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摘要：本文首先分析了顶管施工地面变形问题，然后介绍了顶管施工开挖引起地表变形的损害形式，最后详细的论述了顶管施工事前和事中两阶段的控制措施，在此提出了自己的观点和见解，从而保证顶管施工质量。
关键词：顶管施工；地表变形；地表沉降；
一、顶管施工中地面变形机理分析研究
顶管推进过程中产生地面变形（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主要由以下几部分组成：
1、工具管到达前的地面变形。当工具管离测点较远时，由于刀盘的切削、搅拌、振动，会对土体产生扰动。土体在扰动作用下，产生一定的压缩，地面会出现微小的沉降。
2、工具管到达时的地面变形。当工具管距离很近时，位于工具管正前方的土体，受到千斤顶推力的挤压、刀盘的切削剪切力及振动荷载的作用，引起地面沉降或隆起。
3、工具管通过时的地面变形。当工具管通过时，工具管外壳与土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力，剪切应力引起地面变形。推进速度越快，剪切应力越大，周围土体位移也越大。
4、工具管通过后的地面变形。为减小摩擦阻力，后续管节的直径比工具管的直径要小 2 cm～ 5 cm。所以，当工具管尾部通过后，管道周围的土体要向管壁移动，以填补后续管节外围的间隙。这样就会引起土体移动，这部分土层位移与间隙的大小、注浆压力、注浆方法等因素有关。
二、顶管施工中开挖引起地表变形损害形式分析研究
1、地表沉降损害。顶管施工引起的地表沉降会使建筑物产生整体下沉。如果这种沉降比较均匀且不大时，对于建筑物的稳定性和使用条件可能不会产生太大的影响；若沉降过大，就有可能对基础承载力造成一定损害。对于砌体结构，这种垂直方向的沉降会使砌体中因为存在着垂直方向的下沉力而形成水平裂缝，最终造成结构的破坏。
2、地表倾斜损害。顶管开挖时很多情况下会引起地层的不均匀沉降。不均匀沉降将导致地表倾斜，使建筑物产生结构破坏裂缝，对建筑物的危害最大。此外，地表倾斜还会使高耸建筑物发生重心偏斜，引起附加应力重分布，使结构内应力发生变化，严重时，使建筑物丧失稳定性而破坏。
3、地表曲率损害。顶管施工引起的不均匀地层变形会使地表形成曲面，地表曲率对建筑物有较大影响。在负曲率（地表相对下凹）的情况下，建筑物中部沉降大，端部沉降小，建筑物中央部分悬空，端部受剪，使墙体形成正八字型裂缝；反之，会产生倒八字型裂缝。
4、地表水平变形损害。地表水平变形有拉伸和压缩两种。由于建筑物抗拉能力远小于抗压能力，建筑物对地表拉伸变形非常敏感，当基础侧面受外向水平推力作用时，很容易开裂。实际上，地表移动和变形对于建筑物的破坏作用往往是几种变形共同作用的结果。比如，地表的拉伸和正曲率同时出现，压缩和负曲率同时发生。
三、地表沉降控制措施分析研究
1、事前控制。顶管施工最突出的特点是施工工艺的适应性问题。针对不同土质、不同施工条件必须选用不同的顶管施工机具和施工方法。顶管机具选择合理，对于保证工程质量，控制并减少地面沉降，降低工程造价，都具有十分明显的作用。目前主要是根据地质条件、地下水情况、施工场地大小、施工环境影响等选用合适的顶管机具。工具管装在所顶管道的最前端，用以挖土取土，保持开挖面稳定，确保正确的顶进方向，它有很多种形式。工具管选择的好与坏是决定顶管成败的关键。不管是采用何种机具、工艺，均应视具体情况而定，因地制宜才能充分显示各种顶管机独特的优越性，具体可按以下原则进行选择：
1）详细了解工程概况、工程地质条件、地下水位、顶管管径、埋深、附近地上和地下建筑物、构筑物及各种设施、管线的埋设情况等。对于顶管前方地下障碍物探查可采用地质雷达探测，采用顶管前方超前预报的环形剖面与管线地基剖面探测相结合的方法，不会影响施工的正常顶进。
