyShield-drivenTech nology[J].TunnelingandUndergroundSpaceTechnology，1997，12(1):55-58
[13] P.M.Donde，J.J.Wang.Sheartransferthroughboltsinsegmentaltunnellinings[J].TowardsNewWorldsinTun nelling.Balkerna，Rotterdam，1992:295-301
[14] G.FukuchiThePresentandfutureofMechanizedtunnelWorksinSoftGround[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology，1991，6(2):175-183
[15] 朱合华，崔茂玉，杨金松.盾构法衬砌管片的设汁模型与荷载分布的研究[J].岩土工程学报.2000，22(2):190-194
[16] Kuwahara，Yamazaki，Grounddeformationmechanismofshieldtunnelingduetotailvoidformationinsoftclay[A]，ProceedingsofTheFourteenthInternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering[C].1997:1457-1460
[17] R.J.MairandR.N.Taylor，Boredtunnelingintheurbanenvironment[A].ProceedingsofTheFourteenthInterna tionalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngi neering，1997:2353-2380
[18] Akaqi，Komiya.Finiteelementanalysesofinteractionofapairofshieldtunnel[A].ProceedingsofTheFourteenthInternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering，1997，13:1449-1452
[19] 黄钟晖.盾构法隧道错缝拼装衬砌受力机理的研究[D].2001:12-86
[20] 林永国.地铁隧道纵向变形结构性能研究[D].2001:8-78
[21] 臧小龙.软土盾构隧道纵向结构变形研究[D].2002:18-86
[22] 小泉淳，村上博智，西野健三.ツ—ルドトネルの方向特性のモデルイヒにつぃて[A].土木学会论文集[C]，1988:79-88
[23] 高松伸行，等.二次覆工されたツ—ルドトンネル方向曲げ特性のモデル化につぃて[A].土木学会论文集[C].1993:97-106
[24] 志波由纪夫，川岛一彦，大日方尚己，加尚史.ツ—ルドトネルの耐震解析にる手方向覆工刚性の评价法[A].土木学会论文集[C].1988:319～327
(一)试验概况
盾构隧道一般采用预制管片拼装式的衬砌结构，荷载作用下衬砌结构的径向位移、管片间接缝内外张合位移是衡量其结构变形状态的基本指标。本试验以典型盾构隧道衬砌结构为背景，进行圆形隧道通缝拼装衬砌结构极限承载试验，探求隧道结构衬砌环受荷后变形特征，获得结构极限承载力，分析结构变形随荷载发展规律，指导工程实践。试验采用的钢筋混凝土预制管片厚度0．35m，环宽(沿隧道纵向尺寸)1．2m。拼装出的圆环衬砌结构外径6．2m，内径5．5m。全环分为4种类型的6块预制管片，如图1所示，包括1个封顶块(F块)、2个邻接块(L1和L2块)、2个标准块(B1和B2块)和1个底块(D块)。根据地铁圆形盾构隧道衬砌结构受力特点，多个集中荷载近似地层压力分布荷载。圆形装配式衬砌环水平放置，由24个拉杆式反力架形成汇于中心钢环的对拉加载框架12对，整个加载装置构成一个自平衡体系，如图2。整个试验从设计准备至后期数据处理全周期长达1年时间，如此大规模长周期的结构试验很难组织学生进行试验现场的参观学习，因此，采用多媒体信息技术对试验设计、实施、收尾全过程进行记录，并配以解说，用于课题教学，让学生全面了解试验过程。同时，对于本试验而言，完整试验过程的视频记录十分重要。由于地铁盾构隧道极限承载力试验参与人员众多，试验加载持续时间长，涉及因素众多，在试验全过程中，试验人员难以完整记录试验现象，在试验结束后也很难重现试验现象。试验全过程的视频记录可较为完整地记录试验实施过程及期间发生的各种试验现象，在一定程度上突破时间的限制，把一次性不可重复的试验过程变成可反复观察、研究的多媒体信息资料，以便于后期试验的分析和研究。
(二)试验视频制作
