雙向框架式湖底隧道抗拔樁受力研究

摘 要：湖底隧道的施工建設極大提高了城市地下空間的利用率，可起到分擔、緩解城市地上交通壓力的作用，為保障湖底隧道結構穩定性與安全性，通常會設置抗拔樁。基于此，本文采用案例研究法，選取某湖底隧道工程為實例展開具體分析，在明確該湖底隧道工程的基本概況、地質條件、抗拔樁后，結合案例工程實際組織現場測試，用于全方位了解抗拔樁的受力狀況，以供參考借鑒。

關鍵詞：雙向；框架式結構；湖底隧道；抗拔樁；受力分析

湖底隧道不僅實現了地下空間的高效利用，還不受氣候天氣的影響，能夠實現全天候通車，但湖底隧道結構極易受水浮力干擾而出現突涌水現象。因此，為全面了解湖底隧道的結構狀況，應結合工程實際對抗拔樁等重要的湖底隧道結構進行受力分析，只有明確湖底隧道抗拔樁等結構的受力狀況后，方可針對性優化結構方案，盡可能保障湖底隧道結構的安全性與穩定性。

一、湖底隧道工程概況

（一）基本概況

為提高該次雙向框架式湖底隧道抗拔樁受力研究的現實意義，選取某湖底隧道工程為實例展開具體分析。所選湖底隧道屬于雙向八車道，隧道長度共計820 m，按照60km/h的標準設計時速，此外，按照湖底狀況設置縱坡，上坡存在兩個坡度，分別為1.25%、0.70%，下坡為3.0%。在該湖底隧道結構中，設置了抗拔樁，借助抗拔樁強化隧道主體結構的支撐效果，繼而提高湖底隧道穩定性，使湖底隧道結構可更好地應對外部作用力。

（二）抗拔樁

案例湖底隧道在整體設計時，為確保抗浮性能符合要求，在湖底隧道底部設計了抗拔樁結構，在提升湖底隧道抗浮性的同時，全方位增強結構穩定性。湖底隧道中的抗拔樁橫向布置數量為5，共形成4個間距，橫向兩側間距為8m，中間兩個間距為10m，同時，縱向按照湖底隧道底部結構布置一排，間距為10m，抗拔樁整體布置情況如圖1所示[1]。

（三）地質條件

對湖底隧道所處地層結構進行統計，地層土質情況具體如表1所示，只有明確湖底隧道地層特征后，方可保障湖底隧道抗拔樁受力分析質量，確保所抗拔樁受力分析結果的可靠性。

二、基于工程實際的雙向框架式湖底隧道抗拔樁受力狀況現場測試分析

（一）測試方案

案例湖底隧道工程采用明挖暗埋技術進行施工，共涉及圍堰施工、基坑開挖、隧道結構施工、基坑回填、湖水恢復、路面及內部設施施工等工序，上述施工措施的實施能夠對湖底隧道結構（如抗拔樁）產生影響，因此，在分析雙向框架式湖底隧道抗拔樁的受力狀態時，為確保受力分析效果，應綜合考慮施工作業的影響。

從實際來看，案例湖底隧道工程采用現場測試的方式了解抗拔樁受力狀況，借助現場測試分析各施工作業階段中抗拔樁的受力狀況。在設計受力測試時，首先，應結合湖底隧道結構具體狀況選取典型斷面作為測試斷面，在案例湖底隧道工程中，將測試斷面選擇為厚度最大斷面、厚度最小斷面、最低地下水位斷面、最高地下水斷面、最大超載斷面，所選測試斷面可全方位明確抗拔樁在不同狀態下的受力表現[2]。

完成湖底隧道抗拔樁現場測試斷面選擇后，則需結合實際情況布置測試元件。在該次受力分析中，在典型斷面抗拔樁結構樁頭位置布置鋼筋計，樁頭處設置2個，典型斷面內共5根抗拔樁，總共設置鋼筋計10個，借助鋼筋計而了解該湖底隧道抗拔樁結合內部的應力變化情況。此外，在湖底水環境中，抗拔樁受力狀態與水壓力緊密關聯，故在該次抗拔樁受力研究期間，通過設置孔隙水壓力計而測量水壓力狀況。水壓力測試期間，共準備5個孔隙水壓力計，將其分別設置在5根抗拔樁結構周邊土體中，用于測量水壓力在不同施工階段中的變化狀況。

