孫金山　左昌群　陳建平

摘要：隨著地下工程行業(yè)的發(fā)展及其對專業(yè)人才實踐水平需求的提高，高等院?！兜叵陆ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容亟需根據(jù)專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。論文分析了當(dāng)前出版的《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》方面的教材在實際教學(xué)應(yīng)用過程中存在的問題與缺陷，在此基礎(chǔ)上以畢業(yè)生實踐能力提高和行業(yè)發(fā)展需求為核心目標(biāo)，依托最新的設(shè)計研究成果構(gòu)建了新的《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容體系。

關(guān)鍵詞：地下建筑專業(yè)；地下建筑結(jié)構(gòu)；教學(xué)內(nèi)容；教材

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）48-0089-02

一、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市房地產(chǎn)、交通、市政、礦業(yè)、水利水電和國防等行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，地下工程行業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。大量的地鐵隧道、公路隧道、地下礦山、地下電站和地下洞庫及城市地下空間亟待修建，因此，行業(yè)的發(fā)展也亟需大量的專業(yè)人才。如何培養(yǎng)一大批合格的能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展要求的專業(yè)人才成為高等學(xué)校面臨的重要挑戰(zhàn)。

作為土木工程行業(yè)的重要分支，地下建筑專業(yè)雖然具有很長的發(fā)展歷史，但由于其所處地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，其基本理論相對于其他學(xué)科發(fā)展較為緩慢。近年來，隨著其他相關(guān)行業(yè)新理論、新材料、新工藝和新技術(shù)的發(fā)展，地下建筑專業(yè)理論也有新的發(fā)展。然而，高等學(xué)校本科教學(xué)的相關(guān)教材卻難以滿足行業(yè)發(fā)展的要求，導(dǎo)致出現(xiàn)了教材內(nèi)容與工程實踐脫節(jié)、畢業(yè)生實踐能力差等突出問題。為此，通過對比研究國內(nèi)高校地下建筑、隧道工程等專業(yè)開設(shè)的《隧道工程》、《地下建筑結(jié)構(gòu)》和《地下工程》等專業(yè)教材，對適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了研究。

二、目前《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容存在的問題

隨著地下建筑工程方面人才需求量的日益增大，國內(nèi)開設(shè)土木工程類專業(yè)的許多高校均開設(shè)了地下建筑或隧道方面的必修或選修課程[1-5]，采用的教材大致有十余個版本，且許多版本的教學(xué)內(nèi)容體系相似，隨著行業(yè)的發(fā)展，教材中的相關(guān)理論稍顯陳舊，部分內(nèi)容與工程實踐脫節(jié)，已難以滿足學(xué)生的工程實踐需要。

（一）地下建筑結(jié)構(gòu)的新材料

隨著新奧法的發(fā)展和建筑材料的發(fā)展，地下建筑結(jié)構(gòu)的材料逐漸由傳統(tǒng)的鋼筋和混凝土向新型材料發(fā)展。如傳統(tǒng)的整體式襯砌逐漸被復(fù)合式襯砌所代替，而復(fù)合式襯砌的材料演變發(fā)展迅速，如隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可包括：素噴混凝土、鋼纖維噴射混凝土、樹脂纖維噴射混凝土、鋼錨桿、樹脂錨桿、機(jī)械錨桿、超前管棚、超前小導(dǎo)管、模筑混凝土、預(yù)制混凝土管片、鋼管片、各類防水卷材、內(nèi)裝材料和注漿材料等。而傳統(tǒng)地下建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中涉及的新型建筑材料方面的內(nèi)容較少。

