三维有限元模拟地铁车站施工对既有盾构隧道变形的影响研究

本文主要探讨了地铁车站基坑施工对既有盾构隧道的变形影响，以北京地铁五号线的北新桥地铁车站和一条运行中的盾构隧道为例。作者肖丽霞、张利民和王志荣利用ANSYS有限元软件，结合现场的水文地质和工程地质条件，针对不同施工工况，构建了一个三维数值模型。通过模拟基坑施工过程中，他们研究了土体、支护结构以及盾构隧道之间的相互作用，以及这种作用如何导致隧道变形的发生和分布规律。 有限元分析是一种精确计算结构性能的方法，它将大型复杂的结构分解为许多小型单元，每个单元的响应通过线性方程组来求解。在这个案例中，作者考虑了多种可能的影响因素，如地下水位、土层性质、荷载分布等，以准确预测施工过程中可能发生的应力应变情况。 在模型建立后，他们进行了多阶段的施工模拟，比如地下开挖、土体回填、支撑结构的施加或拆除等，每一步都对应着不同的工程状态。通过对这些模拟结果的对比分析，论文揭示了基坑施工对既有隧道的不同影响程度，以及这些影响随时间的变化趋势。 研究的关键点在于理解施工活动如何改变周围的土体稳定性，从而影响隧道的稳定性。隧道变形可能是局部的、渐进的，也可能是突发的，这取决于施工方法、土体条件和工程设计。通过三维可视化数值模拟，研究人员能够直观地观察到隧道变形的热点区域，为后续的设计优化和风险控制提供了依据。 这篇论文不仅提供了一种实用的工具来评估地铁车站建设对现有隧道的影响，也为其他类似工程项目提供了宝贵的经验和参考。它对于确保地铁线路安全、降低施工风险、优化工程设计具有重要的实践意义。