时间：2023-10-08 15:44:26
1.“隧道工程”课程特点
(1)“隧道工程”课程内容繁杂而又有较强的独立性。该课程涵盖的知识面广泛,要想学好隧道工程,不但要掌握岩石力学、土力学、工程地质学、结构设计理论等方面的专业知识,而且必须理解隧道自身的理论体系和具体的施工工艺。如隧道新奥法的施工理念、原则和实施流程等。
(2)“隧道工程”课程与工程实践密不可分。在实际设计与施工中,必须遵循行业内的各种规范和规程。在课堂教学中,也必须将这些规范、规程中的核心内容贯穿于教学过程中。因此,该课程与国家制定的行业规范、规程紧密联系。不同行业的地下工程由于其面临的工程地质条件和研究对象不同,导致其设计理论和施工方法差别很大。在本课程的教学过程中,要坚持以各种行业规范为指导方向。同时由于行业规范众多,如同是隧道设计,高速公路隧道设计依据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004),铁路隧道设计则依据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005),城市交通隧道设计则依据《地铁设计规范》(GB50157-2003),相应的施工规范有公路隧道施工技术规范、铁路隧道施工规范、轨道交通工程施工规范等。因此,该课程在学习过程中要以工程规范为指导方向,掌握隧道设计与施工方面的基本概念、基本原理,又要重视对工程实践经验的积累,授课时不能过度依赖于规范。所以,在教学过程中要以基本理论、基本概念以及基本的设计计算方法作为基石,通过接触工程实例,逐渐掌握乃至以理解工程规范的内容和内涵。
(3)“隧道工程”是一门工程实践学科,是从工程中逐渐发展而来。隧道是一种埋置于地层中的工程建筑物,它是由围岩紧紧包裹的,围岩对隧道结构产生作用,又是主要承载结构之一。围岩与隧道结构存在相互作用,且由于隧道施工过程中遇到的工程地质条件和水文地质条件复杂多变,现有的理论体系还不能较好地解释实际工程问题,当前隧道工程中的许多施工新方法、新技术等不断诞生,但这些都需要从理论上提升对其认识水平。因此,“隧道工程”这门课是一门理论和实践紧密结合的课程,在授课过程中,只有将书本上的理论知识和工程实践紧密结合,方能取得良好的教学效果。
2.“隧道工程”课程存在的问题
(1)教学课时减少与教学内容增多的矛盾。随着隧道工程学科的发展,许多新理论、新方法、新工艺不断涌现,隧道工程课程内容越来越多,而随着高校教育改革的实施,各课程课时精简势在必行,“隧道工程”课时压缩幅度较大,要满足该课程的基本教学内容要求非常紧张,满堂灌现象普遍,学生对该课程内容的掌握和应用难度较大。
(2)课程教学内容的更新与学科发展相比明显滞后。现在隧道工程方面的教材或著作很多,但可作为参考的却为数不多,很多教材或著作知识更新过慢、大同小异。各种教材阐述的重点存在差异,缺乏规范的编写机制,所涵盖的内容也不够完善,尤其隧道的最新施工技术、施工工艺及支护设计理论未能及时更新,大多是泛泛而谈,介绍最新研究成果的内容不多。很多目前应用广泛的新技术在隧道工程教材中并未加入,如光纤监测技术已在隧道工程监控量测中得到较好应用,但在现有的教材中却较少提及。
(3)教学模式比较单一,学生学习积极性差。教学方法或教学模式应紧扣教学大纲,针对不同章节的教学内容,选取合理有效的教学手段,只有这样才能提高本门课的教学质量。现在高校中采用的仍然是传统的注入式教学模式,启发式、讨论式模式较少,学生大多被动接受课程内容,缺乏积极性和主动性知识,加上课外作业过多、负担过重,教学效率很难得到进一步提高,这在一定程度上也影响到高校本科生的专业能力培养。
(4)课堂教学与工程实践脱节严重。“隧道工程”,顾名思义只有与工程紧密联系才能讲好这门课,这就要求授课教师必须做到理论与实践相结合。但由于隧道现场施工时,经常会使用炸药、雷管和一些大型的机械设备,且施工作业面狭窄、洞内环境差,学生的现场安全难以得到保证,很多施工单位也不愿意接受学生去实习或参观。因此,学生只能靠想象,不能对隧道整个施工过程有深刻的理解,难以形成系统的、全面的知识体系。
二、隧道工程案例教改思路
(1)文献检索。利用互联网搜索,查阅国内外隧道工程相关研究及教改最新文献,学习前人的教改思路与经验,了解隧道工程课程教学改革现状与发展趋势,对具有代表性、典型性的工程案例进行收集、整理,然后根据授课内容中的知识点进行类型划分。
(2)现场调研。针对当前隧道工程各种重大灾害,如塌方、失稳、冲击地压、突水突泥等,进行野外调研,获取第一手现场资料。通过平时带领学生实习或参与课题组科研项目的过程中,搜集不同领域的隧道工程案例,如大型水利工程、长大交通隧道工程、深部煤矿工程的文字、图纸、现场照片和录像等相关资料,并运用隧道工程的相关理论对具体工程及灾害进行深入剖析。
(3)课前案例教学准备。对案例进行合理的筛选与设计,首先要将教学内容融入案例之中,将多媒体教学与案例教学相融合;其次根据教学内容和学生特点,选取和设计有针对性的案例,突出关键知识点,拟将工程案例分为课堂引导类、课堂讨论类、课外思考类三类进行分别设计;最后通过对案例进行深入剖析,设置案例思考题,并提出一系列解决方案或思路。
(4)课内案例教学的组织与实施。设计合理的教学过程,通过案例引入、案例分析和讨论、概括总结、布置作业四个环节,调动学生的积极性和创造性,实现工程案例教学的目标,让学生能够通过课堂学习,实现举一反三,触类旁通的效果。
(5)课后案例教学的改进与完善。一方面虚心向教学经验丰富的教师请教、咨询;另一方面积极与学生沟通、交流,探讨工程案例教学效果,认真思考总结各教学环节,找出存在的不足,对案例中所涉及的问题进行必要的补充,从案例的设计和实施方案上不断完善。
(6)典型工程案例库的开发与网上实现。构建隧道工程案例专题库,并基于Web技术实现案例资源信息的整合与共享,建立基于网络的隧道工程案例教学资源平台。将课堂讨论及分析案例在网上予以更新,便于学生对所学知识进行课下复习和及时巩固,通过网络的交互功能,增强学生的学习积极性,提高学习效率和学习质量。
三、小结
本文作者：江玉生 单位：中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
一、土木工程专业四年级本科生的基本特点
在中国矿业大学(北京)3个土木工程本科班90人中,一般在大四进行专业方向的选择时,有近一半的学生选择了地下工程方向,“隧道工程”课程就是地下工程方向学生的重要专业选修课之一。这些学生的特点如下[1]:一是,大四毕业年级的学生,由于就业环境的原因,复习准备报考研究生的人数在逐年增加,而且这部分学生放弃或者敷衍应付正常安排的课程学习,专事复习研究生考试课程。二是,另有部分不准备报考研究生的学生,花费了大量的时间和精力往来于学校和社会各单位之间,参加各种人才和毕业生招聘会,为自己即将毕业后的工作而奔波,但要想做到上课学习和相关活动两不误,实在有些困难。三是,少部分学生对毕业后的实际工作十分迷惘,不知道毕业后是一个什么样的工作状况,甚至不知道学习的课程对他们将来的工作有什么作用,或者是如何应用他们所学的知识开展将来的工作。四是,更有极少部分学生晚上上网、白天睡觉,一般不上课,已经到了“少年不知忧愁”的状态,形成了比较坏的习惯。根据上述特点,在第一次课中,针对“隧道工程”这门课程的具体特点,与学生一起分析目前“隧道工程”的现状和他们将来可能的工作情况,尤其是正在大规模进行的城市地铁工程的现实需要,引起他们的兴趣,化解他们的疑问,初步解决部分问题,收到了一定效果!