盾构隧道极限承载力试验视频制作过程包括脚本撰写、素材采集和后期制作三个步骤，视频涉及大量土木工程专业知识，试验人员全程参与视频制作。1．脚本撰写试验多媒体视频的基础是设计视频内容框架，撰写视频脚本。脚本的好坏直接关系到素材采集的完整性和可行性，乃至于最终的视频质量。由于学科差异较大，视频素材采集和制作人员在土木工程专业知识上存在明显空缺。因此，视频脚本务必要通俗易懂、可操作性强。首先，明确拍摄目的。本视频基于地铁盾构隧道极限承载力试验，通过记录试验准备、试验设计、试验实施和试验结果处理和现象分析的全过程，为土木工程结构试验教学提供素材和依据。因而，视频重点应为试验各部分原理、设计思路的介绍和试验过程的完整记录。其次，设计视频完整框架。视频框架与试验进行的流程一致，主要包括试验背景、试验目的、试验设计、试验过程和试验结果五个部分，按照时间的顺序清晰完整地展现整个盾构隧道极限承载力试验设计、实施和后期结果处理全过程。最后，撰写试验视频脚本。脚本内容根据试验先后顺序分为五个部分。(1)引言。地铁盾构隧道极限承载力试验由同济大学土木工程学院、上海申通地铁集团技术中心、上海隧道工程设计院、上海隧道股份有限公司共同实施完成。(2)试验背景和目的。上海地铁盾构隧道投入运营多年，逐渐进入衬砌结构的频繁维护期。为确保衬砌结构的安全，需要对地铁衬砌结构的承载性能有进一步的研究，了解结构变形特征和安全系数，探求运营地铁隧道衬砌结构维护的理论依据和技术手段，为此特进行盾构隧道极限承载力试验研究。(3)试验设计。试验设计主要包括设计准备工作、试验场地、试件介绍、加载系统和测量系统。试验设计前进行了大量的调研准备工作，对相关试验的设计和实施进行了深入研究，并结合理论计算确定试验各加载点荷载比值。试验在同济大学抗火实验室进行，实验室内设施齐全、空间宽敞，适宜进行本次试验。本次试验采用的试件为上海市盾构隧道标准衬砌试件，试验加载经过精心设计，为模拟盾构隧道衬砌结构在土体中受力情况，采用3组24点径向加载。试验测量系统以机械测量与光学测量两种方法结合，更加准确地观察和描述试验现象，测量的主要内容包括径向位移、接缝张开、接缝错台、混凝土应变和螺栓应变。(4)试验过程。试验过程主要包括荷载设计和控制程序、试验准备、试验过程和试验收尾工作。加载过程前半段为荷载控制阶段，后程为位移控制阶段，模拟实际工况中侧向土压力达到被动土压力后不再增加的情况，同时定义了试件的破坏标志。试验准备阶段的主要工作包括场地布置、吊装衬砌管片和加载装置、测件安装和预加载。在试验人员检查测量设备、准备测量记录试验现象后，正式加载开始。试验卸载后再次描绘衬砌结构上裂缝开展情况，现场对管片进行拆卸。(5)试验成果。通过盾构隧道极限承载力试验获得了测试数据整理报告和上海地铁衬砌整环结构极限承载力试验研究综合报告，主要包括衬砌结构分析计算结果和试验测试结果的比较分析，试验研究主要结论以及运营隧道衬砌结构修复加固建议指南。2．素材收集相比于普通多媒体视频制作的素材采集过程，试验视频的素材采集过程在很大程度上受试验进度制约。试验的设计准备阶段时间跨度长，素材采集有选择地针对其中关键部分进行拍摄。而盾构隧道衬砌结构的正式加载时间持续大约12个小时，各加载步骤和数据采集均按照试验前制定的流程操作，需要采集内容集中且不可重复，所以特设置多台相机，严格按照视频脚本进行素材采集。合理安排采集进度和正确选择采集内容保证了素材收集的完整性，提高了工作效率，素材采集工作有条不紊地进行。同时，为防止视频制作人员因土木工程专业知识的欠缺导致对素材采集重点把握的不准确，每次素材采集前试验人员会按照视频脚本再次明确素材采集内容，保证素材收集的完整性。3．后期制作完成视频素材收集后，根据视频脚本进行，对所收集素材进行剪辑、选择、整合与变换，制作盾构隧道极限承载力试验视频多媒体文件。后期制作的主要工作包括素材剪辑整合和视频配音两个部分。(1)素材剪辑整合。为满足结构试验课堂教学要求，整个视频的长度控制在30分钟以内。视频需要完整展现整个试验从设计准备到结束收尾全过程，使学生对结构试验整体流程有清晰的认识。因此，试验视频需具有简洁性和完整性。视频脚本对所拍摄的视频素材进行筛选，剔除重复和次要内容，将筛选后的视频素材与文字、音频和图片素材有机组合，辅以视频过渡动画，完成视频初稿。(2)视频配音。试验参与人员对照视频原稿和脚本文件，完成配音讲稿的撰写，如表1，再应用专业音频处理软件进行视频的配音工作。完成视频内容制作后，按照相应的格式将视频文件导出，便于其和播放。
(三)视频多媒体的应用
大型土木工程结构试验，由于场地和试验进度等条件限制，往往难以大范围组织学生现场参观或参与。试验原理和试验过程的讲述较为抽象，学生大多时候只能机械记忆试验内容和方法，对试验设计的原理过程和具体的操作没有深入理解。本视频完整记录了盾构隧道衬砌结构极限承载力试验从设计准备到试验收尾的全过程，通过对各部分原理和具体操作的具象展示，其用于课堂教学之中，相比于传统的试验教学有巨大优势。(1)激发学习兴趣，提高学习热情。运用视频系统记录土木工程结构试验全过程，通过后期剪辑制作，形成完整试验视频。试验视频图文并茂、视听一体，便于学生接受，有利于提高学生学习兴趣。(2)全方位刺激感官，提高教学效果。相比于传统课堂教学，多媒体信息技术用于试验教学，为学生提供听觉和视觉上更全面的感官刺激，有利于提高教学效果。此外，大型土木工程结构试验准备周期长、试验费用高，多媒体视频完整记录试验过程，借助其传播途径的便捷性，更多学生接触此类试验、了解实验过程，享受优质教育资源，实现教育资源的公开化、公平化。