（二）地下建筑結(jié)構(gòu)計算的新方法

地下建筑結(jié)構(gòu)不同于地面建筑，其結(jié)構(gòu)與地層緊密聯(lián)系，傳統(tǒng)的地下建筑體系計算方法是以結(jié)構(gòu)力學(xué)為基本理論的荷載結(jié)構(gòu)法，但該方法一方面力學(xué)簡化不科學(xué)，另一方面計算過程較為復(fù)雜。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的荷載結(jié)構(gòu)法與有限元理論相互結(jié)合已經(jīng)形成了新的結(jié)構(gòu)計算方法。另外，地層結(jié)構(gòu)法也隨著巖土力學(xué)的發(fā)展得到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)的首先計算方法。目前國內(nèi)發(fā)行的大學(xué)教材中，仍以介紹傳統(tǒng)的計算方法為主，新的方法的基本思路、原理和方法，學(xué)生難以接觸和掌握。

（三）地下建筑結(jié)構(gòu)的新形式

隨著地下建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)的發(fā)展，許多新型地下建筑結(jié)構(gòu)形式逐漸發(fā)展起來。傳統(tǒng)常見的地下建筑結(jié)構(gòu)主要是隧道，而近年來其他形式的地下建筑結(jié)構(gòu)也日趨增多，如沉管隧道、管幕法隧道、TBM法隧道、頂管法隧道、沉箱結(jié)構(gòu)、大型地下廠房、地下貯藏庫等。目前交通類的大專院校主要學(xué)習(xí)的是隧道工程，其他地下建筑結(jié)構(gòu)涉及較少，而講授地下建筑結(jié)構(gòu)的院校則對各種結(jié)構(gòu)的涉及面也較窄，且關(guān)于隧道結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容也不全面。

三、《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容改革

隨著地下工程專業(yè)人才需求量的增加和新技術(shù)的不斷發(fā)展，面向工程實踐，以培養(yǎng)實際工作水平和能力為核心，適時的調(diào)整《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》的課程內(nèi)容設(shè)置十分必要，是以“教學(xué)”為主高校相關(guān)專業(yè)的重要工作內(nèi)容。

地下建筑結(jié)構(gòu)形式多樣，同時地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖體力學(xué)、土力學(xué)、鋼筋混凝土學(xué)、現(xiàn)代土木工程數(shù)值模擬技術(shù)等專業(yè)課程密切相關(guān)，如何將其獨立同時又不割裂與其他課程間的密切關(guān)系是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革中的難點。因此，考慮該課程與其他課程的關(guān)聯(lián)性和地下建筑形式的多樣性，可將內(nèi)容分為以下三部分。

（一）基本理論與基本概念

地下建筑結(jié)構(gòu)基本理論與基本概念的講授是培養(yǎng)工程師專業(yè)素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要講授內(nèi)容應(yīng)包括：地下建筑結(jié)構(gòu)的基本概念、地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法、地下工程的圍巖分級方法以及地下工程與圍巖的相互關(guān)系、地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載、地下建筑結(jié)構(gòu)的材料和地下建筑結(jié)構(gòu)的計算理論等內(nèi)容。這部分內(nèi)容充分考慮了該課程與其他課程的交叉融合，可讓學(xué)生清晰認(rèn)識到課程與其他課程的區(qū)別和聯(lián)系，同時在整體上把握復(fù)雜多樣的地下建筑結(jié)構(gòu)形式的共性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心原則和思想，同時應(yīng)向?qū)W生介紹最新的地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思維和技術(shù)。

隨著建筑材料學(xué)科的發(fā)展，地下建筑結(jié)構(gòu)支護(hù)所采用的新材料越來越多，因此認(rèn)識了解新材料的類型、應(yīng)用范圍和性能等是提高學(xué)生實踐水平的重要方面，因此地下建筑結(jié)構(gòu)基本理論與基本概念應(yīng)介紹常用和新型的建筑材料，如素噴混凝土、鋼纖維噴射混凝土、樹脂纖維噴射混凝土、鋼錨桿、樹脂錨桿、機(jī)械錨桿、超前管棚、超前小導(dǎo)管、預(yù)制混凝土管片、各類防水卷材、內(nèi)裝材料和注漿材料等。

