关于工程案例的教学方法，从历史上看, 案例法在专业教育中的应用已有很长的历史, 这一历史至少可上溯到19世纪末。王少非(2000)和郑金洲(2002)阐述了教学案例开发的启示, 指出，案例教学是未来教师专业发展的新途径。在100多年的实践中, 人们在运用案例法过程中积累了大量的经验。1870年, 哈弗大学的兰德尔(C. C. Langdell) 在法律教育中引进了案例法；1893年, 约翰•霍普金斯大学的奥斯勒 (William Osler) 在医学教育中引进了案例法；1908年, 哈弗大学的洛厄尔 (Lawrence Lowell) 在商业教育中引进了案例法；1920年, 哈弗大学的霍尔姆斯 (Henry W. Holmes) 在教师教育中引进了案例法。

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   在我国古代，韩愈在《师说》中认为，“师者，传道授业解惑也。”所谓“传道、授业、解惑”，在案例课堂讨论中，教师扮演的角色是要激发学生广泛参与讨论，引导学生对案例进行理论提升，使学生对案例中所包含的问题获得更透彻的理解，促进学生之间的积极的人际交往，从而构建一个具有合作性的“学习共同体”。近年来，我国一些学者在应用案例进行教学方法进行了有益的探索，例如严宁珍, 等(2011)在多年教学实践的基础上, 总结了案例教学法在地质地貌学教学中的意义、案例选择和设计中应该注意的问题、案例教学法的组织实施, 以期探索出适宜环境生态类专业地质与地貌学课程的有效教学方法。

   随着我国工程建设的广度、深度和难度的日益增加，特别是随着一批国家重点工程的上马，诸如南水北调、西电东送、西气东输、港珠澳桥隧工程、上海中心大厦、北京地铁等各类工程的兴建。其工程地质条件越来越复杂，由此产生的工程地质问题也越来越具有高度的复杂性。因此，需要不断补充近年来在工程实践中的科研成果来充实工程地质学的教学内容。

   就是理论与生产实践的密切结合，这些重大工程的科研成果往往反映了相关领域的最新学术动态，有的研究成果可能反映国内外领先的学术水平。因此，可以不断充实于理论教学之中，对加深学生对有些理论问题的理解，扩展学生的学术视野和思路，提高学生分析和解决实际问题的能力等诸多方面均有帮助。笔者收集整理了丰富的实际研究资料，并结合课程的教学内容适当地介绍给学生。这样，大大丰富了工程地质学课程的教学内容，提升了教学效果。

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   在工程地质课程教学的过程中，笔者以港珠澳大桥工程为例进行阐述。港珠澳大桥是我国在建的一个特大工程，工程的重要性不言而喻，是百年大计，至少要100年保持工程的稳定、安全和正常使用。通过结合课堂工程实例视频讲解，在上课过程中引导学生认识清楚该工程的地质条件，需要根据实际情况采用什么样的勘察手段与方法，对勘察资料如何进行岩土工程条件评价，提出因地制宜的地基处理措施和采取合理的工程结构措施等等。

   笔者通过在建的重大工程实践，让学生对工程地质条件及工程问题分析，并独立地提出地基处理方案、设计措施和施工设计，以及解决问题的各种工程方案。多年的教学实践表明，这对于提高学生的认知能力、培养科学的思维方法，能够收到很好的效果。

   港珠澳大桥工程地质条件：桥址区地质条件复杂。自上而下分别为：海相沉积层的高程为-25.52~-41.10 m，主要为淤泥和淤泥质黏土；陆相沉积层，局部有粉质黏土夹层，海陆过渡相沉积层，层底高程为-40.60 ~ -52.0 m，主要粉质黏土夹砂、粉质黏土和黏土；陆相沉积层，层底高程为- 76. 90 ~ - 91. 90 m，为粉细砂、中砂和粗砾砂。基岩为全风化片麻状混合花岗岩、强风化片麻状混合花岗岩、中风化片麻状混合花岗岩。