(四)结语
[关键词]隧道工程；应用型人才；工程实践；教学方法
1隧道工程课程的必要性
伴随着国家新型城镇化建设、新一轮西部大开发、一带一路，海绵城市、城市地下综合管廊，城市轨道交通等战略发展规划，这将为我国隧道及地下工程领域技术发展带来契机。在这种情况下，将会出现越来越多地质条件复杂的隧道及地下工程，这必然需要有大量理论基础扎实、实践经验丰富的专业技术人员[1]。在此背景下，贵州理工学院土木工程专业(道路与桥梁工程方向)开设隧道工程课程，其中隧道工程是土木工程专业(道桥方向)一门非常重要的专业课程。隧道工程课程是一门综合性、实践性极强的专业课，该课程内容与工程实践联系密切。课程内容涵盖隧道工程的勘测设计、主体结构及附属建筑设计、隧道施工方法以及隧道运营管理养护维修等。由此可见，隧道工程这门课程对土木工程(道路与桥梁工程方向)专业技术人才的培养尤为重要。
2人才培养定位
贵州理工学院是在党中央、国务院的亲切关怀和教育部、贵州省委省政府的大力支持下，应中共贵州省委、贵州省人民政府实施工业强省战略和城镇化带动战略对理工类应用型人才之需，于2013年4月18日成立。学校以学生学习成效为导向的工程教育模式，注重学生创新创业素养和工程实践能力的培养，为社会培养“强责任、精技术、善管理、重实践、求创新”的高素质应用型人才。在学校人才培养的定位下，土木工程专业(道路与桥梁工程方向)为更好适应市场经济的发展，旨在培养具有深厚理论基础、适应能力强、注重工程实践的高素质应用型人才。因此，与传统教学模式相比，此人才培养的定位就促进了该课程教学体系、课程教学模式以及教学方法等方面的改革；教学方式的灵活运用、激发学生学习的积极性和主动性、教学效果的不断提高才能满足人才培养的需求[2]。
3隧道工程课程教学过程中存在的问题
在土木工程专业(道路与桥梁工程方向)人才培养目标的定位下，传统的教学模式很难达到其培养的效果。对于隧道工程这门综合性、实践性极强的专业课来说更是如此。通过对毕业生就业后跟踪调研、社会人才需求情况以及在读学生问卷调查等方面的调研，传统的隧道工程课程教学过程中存在以下问题：(1)学生学习兴趣低，主观能动性差。该课程专业理论知识比较强，学生接触实际工程案例少，导致学生对所学知识不甚理解，甚至完全不懂。部分学生不知如何将该课程知识应用于以后工作中。因此，由于这些因素的存在将导致学生学习积极性降低。(2)学习实际操作目标要求不明确，且可操作性差。(3)多采用“以讲为主”的单一教学方式和教学方法。此方法对于培养理论基础、适应能力强、注重工程实践的高素质应用型人才方面是不利的。(4)课程教学内容与学时安排不当。隧道工程课程知识点较多，涉及隧道工程的勘察、设计、施工、管理全过程。各个知识点本身相对独立，但是在特定的条件下它们之间又相互交叉，这就显得结构体系松散、重点不便于学生把握，学生不知从何学起[3]。此外，在制定培养方案时课程学时从最初的54学时被压缩到36学时，这与课程教学内容知识点较多不匹配。(5)教学内容设置主要依据教材，目前，教材种类繁多，且结构体系混乱[4]，部分教材更新较慢，难以适应科技进步的变化。(6)课程教学与实践脱节严重，影响对所学知识的理解与掌握[4]。隧道工程是专业实践性和应用性强较强的课程，学生只有到隧道工程施工现场，才能更好地理解和掌握所学知识。(7)传统教学考核方式单一，主要以期末考试结果作为评价学生学习效果的依据。此种评价方式不利于培养学生的综合素质。综上所述，针对隧道工程课程传统教学存在的问题，以及社会对土木工程专业(道路与桥梁工程方向)的人才需求，笔者结合隧道工程课程的特点和贵州理工学院人才培养定位，对隧道工程课程教学方法改革进行探索。
4隧道工程课程教学改革探索
隧道工程课程是土木工程专业(道路与桥梁工程方向)的专业课，更是一门实践性较强的课程，在人才培养方案中设置集中实践课程“隧道工程课程设计”。在传统教学过程中，一般将课程设计设置在学期末。在笔者教学过程中发现，由于传统教学方式存在的问题，导致学生对理论知识的掌握程度较低，在进行课程设计实践课时存在较大的困难。此时，实践课的设置所起的作用不大。针对这种现象笔者提出以成果导向、课堂讨论、实践与理论相结合的教学方式，充分发挥和调动学生的自主学习能动性。
4.1课程教学方法介绍
