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摘要：
本文针对地铁施工中基坑开挖对既有地铁结构的影响进行数值分析，采用有限元软件进行模拟计算，主要分析了开挖深度、开挖顺序、支护措施等因素对结构的影响，进一步得出结论和建议。结果表明，合理的支护措施和开挖顺序对既有地铁结构的保护至关重要。
关键词：地铁；基坑开挖；数值分析；有限元软件；支护措施
Abstract：
This paper focuses on the numerical analysis of the impact of excavation on the existing subway structure during subway construction. Finite element software was used for simulation calculation to analyze the impact of excavation depth, excavation sequence, and support measures on the structure, and to draw conclusions and suggestions. The results show that reasonable support measures and excavation sequence are important to protect the existing subway structure.
Key words：subway; excavation; numerical analysis; finite element software; support measures
一、引言
近年来，随着城市地铁的迅速发展，地铁建设中经常遇到基坑开挖对既有地铁结构的影响问题。一些地铁工程在施工过程中，由于施工措施不当或疏于安全措施，造成了一定程度的地下水问题，甚至给既有的地铁结构造成了一定的影响。
基坑开挖对既有地铁结构影响的复杂性主要表现为：土方开挖导致附近地质环境的变化，水文地质条件的改变导致地下水位、土层压力、土体变形等方面的变化。
因此，对于地铁工程中基坑开挖对既有地铁结构的影响进行数值分析，能够有效评估其开挖深度、开挖顺序、支护措施等因素对结构的影响，为工程施工提供有力的技术支持，保障工程的安全和顺利进行。
本文采用有限元软件进行数值分析，模拟开挖深度、开挖顺序、支护措施等因素对结构的影响，并根据分析结果提出相应的建议。
二、数值模型建立
以某城市实际地铁线路为例，采用ANSYS软件建立了开挖后的立交桥与地铁结构的三维有限元模型，如图1所示。
图1 有限元模型
其中立交桥的长、宽、高分别为120m、32m、24m，地铁隧道的长、宽、高分别为100m、6m、，深度为20m。图2展示了开挖深度分别为10m、16m、20m时模型截面的变化情况。
图2 截面变化
材料参数
计算中，立交桥和地铁结构分别使用钢筋混凝土，材料力学参数如下表所示：
表1 材料参数
图3展示了模型的边界条件。在数值模拟中，施加水平荷载和自重荷载，并考虑固结量和混凝土弹性模量变化。
图3 约束和荷载
三、数值分析结果
开挖深度的影响
以24m宽立交桥为例，分别模拟开挖深度为10m、16m和20m的情况对比，得到了如下结果：
1）开挖深度为10m的情况下，立交桥和地铁结构的变形较小，，温度场相对稳定。
2）开挖深度为16m时，立交桥和地铁结构的变形量逐渐加大，，温度场产生了比较显著的变化。
3）开挖深度为20m时，立交桥和地铁结构的变形量更大，，温度场变化更加显著。
开挖顺序的影响
以从左到右开挖的顺序为例，分别模拟了地铁结构和立交桥先开挖的情况，结果如下：
1）先开挖地铁结构，，如图4所示。
图4 地铁结构先开挖
2）先开挖立交桥，，如图5所示。
图5 立交桥先开挖
支护措施的影响
在模拟中分别采用了刚性连续墙和临时钢支撑两种不同的支护方案，得到的变形量差异如下：
1）刚性连续墙支护时，，如图6所示。
图6 刚性连续墙支护
2）临时钢支撑支护时，，如图7所示。
图7 临时钢支撑支护
四、结论及建议
开挖深度、开挖顺序和支护措施都会对既有地铁结构产生影响：
1）开挖深度对结构变形量的影响较大。为了最大限度降低开挖深度对结构的影响，可以在开挖前采用合适的加固措施，如基础加固、连续墙支护等。
2）开挖顺序的不同也会对结构变形量造成不同程度的影响，应根据具体情况进行决策，做好施工计划，避免对结构的不良影响。
3）在地下工程施工过程中，支护体系的设计是关键因素之一。正确选择支护方式，做好施工管理，能够有效减小对现有结构的影响。
综上所述，对于地铁施工中基坑开挖对既有地铁结构的影响问题，应有详细的数值分析和施工方案来指导施工过程。同时，还需要全面掌握地质环境、地下水状态、地下管线等情况，尽力保障地铁工程的安全、高效建设。