3.地面變形機(jī)理分析

　　頂管推進(jìn)過程中產(chǎn)生的地面變形（沉降或隆起）的根本原因是頂管施工對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。頂管推進(jìn)過程中產(chǎn)生的地面變形由以下5個(gè)部分組成，見圖5所示。

　　圖5地表變形的一般規(guī)律

　　3.1工具管到達(dá)前的地面變形

　　工具管離該斷面比較遠(yuǎn)時(shí)，由于工具管的振動(dòng)、切削和攪拌，工具管前方土體中的孔隙水和空氣被擠出，土體顆粒出現(xiàn)較小程度的移動(dòng)，土體被壓縮，地表產(chǎn)生較小的沉降；隨著工具管的靠近，前方土體不但受工具管的擾動(dòng)更受后面千斤頂?shù)臄D壓。

　　這種情況下前方土體就會(huì)出現(xiàn)一定程度的隆起；

　　試驗(yàn)證明：工具管離開挖面的距離越近，該斷面土體隆起越快、越大。

　　3.2工具管到達(dá)時(shí)的地表變形

　　當(dāng)工具管距離該斷面很近時(shí)，工具管正前方的土體受到后方千斤頂?shù)臄D壓、切削、刀盤的切削剪切應(yīng)力以及振動(dòng)荷載的作用，應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜；刀盤的切削引起正前方斷面土體水平應(yīng)力減少，而后方千斤頂?shù)捻斖朴质顾綉?yīng)力增加；

　　這種情況下：

　　如果水平應(yīng)力的減少與水平應(yīng)力的增加大致相等，那么前方正面土體就會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)；

　　如果水平應(yīng)力的減少小于水平應(yīng)力的增加，那么前方正面土體就會(huì)隆起，

　　如果水平應(yīng)力的減少大于水平應(yīng)力的增加，那么前方土體就會(huì)向工具管移動(dòng)，引起前方正面土體沉陷。

　　因此，此部分地層位移與工具管的正面壓力有關(guān)田。

　　3.3工具管通過時(shí)的地表變形

　　當(dāng)工具管通過時(shí)，工具管外殼與周圍土層發(fā)生剪切現(xiàn)象，形成剪切滑動(dòng)面。剪切滑動(dòng)面周圍的土層出現(xiàn)剪切應(yīng)力，此剪切應(yīng)力引起地表的移動(dòng)。

　　試驗(yàn)證明：千斤頂頂推速度越快，剪切應(yīng)力就越大，土體位移也越大。

　　因此，此部分地層位移與千斤頂頂推速度有關(guān)。

　　3.4工具管通過后的地表變形

　　當(dāng)工具管通過后，由于工具管直徑略大于后續(xù)管道直徑約2~5cm，故當(dāng)工具管通過后，管道周圍土體向管道移動(dòng)，以彌補(bǔ)管道與周圍土體之間的孔隙，從而引起土體的移動(dòng)。

　　為了減少土體的移動(dòng)、保持土層的穩(wěn)定以及減少頂進(jìn)過程中的摩阻力，我們?cè)谑┕み^程中必須及時(shí)地向管道外壁注入潤(rùn)滑漿，并保持一定的注漿壓力。

　　因此，此部分地層位移與注漿量、注漿方式和注漿方法有關(guān)。

　　3.5受擾動(dòng)土體再固結(jié)引起的地面變形

　　試驗(yàn)證明：

　　頂管施工結(jié)束后有很長(zhǎng)一段時(shí)間的工后沉降，它約占土體總沉降的5%~30%；工后位移量與瞬時(shí)位移量成很好正相關(guān)關(guān)系，頂管施工瞬時(shí)位移量大，工后位移量也會(huì)大，反之也成立。

　　因此，工后位移雖然不可避免，但我們可以通過減少施工瞬時(shí)位移來減少工后位移。而且，在實(shí)際施工中要通過工后位移的數(shù)值大小來決定是否對(duì)周圍建筑物或臨近地下管道采取保護(hù)措施國。