在頂管施工過程中發(fā)生地面變形的原因是施工技術(shù)對(duì)周圍土體震動(dòng)導(dǎo)致的土質(zhì)松動(dòng)。地面變形由以下五部分組成:

(1)掘進(jìn)機(jī)到達(dá)前的地面變形

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)時(shí)，由于刀盤的切削攪拌和振動(dòng)，土壤會(huì)受到擾動(dòng)。土壤顆粒之間有孔隙(孔隙含有水和空氣)。在擾動(dòng)下，孔隙中的水和氣體排出，土粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，土體受到一定程度的壓縮，地面會(huì)有輕微的沉降。

(2)掘進(jìn)機(jī)到達(dá)時(shí)的地面變形

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)距離很近時(shí)，頂管施工前方土壤受到千斤頂推力、刀盤截割剪切力和振動(dòng)載荷的擠壓，受力狀態(tài)復(fù)雜。

(3)掘進(jìn)機(jī)通過時(shí)的地面變形。

掘進(jìn)機(jī)通過時(shí)，掘進(jìn)機(jī)殼體與土層之間會(huì)形成剪切滑動(dòng)面，剪切滑動(dòng)面附近的土層中會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力，引起地面變形。推進(jìn)速度越快，剪應(yīng)力越大，周圍土體的位移也越大。

(4)掘進(jìn)機(jī)通過后的地表變形。

為了頂管施工減少摩擦阻力，后續(xù)管接頭的直徑比掘進(jìn)機(jī)小2-5cm。因此，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)尾部通過時(shí)，管道周圍的土壤要向管壁移動(dòng)，以填充后續(xù)管接頭周圍的空隙，這樣就會(huì)引起土壤移動(dòng)。為了保持土層的穩(wěn)定，減少摩擦阻力，施工時(shí)必須在管節(jié)周圍進(jìn)行灌漿，并保持適當(dāng)?shù)墓酀{壓力。因此，這部分土層的位移與縫隙的大小、注漿壓力、注漿方法等因素有關(guān)。

(5)擾動(dòng)土再固結(jié)引起的地面變形。

頂管周圍頂管施工擾動(dòng)后，會(huì)形成超孔隙水壓力區(qū)。掘進(jìn)機(jī)離開這個(gè)區(qū)域后，超孔隙水壓力下降，孔隙水消散，土體固結(jié)，引起地面沉降。這部分主要是固結(jié)沉降，然后，土體還會(huì)發(fā)生蠕變和次固結(jié)沉降。