二、隧道工程的特点
1.现场工程多,工程技术人员极度缺乏(1)“隧道工程”前程光明。除了矿山上需要开掘大量隧道工程(巷道工程)外,公路工程、铁路工程、市政工程、城市地铁工程、军事工程等也需要大量开挖隧道,因此隧道工程在中国才刚刚开始,其用武之地十分广阔。(2)以北京地铁为例,城市地铁的大量修建,迫切需要拥有地下工程设计、施工和管理方面的工程技术人员,这些人员不仅要懂得一般的隧道工程设计、施工和管理方法,还要懂得城市复杂条件下大断面地下工程设计、施工和管理方法[2](P.267-268)。(3)高速公路大断面隧道(山岭隧道),其跨度之大、高度之高是我们以前矿山隧道中所不曾见到的。其设计、施工和工程建设管理,将极大地依赖于具有相当高水平的隧道专业技术和管理人员。(4)过江、过河、跨海隧道的大量建设,也迫切需要我们隧道工作者研究其中的新问题,特别是隧道盾构/TBM法施工的大量开展,需要大批从事盾构/TBM隧道工程设计、施工和管理人员。
2.技术难度大,需要研究和解决的问题多(1)隧道工程断面变化大,给设计和施工带来的问题多。类似的工程条件,仅仅由于断面变化,带来了支护设计的极大不同,且凭借工程经验设计者居多,往往偏于保守,造成技术上可行、经济上浪费的例子有继续增加的趋势,而一旦偏于危险(经验所限),将会造成严重的工程事故[2](P.78)。(2)隧道断面的变化,给施工方法带来的问题更多。各种复杂的施工方法相继采用,相应技术人员的储备不足,从而引起一系列问题;(3)隧道工程的施工管理,涉及到地下工程方面的知识点多。不仅相关的力学知识、土木工程知识、管理工程知识要储备充足,像设备、机械、电子等诸多方面也要具有一定的水平,因此对工程技术人员的要求高。
三、多种教学方法的并用一是,通过录像教学,给学生一个隧道工程的基本认识。通过放映公路隧道方面的教学片,使学生直观地认识到隧道工程设计、施工及其管理的全过程,对隧道工程有一个初步的认识[3](P.126)。二是,传统教室教学,给出隧道工程中的理论问题及其解决办法。隧道工程中的理论问题,如隧道围岩分级、支护设计、开挖方法等,还是需要依靠传统的室内教学的办法解决的。三是,提高现场教学的课时比例。依托北京地铁大规模建设工程,积极采用现场教学的模式,让学生在现场去发现、去思考、去询问、去解答,回校后再布置相应的作业。例如,我们选用了北京地铁最大的车站——黄庄车站为例子,连续三届现场教学,效果良好,使得学生掌握了一个复杂的地铁车站是如何一步一步形成的。四是,盾构施工工地教学。盾构法修建隧道是一个崭新的领域,国内外没有此方面的合适教材。我们有选择性的找了两个工地,首先实施现场教学,让学生了解实际状况,然后进行室内录像和讲授教学,同时吸取了以往盾构/TBM工程硕士进修生班的相关经验,调动学生的兴趣和爱好,提高了学习质量,丰富了盾构施工的知识,为将来的工作打下了基础。五是,切实为学生着想,尽量帮助他们解决问题。在进行隧道工程教学的过程中,针对学生关心的问题,特别是他们将来从事的工作问题,本着增加他们的工程知识,同时也为相关单位选用技术人员提供平台的设想,根据北京地铁建设的过程特点,每届有针对性的设计了各种不同形式的现场教学方式和网上学习方法,特别是在盾构教学过程中,根据我们课题组在北京地铁开发的具有国际领先水平的盾构/TBM实时管控系统,与学生一起在现场和教室内分别进行学习活动,得到各现场单位和学生的一致好评,学生从一开始害怕隧道(第一次看了黄庄站),到逐步理解,再到愿意从事这方面的工作。四、结论通过六届的“隧道工程”本科教学实践,得出提高本科“隧道工程”教学质量和学生学习积极性的初步方法:一是,充分分析本科四年级学生的实际状况,分类进行教学安排;二是,按照“隧道工程”的特点,分析隧道工程的未来及其存在的问题,给即将从事隧道工程工作的学生以基本知识的同时,向继续深造的学生提出问题;三是,采取不同的教学方法,充分展示隧道工程的传统(一般隧道)和现代(盾构/TBM隧道);四是,在力所能及的范围内切实帮助同学解决他们所关心的就业、深造等具体问题,这也是提高教学质量、搞好本科毕业班教学的重要措施。
关键词：隧道及地下工程；CAD教学；教学模式
中图分类号：G6420；TU9文献标志码：A文章编号：10052909（2012）06013603随着计算机科学和CAD技术的快速发展，计算机辅助绘图和设计技术已广泛应用于隧道及地下工程专业，并贯穿于工程的规划、设计、施工以及养护管理等全过程。CAD应用能力已成为新一代隧道工程师必备的基本素质。在此背景下，随着高校工程教育改革的推进，为了适应工程行业现代化设计模式和CAD技术的发展，各高等院校普遍开设了不同类别、不同层次的CAD课程，使本科生在学习传统工程知识的基础上，能够掌握现代化的计算机辅助设计技术，培养学生的CAD应用能力和创新能力。
CAD课程作为具有学科交叉特点的基础课程，其教学目标、教学方法与传统工程专业基础课程差异明显。如何有效开展CAD课程教学一直是高校工程专业探索和研究的方向，并已开展了卓有成效的研究工作［1-4］。其中，针对专业CAD课程（如建筑工程、给水排水等）教学，部分学者从课程设置、教学内容、教学方法、现代化教学手段以及实践教学方面进行了初步的探讨和研究［1-2］。
在问卷调查基础上，结合计算机辅助设计、地下结构CAD等课程教学中遇到的问题及切身体会，系统提出了以CAD技术为主线，融专业标准及规范、专业知识与工程实践于一体的隧道及地下工程专业CAD课程教学模式，并在实际教学工作中进行了初步的实践。
一、CAD课程教学现状的调研及分析
文章以目前隧道及地下工程专业中普遍采用的AutoCAD计算机辅助绘图软件为代表，采用问卷调查的方式，通过对278份本科生问卷的分析和研究，调研分析了CAD课程教学现状及存在问题。（一）CAD技术总体掌握情况
100%的受调查学生认为CAD软件对今后的工作非常重要，并且希望通过系统学习掌握该工具。虽然受调查学生认识到了CAD软件的重要性，但只有不足一半的学生使用过该软件。其中，27.9%的学生仅仅会使用简单命令，68.3%的学生表示可以画一般的工程图纸，而自认为娴熟掌握软件的学生只有3.8%（图1）。综合而言，只有30%的学生表示其CAD软件应用能力可以满足未来工作的常规需求。虽然学生普遍意识到CAD技术在专业中的重要性和学习的必要性，但由于很多高校大平台的本科培养理念，更加重视专业基础知识的传授，CAD能力培养尚显不足，需要在教学内容及教学方法方面进一步加强。
图1CAD软件的掌握程度
（二）CAD课程教学中普遍存在的问题
12高等建筑教育2012年第21卷第6期
闫治国，等隧道及地下工程专业CAD课程教学模式研究
第一，教学内容以介绍命令为主，课程缺少连贯性和工程应用背景。CAD课程教学一般是针对具体软件，从最基本的命令分步分节讲授。授课内容较为单一，教学效果不好，学生也许可以熟练掌握各种绘图命令，但面对实际工程问题时，不清楚如何针对具体情况合理运用CAD技术（图2），问卷调查的结果也证实了这一结论。这表明CAD课程教学应强调以实际应用为目标，结合工程实例进行，避免仅讲授CAD软件的操作方法，以简单命令为教学内容［4］；否则，一方面课程教学效果难以保证，另一方面也不易有效提高学生的CAD应用能力。
图2学生对于教学效果的评价
第二，CAD课程教学与专业知识和工程实践的联系不紧密，CAD综合运用能力不足。CAD课程教学中，演示或作为练习的内容尽管也体现了专业背景，但往往缺乏系统性和层次性，且与工程实践的联系不紧密，难以调动学生的学习兴趣。这也导致学生对CAD技术与工程实践间的联系及转化关系认识不清，不了解CAD技术在工程实践中的作用。
由于隧道及地下工程专业的特点，工程师需在大量的标准、规范约束下开展设计工作，因此，熟悉并践行这些标准、规范也是培养学生具备专业工程师素质的必要步骤。然而，CAD教学中没有融入相关标准、规范的内容，导致学生专业素养与CAD应用能力培养脱节。从问卷调查看，学生对CAD课程教学内容设置的期望集中在综合运用和满足实际工程需要这2个方面，如图3所示。
图3学生对CAD课程教学内容的期望
第三，缺少能体现专业特点，并融合CAD技术、专业标准与工程实践于一体的教材。目前CAD方面的教材非常多，但多数集中于CAD软件自身的使用及操作方面，与帮助文件类似，能体现专业特点，结合工程实践系统介绍CAD技术应用的教材少。
第四，CAD教学手段相对单一。常用的CAD教学手段包括PPT讲解及电脑操作演示，而学生对CAD课程的授课形式有许多期望和建议，如保存操作视频、动画演示操作过程等；因此，CAD课程教学手段应更加丰富。
二、CAD课程一体化教学模式
（一）主要思路及框架
根据信息时代工程设计模式与隧道及地下工程专业CAD教育需求，以提升教学效果，培养学生创新意识、综合分析运用能力及专业工程制图和设计能力为目标，提出以CAD技术为主线，融专业标准（规范）与原理、隧道及地下工程专业知识及工程实践于一体的新型教学模式，如图4所示，其主要思路和特点如下：
（1）强调CAD基础概念，注重CAD应用方法，提高学生CAD学习、应用及创新能力。
（2）在教学内容安排、示例设置及知识讲授方面将专业标准、规范有机融合，除将CAD知识传递给学生，还应注重与专业知识、工程实际标准和规范的衔接，使CAD教学具有专业特色。
（3）以完成某一工程实例为教学主线，使学生掌握CAD应用过程中各个关键环节的主要命令及实现方法，理解并掌握从CAD图纸到实际工程的信息传递、转化过程，培养应用CAD技术解决实际问题的综合能力。
（4）追踪最新的CAD技术、软件成果，以及CAD技术在隧道及地下工程中的应用现状，讲授CAD基础知识及操作技能的同时使学生充分了解CAD技术的发展趋势和行业动态。
（5）培养学生CAD创新能力和综合实践能力。
图4隧道及地下工程专业CAD课程一体化教学模式
（二）主要工作内容
1. 隧道及地下工程设计模式及地下工程CAD教育需求分析
借助多种手段分析、研究地下工程设计模式及教育需求，确立地下工程CAD课程教学的目标，及时、动态调整教学内容，紧跟CAD技术和工程实践需求。例如，对隧道及地下工程相关设计院（所）或施工建设单位调研，总结归纳当前隧道及地下工程在设计、建造过程中对CAD技术的需求点，进而有针对性安排教学目标和教学内容。
2．专业标准及典型工程案例图集的收集、整理
收集、整理现行的相关专业标准，结合地下工程专业特点和专业知识，将专业标准、规范及原理分解为CAD教学中相互关联的知识点（标注样式、行业约定俗成的图形表达方法等），便于后续逐步融入课程教学。同时，收集盾构隧道、山岭隧道、沉管隧道等典型地下工程案例图集，结合教学知识点整理，使之系统化，以此作为课程背景，实现CAD技术与工程实践有机融合。
3．一体化教学模式的贯彻
在实际教学中，以实际隧道及地下工程为背景，以CAD—实际工程图纸为主线，融CAD知识、专业标准、规范与原理、地下工程专业知识及工程实践等内容于一体，实现知识逐步衔接、融合及深化，培养学生的创新意识和CAD应用能力。
4．配套教材的建设
建设融CAD技术、专业标准、规范、地下工程专业知识及工程实践等内容于一体的地下工程CAD教材。
三、结语
文章结合CAD课程教学实践，系统提出了以CAD技术为主线，融专业标准及规范、专业知识与工程实践于一体的隧道及地下工程专业CAD课程教学模式，并在实际教学中进行了初步的教学实践，实践表明：该模式具有优势和可行性，教学效果良好。通过一体化教学模式，学生能深刻掌握CAD基本概念和方法，将专业标准、规范等贯穿CAD应用全过程，实现专业知识与CAD技术有机结合，满足工程实践需要。该教学模式对提高学生的创新意识和专业素质，培养社会发展所需的高素质人才具有积极作用。
参考文献：
［1］傅斌， 张勤， 张智， 等.给排水专业计算机辅助设计教学改革与实践［J］.高等建筑教育， 2004， 13（4）： 81-83.
