先进制造技术

本发明公开了一种基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法，首先，建立隧道顶进法进洞施工的ABAQUS有限元模型；然后，编写基于时间和空间的单元删除算法；最后，调用基于时间和空间的单元删除算法进行进洞施工数值计算；对计算结果进行分析。本发明可有效模拟隧道顶进法进洞施工先顶进再开挖的动态过程，解决了使用显示动力学模拟隧道顶进法进洞施工不能模拟开挖的问题，可为相关施工技术模拟提供参考。

该方法适用于城市隧道、综合管廊、地下通道等顶进法施工场景，尤其针对软弱地层、高地下水压或邻近既有结构等高风险条件。具体应用包括：1）施工前方案验证，模拟不同地质与顶进参数下的土体响应，指导支护设计；2）施工过程监控，通过实时数据反演修正模型，预测地表沉降与结构变形；3）特殊工况分析，如穿越铁路、建筑群时的扰动控制。此外，可扩展至非开挖工程（如定向钻、盾构）的局部工序模拟，或与其他数值方法（有限元、离散元）联合用于全生命周期评估。其局限性在于对岩土本构模型和界面参数的依赖性较强，需结合现场试验校准，以确保模拟可靠性。

基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法具有显著的技术优势和应用潜力。显式动力学能够高效处理大变形、接触非线性及材料破坏等复杂工况，适用于顶进法施工中土体-结构相互作用、掌子面稳定性及围岩扰动等关键问题的动态模拟。随着计算机性能提升和算法优化，该方法可结合并行计算与机器学习，实现高精度、实时化的施工预测与风险预警。其前景体现在三方面：一是为复杂地质条件下的顶进施工提供科学依据，降低塌方、沉降等风险；二是优化施工参数（如顶力、掘进速度），提升效率与经济性；三是推动数字化施工与智慧隧道发展，为类似工程（如管廊、地铁）提供技术范式。未来需进一步融合多场耦合理论，增强模拟真实性。