   基岩孔隙水以承压水为主，主要赋存于第四系的细砂、中砂、粗砂和砾砂等孔隙介质中。

   工程岩土条件评价：勘察结果表明，港珠澳大桥桥址区存在软土、风化岩等不良地质条件，岩土层非常软弱，具有高压缩性等特点。在更新世晚期土层的厚度变化为37m-102m，超固结状态，主要由粘土夹松散到中等密实的砂层组成；粘性土的下面为砂层和碎石层。更新世晚期土层下面就是花岗岩岩层，中-风化花岗岩岩体坚硬结构完整, 为好的基础持力层。说明勘察成果为该阶段设计方案提供了地质支持。

   岩土工程勘察方法：针对工程区基岩埋深变化大，地质地层复杂，桥址区构筑物多样等特点，提出了一些专门勘察技术要求。将孔压静力触探试验结果与地质钻孔所揭示的工程地质条件进行了对比分析，进一步确认了采用孔压静力触探试验技术对于工程中地质进行分层的可靠性和优点。

   地基处理措施：对海上挤密砂桩这一新型软基加固工法，依托港珠澳大桥岛隧工程对海上挤密砂桩的设计原理、计算方法以及布置方案原理和特点进行了介绍。总结了现场挤密砂桩载荷板试验的相关成果，为此工法的推广及应用提供依据。

岩土结构方案：拟建的港珠澳大桥，为了实现桥隧的平顺过渡，在设计中设置了东、西两座海中隧道人工岛。人工岛地基土上部为深厚淤泥及粉质黏土夹砂层，下部为承压水中砂层。该工程基坑最大开挖深度达15.5 m。根据人工岛筑岛工程需要，开展了海上抽水试验，综合考虑人工岛支护结构、地基处理方案等因素，对西人工岛暗埋段基坑防渗降水的保留粉质黏土防渗层方案和设置升浆混凝土封底方案进行了研究。推荐采用保留粉质黏土防渗层方案。

人工岛的顺利成型离不开“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”课题的支撑，这项重大课题中就有同济大学“海上挤密砂桩（SCP）地基处理关键技术”的功劳。

   采用钢筒围合方式形成的人工岛，其关键就是钢筒打入淤泥并深入至20余米后其围合的地基如何加固，同时如何解决异常软弱的海底地基的稳定和沉降问题。为解决这一方法带来的一系列问题和挑战，同济大学进行了海上挤密砂桩地基处理关键技术课题研究，主要研究任务是要得出挤密砂桩复合地基在加载之后的砂桩荷载与位移变化关系、桩土应力分配以及砂桩周围孔隙水压力的变化规律，以确定影响挤密砂桩复合地基承载力和变形的关键因素。

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   挤密砂桩就是利用振动锤将套管振动打入至规定土深，向套管内投入砂子，通过套管的反复起拔和下压并施以振动，使砂子被振压密实，从而形成砂桩。由于砂桩的置入挤密了砂桩周围较为软弱的土层，砂桩与挤密过的软弱土层共同作用形成复合地基，从而增大地基的强度，提高地基承载力，防止地基发生滑动破坏等。

人工岛所在的地区属于深厚淤泥层，挤密砂桩的打入过程中，可使桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围的土体密实度增大，从而使地基承载力提高。对挤密砂桩而言，无论采用锤击法还是振动法，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体内的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，其有效挤密范围可达2-3倍桩径；挤密砂桩的振密效果同样显著，桩管进入土层过程中，四周的土体受到挤压，同时桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起四周土体的振动。在挤密和振动的作用下土的结构逐渐破坏，土颗粒重新进行排列并向外围移动，于是钢筒周围的土便由松散变为密实状态，据测算，挤密砂桩的有效振密范围可达3-4.5倍桩径，振密作用比挤密作用更为显著。

   笔者通过在建的重大工程实践，让学生对工程地质条件及工程问题分析，并独立地提出地基处理方案、设计措施和施工设计，以及解决问题的各种工程方案。多年的教学实践表明，这对于提高学生的认知能力、培养科学的思维方法，能够收到很好的效果。

沉管躺在漆黑的海底，“床”若是不适意，隧道歪斜扭曲那可就出大麻烦了。于是，工程人员使用形如钻井平台的打桩船在厚厚的淤泥层中，每隔一定间距就打一根挤密砂桩，对淤泥地基进行排水加固，把“嫩豆腐榨成老豆腐”，6公里的海底大约打了6万根挤密砂桩，在40米深的海底，硬是铺设出一条42米宽、30厘米厚的平坦“石褥子”，以供安放沉管。