［2］周跃生.浅析建筑CAD课程的教学改革［J］.高等建筑教育， 2000 （4）： 33-34.
2006年教育部16号文件《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干建议》明确指出“要全面贯彻党的教育方针，以服务为宗旨，以就业为导向，走产学结合发展道路，为社会主义现代化建设培养千百万高素质技能型专门人才，为全面建设小康社会，构建社会主义和谐社会作出应有的贡献。”它不仅体现了高职教育办学类型、人才层次及人才规格的定位，表明了对高职教育的高教性和职业性的双重属性的准确认识，也是高职教育观念的深化，是高职院校办学特色之所在。另外，以能力为本位的“基本素质+岗位能力（技能）模块”课程体系是《教育部关于加强高职高专人才培养工作的意见》“培养学生的技术应用能力”为基本理论的课程体系。综上所述，我国目前高职教育的人才培养都在朝着“高素质技能型专门人才”培养目标发展，而人才培养模式，最终只有在课程体系中才能得到体现。为此，该文的内容是以市场为导向，注重企业需求，来制定相应的课程，应用前景广泛，符合高职教育的发展趋势。
1 设计思路
高职院校的学生很多在第四学期就签订了就业协议，鉴于提前明确就业岗位使毕业生未来的工作内容具体化，特别是提前上岗，已经使学习和工作结合起来，进入“工作中学习，学习中工作”的状态。基于现状，在充分听取行业协会和企业专家意见的基础上，经过认真研究、反复论证，大量删减了理论性过强且艰涩难懂的课程。同时，为强化毕业生的岗位适应能力，加大了实训课程和顶岗实习的比重，重构了“学作结合”课程体系。
2 课程开发与设计
2.1 设计依据
依托铁道工程技术专业校企合作委员会，针对专业培养目标，开展社会调研，总结归纳出铁道工程技术专业毕业生核心工作岗位（群），通过职业岗位分析，学生的岗位主要工作内容如下。
（1）线路工，主要工作内容有：作业防护；线路基本作业；钢轨作业；轨枕作业；道床及路基作业；简易测量和识读工程图；检查作业及故障处理。
（2）桥隧工，主要工作内容有：桥面作业；桥跨作业；桥台作业；涵渠、隧道作业；施工作业；桥隧检测；桥隧巡守。
（3）施工员，主要工作内容有：铁路路基工程施工、铁路桥梁工程施工、铁路隧道工程施工、铁路轨道工程施工、施工现场管理。
（4）测量员，主要工作内容有：交接桩和施工复测；施工过程控制测量、构筑物施工放线、监控测量及数据分析；工程测量方案、监控量测方案编写；建立测量仪器台账，按时对测量仪器进行维修保养。
（5）试验员，主要工作内容有：各种原材料试验；施工配合比设计；各种材料的取样、送检、试验、化验、检验、复验工作及报告；路基、桥梁、隧道、轨道结构物自检、抽检等试验工作。
2.2 构建基于“学作结合”的课程体系
面向铁路工程施工与铁路线路养护维修企业，按照铁路工程施工与养护维修岗位技能要求，参照国内铁路工程施工与养护维修规范、标准，与合作企业技术专家共同分析铁路线桥隧工程施工、养护维修、施工组织管理等典型工作任务，按照铁路工程施工与线路养护维修过程确定行动领域、学习领域，依次设计教学内容，选择合理的工作任务为载体，设计若干教学模块，将相关的知识、模块，通过对各教学模块的学习，实现知识、技能、素质的同步提高，具备铁路工程施工与养护维修工作的职业能力。构建“学作结合”的课程体系。其典型工作任务及对应的行动领域及学习领域如下。
（1）典型工作任务，主要包括：铁路线桥隧施工、施工组织管理、铁路线桥隧养护与维修三个方面。
（2）行动领域，主要包括：铁路工程图识图、工程材料试验与检测、铁路工程测量、铁路路基施工、铁路轨道施工、铁路桥隧施工、铁路桥隧养护、铁路工程施工组织、铁路工程概预算等。
（3）学习领域，主要包括：工程制图、土木工程CAD、工程绘图实训、工程测量、工程测量实训、铁路轨道、铁路工程施工、铁路桥隧施工与维护、铁路线路修理、铁路线路修理实训、养路机械实训、高速铁路轨道施工与维修、铁路工程施工组织与概预算、铁路工程预算实训等主要课程。
以上学习内容的基础部分集中在第一和第二学期，专业课集中在第三和第四学期，第四学期结束后学生应具备解决典型工作任务对应的行动领域相关问题的能力。
2.3 课程设计与教学准备
在整体课程设计过程中，从新生入学开始，便将两年后自己能完成的工作内容发给学生，让学生在对每门课程进行学习的过程中能够明确具体的在实际中应用，同时将企业的考核标准及相关要求融入到具体的授课及考核中，激励并锻炼学生的实践应用能力。课程与课程之间要有过渡和协调，用到什么就学什么或补什么。这就要求在做教学准备时，把企业的东西或者相关专家确定下来，在需要的时候能够及时的应用；另外，还要求任课教师建立制定工学结合的课程标准和“以学生为主体”的教学模式与教学设计，大力推动以项目导向、任务驱动教学模式为主，其他教学模式为辅的多元教学模式改革。
xxx年x月xx日上午8点整，在综和楼前，施成华老师给我们做了实习动员，着重给我们强调了一下几点：
1安全第一，要处处注意安全;
2严肃对待实习，要端正态度，每个人到要参加，不可以随便缺勤;
3一切行动听指挥，不要擅自独立行动;4在实习中可以帮助我们这些大一新生对土木工程有个感性的基础的认识，为将来的专业课程的学习打下良好基础。
之后，老师给我们上了一堂课，介绍了一下隧道与地下工程。隧道与地下工程概论的主要内容：
一、隧道工程的基本概念
1、广义定义：最终使用于地表面以下，不论以何种方式建造的所需形状和尺寸的空洞，内部净空面积在2平方米以上者。
2、狭义定义：是一种修建在地下的工程建筑物，修建在地下、两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道。
二、隧道工程的沿革与发展
(一)发展目标：20世纪：高层建筑;21世纪：地下空间
美国“未来学家”杂志社预测21世纪将有1/3的人口生活于地下。在我国，地下空间的开发利用始于60 年代，主要是地铁与人防工程，65年修建北京地铁;70年代修建了大量的人防工程，经改造利用，成了地下商业街、地下工厂、仓库和招待所，较好地发挥了经济效益。
(二) 历史发展
1.国际上
(1)古代：公元前180～2160年前后，在古巴比伦城幼发拉底河下修筑的人行隧道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，为砖砌构构造物。
(2)现代：现代隧道开挖技术的产生是在火药的发明和19世纪的产业革命后出现的，尤其是铁路的出现对交通隧道起到了很大的推动作用。
(3)目前世界上最长的交通隧道：山岭铁路隧道:日本的大清水隧;交通隧道:日本的青函隧道，英法海峡隧道;公路隧道:瑞士的圣哥达隧道。
2.国内
(1)古代：1、春秋时代《左传》就有“隧而相见”的记载2、三国时期的“官度之战”，曹操掘地道…3、封建时期各个朝代的帝王坟墓陵寝均修在地下
Abstract: In the actual teaching of project cost, if take the simulation technology in engineering cost course to construct the three-dimensional panoramic display of highways, bridges and tunnels in civil engineering, we can freely control the viewing angle and picture zoom, with real pictures, the effect is direct and can improve the effect of learning. This paper, taking the tunnel project as an example, talks about the applications of simulation technology in engineering cost courses.
