在实际工程中，拔除锚索的导坑位置可能受到其他因素制约，从而只有在盾构区间侧边进行施工，为研究该种工况，选取郑州地铁五号线心怡路站—金水东路站区间进行数值模拟分析。
为计算人工挖孔后，盾构穿越既有建筑物基坑锚索区域的安全性，选用 Midas GTS NX 进行数值模拟。根据相关设计图纸、施工组织方案、地勘资料等，为确保三维模型有足够的计算精度并保证计算效率，最终三维模型尺寸选择沿区间隧道方向取200 m，宽度方向取150 m，垂直方向上从地面向下共30 m。建立模型如图5.3.49所示。
图5.3.49 整体结构有限元模型
1.本构模型
1）边界条件
本计算在模型底部施加竖向固定约束，模型四周约束为各面的法向位移约束，地表为自由面。
2）破坏准则
土体采用莫尔-库仑本构模型，既有结构和隧道结构考虑在弹性范围内工作，采用线弹性本构关系。
2.计算步骤
为了得到盾构穿越既有建筑物基坑锚索区域在施工过程中控制阶段的各项指标，结合施工顺序，本次计算按照以下思路进行模拟分析：
（1）首先，模拟施工前的初始工况。此工况将位移归零，以此为后续施工阶段的初始状态。
（2）模拟竖井施工。
（3）模拟两边的横通道施工。
（4）模拟锚索拔除及回填。
（5）模拟盾构掘进。
开挖工况说明见表5.3.30。
表5.3.30 开挖工况
续表
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3.施工过程关键部位计算
计算时，首先需要地应力平衡计算，获得初始地应力。为了便于观察沉降差异，使其初始位移为零。如图5.3.50。
图5.3.50 初始地应力竖向应力状态
岩石地层的初始地应力由自重地应力和构造地应力两部分组成。对软土地层，只有初始自重地应力。初始自重的应力通常采用有限元法或给定水平侧压力系数的方法计算。在给定水平侧压力系数K0 值后，按下式计算初始自重地应力：
式中：
分别为竖向方向和水平方向初始自重地应力；iγ 为计算点以上第i 层地层的重度；Hi 为计算点以上第i 层地层的厚度； uw 为计算点的孔隙水压力，在不考虑地下水头变化的条件下，uw由计算点的静止水压力确定，即 uw=γwHw （γw为地下水的重度，Hw 为地下水的水位差）。
经过计算对比，初始地应力数值基本符合理论计算，由于数值模拟计算中施加了边界位移约束，而非弹性半无限体，以及有限元计算误差精度等原因，数值存在一定差异，地应力分布规律符合分层分布、从上到下应力逐渐增大的原则。
模型竖向位移如图5.3.51 所示。
图5.3.51 竖向位移云图
模型横向位移如图5.3.52 所示。
图5.3.52 横向位移云图
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）规定，建筑物的地基变形允许值应按表5.3.31 规定。
表5.3.31 建筑物的地基变形允许值
对比图5.3.51、图5.3.52 变形云图及表5.3.31 变形允许值，采用竖井加横通道人工拔除锚索以后回填，然后进行盾构掘进的施工方案，满足相关规范要求，能够保证周围既有结构的安全性。
在盾构掘进本身的安全性方面，通过郑州地铁五号线心怡路站—金水东路站盾构区间锚索障碍物采用人工挖孔全套管全回转钻机清除实施，取得了良好的预期效果，充分证明，该施工工艺速度快、效率高、精度高、质量可靠，保证了安全，对周边影响小的优势，并且能够达到清除障碍和地基加固的双重目的，保证了盾构机顺利穿越，为以后的工程实践提供了有益的借鉴。
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