在隧道工程课程改革中，笔者采用以学生为主体的成果导向+课堂讨论式教学方法。概括讲，课程主要以实践教学为主。教师将结合实际工程将课程设计按内容分模块，每个模块制定主要纲要，学生针对每一模块纲要搜集相关资料并进行自学，课堂分组汇报讨论，教师针对学生汇报情况进行总结点评，对学生不理解存在问题的知识的进行详细讲解，学生根据汇报讨论结果形成各模块成果，当所有模块成果完成后，按章节进行汇总形成隧道工程课程设计最终成果。成果导向+课堂讨论式教学方式不仅能够充分调动学生的自主学习兴趣，进而激发学生对课程知识的探索欲望。此教学方法要顺利完成共包括6个教学环节。(1)对学生进行分组。每组设定一名组长，负责本组任务分布。对每一个模块按纲要进行资料收集、整理和自学，最终形成汇报成果。成果汇报人则课堂随机抽取，这样就避免了个别同学不参与的现象，同时也锻炼了学生的团队协作精神。(2)教师按课程设计大纲要求制定每一模块纲要，分组完成后，按时发布每一模块纲要和要求。如隧道工程课程设计第一部分隧道的勘测设计，则需要学生去学习隧道的勘察内容、方法、勘察报告以及隧道线路设计、洞口位置选定等内容。同时给出每一个知识点要求的掌握程度。(3)学生根据每一模块要求，收集资料、查阅相关教材、期刊、规范等文献，通过小组共同学习最终形成汇报成果。为保证让所有学生参与，每组每一模块设计要求不同。学生通过自主学习[5-6]，及时发现问题，小组讨论更能加深对知识的掌握和理解。同时也提高了学生独立思考和分析问题的能力。(4)课堂汇报，每组由教师随机抽取一人进行汇报，汇报时间10分钟左右。通过小组汇报，提供了知识不同的理解思路，互相学习及解决疑惑的机会，同时也丰富了课堂内容，活跃课堂气氛，在一定程度上拓宽了学生视野，加深学生对知识点的理解和掌握。(5)教师总结点评，对每一组汇报内容进行总结点评，指出每小组做的好的方面以及下一次需要改进的地方。同时对学生都存在疑问的知识进行详细讲解。最后，针对汇报模块相关知识点进行一个系统讲解，让学生根据自学、课堂汇报、讨论以及教师讲解加深对知识的掌握，梳理知识点形成完整的知识体系。同时根据每个模块知识特点引入相关工程实例、视频动画等加深学生对知识的理解和掌握。在条件允许的情况下，到施工现场参观学习。(6)最后学生根据自学、小组讨论、汇报、教师点评总结和知识点讲解，对模块内容进行归纳和梳理形成课程设计各模块成果。对各模块成果进行梳理汇总形成隧道工程课程设计最终成果。以学生为主体的成果导向+课堂讨论式教学方法包含了以上6个教学环节，采用此教学方法后学生对隧道工程课程知识的掌握程度远远高于传统教学模式。
4.2课程考核方式
传统教学考核方式较为单一，主要以期末考试结果作为评价学生学习效果的依据。此种评价方式不利于培养学生的综合技能。以学生为主体的成果导向+课堂讨论式教学方法的考核方式主要考察学生的综合素质，体现在对课程学习的全过程。包含平时表现和最终成果质量以及最终成果的答辩情况。平时表现主要体现在资料收集、整理、自学、课堂汇报和课堂参与度等方面。
4.3能力培养
以学生为主体的成果导向+课堂讨论式教学方法与传统教学模式相比，需教师和学生都要付出更多时间和精力。但对学而言，不但加深对知识点的掌握程度，还提高了各种能力的培养。(1)培养了学生自主学习的能力；(2)提高了学生的语言表达能力；(3)提高了学生的团队协作精神；(4)增强了学生的实践和创新能力。
认识实习学生是以技术人员助手的身份参加土木工程建造的现场施工和管理工作，在实习前已学完所有基础理论课程，以及《钢筋混凝土结构基本构件》，《地基与基础》，《土木工程施工》和《工程造价》等专业课程；在实习中应深入土木工程施工现场，认真实习，获取直接知识，巩固所学理论，完成实习指导人（现场工程师或技术人员）所布置的各项工作任务，培养和锻炼独立分析问题和解决问题的能力。其主要要求为：
1，通过实习了解建筑构造，结构体系及特点；了解某些新建筑，新结构，新施工工艺，新材料和现代化管理方法等。丰富和扩大学生的专业知识领域。
2，通过生产实习，使学生对典型土木工程的单位或分部工程的结构构造，施工技术与施工组织管理等内容进一步加深理解，巩固课堂所学内容。了解拟定典型分部分项工程的施工方案和控制施工进度计划的方法。
3，通过现场实习了解建筑业企业的组织机构及企业经营管理方式；对施工项目经理部的组成，施工成本的控制，生产要素的管理有所了解。
4，参加实际生产工作，灵活运用已学的理论知识解决实际问题，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
5，学习广大工人和现场技术人员的优秀品质，树立刻苦钻研科学技术为祖国现代化多作贡献的思想。学习土木工程施工质量管理的基本方法；对土木工程施工质量的过程控制有所了解。了解现行的国家有关工程质量检验和管理的标准。
二、实习内容
1，看懂实习工程对象的建筑，结构施工图；
了解工程的性质，规模，生产工艺过程，建筑构造与结构体系，地基与基础特点等，提出个人对设计图纸的见解。
2，参加单位工程或分部工程的施工组织管理工作（完成下列的1~2项）；
①参与拟定施工方案（土方工程和基础工程施工方法，主要承重结构施工方法，屋面工程以及施工技术措施等），并独立完成部分工作。当已有施工方案时，可通过熟悉方案并结合现场实践提出个人见解。
②参与编制工程施工进度计划或施工平面图，当已有此两种资料时，可通过了解编制方法，执行情况和现场管理等提出个人见解。
