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摘要：
現階段的隧道結構計算都采用電算，無論是設計、施工及研究都需要掌握隧道結構電算相關知識，但是《隧道結構電算》課程在一些學校沒有開設或課時較少。該門課程教學明顯不夠成熟，且具有理論性強、實踐性要求高等特點，本文通過分析隧道工程專業本科生的就業現狀，對教學的目的、內容及教學方式展開了探討，可為《隧道結構電算》課程的教學提供一定的參考。
關鍵詞：
隧道工程；隧道電算；有限元
結構受力計算如果采用手算需要大量的人力、物力和時間，并且精度可能達不到要求，而電算可以解決這些問題。隨著計算機硬件和軟件技術的發展，結構計算已經基本采用電算。隧道結構電算在上世紀80年代起步并獲得了一定的發展，比如：1981年4月21~27日在成都舉行了第一次隧道專業電算交流會[1]；1984年3月18~22日在北京召開了專業標準化工作會議[2]；1987年3月20~24日在成都召開了鐵道部基建系統隧道專業第三次電算歸口會議[3]等。這些會議的召開對隧道電算的發展起到了巨大的推動作用，由此也可以看出隧道電算受到隧道工程專業人員的高度重視。目前，并非所有具有隧道工程專業的學校都開設了《隧道結構電算》課程，但是它是隧道工程專業必須學習的重要專業課程，因而《隧道結構電算》教學值得探討。該課程具有自身的特點，其最大的特點是考慮圍巖與隧道結構的相互作用或先計算出荷載直接作用于隧道支護結構上，實現理論與實踐的高度統一，使學生能夠運用有限元軟件完成簡單的、常見隧道結構受力計算。
1《隧道結構電算》教學的目的
課程的教學目的與學生畢業后所從事的工作密切相關，全國范圍內土木工程專業本科生就業去向主要有施工和讀研兩大類，隧道工程專業畢業生也不例外。從目前的施工技術水平來講，施工單位應對一般隧道工程項目的技術相當成熟，但是遇到特殊地質狀況時需要工程變更。由于地勘資料不可能完整反映整個隧道開挖及影響范圍內的地質情況，所以在隧道施工過程中變更常常存在。隧道結構計算書是設計圖變更及施工工藝變更的重要支撐材料。對于立志進一步深造的同學更應該學好電算計算理論和軟件應用，因為這是目前主流及常用的研究手段之一?？傊端淼澜Y構電算》對隧道工程專業的學生都非常重要。由上述分析可知，《隧道結構電算》教學應使學生了解隧道結構計算的當前狀況和技術水平，理解一般隧道結構計算的基本理論、計算方法和手段，掌握一種計算方法和一種計算軟件，能夠獨立使用電算軟件完成二維隧道結構模型計算（包括荷載——結構法和地層——結構法），為畢業后從事隧道工程相關工作或研究奠定基礎。
2《隧道結構電算》教學的內容
《隧道結構電算》是一門專業課程，在學習該門課程之前，應該先修《線性代數》、《材料力學》、《結構力學》、及《彈性力學》等課程，除此之外《數值分析》、《計算機程序設計》及《有限元》等相關課程知識也是學習這門課程的重要基礎。然而，一些學校的隧道工程專業并未全部開設這些課程?！端淼澜Y構電算》的課時一般較少，在短時間內要完整、系統和深入的完成這門課程教學比較難。隧道電算有很多計算方法，包括：有限元法、有限差分法及邊界元法等方法。目前國內外隧道結構計算使用較多方法是有限元法和有限差分法，本文以有限元法為例進行探討。針對《隧道結構電算》教學的實際情況，推薦理論部分主要教學內容為：有限元法的計算過程，離散，單元計算理論（桿單元、梁單元及實體單元），邊界條件及處理，求解方法，結果分析等知識點。該門課程除理論教學之外，還需要上機練習以提高實踐能力。上機練習應該以實例教學為主，主要完成荷載——結構法和地層——結構法的實例練習。
3《隧道結構電算》教學的方式
《隧道結構電算》的理論部分涉及多門課程，知識面廣，有些課程雖已經學過但是時間已經比較久遠，又由于理論性較強因而教師的教學和學生的學習過程都比較困難。結合筆者的教學經驗，本課程教學應注重加強思路、方法和步驟講解，而不是以具體的推導和演算教學為重點。但是重要的知識點，未學知識點有必要深入講解。對于有限元法來講，位移函數、單元剛度矩陣、總體剛度矩陣等重要知識點可以通過例題講解。求解方法則應以講解各種求解方法的思路及優勢為主，若以例題講解則比較繁瑣且容易出錯，實例講授方法不適用于該知識點的教學。《隧道結構電算》上機練習之前，應該簡單講解所用軟件的功能，界面菜單及操作流程。操作流程應結合有限元理論，比如：定義單元類型、材料參數、單元特性、建立幾何模型、劃分單元、施加荷載和約束、求解及后處理。在軟件計算過程中應考慮初始地應力，施工過程：超前支護、開挖、初期支護和二襯等施工階段。計算完成后，根據計算目的獲得計算結果。上機課程應設計荷載——結構法和地層——結構法的實例練習，使學生進一步理解電算計算理論和掌握隧道結構計算過程與方法。
4結語
《隧道結構電算》是隧道工程專業需要學習的重要課程，但是課時少、內容多、理論性強、實踐性要求高，本文通過分析隧道工程專業本科生的就業現狀，歸納了教學目的，提出了教學內容的重點，探討了理論教學與上機實踐教學相結合的教學模式。
作者：周元輔 單位：重慶交通大學土木工程學院
參考文獻：
[1]鄭天中.隧道專業第一次電算經驗交流會[J].鐵道標準設計通訊,1981,(6):49.
[2]陳唯一.全路隧道專業電算歸口會議[J].鐵道標準設計通訊,1984,(4):49.
[3]鄭天中.鐵路隧道專業第三次電算歸口會議在成都召開[J].鐵道標準設計通訊,1987,(5):49.