关键词：三维空间结构；模拟仿真技术；课程教学；应用
Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application
中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0161-02
1工程造价课程的发展瓶颈
在实际的工程造价课程教学中，学生由于缺乏空间想象，对工程结构没有感性认识，无法理解抽象的理论，给教师教学及学生学习带来了瓶颈。因此，我们希望通过虚拟仿真系统来解决传统工程造价教学中存在的种种弊端。在教学中使用仿真技术，可以充分调动学习者的感觉和思维器官，使所观察的事物栩栩如生地展现在面前，任学习者正面、侧面、反面仔细观察仿真技术的发展被认为是解决传统工程造价教学瓶颈的一把利器。
本文正是从当前工程造价教学的基本情况以及教学难点出发，将仿真技术引入到开发工程造价教学软件的过程中。本研究选择隧道工程作为研究的案例，通过利用目前比较成熟的计算机模拟仿真技术，为老师和学生提供一个模型展示平台。
2模拟仿真技术的应用的效果
模拟是指用一个数据处理系统，来全部或部分地模仿某一数据处理系统，使得模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。有时也简称为仿真，是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统进行实验和研究，是产品设计和制造中的常用技术手段。
从国内外职业教育专业信息化可以看出，模拟仿真技术具有先进、便捷、安全等优点，仿真教学系统向工程类职业学校提供了培训学生的高技术工具，将专业课程和实习环节相结合，培养学生了解生产操作、熟悉生产原理的能力，提高了学生动手操作的兴趣与水平。以较少的投入满足了学生的实践需要。许多专业课程由于受到设备、场地和经费等条件的限制，可以选择采用模拟仿真技术。但模拟仿真技术应用于工程造价课程教学实践的研究很少，可参考的研究成果几乎没有。
3研究方法
3.1 文献研究法在研究中，通过对多种学习资料的阅读、分析，了解到了当前研究的发展状况，为论文的撰写奠定了必要的理论基础。
3.2 个案研究法在研究中，通过具体的案例，对工程造价教学进行研究，发现问题、解决问题、优化教学策略，设计教学软件开发方案，最终完成系统的设计与开发。（图1）
4模拟仿真技术在造价教学中的应用
重点是构建土木工程中公路、桥梁、隧道的立体全景展示。在三维仿真动画展示过程中，可自由控制观看角度及画面缩放，配合实景照片，效果直观。施工流程部分以简单的工程施工3D动画，配以实景图片及施工工艺文本说明，使学生能更直观地了解工程施工的流程步骤。公路、桥梁、隧道的分解结构模块通过点击结构图中的交互热点，显示该局部结构的名称、所在位置以及该结构的详细说明窗口，其中包含局部结构3d展示、工程量复核、定额、工程图纸。为了满足课堂教学的需要，支持文本和图纸的缩放、自由拖动功能，以增强课堂教学实际效果。人性化的人机交互界面及流程分类设计，学生在课余时间也能通过简单直观的软件操作进行学习。选题立足于公路工程造价专业，重点在于利用该模拟仿真技术将造价及工程量复核等内容更加形象地展示出来，使课程的实效性更强（表1）。
5隧道工程案例
在传统课程教学中，教师都会按照既定的教学过程来实施教学活动，那么在仿真公路系统中，学习者的学习活动应当如何开展？隧道模型概述为由以下几个部分：
5.1 用户界面呈现在工程仿真系统中，学习者必须是通过用户界面与仿真系统进行交互。因此，构建和谐友好、方便操作、逼近工程实体虚拟系统要解决的首要问题。仿真系统的真实性可以丰富学习者在虚拟情境中的体验，方便性主要表现在学习中按照学习者的进度，适时的为其提出指导性建议（图2）。
5.2 仿真情景设计仿真系统要依据学习者的经验、知识背景及需求，呈现具体的公路工程、桥梁工程、隧道工程等信息。设计工程实例，仿真场景和工程对象，通过情境设计，以激发学习者的兴趣（图3）。
5.3 工程造价数据分析通过仿真系统的现象观察，具体进行工程造价结果的分析，处理工程数据，并根据反馈信息及时调整策略，这有助于提高学习者对造价编制过程的反应能力以及对因果关系的敏感性。该过程中须关注在工程内容的一致性、工程过程的交互性等问题（图4）。
6实用价值和重要的现实意义
6.1 课件制作方法的探索使用直观的设计方法取代繁琐的传统编程式的课件制作，老师把更多精力放在课程本身的教学设计上，只需根据实际教学需求，设计课件，向学生展示工程结构；体现新一代课件的广阔应用前景。
6.2 促进学生探索性的学习现在的教学所采用的方法比较单一，学生在上课中往往很被动，面对各种各样的公路、桥梁、挡土墙，结构物感觉一片茫然，老师怎么说，学生就照着怎么做。很多时候上课只停留在不动脑的机械劳动阶段，达不到提高学生动手能力的目的，这样的知识传递过程较为单调，效果也不明显。在仿真平台上，学生可以摆脱了原有模型设备条件的约束,在更形象的知识领域内自主探索，促进了学生创新意识和创新能力的培养。
6.3 降低了各类开支费用工程仿真系统降低了科研成本，节省研究经费，并能够充分发挥现有计算机技术、,提高使用效率。
关键词: 高速公路隧道照明 设计参数节能措施 控制措施管理措施
目前，陕西省高速公路总里程已突破了3000公里，到2015年高速公路总里程将达到4100公里。陕西多山，随着陕西省高速公路隧道照明的费用逐年增加，目前，陕西省的高速公路隧道约占总通车里程的2%，2008年我省高速公路隧道照明费用为4500万元，当我省高速公路里程达到4100公里时，隧道的照明费用预计将到达2亿元，隧道照明的运营成本将成为一个不容轻视的问题。如何在保证行车安全的前提下，尽可能地节约照明费用，是高速公路建设和运营中必须解决的问题之一。
陕西省交通厅和陕西省交通建设集团及陕西省高速集团对隧道照明的节能和行车安全历来非常重视，从2004年起，陕西省交通厅对隧道照明节能进行了应用研究，开展了多项的课题研究和项目攻关，并将研究的结果在随后的全省高速公路的建设中推广应用，有效地将科研成果迅速转换为生产力。本文对高速公路的隧道照明节能技术应用做进一步研究提供参考和经验借鉴。
一、设计参数的节能调整
设计是工程的根本，准确合理地采用设计参数，能避免较大的能源浪费，是非常有效的节能途径之一。我省高速公路建设起步较晚，隧道照明节能设计中的措施与高速公路的飞速发展极不适应，大多数的隧道照明设计都存在过度设计问题，设计出的隧道照明系统设计值偏大、保守，对此，我们从设计上就着手考虑合理的节能。
1. 选取合适的洞口亮度
一公里的隧道，其加强照明的总功率，约占整个隧道照明功率的70%，而加强照明设计取决于洞外亮度L20(S)，因此洞外亮度L20(S)是隧道照明系统的设计基准之一，洞外亮度L20(S) 的正确设定，对工程投资和运营电费都有极大的影响。在隧道照明设计阶段，隧道洞外亮度L20(S)在多数情况下无法实测得到，一般按查表法获取洞外亮度L20(S) 值。查表获取的洞外亮度L20(S) 值与实际值存在很大的偏差。根据《公路隧道通风照明的设计规范》要求，当土建施工的隧道洞口成型后，设计人员应对洞外亮度L20(S)进行实测，设计的L20(S) 值与实际值误差大于±25%时，必须对设计的值进行修正。但在实际工程设计中很少做到，基本上洞外亮度L20(S)以4000cd/m2取值。为此，2005年8月起，我们组织联合课题组历时半年对公路隧道照明基本设计参数进行研究。课题研究主要包括5个方面内容：
（1）洞外亮度值传统测试方法分析；
（2）利用数码照片进行洞外亮度测试研究；
（3）隧道洞口段自然光利用研究；
（4）隧道洞外亮度数据库的编制与应用；
（5）对实体工程照明设计优化及建议。
通过测试和研究得出，目前陕西省高速公路山区高速公路隧道洞口亮度的取值采用端墙式洞口取值为3500 cd/m2，削竹式洞口亮度取值为3000cd/m2进行隧道照明设计，引入端利用自然光后可以减少隧道入口照明灯具，优化后的照明设施和运营费用比原设计节约10%-15%，并且该结果在随后的高速公路的设计得到推广和应用。
2. 根据流量调整基本段的亮度，分期实施照明系统
隧道基本段照明可根据时间、交通流量等信息，合理控制照明的运行和停止。在早期的隧道照明设计中，均采用的车流量大于2400辆/小时来设计的，但是在实际的统计中，我省高速公路绝大部分车流量都小于2400辆/小时，特别在山区的高速公路其车流量远远小于700辆/小时，因此造成建设资金和运营费用的大量浪费。通过调查统计得出近期内福建省高速公路隧道（除沿海高速公路外）车流量都相对较小，大多数日平均流量小于100辆/小时，中远期车流量在700到2400辆/小时之间，因此在对隧道照明设计时，采用配电线路一次设计，变电设备和照明设备分期实施原则，从而达到安全节能的目的。目前陕西山区高速公路隧道的照明系统按交通量小于700辆/小时来实施，在满足行车安全的条件下大大节省了建设和运营的费用。
二、线路上的节能措施
1. 增设自动调压设备
在上世纪在90年代的初期，在照明系统上兴起一种调压节能的方式，当时主要针对农网电压不稳定的情况，即通过在线路上设置一限压或稳压设备，使高压钠灯工作在220V以下，同时利用高压钠灯的光通和电压的非线性，将电压适当降低到200V, 基本保持保持一定的光通，达到一定的节能效果。该方式在业界也有一定的争议，高压钠灯工作在220V的额定电压的下，其效果最高，灯具的工作状态最好，改变灯具的工作电压，是否节能，要看在具体的电网环境；增设的调压设备，自身的功耗，也是考虑的一大重要因素。
自动调压设备主要采用可控硅调压和自耦调压两种方式。可控硅是传统的电力电子器件,后来开始应用到道路照明的节能上，采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低输出电压的平均值，达到控压节电目的，但其缺点是可控硅交流调压会产生高次谐波和线路震荡,降低灯泡寿命,还会产生电力污染。