再者，沉管隧道跨越珠江口的主航道，要求埋得深，约为46－47米，但埋得越深，沉管隧道上面海水带来的荷载就越大；三车道的公路隧道宽度大，也加重了沉管的荷载；隧道建成后，泥土的回淤压力多大？沉管的设计寿命要达到120年，沉管隧道的自防水结构如何构成？

为确保港珠澳大桥6.7公里海底隧道实现120年高品质使用，工程建设者们采用工厂法预制隧道沉管，整个隧道将由33段沉管管节拼装而成，GINA橡胶止水带安装是管节间止水的重要工序。为保证所有的管节能够严丝合缝，全体人员确保现场沟通顺畅，执行到位。

首个钢圆筒的振沉还是费了不少的功夫。直径22米，高40.5米的钢筒，为世界上单体直径最大、高度最高的钢圆筒结构，也是全世界首次采用8台液压振动锤联动振沉体系施工的钢筒。但打入第一根圆筒费了好大劲儿，茫茫海上，洋流飘忽，振沉过程中要精确监控定位及垂直度，及时进行调整和纠偏极为不易。钢筒进入淤泥一定深度之后，再也打不进去了，因为筒被泥紧紧黏住了。怎么办？经过反复琢磨，最后采取了进一段后回抽一次，回抽中用高压水枪冲洗筒壁，就这样一寸寸振挤下到21米深的淤泥里。

沉管下的挤密砂桩示意图

2011年5月港珠澳大桥沉管隧道建设之初，同济大学承担的“沉管隧道接头张开位移量控制技术研究”也紧张开展起来。在收集整理国内外沉管隧道整体结构与接头构造技术资料，整理现有沉管隧道接头张开位移量控制的理论、计算和试验方法的基础上，结合工程实际，发现了实施方案中存在的不足之处。一件排水量75000吨的庞然大物，要放入40多米深的海底，水下基槽开挖，海流的作用，自身的摇晃，要在水底安家，分毫不差，难度有多大？沉放施工过程中，沉管由水下定位系统进行定位并不断优化调整，保证两个沉管海底对接时的误差控制在2厘米以内；对接完成后，对接端的止水带将通过水力压接密封，使管节一个个紧密连接起来。安放好以后，基底的平整稳固程度、回淤、地震等等影响因素都得一一计算明白。两年多的时间里，考虑节段接头不同构造对隧道力学和变形特性的影响；考虑基槽开挖、碎石基础和不同地层条件等，建立在不均匀沉降条件下节段接头张开量计算方法，并进行计算分析，提出应对方法；考虑水土压力、不均匀地基、回淤、沉船等多种施工及运营工况、温度应力变化和混凝土收缩条件下的沉管隧道节段接头张开变形量，计算分析这些影响因素作用下各接头的张开量及其变化；开展地震对不同连接情况下节段接头影响的计算分析。

港珠澳跨海大桥正在建设之中，它被认为是中国最重要的基础设施工程项目，无论是技术还是政治意义都很重大。这座大桥将是连接内地和香港、澳门之间的第一座跨海大桥。港珠澳大桥于2009年12月15日动工，这座连接香港、澳门和珠海的跨海大桥全长接近50公里，主体工程长度约35公里，包含离岸人工岛及6.7公里长的海底隧道，将会形成“三小时生活圈”，缩减穿越三地时间。大桥的设计寿命为120年，预计于2016年完工。大桥落成后，将会是世界上最长的六线行车沉管隧道，及世界上跨海距离最长的桥隧组合公路。

港珠澳大桥设计使用寿命为120年，为达到这一目标，承台墩身采取四大防腐技术确保质量和耐久：采用高性能的海工混凝土，并增加混凝土覆盖层厚度；墩身浪溅区最外层钢筋采用不锈钢钢筋；采用牺牲阳极保护措施；采用硅烷对承台墩身表面进行浸渍。

