“隧道工程”課程融入哲學(xué)思想的 教學(xué)實(shí)踐研究

朱大鵬 葉子航 唐煜森

摘? ? 要：在課程教學(xué)實(shí)踐過程中潤物細(xì)無聲地融入哲學(xué)思想，是全面落實(shí)立德樹人育人理念、積極推進(jìn)課程思政的具體體現(xiàn)和舉措。在“隧道工程”課程講授時(shí)積極融入矛盾的同一性和斗爭性、整體與局部的關(guān)系、實(shí)踐檢驗(yàn)真理等馬克思主義哲學(xué)基本思想，使學(xué)生既形成了較為牢固的哲學(xué)思維方式，又準(zhǔn)確認(rèn)知并加深對地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵的理解，從而提高學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：教學(xué)實(shí)踐;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論;馬克思主義哲學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2022）02-0016-02

“隧道工程”課程內(nèi)容涉及地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法及其發(fā)展歷程，相關(guān)章節(jié)理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大，以往學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳。因此在對該課程進(jìn)行教學(xué)反思時(shí)，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，成為課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)較為關(guān)心的問題之一。

地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史、理論及方法蘊(yùn)含著較為豐富的馬克思主義哲學(xué)思想，例如：對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、實(shí)踐檢驗(yàn)真理等。因此，在講授該課程相關(guān)內(nèi)容時(shí)，把地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與馬克思主義哲學(xué)思想二者積極融合起來，既培養(yǎng)了學(xué)生的馬克思主義哲學(xué)思維，又使其準(zhǔn)確認(rèn)知并理解了地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)內(nèi)涵。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)法融入“同一性和斗爭性”思想的教學(xué)實(shí)踐研究

結(jié)構(gòu)力學(xué)法是地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)章節(jié)重點(diǎn)講授的方法之一，它將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖分成兩個(gè)單獨(dú)的受力單元，其中圍巖壓力為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主要荷載，而支護(hù)結(jié)構(gòu)則是承受包括圍巖壓力在內(nèi)的各類荷載的結(jié)構(gòu)單元[1]。在馬克思主義哲學(xué)基本原理中，世界上萬事萬物無不處于相互影響、相互制約的關(guān)系之中，矛盾的同一性和斗爭性是推動(dòng)事物內(nèi)在發(fā)展不可割裂的兩大屬性[2]。在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)法時(shí)，教師可積極融入“矛盾的同一性和斗爭

性”這一馬克思主義哲學(xué)思想。

當(dāng)圍巖較為柔軟且強(qiáng)度較低時(shí)，結(jié)構(gòu)力學(xué)法可不考慮圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)的約束作用，在圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的處理上采用主動(dòng)荷載模式，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載可進(jìn)一步分為主要荷載和附加荷載。主要荷載指長期或經(jīng)常作用的荷載，如各類圍巖壓力、支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)的自重、地下水壓力、列車和汽車活荷載等。附加荷載指偶然的、非經(jīng)常出現(xiàn)的荷載，如施工荷載、地震力等。主要荷載和附加荷載相互聯(lián)結(jié)，相互依存，如果沒有主要荷載，就不存在所謂的附加荷載;如果不考慮附加荷載，那么僅考慮主要荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則不能體現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，體現(xiàn)了矛盾的同一性。

在課程講授時(shí)，教師重點(diǎn)講述主要荷載和附加荷載都屬于作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載，但會(huì)根據(jù)圍巖地質(zhì)條件的不同或轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，在計(jì)算地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受荷載時(shí)一般僅按主要荷載進(jìn)行計(jì)算，利用假定隧道場地條件引導(dǎo)學(xué)生找出主要荷載的類型。例如，在平原區(qū)隧道中主要荷載是回填土壓力、襯砌自重、地下水壓力等;在山區(qū)隧道中，主要荷載是圍巖壓力、襯砌自重等，附加荷載主要是施工荷載、混凝土收縮應(yīng)力等。而在高原或高海拔隧道中，溫差應(yīng)力、凍脹壓力、混凝土收縮應(yīng)力就從附加荷載轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕奢d，回填土壓力、地下水壓力則轉(zhuǎn)變成附加荷載，主要荷載和附加荷載相互滲透，若辨別不清，則可導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，造成嚴(yán)重事故，由此可見，主要荷載與附加荷載之間的關(guān)系體現(xiàn)了矛盾的同一性和斗爭性，主要荷載和附加荷載在一定條件下相互轉(zhuǎn)化會(huì)對地下支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性影響。