自耦调压是通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低或升高5V、1OV、15V、20V等几个档，克服了可控硅调压产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，可靠性也比较高，但是由于其核心部件是一个多抽头的变压器，变压比是固定的，当电网电压波动时，调控装置的输出电压也会上下波动，这样照明的工作电压仍处在不稳定波动状态，还有当设备损坏时有可能会造成电压过高导致灯具大面积烧坏。
通过目前陕西省高速公路使用的电网基本上都是专网，电压稳定，可控硅调压现基本上已不采用，而自耦式调压也只在个别边远山区且电网不稳定的高速公路上使用。
2. 中压隧道中压供电
在早期高速公路长隧道的供电方式大体上均采用在隧道两端设立独立的变电站，由两端向隧道供电，当隧道长度较长（超过2000米）时，这种低压长距离供电，线损较大，末端电压也将会受到很大的影响，为了保证供电质量和降低损耗，往往需要选择截面积很大的电缆进行供电，无疑会增加了大量的投资。陕南高速公路的长隧道多，如果采用传统供电模式，将产生巨大的投资，同时在实际运营中，低压电缆经常性的被盗。针对陕西高速公路的特点，自2005年起对高速公路供配电系统进行了不断的技术攻关，并吸收了国内外先进的中压供电技术，从2005年开始在新建的高速公路上采用了将10kV中压引入隧道且结合地埋式变压器应用的供电模式，保证了隧道长距离供电的需求，成功地解决了长隧道供电的问题，同时采用中压供电，可节省大量的建设资金，降低了线缆的损耗。
三、灯具布设的措施
在设计规范中，中间段灯具的布设方式有中线布置、两侧交错布置和两侧对称布置等三种形式。早期的福建省高速公路隧道照明设计中，中间段灯具布设方式采用中线布置和双侧对称布设两种方式，中线布设效率最高，但是维护不便，需要封闭整座隧道才能进行，对高速公路通行影响很大；双侧对称布设需要两侧都铺设线缆，灯具密度大，造成建设资金的增加，也加大了运营维护的费用。通过了大量的研究、灯具配光计算和试验，在新建的高速公路隧道照明中采用新型的布灯方式：单侧布灯方式。此种布设比中线布设方式好维护，只需封闭单个车道即可进行维护作业；与双侧布灯相比，可节省一半的线缆，并且减少了灯具的布设密度，大大节省了建设和运营的费用。单侧布灯会存在路面照度不很均匀情况，通过了现场的实际检测，单侧布灯路面照明均匀度尚能满足规范的要求。但单侧布灯也存在着光通利用率不高的问题，从设计规范上看，隧道照明的重点在路面及隧道壁2米以下，而2米以上的空间不做要求，高压钠灯的单侧布灯，应受限于灯具的配光曲线，较大一部分光照射到2米以上的空间，通过几年的观察、研究以及人群的调查，总结中间布灯、双侧布灯、单侧布灯的优缺点，目前修改为中间偏右的方式，安装示意图见图1。
图1 隧道内基本段单侧灯具安装示意图
四、灯具的节能措施1. 采用高压钠灯电子整流器
高压钠灯是高强度放电灯中的一种，其具有极好的光效（120lm/W）和合适的光波长，但是，传统高压钠灯采用的电感式镇流器存在功率因数低和自身损耗大的缺点，严重影响高效光源的利用，虽然各高压钠灯均采用了电容补偿，但由于补偿电容的寿命都短于灯具的寿命，且当电容失效时不影响灯具的工作，在通车的隧道特殊环境中，不易发觉电容效。大量低功率因数电器的使用，对电网造成污染，电能得不到充分利用。
为解决电感式镇流器的缺点， 2005年开始在西汉高速公路隧道进行电子镇流器的试点应用，电子镇流器不但可以做到很高的功率因数（0.97以上），自身损耗小，具有显著的节能效果，而且还能在很宽的电压范围内点灯工作，很好地解决了电感式镇流器的缺点。但是电子式镇流器的工作频率一般在20kHz 以上,高压钠灯在这个频率下极易发生声谐振, 使得放电管中原来的热力学平衡状态被破坏,对外直接表现为光强不稳,亮度闪烁, 严重影响照明效果, 甚至造成灯管炸裂，对大多数电子镇流器而言, 其输出多呈恒流特性, 严重声谐振时, 电弧可能突然熄灭, 导致电路中产生过电压, 如果保护功能不够完善, 就有可能造成镇流器的彻底损坏，同时由于电子整流器目前还不能够完全通用，存在与光源匹配问题，给设备维护造成很大的麻烦。由于吉坑隧道外电压波动大，灯具损坏严重已恢复原来的电感式整流器，其他几个试验段灯具损坏率在2.3%左右，目前还在使用。
电子整流器技术还不完全成熟，特别在高速公路隧道这种恶劣的环境下，存在问题更多，因此到目前为止依然难以在我省高速公路隧道照明中得到大规模的推广应用。
2. 采用电磁感应无极灯
无极灯是近几年国内外电光源界着力研发的高新技术产品，综合了电子学、等离子学、磁性材料学等领域最新科技成果。它通过以高频感应磁场的方式将能量耦合到灯泡内，使灯泡的气体雪崩电离形成等离子体，等离子体受激发原子返回基态时自发辐射出254nm的紫外线，灯泡内壁的荧光粉受紫外线激发而发出可见光。它与传统高压钠灯光源最大的不同之处在于无电极、寿命长（50000小时）、光衰低、恒功率输出，可大大节省维护费用。此外，无极灯可采用智能控制技术，实现自身调光控制。
2007年开始，在陕西省高速公路隧道应急照明和短隧道进行无极灯试点应用，当时一方面考虑无极灯的最大优点是寿命长，而陕西隧道中的应急灯照明24小时工作，在2007年以前建设的隧道中采用的普通荧光灯和高压钠灯寿命（即稳定光通时间）有限，普通荧光灯寿命一般在5000小时，高压钠灯寿命在15000小时，特别是普通荧光灯维护量较大，给运营管理带来较大的麻烦。另一方面考虑电磁感应无极灯灯泡内壁采用的是荧光粉，其光线的波长不像高压钠灯那样具有透雾性，而在隧道中因通风问题、汽车尾气等，常有烟雾出现，因此在长隧道的基本照明仍采用高压钠灯，以利于行车安全。
经过了几年实践总结，笔者认为无极灯寿命长的优点更大于节能的意义，从光学指标上看，无极灯的光效尚低于高压钠灯，在实测中无极灯的照度也低于高压钠灯。当然，目前在学术上还有白光照明和高压钠灯照明对人眼视觉影响的争议，主要在测试的照度仪表和人眼瞳孔所接受照度的差异，我们也在对白光照明在隧道中的应用做进一步的研究。目前我们认为无极灯适用于应急灯、紧急停车带、横洞等，在陕西省高速公路后续新建的隧道中的应急照明、紧急停车带照明均采用无极灯，并在已运营的隧道应急照明也逐步采用无极灯代替荧光灯和高压钠灯。
经过多次的实验和调查，无极灯作为白光照明，不适用于隧道入（出）口段的加强照明，隧道口采用无极灯并不能有效的消除黑洞效应。无极灯也不适用于短隧道的基本照明。
3.采用LED照明灯具
LED作为一种新型光源, 具有寿命长、发光效率高、功耗低、启动时间短、显色指数高、工作温度低、方向性好、工作电压低、无紫外辐射、环保等众多优点，已经在一些照明领域应用。隧道照明应用新型LED隧道灯具有其他灯源无法比拟的优势，LED做为半导体照明，虽然目前工程应用中的芯片光效还达不到高压钠灯的光效，但其定向性强，灯具光通利用率高，特别在隧道应用中，较好的将照明的重点控制在路面及隧道壁2米以下，带来了很大的节能的空间，目前在国内已经有部分隧道照明工程使用了LED隧道灯。从2007年4月起，陕西省高速公路也开展了LED隧道应用研究工作，跟相关单位联合成立了课题研究小组，对全国16个LED厂家进行跟踪测试，并选用了两家灯具分别安装在高速公路部分隧道左右洞，进行各个照明段的跟踪测试，从近一年的跟踪测试，LED照明基本上能达到30%的节能。但我们发现目前LED隧道照明还存在着一些问题，目前市场上LED灯具的质量差距较大，从吴子高速公路隧道对全国16个LED厂家一年的跟踪测试看，灯具完好未发生故障的仅有3家；光衰较大、色温漂移严重，上述16个LED厂家一年的光衰均在50%以上，各别厂家的灯具色温漂移达1000以上，两家灯具光衰达5%；驱动电源寿命短，上述16个厂家电源不合格的占一半以上，两厂家灯具3个月内也发生过部分灯具的质量问题。
虽然，LED照明灯具存在一些问题，但LED照明是节能照明的发展方向，随着芯片技术发展和成本的进一步下降，特别是隧道白光照明理论的深入研究，LED隧道照明将会在高速公路隧道照明中得到更广泛的应用。
五、控制措施
陕西省高速公路长隧道都设有隧道洞口加强照明闭环控制系统，其结构为：在隧道的洞外设置亮度检测设备，在入口段设置照度检测洞内照度，检测设备自动检测洞内外光亮度值，由本地控制器上传送入监控分中心计算机，经计算机处理后产生控制方案，并将控制指令下传到本地控制器，由本地控制器控制照明驱动单元执行，分别控制相应的照明回路。这种动态的控制可达到既安全，又可节能。控制流程图见图2。
图2隧道洞口照明闭环控制
但该系统在照明控制中没得到很好的应用，一方面，在建设阶段，洞口加强照明闭环控制系统均通过简单的设置阀值以达到控制目的，但实际应用中，由于种种的边界因素，是要通过较长时间的洞口环境调查，建立一定的数学模型，才可实现适用的控制。目前在控制系统的建设实施阶段，基本做不到上述的程度，运营中，系统适用差，营运人员都转为时间控制形式，因此系统长期不用。另一方面，闭环控制系统中的亮度计和照度计设置在隧道洞口，其环境较差，特别是洞外的亮度计，常年风吹雨晒，而且还会经常性的雷击，因此日常需要良好的养护和维修，但目前由于种种原因，养护总是不到位，实际运营中基本上以时控或人控方式代替。
由于隧道洞口照明的功率占隧道中功率的大部分，而运营中洞口照明又要根据季节、时间、隧道朝向、气候等因素调节，隧道照明的难点就在洞口照明，也是隧道节能的重点和关键。2008年，我们在陕西高速终南山隧道左洞进行自动调节照明亮度试验和重点研究，该课题采用无极灯的电子镇流器实现无极照度调节，控制系统采用DALI总线方式，无极灯的镇流器组合与调光控制DALI分控制器（Slave）制造成一体，通过DALI主控制器（Master）可对每个镇流器（Slave）分别寻址，实现单灯无极调控。该系统已初步能实现随洞口照度无极调节的功能，为考核系统的可靠性和稳定性，目前系统还在进一步的测试中。
六、管理措施