（二）受力分析

結合上述受力分析現場測試方案可見，該次雙向框架式湖底隧道抗拔樁受力分析，主要測量抗拔樁樁體受力狀況以及水壓力狀況，以下展開具體分析。

1.抗拔樁樁體受力

抗拔樁樁體鋼筋受力情況與湖底隧道施工作業階段關聯緊密，按照受力變化情況，大致劃分為4個階段，Ⅰ階段為抗拔樁施工階段，Ⅱ階段為湖底隧道主體結構施工階段，Ⅲ階段為基坑回填施工階段，Ⅳ階段為湖水恢復階段。

第一，Ⅰ階段抗拔樁樁體受力。在該階段中抗拔樁結構中的鋼筋主要受到自重影響而表現為受壓狀態，在湖底隧道抗拔樁結構中，鋼筋材料主要起到支撐、承載作用[3]。

第二，Ⅱ階段抗拔樁樁體受力。進入湖底隧道主體結構施工階段后，主體結構施工作業會對抗拔樁產生影響，底板跨中位置的內部鋼筋材料的受力狀態逐漸從受壓轉變為受拉狀態，且受到受力狀態改變的影響，導致抗拔樁樁體鋼筋應力數值出現較大變化。此外，底板兩側位置的抗拔樁樁體鋼筋應力狀態尚未發生轉變，始終保持受壓狀態，但此時的受壓應力參數出現大幅增加現象。檢修通道下方的抗拔樁的受力狀態出現多次改變，不僅從受壓轉變為受拉狀態，還進一步從受拉狀態轉回受壓狀態，且在該受力轉變過程中，所表現出的應力變化程度較小。在主體結構施工期間，完成主體結構施工后需拆除模板，而模板拆除操作同樣可引起應力波動，此時抗拔樁受力狀態雖不會改變，但應力數值不可避免地出現波動現象。

第三，Ⅲ階段抗拔樁樁體受力。完成湖底隧道主體結構施工后，需回填基坑，將會形成施工臨時荷載與回填土自重，可影響抗拔樁樁體受力情況。結合實際來看，底板跨中抗拔樁內部鋼筋結構在Ⅰ階段中最終表現為受拉狀態，此時其受拉狀態并未發生改變，但受拉應力數值仍持續升高。底板兩側位置的抗拔樁樁體鋼筋在Ⅰ階段中最終表現為受壓狀態，受到施工臨時荷載與回填土自重的影響，該位置的樁體鋼筋發生短暫轉變，由受壓轉變為受拉狀態，但受拉狀態未持續較長時間又轉回受壓狀態，在該變化中，所形成的應力數值波動較大。檢修通道下方的抗拔樁在Ⅰ階段中最終表現為受壓狀態，在Ⅲ階段受到作用力影響而轉為受拉狀態，但受力狀態改變期間所形成的數值變化程度較小。

第四，Ⅳ階段抗拔樁樁體受力。基坑回填后則進入湖水恢復階段，回填土在該階段中逐漸固結，而抗拔樁樁體的受力狀況不會發生改變，且所產生的應力數值變化較小。

當湖底隧道施工作業工序結束后，抗拔樁樁體結構的應力狀態隨之穩定。在整個抗拔樁結構中，左右底板跨中位置的抗拔樁受力最為嚴重，其中位置所承受的應力均弱于該位置的抗拔樁結構，受后期施工作業影響，導致底板兩側位置、檢修通道下方位置中的抗拔樁應力檢測裝置均被破壞，僅了解各施工階段的受力狀態情況，但并未讀取最終應力數值，但考慮到遭受破壞位置的抗拔樁受力程度低于左右底板跨中位置，故在該次受力分析中，通過判斷左右底板跨中位置抗拔樁的受力參數，而了解抗拔樁的作用情況。左右底板跨中位置抗拔樁共計2根，共有4個測試裝置可被讀取參數，應力數值為24.4MPa、14.5MPa、30.9MPa、32.2MPa，四個應力數值均屬于拉應力數值，這就代表在整個湖底隧道結構中，抗拔樁處于明顯的受拉狀態中，但抗拔樁未表現出浮動狀態，這就意味著該湖底隧道工程項目抗拔樁具有良好的抗浮效果[4]。