二、彈性支承法融入“整體與局部關(guān)系”思想的

教學(xué)實(shí)踐研究

在地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論中，彈性支承法是一種計(jì)算彈性反力的方法。該方法和馬克思主義哲學(xué)思想中“整體與局部的關(guān)系”思想有著十分密切的關(guān)系，課堂內(nèi)容講授

時(shí)，教師應(yīng)積極融入。

整體是構(gòu)成事物的諸要素的有機(jī)統(tǒng)一[3]，而彈性支承法將襯砌結(jié)構(gòu)離散為有限個(gè)桿系單元體。在課堂教學(xué)時(shí)，從局部出發(fā)，對整個(gè)隧道的受力分布進(jìn)行分析，彈性抗力作用范圍內(nèi)的連續(xù)圍巖被離散成若干條彼此互不相關(guān)的矩形巖柱，主動(dòng)圍巖壓力簡化為節(jié)點(diǎn)荷載。每個(gè)單元體的受力是組成整體隧道受力的一部分，各個(gè)單元體的受力總和，也就是整個(gè)隧道的受力情況。

事物都有自己的特殊性，各個(gè)局部在全局中的地位和作用是不一樣的[4]。在彈性支承法中，不同的彈性支承所起的作用也不盡相同。當(dāng)襯砌與圍巖之間不僅能傳遞法向力且能傳遞剪切力時(shí)，應(yīng)在法向和切向各設(shè)置一個(gè)彈性支承。而對于彈性固定的邊墻底部，則可用一個(gè)既能約束水平位移，又能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直位移的彈性支座來模擬?？梢?，彈性支承法中整個(gè)斷面和單元體之間的關(guān)系與整體和局部的關(guān)系十分相似。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了彈性支承法是整體與局部原理在地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

三、信息反饋法融入“質(zhì)變與量變”哲學(xué)思想的

教學(xué)實(shí)踐研究

在講述信息反饋法時(shí)主要以案例式教學(xué)為主，在烏鞘嶺隧道案例教學(xué)中，積極融入“質(zhì)變與量變”哲學(xué)思想。

位于蘭新線蘭武段打柴溝車站和龍溝車站之間的烏鞘嶺隧道，YK2389+900～YK2390+100段施工時(shí)穿過F4斷層破碎帶，由于地質(zhì)條件復(fù)雜且差，同時(shí)受隧道勘察技術(shù)手段、資金等限制，導(dǎo)致隧道工程難以精確預(yù)測所有地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，長期的涌水導(dǎo)致初期支護(hù)背后的圍巖被沖蝕，形成大小不一的空腔，拱腳巖體受地下水浸泡，巖體強(qiáng)度下降，地基承載力降低，導(dǎo)致初期支護(hù)下沉，噴射混凝土產(chǎn)生剝落[5]。在各種因素的作用下，隧道變形的“量”越來越大，隨時(shí)可能產(chǎn)生質(zhì)變。隧道如果繼續(xù)變形下去，那么一定會(huì)產(chǎn)生質(zhì)變的結(jié)果——塌方，因?yàn)閱渭兊牧孔儾粫?huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去，量變達(dá)到一定的程度必然引起質(zhì)變，這里引導(dǎo)學(xué)生思考從量變到質(zhì)變是否存在界限？隧道還能繼續(xù)承受的沉降是多少？

信息反饋法就是在量變達(dá)到某一階段后，及時(shí)地反饋信息，調(diào)整方案，阻止質(zhì)變的發(fā)生。烏鞘嶺隧道采取了塌方體注漿固結(jié)、塌腔采用留核心土的微臺(tái)階法（三臺(tái)

階）開挖等新的施工方法，成功地度過了塌方段，阻止了質(zhì)變的發(fā)生，避免了更大的損失。因此，通過課程教學(xué)，學(xué)生理解信息反饋法體現(xiàn)了馬克思主義哲學(xué)中的量變質(zhì)變原理，是馬克思主義原理在地下工程中的實(shí)際運(yùn)用;教育學(xué)生要不斷積累工程經(jīng)驗(yàn)，以科學(xué)為依據(jù)，準(zhǔn)確把握隧道從變形到破壞的度和界限。

四、支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展融入“實(shí)踐檢驗(yàn)

