Midas/ GTS 是岩土和隧道结构分析与设计的专用有限元分析软件 ，可提供多样化的建模方式，利用最新求解器可获得最快分析速度,具有强大的分析功能和卓越的图形后处理功能^[2]。整体模型高度为 60m，宽度为100m，沿盾构方向长度为 92m，其中到达桥墩桩基位置前的长度为 30m、桥面下方长度为 32m、离开桥墩桩基位置前的长度为 30m。该隧道通过范围内共 24 根桥墩桩及桥台桩，每排桩桩距 15m，盾构方向每根桩间距 6m，桩体为钢筋混凝土材料，弹性模量为 20GPa，重度为25kN/m³，桩长为 20m，桩径为 0.8m。桩顶荷载均取3216KN。隧道与各桩之间的关系见图 1。整体有限元计算模型见图 2。由于地质情况复杂，对模型进行简化^[3-5]：①地层采用实体单元,采用 Mohr-Coulomb 弹塑性模型。②管片衬砌采用面单元，采用线弹性材料模拟。③模型侧面土体限制水平移动、底面固定,上表面为自由约束。④桩基采用弹性本构模型。

 

      本工程有限元计算考虑左线盾构隧道施工，施工步序为 8 步，当沿盾构轴向距离开挖至离第一根桩 1.7m时作为第 1 步，然后每隔 4.5m 为 1 步。

      当开挖至第 4 步时（第 3 个 4.5m），整体模型发生最大位移，最大沉降 4.6mm，如图 3 所示。此时，盾构管片竖向位移为 12.48mm，桩基的竖向位移为 0.23mm，如图 4 所示；盾构管片水平位移为 4.96mm，桩基的最大竖向位移为 1.35mm，如图 5 所示；桩身的竖向应力最大值为 3305.05KN/m²，桩基不存在拉应力，如图 6 所示。

      根据文献^[6]，对简支桥梁，桥墩位移量应满足：墩台均匀沉降量≤2.0(cm)。

      整个开挖过程中管片的最大竖向位移出现在第 5步时（第 4 个 4.5m），其值为 15.10mm；当开挖至第 4 步时（第 3 个 4.5m）出现桩基的竖向最大位移为 0.23mm；当开挖第 1 步时 （1.7m） 出现管片最大水平位移为5.23mm；当开挖至第 8 步时（第 7 个 4.5m）出现桩基最大水平位移为 1.46mm；当开挖至第 6 步时 （第 5 个4.5m）出现桩基最大竖向应力为 3308.57KN/m²。

      从整个施工过程模拟分析结果可知，在盾构机沿左线通过高速路桥墩基础的施工过程中，计算所得的管片水平位移（小于 10mm）、竖向位移（小于 20mm）、桩基的水平位移（小于 2mm）、竖向位移（小于 1mm）数值均不大，在工程允许的安全范围内。同时地表的沉降也控制在 5mm内，符合工程设计要求。