3.地面变形机理分析

　　顶管推进过程中产生的地面变形（沉降或隆起）的根本原因是顶管施工对周围土体的扰动。顶管推进过程中产生的地面变形由以下5个部分组成，见图5所示。

　　图5地表变形的一般规律

　　3.1工具管到达前的地面变形

　　工具管离该断面比较远时，由于工具管的振动、切削和搅拌，工具管前方土体中的孔隙水和空气被挤出，土体颗粒出现较小程度的移动，土体被压缩，地表产生较小的沉降；随着工具管的靠近，前方土体不但受工具管的扰动更受后面千斤顶的挤压。

　　这种情况下前方土体就会出现一定程度的隆起；

　　试验证明：工具管离开挖面的距离越近，该断面土体隆起越快、越大。

　　3.2工具管到达时的地表变形

　　当工具管距离该断面很近时，工具管正前方的土体受到后方千斤顶的挤压、切削、刀盘的切削剪切应力以及振动荷载的作用，应力状态十分复杂；刀盘的切削引起正前方断面土体水平应力减少，而后方千斤顶的顶推又使水平应力增加；

　　这种情况下：

　　如果水平应力的减少与水平应力的增加大致相等，那么前方正面土体就会处于稳定状态；

　　如果水平应力的减少小于水平应力的增加，那么前方正面土体就会隆起，

　　如果水平应力的减少大于水平应力的增加，那么前方土体就会向工具管移动，引起前方正面土体沉陷。

　　因此，此部分地层位移与工具管的正面压力有关田。

　　3.3工具管通过时的地表变形

　　当工具管通过时，工具管外壳与周围土层发生剪切现象，形成剪切滑动面。剪切滑动面周围的土层出现剪切应力，此剪切应力引起地表的移动。

　　试验证明：千斤顶顶推速度越快，剪切应力就越大，土体位移也越大。

　　因此，此部分地层位移与千斤顶顶推速度有关。

　　3.4工具管通过后的地表变形

　　当工具管通过后，由于工具管直径略大于后续管道直径约2~5cm，故当工具管通过后，管道周围土体向管道移动，以弥补管道与周围土体之间的孔隙，从而引起土体的移动。

　　为了减少土体的移动、保持土层的稳定以及减少顶进过程中的摩阻力，我们在施工过程中必须及时地向管道外壁注入润滑浆，并保持一定的注浆压力。

　　因此，此部分地层位移与注浆量、注浆方式和注浆方法有关。

　　3.5受扰动土体再固结引起的地面变形

　　试验证明：

　　顶管施工结束后有很长一段时间的工后沉降，它约占土体总沉降的5%~30%；工后位移量与瞬时位移量成很好正相关关系，顶管施工瞬时位移量大，工后位移量也会大，反之也成立。

　　因此，工后位移虽然不可避免，但我们可以通过减少施工瞬时位移来减少工后位移。而且，在实际施工中要通过工后位移的数值大小来决定是否对周围建筑物或临近地下管道采取保护措施国。