3.地面變形機理分析

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

　　圖5地表變形的一般規(guī)律

　　3.1工具管到達前的地面變形

　　工具管離該斷面比較遠時，由于工具管的振動、切削和攪拌，工具管前方土體中的孔隙水和空氣被擠出，土體顆粒出現較小程度的移動，土體被壓縮，地表產生較小的沉降；隨著工具管的靠近，前方土體不但受工具管的擾動更受后面千斤頂的擠壓。

　　這種情況下前方土體就會出現一定程度的隆起；

　　試驗證明：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工具管到達時的地表變形

　　當工具管距離該斷面很近時，工具管正前方的土體受到后方千斤頂的擠壓、切削、刀盤的切削剪切應力以及振動荷載的作用，應力狀態(tài)十分復雜；刀盤的切削引起正前方斷面土體水平應力減少，而后方千斤頂的頂推又使水平應力增加；

　　這種情況下：

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

　　如果水平應力的減少小于水平應力的增加，那么前方正面土體就會隆起，

　　如果水平應力的減少大于水平應力的增加，那么前方土體就會向工具管移動，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田。

　　3.3工具管通過時的地表變形

　　當工具管通過時，工具管外殼與周圍土層發(fā)生剪切現象，形成剪切滑動面。剪切滑動面周圍的土層出現剪切應力，此剪切應力引起地表的移動。

　　試驗證明：千斤頂頂推速度越快，剪切應力就越大，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。

　　3.4工具管通過后的地表變形

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

　　為了減少土體的移動、保持土層的穩(wěn)定以及減少頂進過程中的摩阻力，我們在施工過程中必須及時地向管道外壁注入潤滑漿，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。

　　3.5受擾動土體再固結引起的地面變形

　　試驗證明：

　　頂管施工結束后有很長一段時間的工后沉降，它約占土體總沉降的5%~30%；工后位移量與瞬時位移量成很好正相關關系，頂管施工瞬時位移量大，工后位移量也會大，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位移來減少工后位移。而且，在實際施工中要通過工后位移的數值大小來決定是否對周圍建筑物或臨近地下管道采取保護措施國。