良好的管理措施对隧道照明的节能起到相当大的作用，根据我们近十年的运营经验，管理措施可归纳几个方面：（1）彻底了解和领会隧道照明的设计意图和相关的规范要求；（2）控制好隧道洞口照明是实现隧道照明节能的关键；（3）基本照明应根据车流做合理的调整；（4）制定合理的照明方案；（5）隧道照明的灯具的清洁维护是隧道照明管理的重点，保证灯具较高的养护系数；（6）定期批量更换光源，使照明光源运行在高效的工况。总之，通过对隧道照明系统进行维护，使照明系统始终处于良好的工作状态下，满足隧道照明要求，达到管理上的节能。
七、结语
高速公路隧道照明节能涵盖的内容是多方面的，要实现系统节能，就要在各个环节都要实施节能措施。设计环节的节能是节能的基础，消除过度设计、选择合适的参数、根据车流情况分期实施等都是实现节能的基础工作。管理环节是实现隧道照明节能的关键，提高养护系数，制定合理照明方案等都是隧道照明的重点。采用各种控制方式和消除中间损耗，以及终端光源的研究创新是实现隧道照明节能的重要手段，尤其是节能型光源和灯具的采用。
关键词：隧道施工；机械化施工；铁路施工
我国由于经济发展的需要，已修建大量的铁路隧道。在我国广大隧道工作者的共同努力下，我们在基础理论研究，国外资料收集、设计、施工等方面取得了可靠的成就，积累了丰富的经验。但是，我国的铁路隧道施工快速建设的水平以及相应的配套技术水平，施工设备等仍然落后与同等时期其他发达国家的建设水平。针对质疑情况我们应该结合我国隧道机械化建设的水平和现状进行全面系统化的总结分析，同时找出限制我国铁路隧道机械化施工技术水平的弊端，并进行讨论进一步提高我国隧道机械化施工的水平，以形成具有我国独特的隧道理论、设计及施工方法。
1 我国铁路隧道施工机械化的发展现状
上世纪五六十年代，我国的隧道施工主要是以人工施工为主，小型机械化为辅，施工难度大，工期长，施工效率极低，到了六十年代中期，我国开始在川黔线、成昆线和贵昆线的铁路隧道施工中借鉴煤矿和矿山的巷道快速掘进模式，运用了配以自制分风分水器的手持式凿岩机械，以及铲斗后卸式装渣机、平移调车器和轨距组成装运系统等，不过施工效率仍然较低。我国的铁路隧道机械化施工大致从横广复线大瑶山隧道建设的20世纪80年代为起点，之后在南昆、京九、大秦、西康的铁路建设施工中发展完善，形成多种机械和设备配套施工的配套模式，并且以铁路隧道钻爆法机械化施工为发展标志性技术，到了20世纪90年代的西康铁路秦岭段特长隧道中全断面硬岩掘进机（TBM）的使用为又一技术发展的标志，并逐渐形成模式沿用至今。
总结我国铁路施工的发展现状，可以得到以下结论，我国铁路隧道机械化施工分别经历了小型设备钻爆法施工、大型无轨运输钻爆法施工和非钻爆法施工三个阶段，从部分机械化作业发展到了综合机械化配套施工的道路，从人工开挖发展到了TBM的使用，两次技术飞跃虽然大幅度的推进了我国铁路隧道施工技术的发展，但是在整体技术和相关的快速修建设备配套技术水平、施工装备以及国产化程度仍然存在一定程度的问题，其主要表现在：
1.1 快速施工技术体系尚待完善。
以钻爆法为基础的机械化快速施工体系表现在机械化作业线设备配套技术、施工安全与风险控制、环境控制、岩溶高压水、变形治理等方面。目前而言，许多设备配套和关键性技术难题亟待解决，施工进度有较大差别，事故频发，工程后环境治理跟不上进度。
1.2 完善机械化设备配套
机械化配套设备只能在硬岩或者围岩稳定性较好的条件下才能进行快速的机械化施工，作业线上的机械设备国产化程度较低，影响了机械的使用寿命和维修养护，同时就影响了作业的效率，不能形成较为完备的先进机械化作业线。特别是喷锚、支护和二次混凝土衬砌等工序的配套机械设备国产化程度极低，完全制约了我国铁路隧道机械化施工的进步和全面发展。
1.3 机械化程度亟待提高
相对于软弱围岩和土质隧道，多数只能进行人工作业。人工作业包含了施工时间长、工序繁复、围岩扰动较大、安全系数低、进度缓慢。这些问题都是受制于机械化施工程度的低下。
针对这些突出问题，我国进行了相关课题的研究，铁道部门专门设立了“隧道围岩稳定性及控制技术的研究”，并且由中铁隧道集团牵头进行了其课题重要部分“隧道施工机械化配套技术及装备研究”的实践实验和研究开展。通过结合实践来进行先进技术的研究，能对我国铁路隧道机械化施工的不足之处提供理论基础，同时也能从实质上解决我国铁路修建技术相关设备的国产化问题，提升隧道施工装备的实力和国产化水平，进而形成完善，先进的铁路机械化配套施工技术体系。
2 铁路隧道机械化施工探讨
进行大规模的机械化作业，使隧道施工进度明显增快，施工质量有所保证，是今后铁路隧道机械化施工技术的关键所在。较高的机械化程度，可以在短期内进行大规模的隧道建设任务，并且要求其他各种相关的施工技术也必须在机械化的条件下进行，在提高和加快机械化建设的同时也要推进国产化装备技术的建设。
2.1 铁路隧道机械化施工中机械的配置、配套原则
配套施工以单机组组合配套后形成的生产作业线形成的综合生产能力高低为原则，铁路隧道的机械化施工机械设备的选择配套要从机械配套使用的整体能力入手，单机的机械性能必须和整体性能匹配，才能达到经济和生产相协调的效果。同时，我们要求各单机在运转过程中保持良好稳定的技术可靠性，在规定时间和作业条件下完成工期范围内的额定功率；机械本身也要具有安全运转功能所需的安全性，是施工人员和机械操作人员在机械运转时有相应的安全保障；其次，要在机械上装备相关防护设备，保障机械的耐久性，配套机组中的各单机要经久耐用；在机械的配套使用原则中要求及时的对机械进行检查、维修和养护；选用的设备要以优先选用经济适用的节能设备为原则；最后，选用配套的设备要能够适应多种地质条件下的不同施工方法，满足辅助施工方法的施工需要，具备一定的适应性。
隧道铁路施工机械设备的配套首要满足的是施工合同中所要求的相关条件，一般保护技术条件和经济条件。经济条件主要包含工作量、能源消耗、工作效率、操作性、通用性、劳力资源、耐久性、灵活性以及维修性。经济性主要包含使用率、购置率、使用率、各类资源消耗和与工期要求相符合的施工进度等等。通常配套原则要与施工方法想配套，与施工组织要求的进度目标适应，具有适应不同围岩的应变能力，同时要充分考虑辅助导坑的作用和功能，员工的素质和管理水平相适应。
2.2 我国铁路隧道机械化施工中常用的机械
我国已引进多台大直径全断面掘进机机组成功地建设了多座水工、铁路隧道，盾构技术更是在铁路隧道施工中得到广泛应用，这为非钻爆法施工大型技术装备的国产自主创新开发打下了坚实的基础。
2.2.1 TBM硬岩掘进机
开敞式硬岩掘进机，以德国Wirth公司的双排支撑靴结构和美国的Robbins公司的单排支撑靴结构机型为典型机型，作用是在岩石不易坍塌和地层较为稳定的隧道施工中进行施工，如果需要在较为破碎的地层中掘进施工时需要在护盾后即刻进行喷锚支护，最终的隧道支护施工方式是砼衬砌；单护盾式硬岩掘进机，单护盾式TBM与开敞式TBM有所不同的地方是单护盾式TBM配置了完整的圆形护盾，推进方式是依靠推进缸支撑在安装完成的整体衬砌或管片上获得支反力，但是由于单护盾式TBM的掘进和安装管片不能同时进行，所以施工进度较慢而应用得较少；双护盾式硬岩掘进机，掘进的原理和单护盾式硬岩掘进机完全相同，不同之处在于双护盾式TBM配置有前后护盾，前后护盾间设置了伸缩护盾，后护盾配置了支撑靴，在地质条件恶劣的情况下双护盾式的TBM采用单护盾的方式推进，在地质条件允许的条件下则采用双护盾式TBM掘进，掘进和安装管片可以同时进行，可以获得较快的掘进速度。
2.2.2 开挖设备
液压凿岩台车，液压凿岩台车从结构上分为实腹式和门架式，从行走方式分可以分为轨行式、轮胎式和履带式。门架式液压凿岩台车的腹部可以通行运渣车辆，能够充分的利用隧道内有限的横断空间，从而使施工中各设备的使用互不干扰，通常被运用于单线铁路隧道施工中，液压凿岩台车开挖钻孔作业效率高，劳动强度低，劳动环境条件好，不过存在一次性投入比例较大的缺点。
多功能开挖台架，多功能开挖台架出现于上世纪90年代我国施工过程中开发出来的风钻多功能台架配套法，其具有制作成本低、制作方便、操作灵活、适用范围广泛以及便于推广的优点，由于使用成本较低，所以利于全断面大楔形斜眼掏槽爆破技术的实施，爆破具有良好的效果，是隧道施工的进度得到了较好的保障，也适合我国隧道施工过程中劳动力充足，廉价的特点。虽然这种配套施工方法具有很多利于施工和节省资源的优点，但是也存在着科技含量低、劳动强度大、劳动环境差的缺点，在我国铁路隧道施工机械化进程的发展背景下必将被先进的施工技术和施工机械所取代。
2.3 我国铁路隧道机械化施工趋势
2.3.1 隧道钻爆法施工机械化是发展重点
用自液压凿岩台车进行铁路隧道施工取得了良好的施工效果，推广和创新发展“新奥法”施工和机械化配套技术是实现隧道钻爆法施工机械化的关键，其中掘进机械化、装-运-卸机械化、锚杆-湿喷砼支护机械化以及衬砌（含仰拱）砼施工机械化仍是推广和创新的重点。
2.3.2 重点研制隧道掘进机
与国外施工设备相比较，在机械工作可靠性、液压系统、伺服系统、自动导向和调向系统、刀具以及刀具轴承，主机大轴承的设计制造以及自动控制系统及元件上存在较大差距，也是我国隧道掘进机研制过程中需要解决的问题。为了满足当前高速铁路特长隧道建设需要，我们要和国外知名的掘进机制造厂进行合作，并设立本地化生产工厂。
2.3.3 铁路隧道机械化施工的科技化和自动化
掘进机的设计制造在一定程度上反映了一个国家的综合科学技术和工业水平体现了计算机、新材料、自动化、信息传输和多媒体等的技术的综合水平。目前在办公室所在地可以直接从计算机屏幕上获取远距离的掘进机施工图像和参数并可以发出指令进行控制，这是机械化设备自动化发展的趋势；同时计算机硬件和软件的迅速发展掘进机的计算机优化设计和施工系统的开发也是发展方向之一，越来越多的机械原理、电子学原理和机器人原理都会被合理的应用到岩土工程学中。
3 结束语
综上所述，随着我国大规模铁路建设的展开，隧道建设的数量将越来越多，建设标准越来越高，建设条件更加复杂，要顺利的完成我国铁路隧道施工的机械化进程，就必须在现有工作经验的基础上进行不断的归纳总结，结合我国铁路施工的现状去解决问题，同时培养高素质的铁路隧道施工技术人才，开展相应的大型机械设备的国产化工作研究，才能客观上解决我国铁路隧道施工的机械化进程中遇到的难点和关键问题。
参考文献
[1]代永文.单线铁路隧道无轨运输施工组织[J].山西建筑，2008.