2.水壓力分析

采用現場測試方式了解案例湖底隧道的水壓力狀況，結合案例湖底隧道施工作業情況來看，水壓力主要在湖底隧道主體結構施工階段、基坑回填階段、湖水恢復階段存在明顯特征。

一是主體結構施工階段的水壓力分析。在該階段中，湖底水壓力并未出現明顯波動，在整個階段內均表現為初始水壓力。二是基坑回填階段的水壓力分析。完成主體結構施工作業后需進行基坑回填，在該階段中，湖底水壓力發生變化，且變化明顯，水壓力受到基坑回填作業的影響而表現出快速增長狀態，待基坑回填作業進入尾聲后，水壓力的增長速度逐步減緩。由此可見，在基坑回填階段中，湖底水壓力的變化程度較大。三是湖水恢復階段的水壓力分析。待基坑回填結束，湖底水壓力仍表現出一定的增長，但增長幅度有限，并逐步進入穩定狀態。

通過上述水壓力分析可知，水壓力與湖底隧道施工作業工序轉變之間存在一定聯系，最終趨于穩定，同時分析水壓力最終數值，發現框架底板位置的抗拔樁結構受到一定的水壓力影響。

（三）施工模擬

完成案例湖底隧道抗拔樁及水壓力的現場測試后，采用仿真模擬的方式進一步了解抗拔樁在UWSy1/0VDdy9aa4wtyzEuQ==不同施工階段、不同受力狀態下的具體表現，分析抗拔樁是否存在位移現象。經仿真模擬后發現，在湖底隧道主體結構施工階段，部分抗拔樁出現了一定的沉降位移，沉降量約為2.2mm，待基坑回填作業結束后，抗拔樁受到回填土自重影響，其沉降量進一步擴大為4.3mm，但在湖水恢復階段，抗拔樁沉降量逐漸回升，具體可見圖2。由此可見，湖底隧道施工作業會改變抗拔樁的受力狀態，其會引發沉降現象，但結合實際模擬情況來看，沉降量整體較小，并未對抗拔樁的抗浮性能產生負面影響，這就意味著，在案例湖底隧道工程項目中，抗拔樁表現出了優異的抗浮性能，滿足湖底隧道結構設計施工要求。

結束語

綜上所述，湖底隧道抗拔樁主要起到抗浮效果，且對隧道結構整體穩定性具有促進作用。為了解案例湖底隧道工程中的抗拔樁性能情況，采用現場測試的方式對抗拔樁樁體的受力狀態進行分析，同時測量了湖底水壓力狀況，最終確定案例湖底隧道工程中的抗拔樁結構具有良好的抗浮性能，雖受到湖底隧道結構施工作業的影響而遭受了拉力，但抗拔樁仍處于穩定狀態，并未出現浮動現象。此外，通過水壓力分析發現，抗拔樁不僅處于受拉狀態，還遭受了水壓力作用，但抗拔樁同樣表現出了良好的抗浮性能，在一定程度上保障了湖底隧道結構施工質量。

參考文獻：

[1]林振良，蔣建平，劉世通.基于ABAQUS軟件的深海抗拔樁系泊工況研究[J].北部灣大學學報，2024，39（02）：10-15.

[2]張偉，萬尊坤，許銀銀.抗拔樁簡化模型及其與地下結構相互作用影響研究[J].鐵道建筑技術，2024（02）：19-23.

[3]王坤，劉蘇，王玉祥，等.基于理論分析法的托底抗拔樁承載性能優勢研究[J].中國新技術新產品，2024（03）：105-107，132.

[4]毛宗原，郭豪，張宏剛，等.采用緩粘結預應力筋的新型抗拔樁受力特性研究[J].建筑結構，2023，53（03）：138-145.

作者簡介：陳歡（1990.06－），男 ，漢族，山東菏澤人，碩士，工程師，研究方向：地下工程。