③完成单项作业设计工作（模板配板设计，土方工程施工设计，整体式钢筋混凝土基础或大型设备基础施工设计，构件预制与安装工程施工设计及装修工程施工设计等）。
④参加或熟悉施工预算的编制；
⑤参加施工项目管理实施规划的拟定。
3，学习1~2个主要工种工程的施工方法，操作要点，主要机具设备及用途，质量要求以及本人提出的合理化建议及设想等；
4，了解施工单位的组织管理系统，各部门的职能和相互关系，了解施工项目经理部的组成，了解各级技术人员的职责与业务范围；
5，了解新技术，新工艺，新材料及现代施工管理方法等的应用，了解施工与管理的新规范；
6，参与现场组织的图纸会审，技术交流，学术讨论会，工作例会，技术革新，现场的质量检查与安全管理等；
7，了解在施工项目管理中各方（业主，承包商，监理单位）的职责；
8，了解施工项目管理的内容和方法。
三、实习程序与实习安排
在实习前，土木工程学院负责对实习学生进行实习动员。生产实习的方式主要有集中实习和分散实习两种，实习学生根据具体情况进行选择。对分散实习这种方式学院事前加强管理（审核接收实习生的单位的情况），事中严格检查（派有经验的教师到实习集中城市检查），事后认真评审（派有施工经验的教师评审生产实习日记，实习报告，并组织答辩）。
实习过程随具体工程而定。
土木工程专业的生产实习一般安排在工程测量，工程材料，钢筋混凝土结构，土木工程施工等相关课程结束后开始，在第六学期末和第七学期初之间进行（有时需利用一部分的暑假时间），时间为一周。
四、实习方法与实习指导
生产实习的组织形式主要有集中实习和分散实习两种。
1，集中实习：由土木工程学院组织实习队，委派带队教师带领实习生在事先联系好的实习单位，学生服从分配，积极主动的到所派遣工地进行实习，到工地后应尽快地了解所在实习单位的组织结构及工程情况，主动找实习指导人联系，服从指导人的安排，为圆满地完成实习任务而努力工作。
2，分散实习：由实习学生自己联系实习单位。实习生在联系好。习单位后及时将联系实习回执（见附录一）寄给土木工程学院教学办公室，经审核同意后方可进行实习；学生进入实习工地后，在现场实习指导人（工地上具有一定职称技术管理人员）的指导下，根据实习大纲要求和实习项目的特点制定实习计划；在实习期间，实习生应与指导人经常保持联系，并按照计划完成生产实习的各部分实习内容，记录实习日记，自觉遵守实习纪律和有关规章制度，接受日常实习考评，在分散实习生较集中的城市，土木工程学院委派教师进行期间检查和指导。实习结束后，应认真整理和完成有关实习成果，并接受实习答辩。
五、实习总结
实习单位应选择有一定施工水平和技术能力的施工企业，不宜选择设计单位，业主单位和工程监理单位作为实习单位。实习对象应选择中型的工业与民用建筑工程，其结构类型应以钢筋混凝土结构，多层砖混结构，装配式单层工业厂房为主，所选项目，应尽可能在基础和主体结构施工高峰时期，以一个项目为主要实习对象并兼顾其他分部分项工程，实习期间应参加两个以上分部分项工程的施工。实习单位应具备中级以上技术职称施工技术与管理人员。
土木工程实习计划书一、实习目的
将学习的理论知识运用于实践当中，反过来还能检验书本上理论的正确性，有利于融会贯通。同时，也能开拓视野，完善自己的知识结构，达到锻炼能力的目的。让我们对本专业知识形成一个客观，理性的认识，从而不与社会现实相脱节。
二、实习时间
20xx年xx月xx日至20xx年xx月xx日
三、实习地点
xxxx地区
实习团队：土木工程道桥专业全体师生。
四、实习要求
（1）实际观察各种路桥模型，理论联系实际，认识并了解路桥的结构。
（2）通过自己实地的观察并记录，了解公路的交通量，计算一般地市内公路桥梁的交通压力。
（3）了解板的配筋方法、施工要领。
（4）了解桥梁交通中的作用、及其与道路线型的主从关系。
（5）了解桥址选择依据，及其与河流走向的关系的内容和要求。
（6）了解立交在城市交通中的作用及其主要组成部分。
（7）了解桥梁、板桥、斜拉桥等的结构构造特点。
五、实习内容
实习期问我们一共听了两个讲座，分别由老师给我们讲述了专业方面的最新成果与进展。即河南理工大学土木工程学院土木工程道桥教研室的李辉老师与褚怀宝老师讲的，给我们做的是关于道路工程及隧道工程的报告，甘老师从道路工程的起源讲到最新一些道路发展的现状，从能源与环境的关系着重强调了，做为新一代的祖国建设者不仅要存结构上，形式上令人满意，还要做到节约，与环境的相和谐的发展观。以下为简要记录：道路工程学是从事道路的规划、勘测、设计、施工、养护等的一门应用科学和技术，是土木工程的一个分支。道路通常是指为陆地交通运输服务，通行各种机动车、人畜力车、驮骑牲畜及行人的各种路的统称。道路按使用性质分为城市道路、公路、厂矿道路、农村道路、林区道路等。城市高速干道和高速公路则是交通出入受到控制的、高速行驶的汽车专用道路。道路工程历史源远流长。历最早的原始社会人群，因生活和生产的需要，形成天然原始的人行小径。以后要求有更好的道路，取土填坑，架木过溪，以利通行。当人类由原始农业到驯养牲畜后，逐渐利用牛、马、骆驼等乘骑或驮运。这种生产力的飞跃进一步要求更适用的道路，因而出现驮运道。