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】：不同地质 工程造价 影响
中图分类号：TU723.3文献标识码：A 文章编号：
Abstract: Design and construction of highway tunnel construction, Should consider the types of engineering geological conditions, soil structure and surrounding environment factors, And for the above factors determine the design basis for the project. This paper focuses on geology and soils in mountainous area of the actual conditions，Analysis in highway tunnel engineering experience under different geological conditions, soil structure what are the key technology of construction, And targeted research and analysis.
Keywords：Different geological，Project Pricing，Influence.
我国是目前世界上构建公路隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家；其中山区包括高原、丘陵地貌占70%；截至2004 年底，我国已建成公路隧道2495座，总长1246km。由于所处山区地质、土壤结构情况较为复杂多变，隧道工程施工中的施工、设计随时需要调整，施工作业面窄、对工业化、机械化施工水平都提出了较高的要求。以下针对山区不良地形、地质条件下的关键施工技术进行具体论述。
一、洞口及不良地质条件下和大断面条件下隧道施工
1、洞口及不良地质条件下施工
（1）洞口段施工
包括：进洞前路堑施工，边仰坡的施工、洞口周围排水工程、洞口及进洞段衬砌等工程，早进洞、晚出洞；
（2）洞内塌方处理
先排水、短开挖、弱爆破、强支撑、快衬砌、各工序紧跟。由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般地质条件下的初期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术，提出来很高的要求。
2、大断面条件下隧道工程关键施工技术
（1）掌子面稳定性设计
在大断面条件下，如何控制掌子面的稳定性，减少和预防掌子面出现坍塌的风险，是极为重要的。特别是在通过各种不良地质地段时。 从风险的角度看，掌子面失稳有多种方式：掌子面挤出；掌子面拱部坍塌；上半断面拱脚下沉；底部鼓起等。从技术角度出发，预防和减少上述风险发生的主要方法也是多种多样的：超前支护；扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管；正面喷射混凝土和锚杆；底脚锚杆或锚管等。工程实践证实，在地质不良的地段，发展各种稳定掌子面的辅助工法并使之模式化是极为重要的。日本、意大利在这方面都做了极有成效的工作。
定义：以稳定掌子面和地层下沉为目的的拱形薄壳结构体。即：不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用，在横断方向还具有拱形结构支护效果的支护。
（2）超前支护施工技术
在大断面的条件下，隧道支护结构需要加强。加强的途径有二。其一是改变过去采用的支护结构参数，如增加喷混凝土厚度，加密钢支撑间距等；这是我们目前采用的主要方法。另一个方法就是改变材料的规格，例如高强度喷混凝土、高承载力锚杆等。第1种方法的后果，就是：加大了开挖断面积，这也是在同样净空断面积的条件下，我们的开挖断面积比较大的原因之一；第2种方法，是其他国家采用的主要方法。结果不仅提高了支护结构的效果，也缩短了作业的时间。
隧道的支护结构包括：初期支护；喷混凝土、锚杆、钢支撑或格栅超前支护； 二次衬砌包括仰拱及底板；临时支护：需要拆除的支护构件，如中隔壁等。
喷混凝土的几个关键性的性能指标：设计基准强度初期强度：附着强度；附着配比；回弹率；粉尘量。
①设计基准强度
在一般地质条件下的隧道，喷混凝土设计基准强度采用与衬砌混凝土强度相当的建议是可行的。另外应该指出，在欧洲一些国家的喷混凝土规定中，很少有采用小于C25等级的喷混凝土。在不良地质条件下的隧道，应该提高喷混凝土的强度等级，采用高强度混凝土也是合适的。
②初期强度
一般说，喷混凝土是最先施设的，都希望它尽快地发挥作用，这是我们要求喷混凝土具有一定初期强度的目的；设定喷混凝土初期强度的场合，应考虑隧道开挖条件及随掌子面进展产生的围岩动态，以充分确保掌子面及其附近围岩的稳定，取24小时以内的强度为标准；初期强度，应根据围岩条件和施工条件，可以取24小时以外的强度为标准，有的国家就是以3小时的强度作为基准的。初期强度的设定值与设计基准强度一样，因隧道功能、断面形状等构造条件、荷载条件及设计方法等而异。
③附着强度
喷混凝土与围岩及其它物体的附着，是发挥喷混凝土支护作用的关键指标。许多国家都有明确的规定。
④附着配比
对工程来说，喷混凝土的附着配比是最有意义的。附着配比指的是：喷混凝土喷射后附着在围岩上的配比。它与喷射配比、喷射工艺以及喷射工的技术熟练程度有直接的关系，不容忽视。下表是欧洲的一个标准，表2.。
⑤回弹率及粉尘浓度
回弹意味着粗骨料的损失，而粉尘则意味着微细颗粒的损失。这两者对附着的喷混凝土质量，具有重要的影响；因此，喷射施工中，如何控制回弹和减少粉尘的发生是很重要的课题。也是确保喷混凝土质量的重要课题；在质量控制中，有的国家规定：回弹不能大于20％，粉尘浓度不能大于5mg/m3，否则，就是不合格。
⑥喷射机械
喷射机械的性能和能力是减少喷混凝土质量离散性的重要保证。特别是，在大断面隧道中，一次喷射混凝土的数量有所增加，同时为了缩短喷射时间，采用大容量，高性能的喷射机械，已是大势所趋。因此许多国家都规定了喷射机的要求性能。如单位时间的喷射量等。有的更明确规定，喷射机的生产效率应在10m3/h以上。许多施工单位也都认识到这一点，开始采用大容量的喷射机，是非常英明的决策。
大断面隧道如果仍然采用一般隧道的支护结构，必然会加大开挖断面积、从而延长工期和增加成本。
前不久，学校举行中年教师课堂教学竞赛。我有幸再次被学校安排担任语文学科评委。每天听五节课，连续听课一周。每一节课，我都认真倾听，仔细记录，并不时思考揣摩教者的设计意图。遇有精彩之处，及时标记，并课后与之交流，分享教学智慧。当然，课堂中也不时有一些插曲，出现一些失误或错误。课堂教学中的学生失误或错误，如何处理？无非两种办法：一种为不影响教学设计或教学思路，暂时把问题放到课后去解决（往往不了了之），以免横生枝节。另一种就是及时捕捉，巧妙点拨，促进学生思维、探究与交流共享，生成意料不到的精彩！
这次竞赛中，没想到也有一些小插曲，其中印象最深的是这样一个教学片段。
教学片段回放：
一位教师执教六年级上册《詹天佑》这篇课文，当引导学生学习“勘测线路、开凿隧道、设计‘人’字形线路”这部分中的“开凿隧道”时，是这样安排的：1、出示两幅山形图，请标明名称，并说明理由。2、画出詹天佑“开凿隧道”的示意图。3、交流自己的体会或感受。
可谁知，一位学生在黑板画“开凿隧道”示意图时，是这样画的：
这是一个本不该有的错误，怎么办？听课教师不禁为这位教师捏了一把汗。这位教师愣了一下，到底是教学经验丰富，只见他不慌不忙，顺势引导学生对黑板上的“开凿隧道”示意图展开讨论，大胆发表自己的意见。
没想到大部分学生竟然认为是对的。教师不慌不忙，轻声问道：“还有不同的意见吗？”沉默了一小会儿，小手陆续举起……
生甲：我认为居庸关采取的是“从两端同时向中间凿进的办法”，优点是可以两端同时动工，提高效率，节省一半工程时间。但难度大，这就需要精密计算，否则就会像这位同学一样，“失之毫厘，差之千里”，反而得不偿失……
生乙：居庸关和八达岭地形复杂，工程艰巨。正因如此，帝国主义者才会笑话我们：“能在南口以北修筑铁路的中国工程师还没有出世呢。”居庸关的“两端同时向中间凿进法”，以及八达岭的“竖井开凿法”，是詹天佑的创举，他不愧为我国杰出的爱国工程师。
生丙：居庸关和八达岭两种不同的隧道开凿法，是根据山势精确勘测、精密计算后设计的。八达岭的隧道开凿不应该是这位同学画的这样，而是考虑经济、高效。所以我认为詹天佑确定竖井位置为山顶的凹处的B点这一处，不是A和C点。而且书上说“他（詹天佑）跟老工人一起商量，先从山顶往下打一口竖井，再分别向两头开凿，两头也同时施工……”
教师点点头，比较满意。