真理”思想的教學(xué)實(shí)踐研究

支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展可分為3個(gè)階段，即剛性結(jié)構(gòu)階段、彈性結(jié)構(gòu)階段和連續(xù)介質(zhì)階段。支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論形成以來，理論服務(wù)于實(shí)踐，隨著實(shí)踐發(fā)展，并接受實(shí)踐的檢驗(yàn)，再形成新的理論，總體呈現(xiàn)一個(gè)螺旋上升的趨勢并不斷地接近真理。辯證唯物主義所說的真理是客觀真理，是人的思想對于客觀世界及其規(guī)律的正確反映。因此，在講授支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展歷史時(shí)，融入“實(shí)踐檢驗(yàn)真理”的哲學(xué)思想，具體實(shí)踐如下。

19世紀(jì)的地下建筑物大多數(shù)是以磚石材料砌筑的拱形圬工結(jié)構(gòu)，因而最先出現(xiàn)的計(jì)算理論是將地下結(jié)構(gòu)視為剛性結(jié)構(gòu)的壓力線理論。這種計(jì)算理論認(rèn)為，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重力，沒有考慮圍巖自身的承載能力。隨著施工水平的不斷提高以及新型材料的出現(xiàn)，在新的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這個(gè)理論并不準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)的襯砌厚度往往偏大很多。實(shí)踐對該理論的檢驗(yàn)結(jié)果迫使人們追求更接近真理的理論。

19世紀(jì)后期，混凝土和鋼筋混凝土材料陸續(xù)出現(xiàn)，應(yīng)用于建造地下工程，使地下結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。由于當(dāng)時(shí)的掘進(jìn)和支護(hù)所需的時(shí)間較長，支護(hù)與圍巖之間不能及時(shí)緊密相貼，最終致使一部分圍巖破壞、塌落，形成松動(dòng)圍巖壓力。松動(dòng)壓力理論逐漸發(fā)展起來，但實(shí)際施工發(fā)現(xiàn)這種塌落并不是形成圍巖壓力的唯一來源，也不是所有的情況都會(huì)發(fā)生塌落。隨著支護(hù)技術(shù)的提高，松動(dòng)理論也不能滿足地下工程施工的要求。實(shí)踐對該理論的檢驗(yàn)結(jié)果又迫使人們追求更接近真理的理論。

20世紀(jì)中期以來，人們認(rèn)識(shí)到地下結(jié)構(gòu)與地層是一個(gè)受力整體，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論計(jì)算地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法逐漸發(fā)展。然而在實(shí)踐中的計(jì)算參數(shù)還難以準(zhǔn)確獲得，如原始地應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)及施工因素等。根據(jù)共同作用所得的計(jì)算結(jié)果，一般只能作為設(shè)計(jì)參考依據(jù)，所以又形成了新的信息化設(shè)計(jì)方法。

通過講授，學(xué)生理解在當(dāng)下信息化設(shè)計(jì)方法似乎就是“真理”，因?yàn)樗?jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)，但今后一定會(huì)有新的建筑材料或者新的支護(hù)形式出現(xiàn)，該方法能否適用還未可知。地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論正在不斷發(fā)展，各種設(shè)計(jì)方法仍需通過實(shí)踐得到改進(jìn)和完善，從而更加接近真理。

在課程講授過程中融入馬克思主義哲學(xué)基本思想，主要教學(xué)實(shí)踐包括在主要荷載和附加荷載的轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)踐中融入矛盾的同一性與斗爭性、彈性支承法教學(xué)實(shí)踐中融入局部與整體關(guān)系、信息反饋法教學(xué)實(shí)踐中融入量變與質(zhì)變原理、支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展教學(xué)實(shí)踐中融入實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，加深學(xué)生對地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵的理解，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用哲學(xué)思維方法分析工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 朱永全，宋玉香.隧道工程：第3版[M].北京：中國鐵道出版社，2015：188.

[2]? 馬克思主義基本原理概論[M].北京：高等教育出版社，2018：129.

[3]? 劉娟.對整體和部分關(guān)系的再認(rèn)識(shí)[J].沈陽教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（3）：10.

[4]? 毛金先.全局與局部關(guān)系初探[J].黑龍江大學(xué)學(xué)報(bào) （哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），1979（3）：27.

[5]? 李生杰，謝永利，朱小明.高速公路烏鞘嶺隧道穿越 F4斷層破碎帶涌水塌方工程對策研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（增刊2）：3602.

■ 編輯∕李夢迪