道路工程学的研究内容主要有：道路网规划和路线勘测设计、路基工程、路面工程、道路排水工程、桥涵工程、隧道工程、附属设施工程和养护工程等。道路网规划应考虑各种交通运输综合功能的协调发展，路网布局的完善。路线勘测设计应选定技术经济化的路线，对平、纵、横三个面进行综合设计，力争平面短捷舒顺、纵坡平缓均匀、横断面稳定经济，以求保证设计车速、缩短行车时问、提高汽车周转率。对路基、路面、桥梁、隧道、排水等构造物进行精心设计，在保证质量的条件卜降低施工、养护、运营和交通管理等费用。
路基既是路线的主体，又是路面的基础并与路面共同承受车辆荷载。路基按其断面的填挖情况分为路堤式、路堑式、半填半挖式三类。路肩是路面两侧路基边绦以内地带，用以支护路面、供临时停靠车辆或行人步行之用。路基土石方工程按开挖的难易分为土方工程与石方工程。路基工程在道路建设中，工程量大、占地广，常为控制施工进度的关键，故要求尽可能与沿线农田水利建设相结合并力争节约用地；按照标准设计，严格控制施工质量，保证路基具有足够的强度和稳定性；搞好排水和防护加固工程，沿河路基应注意不被洪水淹没冲毁；填方工程应慎选土质并分层夯实，对其密实度和含水量进行现场控制；冰冻地区还应设置防冻层或设置隔水层和隔温层，切断毛细水，减少负温差的不利影响；当路线通过悬岩峭壁需修建悬出路台或半山桥，陡峻坡则需修筑挡墙、石砌护坡或护脚等工程以保证路基和山体的稳定；当路线不能避让必须通过特殊或不良地质、水文的地区或路段时，路基工程应针对其具体情况和特征，采取防治措施。为适应行车作用和自然因素的影响，在路基上行车道范围内，用各种筑路材料修筑多层次的坚固、稳定、平整和一定粗糙度的路面。其构造一般由面层、基层（承重层）、垫层组成，表面应做成路拱以利排水。路面按其使用特性分为高、次高、中级、低级路面四级。按其在荷载作用下的力学特性，路面可分为刚性路面和柔性路面。水的作用是造成路基、路面和沿线构筑物的病害和冲毁的主因。
根据来源不同分为地表水和地下水。地表水若沿道路表面流向或渗入路基土内时，可能将冲毁路基的路肩和边坡以及路面；地下水能使路基湿软，降低土基强度和路面承载力，严重时可引起翻浆或边坡滑坍，导致交通中断。排水工程要与水利灌溉相配合，地面排水和地下排水兼顾，路基路面排水与桥涵工程相结合。
总的要求是查明情况，全面考虑，因地制宜，就地取材，防重于治，经济适用，多种措施，综合治理，构成一个统一的排水系统。
褚怀宝老师讲到隧道和地下工程随着我国经济和人民生活水平的提高而进一步发展和推广。隧道和地下工程已经是解决我国交通和工业的和很有前景的一门科学。隧道是一1种地下工程结构物，通常是指修筑在地下或山体内部，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线通过的通道。隧道一般包括交通运输方面的铁路、公路、航运和人行隧道；城市地下铁路和海底、水底隧道；军事工程的各种国防坑道；水利发电工程方面的各种水工隧道或隧洞等。
隧道工程是指从事研究和建造各种隧道的规划、勘测、设计、施工和养护的应用科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。目前，大部分隧道的设置以交通运输为主要目的，穿越山岭、河流、港湾等障碍，修建地下铁道，缩短交通线路，改善线形，可提到车辆行驶速度，以获得良好的经济效益和社会效益。除此之外，在水电工程中设置各类水工隧道可实现引水、排水、通风等目的；在市政工程中，设置各类公共隧道可实现污水排放、管线铺设等目的。隧道的这些功能，决定了其一般在长度方向上有较大的尺寸，多数长度为几千米道几十千米，有的甚至更长。而横断面的尺寸则相对较小，一般仅几米到几十米。断面较小的隧道，一般不作为交通设施，仅用于污水排放和水、气管道、电缆、通讯线路等敷设用途，这些通道常常也被称为隧硐、导沟、管沟等。断面较大、长度较短的隧道所形成的地下空问，一般有其专用功能，如作为地下变电站、地下停车场、地下仓库、地下广场等。
六、实习总结
首先，利用隧道可以实现各种运输线路直线等穿越山岭而不必盘山绕岭。
其次，隧道还可以改善线路中的车辆运行情况和提高线路的运行能力。
其三，隧道是一项隐蔽在地下、水下或山体内部的重要结构。
【关键词】隧道；设计理论；施工技术
改革开放以来，我国经济发展迅速，城市规模不断扩大，城市人口剧增，许多城市不同程度地出现了建筑用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞等问题。这些问题给人类居住条件带来很大影响，阻碍了现代城市的可持续发展。为了缓解以上问题，我国及世界上其他各国都开始向地下空间发展，隧道工程便是对地下空间利用的一种体现。与西方发达国家相比，我国隧道建设起步较晚，存在施工经验不够丰富、设计理念不够先进等问题。不过，改革开放以后，我国隧道工程发展迅速，各种隧道工程的建设为我国隧道理论的发展、完善提供了宝贵的经验。
一、隧道工程理论