截止2013年11月，由中铁大桥院设计的港珠澳大桥九洲航道桥208号墩最后一根钻孔桩顺利完成。至此，经过近10个月的施工，九洲航道桥88根钻孔桩全部完成，顺利转入承台施工阶段。

世界第一座跨海沉管隧道建于1958年的古巴哈瓦那沉管隧道；之后有连接欧亚两大洲的博斯普鲁斯（Bosporus）海峡隧道，隧道底部最大水深约60米，是目前世界上最深的海底沉管隧道，其后是于2010年竣工的韩国釜山-巨济海底隧道。

港珠澳大桥工程中最具挑战性的是沉管隧道工程。沉管隧道建设已有近100年的历史，但是在本世纪之前，沉管隧道大多用于下水道、管线线路的铺设，或者是跨江跨河的短距离施工。直到本世纪初，沉管隧道掀开了跨海隧道建设的新篇章。根据国际隧道协会1993年的报告，沉管隧道被定义为：是由若干预制沉管在水下对接沉放安装，并使这些沉管的组合体成为连接两端陆上交通的隧道。

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世界级难题

“工程难度直逼技术极限”何以见得？首先，港珠澳海底隧道有33个长180米、宽38米的巨型沉管，它们要被一节节地准确沉入海底近50米深已经挖好的基槽中。每一节沉管有8万吨。8万吨意味着什么？世界最大的美国“尼米兹”核动力航母满载排水量为9.1万吨，中国“辽宁”号航母满载重量6.75万吨，就是说，港珠澳大桥的海底隧道相当于放入33个航母重量的沉管。

安装沉管也是如此，每一节沉管都不能出错，每时每刻都是如履薄冰、如临深渊。

2013年5月6日，港珠澳大桥岛隧工程计划沉放海底隧道第一个沉管。

管节顶推施工

从E9-E27作业水深为45-50米，基槽深度约为35-40米。2014年3月24日E10沉放，它将与早前的E9连接，在E9及之前的沉管属于浅埋安装。E10沉管水深43.5米，世界范围内尚无深水深槽沉管施工经验参考。

沉管下沉

2014年8月19日23时，午夜的伶仃洋上再次传来捷报：港珠澳大桥岛隧工程E12管节圆满安装成功，工程建设顺利推进至隧道最深处，已建隧道总长突破2000米。

港珠澳大桥沉管隧道由33个管节构成，其中19个管节的安装水深超过40米，总体呈W形，是世界首条深埋式深水沉管隧道。 此次安装的E12管节重约8万吨，安装区域位于伶仃主航道，基槽深度约30米，艉端是隧道的最深处，实际安装水深超过45米，是典型的深水、深槽、航道区管节，具有安装地形复杂、通航安全管控风险大、基床铺设精度要求高等特点。与此同时，E12管节安装地形复杂，槽内海流更加变幻不定，且距离正在通航的伶仃临时航道约480米，通航安全管控风险大。此外，在深水深槽和主航槽复杂环境条件的影响下，隧道纵坡控制难度大。

2014年10月18日凌晨1时，港珠澳大桥岛隧工程第14节沉管水下安装成功，大桥已安装海底隧道的长度延长至2385米。港珠澳大桥沉管隧道也顺利穿过伶仃航道向龙鼓西航道挺近，沉管安装总工作量完成逾40%。

港珠澳大桥海底隧道由33节沉管对接而成，沉管隧道总体呈W形，是我国首条外海超大型深埋沉管隧道，施工综合难度位居世界同类工程前列。第14节沉管长180米，重约8万吨，安装位置处于伶仃航道主航槽边坡处，基槽挖深超过30米，实际安装水深接近45米，为典型的深水、深槽、航道区管节。

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施工单位，科学组织，精心筹划，不分昼夜，加班加点，克服了海底地质淤泥层厚、施工海域海况复杂、天文大潮与台风轮番来袭等诸多不利因素，采取多项措施确保高支架施工安全。

工程技术人员表示要“百尺竿头更进一步”，坚持精细化管理，创先争优，奋力拼搏，再创佳绩。为把港珠澳大桥建成一条“工程优质，生态环保，景观优美”的便利、快捷、和谐通道，为促进三地经济社会发展和人民幸福生活做出更大贡献。

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