生丁：我补充一点，我们刚才仅仅画了一下“开凿隧道”示意图，竟然会这样马虎、粗糙，不细致。如果这样，工程会受影响，浪费人力物力财力，甚至工程失败……难怪詹天佑严格要求“工作精密”。值得我们好好学习！
教师总结道：“同学们真会看书，善于动脑，你们的思考很有见地。听了以上同学发言，通过“开凿隧道”这件事，我们深切地体会到詹天佑的确是一位（杰出的爱国）工程师……”
随后，教师临时增加一个环节：要求同学完善“开凿隧道”示意图。学生们认真地用直尺画线，我知道，工作严谨、才华杰出、具有浓烈的爱国情怀的詹天佑仿佛正穿越时空、鲜活地出现在眼前……
听后反思：
课堂中的这一小插曲，竟因教师的教学机智而生成这意料之外的“精彩”。静思这一教学片断，有了自己的一些思考和感受。
1、“以生为本”、“学生是学习的主人”在课堂的认真落实。“生本课堂”，简言之，就是“为了一切的学生，为了学生的一切，一切为了学生。” “以学定教”，教师当讲则讲，当练则练。课堂中学生出错，在所难免。关键是要当堂解决，切不可推于课后敷衍了事。让学生疑问一直得不到解决。一切都服务于学生学习的需要。学生真正成为学习的主人。
2、课堂“错误”资源的开发与使用。学生的“错误”就是学习的重要资源之一。作为教师要适度开发，巧妙使用。一如这位教师的做法，正视“错误”，引导学生再入文本，深入思考，适时点拨，耐心等待，只要有一位学生发表改正建议，“一石激起千层浪”，学生思维的阀门打开，智慧的火花四处迸射……
笔者曾经早年前看过一份关于逆向思维的研究资料。我们习惯顺向思维，不习惯逆向思维。其实，只有经常进行逆向思维训练，知识才掌握牢固。小学数学课上经常开展“数学改错练习”。语文教学也可以借鉴。一方面，及时把握学生的“错误”资源。另一方面，教者可以根据学生学情，一不小心“出错”，精心设计，引导学生帮老师“改错”，教师与学生平等相待，学生在为老师“纠错”中，一方面密切了师生关系，另一方面增添了学习的信心。
3、留心建立一个“错题案例集”， 分享教学（育）智慧。萧伯纳说过：“你有一个苹果，我有一个苹果，我们彼此交换，每人还是一个苹果；你有一种思想，我有一种思想，我们彼此交换，每人可拥有两种思想。”由此可见，思想的交换是认识的源泉之一。语文学习，是思维和语言的“同构共生”、同步发展。新课标的颁布实施，我广大教师高度关注语言学习运用，即“语用”。 “语言是思维工具和交际工具。它同思维有密切的联系，是思维的载体和物质外壳和表现形式。”因此，语文教学在关注“语用”的同时，千万不要忘了发展学生的思维。
语文教学中一个个“错误”的出现与顺利解决，往往是学生语言习得的有利时机。这一个个鲜活的“错题案例”，使学生深刻领悟：语言表达的准确，布局谋篇的精巧，修辞手法的形象生动……
关键词：高速铁路；隧道限界检测；断面积；激光；CCD图像处理
中图分类号：U238 文献标识码：A
1 引言
动车组的到来标志着中国铁路正进入突飞猛进的高速发展时代。高速铁路的发展对社会经济的进步起到了积极的推动作用。为人们提供了一种全新的、舒适、快捷的生活方式。同时，在高速运行的条件下，对隧道限界检测技术的要求与既有线运营隧道也有所不同。
现行铁路隧道限界标准是在机车车辆限界基础上，考虑各种因素用增加安全余量的办法确定的。而在列车高速运行情况下，确定这个安全余量的概念与中、低速时有所不同，在隧道内，因空气动力效应产生的一系列问题，成为制定隧道限界的控制因素，这主要有旅客及作业人员的安全避让距离、允许最大侧向风速、隧道内瞬变空气压力场的影响、列车风及隧道阻塞比等，因此对隧道限界和断面积的测量与计算对高铁运营具有重要意义。
目前我国运营隧道限界检测手段主要有手工测量和隧道限界检测车两种。前者不仅速度慢、误差大，而且安全系数低，已不能满足现代化铁路运输生产的需要；后者由于受研发时期条件限制，主要针对运营中、低速列车的线路进行隧道限界测量，并且不支持断面积计算。高铁列车运行速度的大幅提高及相应的隧道技术标准的变化，使得隧道检测方法必须随之改进。本文设计了一种符合高铁隧道检测要求的方案以实现在不影响高铁列车正常运行的情况下对隧道限界和断面积进行动态检测。此项研究已于2010年列为铁道部重点课题，合同编号2010G007-M。
2 系统的工作原理及组成
高速铁路隧道净空大，断面积的检测难度大。难点在于同一时刻检测同一断面上所有点的数值。常规的激光或雷达扫描测量，均存在螺旋弧轨迹及测量点间距过大问题，计算不出隧道断面积。所以，考虑研制一套能够在同一时刻快速检测隧道同一断面上的各点尺寸的装置，将其安装在能够在高速铁路上行驶的车体内，组成限界及断面积检测车。该检测车可以用高速线路维修车牵引，能在列车变速行进中进行测量，符合我国高速铁路管理模式，避免影响列车正常运行。
2.1 系统的检测原理是
应用激光扩束技术，将大功率激光点光源扩束为弧线，照射在隧道洞壁上，形成一条高亮度的光带，作为检测基准。选取高速摄像机瞬间将隧道断面全部摄录下来，利用计算机图像处理技术计算隧道限界尺寸及断面积，从而解决高速铁路隧道限界和断面积的检测问题。
2.2 三角形测量原理
隧道检测车对隧道断面的尺寸测量应用三角形测量原理。即激光照射平面、隧道洞壁和CCD摄像镜头构成三角形关系如图（1）。CCD相机光路成像图如图（2）所示；
图2中，投光平面与CCD相机镜头轴线两者之间的垂直距离为物距用“L”表示，投光平面与隧道洞壁相交取一点为A，镜头轴线与投光平面交点为B。F、F'为透镜焦点，A'为A点在CCD光敏面上所成的像。三角形ΔABC与三角形ΔA'B'C相似，则X/L=ΔX/ΔL，由于L， ΔL为定值，ΔX可通过A'点在CCD光敏面上的坐标求得，则X的值可由公式:X=L/ΔL×ΔX求出，即求得光带的几何尺寸。
2.3 隧道断面积计算方法
由于隧道断面属于不规则图形（如图3中实线所示），所以不能套用固有的图形计算公式求其面积。需采用积分的方法求算，具体思路如下：
（1）设a为横坐标的最小值即a=min x;b为横坐标的最大值即b=max x；当y=0时，x1=a'，x2=b'，a'< b'；
（2）分割[a，b]区间，取点x1……xn-1分割[a，b]区间，得到n个区间[x0，x1]……[xn-1，xn]；a= x0
（3）求断面积，由a，b为端点围成图形的面积公式为：
Sx(xi-xi-1)f(ξi); 当n∞时 S为这个曲边梯形的面积，而隧道的实际断面积为S1，S1=S-S2-S3；S2和S3的面积求法同上。
图3
2.4 系统主要由大功率激光准直机构、高速CCD数字摄像设备、走行定位装置和网络计算机组成。
3 系统硬件设计
系统硬件部分主要完成图像采集工作，这部分由大功率激光准直机构和高速CCD数字摄像设备组成[5](如图4)。
激光准直机构利用扩束技术，将大功率激光点光源扩束为弧线，若干条弧线照射在隧道洞壁上，形成一条完整的高亮度光带，作为检测隧道断面的源图像。CCD相机以25幅/秒的速度摄录光带图像，以保证系统实时采集到隧道径向断面尺寸。这相当于沿隧道轴线以25Hz的频率对隧道的采样，也就是将隧道切割成若干个断面并记录各断面在隧道内的准确位置，进而求得隧道断面的实际尺寸。
对于钢轨的测定也采用相同的方法，在摄录隧道断面的同时，也将车体相对于钢轨的位置一并采集处理，从而求得隧道断面距钢轨中心线的精确位置。隧道入口位置的确定由红外光电开关给出。测速测距采用霍尔转速传感器，通过计算车辆相应的运行速度和运行时间求出每一断面在隧道中的准确位置。
图4
4 系统软件设计
本检测系统的软件设计采用了自顶向下的设计思想，在整体框架内对于不同功能按照层次进行划分，以模块化的功能设计方法使复杂问题简单化，以便降低开发难度，提高工作效率。
根据隧道限界检测系统的功能要求，以人性化操作为基础，将检测时涉及到的相关信息，如车辆运行速度、行进里程、隧道名称、隧道中心里程和长度等显示在界面上。便于操作者实时了解系统运行情况。
系统软件部分的工作流程如图5所示。当系统运行后，首先对采集卡等硬件进行初始参数设置，接着载入待检测隧道信息，然后使用者可以对初始里程进行设定，软件会自动进行累计，之后系统等待采集指令，当收到采集指令后程序以25帧/秒的速度采集并保存隧道图像。采集到的图像经过几何变换、去噪校正、图像插值、拼接等处理[6]，得出实际尺寸，最后再利用前面提出的断面积算法求得隧道断面积的大小。
结束语
高速铁路隧道限界及断面积是高速铁路的重要基础标准之一，它关系到列车在线路上能否高速、安全的运行，也关系到与隧道相关设备和人员的安全，对高铁发展具有重要意义。本文提出的通过图像采集和图像处理对高铁隧道限界和断面积进行求值的方法为解决这一难题提供了一个操作方便、高稳定性、高精度的可行方案。
参考文献
[1]刘统畏，何宁.铁路隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，1995.
[2]陈豪雄，殷杰.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，1995.
[3]铁道部第二勘探设计院.铁路工程技术手册，隧道[M].北京：中国铁道出版社，1995.
[4]王庆有，孙学珠.CCD应用技术[M].天津：天津大学出版社，1993.