隧道设计理论主要有两种，一种是二十世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”，其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。
另一种理论是二十世纪50年代提出的现代支护理论，即“围岩承载理论”（简称“岩承理论”），其核心内容是：围岩稳定显然是其自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定确实有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能进入稳定状态。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，半个世纪以来已被工程界广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。
二、隧道超前地质预报
隧道建设是一项十分复杂的工作，为了防止发生重大工程事故，确保施工过程中的稳定和安全，必须认真做好超前地质预报工作，尽可能详细地调查隧道位置的区域工程地质、水文地质情况，施工过程中应做到勤监测，密切注意围岩状况，及时发现异常情况，以保证后续工作的顺利开展。
隧道超前地质预报不仅可以进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质和水文地质条件，指导工程施工的顺利进行，而且还可以降低地质灾害发生的几率和危害程度，并为优化工程设计提供地质依据。由此可见，隧道超前地质预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。因此，对隧道超前地质预报工作应给予足够的重视。
三、隧道施工方法以及选择原则
目前，常用的隧道施工方法有矿山法（又称钻爆法）、新奥法（我国称为“锚喷构筑法”）、明挖法、盖挖法、盾构法、掘进机法、沉埋法（又称沉管法）。
矿山法指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。 矿山法是一种传统的施工方法。它的基本原理是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能坍落。矿山法施工的基本原则是“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”。
“新奥法”是奥地利隧道学家腊布希维兹教授在总结锚喷支护技术的基础上首先提出的，简称为NATM（New Austrian Tunnelling Method）。它是采用锚杆和喷射混凝土作为初期支护，达成围岩的基本稳定，带隧道开挖完成后，在逐步地作内层衬砌作为安全储备，以保持隧道长期稳定的施工方法。至今，可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM.新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
明挖法指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构法开挖隧道通常适用于软土而不适用于岩石中。
掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。简称TBM法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。分为：全断面掘进机的开挖施工，独臂钻的开挖施工，天井钻的开挖施工，带盾构的TBM掘进法。
沉埋法指的是将箱形或管形水泥混凝土预制构件，分段沉埋至河底或海底而构成隧道的施工方法。
目前常用的隧道施工方法主要有上述几种，不同的施工方法有各自的适用范围，在具体工程中选择何种方法应遵循以下原则：在选择隧道施工方法时，应综合考虑围岩工程地质、水文地质条件、隧道工程结构条件和工程施工条件，使所选方法与围岩自稳能力、工程地质条件以及隧道断面大小、形状相适应，并应满足施工技术水平、施工安全、作业空间、施工速度、施工成本控制、工程质量、环境保护、施工组织和管理方面的要求。
四、隧道支护
隧道支护结构的基本作用是保持隧道断面的使用净空，防止岩体质量的进一步恶化，同围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，承受可能出现的各种荷载。此外，支护结构必须能够提供一个能满足使用要求的工作环境，保持隧道内部的干燥和清洁。
隧道的支护主要有初期支护和后期支护。初期支护的主要作用是承受“早期围岩压力”，帮助围岩达到“基本稳定”，以便安全、顺利地挖除坑道内岩体，保证隧道在施工期间的稳定和安全。初期支护的常用方法有锚喷支护和超前支护。后期支护的作用主要是承受后期围岩压力，并提供“安全储备”，以及满足构造、美观、降阻和耐久等方面的要求，保证隧道在服务期的长期稳定和安全。
五、隧道工程施工质量检测