由于地下結(jié)構(gòu)與地層關(guān)系密切，理解結(jié)構(gòu)與地層的相互作用是后續(xù)內(nèi)容的重要前提，因此，應(yīng)獨立重點闡述，這部分內(nèi)容也是與傳統(tǒng)教材差別較大的部分。同時，新的地下建筑設(shè)計理論更側(cè)重于“圍巖控制”，因此該核心原則和思想也是重點教授的內(nèi)容，因而教材內(nèi)容還應(yīng)涵蓋地下工程圍巖分級方法以及地下建筑工程地質(zhì)分析方法等方面的內(nèi)容。

（二）隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道是地下建筑結(jié)構(gòu)的最常見的形式，也是畢業(yè)生工作后主要的工作對象，因此這部分是課程的核心內(nèi)容。同時，隧道結(jié)構(gòu)形式多樣，其結(jié)構(gòu)形式差別較大，設(shè)計方法也有所不同，因此課程內(nèi)容設(shè)置應(yīng)以隧道結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行安排，該部分內(nèi)容應(yīng)包括：隧道工程的勘察、隧道結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計、洞門與明洞設(shè)計、新奧法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、盾構(gòu)法/TBM法隧道管片式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計、沉管法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計和其他隧道結(jié)構(gòu)形式等內(nèi)容。在課程講授過程中，應(yīng)重點介紹結(jié)構(gòu)的特征、工作原理、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和設(shè)計計算方法，同時也應(yīng)介紹實踐中工程師常要面對的隧道設(shè)計的基礎(chǔ)工作。其中，在隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法內(nèi)容中，傳統(tǒng)教材中主要介紹的是結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算方法，而在實際生產(chǎn)中用于彈性地基理論和有限元技術(shù)的發(fā)展目前基于“荷載—結(jié)構(gòu)”模式的有限元計算方法已成為主流的計算方法，因此在此內(nèi)容中應(yīng)介紹傳統(tǒng)的計算方法，并掌握新的計算理論。

（三）其他地下建筑結(jié)構(gòu)

除了隧道以外，還有多種地下建筑結(jié)構(gòu)形式，而隨著土木建筑專業(yè)各領(lǐng)域的交叉滲透，畢業(yè)生面向的工作對象往往不只局限于隧道結(jié)構(gòu)，因此學(xué)生掌握和了解其他地下建筑結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計也是十分必要的。該部分內(nèi)容包括：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下商業(yè)街、停車場和附建式地下結(jié)構(gòu)、沉井和沉箱結(jié)構(gòu)、大型地下洞庫和其他地下建筑結(jié)構(gòu)形式。此類地下結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形式各異，主要應(yīng)以介紹結(jié)構(gòu)構(gòu)造為主。在計算理論方面，目前復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要以“荷載—結(jié)構(gòu)”計算模式的有限元計算方法為主，對于大型地下洞庫和地層條件復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)則應(yīng)介紹目前流行的“地層—結(jié)構(gòu)”計算模式的有限元計算方法。

四、結(jié)語

隨著地下工程行業(yè)的發(fā)展和人才水平需求的提高，《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容亟需根據(jù)專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，同時隨著土木建筑專業(yè)各領(lǐng)域的交叉滲透，畢業(yè)生面向的工作對象多種多樣，因此讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心思維和最新的方法和技術(shù)，認(rèn)識和熟悉常見的地下建筑結(jié)構(gòu)形式，掌握其設(shè)計方法是十分重要的。以面向工程實踐需求和畢業(yè)生實踐能力提高為核心教學(xué)目標(biāo)，對《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程內(nèi)容進(jìn)行了探討，構(gòu)建了面向工程實踐的新的地下建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容體系，希望對地下建筑學(xué)科的發(fā)展具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建平，吳立，閆天俊，許文峰.地下建筑結(jié)構(gòu)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]劉增容.地下建筑結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]朱合華，張子新，廖少明.地下建筑結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]王樹理，王樹仁，孫世國，楊萬斌，朱建明.地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]覃仁輝，王成.隧道工程[M].重慶大學(xué)出版社，2011.