隧道工程试验检测工作是隧道工程施工技术管理中的一个重要组成部分，同时也是隧道工程施工质量控制和竣工验收评定工作中不可缺少的一个主要环节。工程实践经验证明，不重视施工控制和施工现场质量的控制管理工作，而仅靠经验评估是造成工程出现早期破坏的重要原因。因此，要想切实提高隧道工程施工质量，缩短施工工期，降低工程投资，在建立健全工程质量监测制度的同时，必须配备一定数量的试验检测设备和相应的专职检测技术人员。
六、我国隧道发展方向
改革开放以来，我国隧道建设事业蓬勃发展，目前我国隧道数量已经跃居世界第一位。但我国仅仅是一个隧道大国，而非隧道强国，与西方发达国家相比，我国隧道建设还存在着机械化施工程度不高，施工工艺不够先进，质量控制不够严格，工程事故频发等缺陷。隧道技术的发展表明，今后我国隧道技术的研究方向为：非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面。
参考文献：
[1]隧道安全施工技术手册 傅鹤林等编著 北京：人民交通出版社 2010.6
[2]隧道施工技术 陈小雄主编 北京：人民交通出版社 2011.6
[3]隧道工程 王成主编 北京：人民交通出版社 2009.8
[4]地下建筑结构设计（第二版） 王树理主编 北京：清华大学出版社 2009.11
作者简介：
张毅鹏（1991—），男，郑州大学 土木工程学院 2010级土木工程专业 四班。
关键词：拟建建筑；既有隧道；模拟分析；
中图分类号：U45文献标识码： A
作者简介：曹利凌(1989-),女，汉族，山东烟台人，毕业于青岛理工大学土木学院，研究方向：建筑与土木工程
曲磊，(1988-),男，汉族，山东青岛人，毕业于青岛理工大学土木学院，研究方向：结构工程
1.引言
随着随着国民经济的恢复和发展，科技技术的飞速发展，人们生活水平不断提高，城市呈现出空间紧张状态――城市用地越来越紧张，城市生活越来越拥挤，城市建筑越来越密集，原有的地面交通已经不能满足高节奏的城市生活了。人们转向了对地下空间的开发利用-----隧道成为城市地下交通的主要网络命脉，与此同时隧道的安全性也随之成为一个重要的课题，隧道周边地面上进行建筑施工到底会对既有的隧道产生怎样的扰动，会不会导致隧道失稳破坏，隧道周围岩土体的应力应变会发生怎样的变化，距离隧道的安全距离究竟是多少最合理，何充分利用地下空间的同时，又不浪费宝贵的地上空间，做好两者的协调，是关系城市和谐发展、正常运转的关键问题！
2、工程项目简介
2.1 拟评价建筑B-2#与隧道位置关系
B区主要建筑物：分别为：B-1#、B-2#、B-3#、B-5#、B-6#，建成后均为地上32层，地下1层。其中，B-2#距离隧道的位置较近，其建造可能对隧道的影响最较大，其连线与隧道断面垂直，可以同时对邻近的隧道断面产生影响。筏板基底最大内力均为0.65MPa，基础标高为10.6m左右，地基上部约为5m的土层，其余为风化岩层。每座主要建筑物的占地面积约为600m2，其中距隧道断面较近的B-2#楼房与隧道边线的距离分别为34.063m。B区楼房的平面布置见图2.1所示，B-2#与隧道断面的相对位置示意图如图2.1所示。
2.2隧道断面、材料介绍
B-2#建筑物处临近的隧道拱部采用Φ25mm中空锚杆进行支护，锚杆长度为3.5m，锚杆间排距为1000mm×1000mm。采用Φ8mm钢筋网，网格间距为200mm×200mm，初衬厚度为0.5m，喷射C25混凝土，二衬厚度为0.25m，采用C35混凝土。隧道断面的衬砌形式如图2.2所示。
图2.1B区楼房平面布置示意图图2.2Ⅳ级围岩隧道断面衬砌图
3 . B区B-2#楼模拟结果与分析
3.1B-2#荷载施压前后对隧道周围岩土体应力影响分析
从图3.1中可以看到，施加拟建B#2楼楼房荷载后，隧道周围岩土体最大拉应力为1.520MPa，拉应力区主要在靠近拟建建筑物一侧围岩壁上；隧道周围岩土体最大压应力达到0.025Mpa，压应力区主要集中在拱顶和拱底处的围岩上。
图3.1B-2楼施加一半、全部荷载后岩土体的最大主应力
3.2B-2#荷载施压前后对隧道周围岩土体竖向位移影响分析
从图3.2可以看到，荷载施加前后，拱顶的竖向位移变化为1.8mm；对拱底的位移变化影响可忽略不计；
图3.2B-2楼施加一半荷载、全部后与隧道轴线垂直的截面岩土体的竖向位移
4. 小结
本文运用三维有限元分析软件MIDAS/GTS模拟了拟建筑B-2#建筑对隧道的影响，分析了基坑开挖、荷载施压这两个阶段隧道周围岩土体的应力场、位移场发展变化情况，给出了建筑施工过程中造成土体内应力重分布的过程，对评价新建建筑B-2#对已有隧道的影响有可行性。
通过数值模拟分析结构指导施工过程应注意的问题：
(1)基坑开挖以及施加荷载的过程中势必会造成应力的重分布，隧道的拱底和拱顶以及靠近基坑一侧的围岩要进行适当的加固，尽量避免对围岩的扰动；
(2)在建筑物施工的工程中，不可避免的会对隧道造成扰动，应做好位移监测工作和加固措施。
参考文献
[1] 刘浩.既有隧道上新建高层建筑对其影响的测试分析[D].长沙：中南大学.2009.2-6