2）进行技术方案比较，可以从以下几个方面进行：a.对于小口径顶管，因无法在管内施工，通常都采用泥水顶进。当顶进长度较短、管径较小且为金属管时，宜采用一次性顶进的挤密土层顶管法。b.对于埋深较大的管段，可以从有无地下水及所处土层特性来考虑，若地下水位较低、土层较稳定，可选用手掘式顶管施工；若地下水位高或者变化大以及土质较松软，则宜采用全断面掘进机施工。用手掘式顶管施工时，应将地下水位降至管底以下不小于 0.5 m 处，以防其他水源进入管道。c.对于地下障碍物较多的情况，应选用具有除障功能的机械式掘进机或采用手掘式顶管。手掘式顶管只适于能自立的土中。d.在黏性或砂性土层，当无地下水影响时，宜用手掘式或机械挖掘式顶管，当黏性土层中必须控制地面隆陷时，宜用土压平衡顶管法。e.当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。在粉砂土层中，当需控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。f.在软土层且无障碍物的情况下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法。在软弱土层中宜采用土压平衡或局部气压等施工，选择土压平衡工具管时，还要考虑其刀盘的适用情况和切削面积。g.在流砂层中顶管可采取局部气压施工或泥水平衡法施工。
2、事中控制。顶管掘进主要由 4 个参数控制，即开挖面土压力、推进速度、同步注浆、纠偏方向与纠偏量。掘进过程中，必须视管道上覆土厚度、地质条件、地面荷载情况及顶管顶进姿态、地表监测情况等进行参数调整。这些参数既是各自独立的，又存在互相匹配、优化组合的问题。优化组合的根本目的是控制顶管推进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少地层变形的影响。推进中参数优化组合的宏观表现就是地表变形的控制，同时必须配以相应的监测手段，将实测的各类数据与监测的地表沉降值整理分析、优化组合，指导下一步的顶进，实行信息化施工。
四、结语
顶管施工引起地表变形进而以各种形式引起周边建筑物的破坏。因此，要防止周边建筑物破坏，保护周边环境，就必须控制顶管施工引起的地表变形。根据现在国内外已有经验，完全防止地层移动是不可能的，但施工前对地质条件和环境条件进行周密调查，基本技术方案措施合理，施工操作得当，那么就可以把地层移动的幅度控制到较小的限度内，从而减少顶管施工对周围市政环境的影响。通过对顶管施工的地面变形机理分析，以及顶管施工对周边环境危害形式的探讨，对顶管施工提出了事前和事中两阶段控制措施。事前控制措施是要对施工场地的地质条件进行详细了解，选择合适的顶管机械；事中控制是通过优化掘进参数控制顶管推进轴线偏差。通过两阶段的控制，最终达到控制地面变形，从而减少由于地面变形引起的各种损害。
参考文献：
[1]魏 纲.顶管施工中土体性状及环境效应分析（硕士学位论文）[ D].杭州：浙江大学，2003.
[2]余建锋.顶管施工引起地表变形问题研究（硕士学位论文）[ D].广州：广州大学，2006.
[3]任建文.非开挖顶管施工技术 [ J].西部探矿工程，2004
[4]常伯春，史 杰.顶管施工工艺的探讨[ J].山西建筑，2007
关键词：顶管施工；地表变形；地表沉降；
一、顶管施工中地面变形机理分析研究
顶管推进过程中产生地面变形（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主要由以下几部分组成：
1、工具管到达前的地面变形。当工具管离测点较远时，由于刀盘的切削、搅拌、振动，会对土体产生扰动。土体在扰动作用下，产生一定的压缩，地面会出现微小的沉降。
2、工具管到达时的地面变形。当工具管距离很近时，位于工具管正前方的土体，受到千斤顶推力的挤压、刀盘的切削剪切力及振动荷载的作用，引起地面沉降或隆起。
3、工具管通过时的地面变形。当工具管通过时，工具管外壳与土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力，剪切应力引起地面变形。推进速度越快，剪切应力越大，周围土体位移也越大。
4、工具管通过后的地面变形。为减小摩擦阻力，后续管节的直径比工具管的直径要小 2 cm～ 5 cm。所以，当工具管尾部通过后，管道周围的土体要向管壁移动，以填补后续管节外围的间隙。这样就会引起土体移动，这部分土层位移与间隙的大小、注浆压力、注浆方法等因素有关。
二、顶管施工中开挖引起地表变形损害形式分析研究
1、地表沉降损害。顶管施工引起的地表沉降会使建筑物产生整体下沉。如果这种沉降比较均匀且不大时，对于建筑物的稳定性和使用条件可能不会产生太大的影响；若沉降过大，就有可能对基础承载力造成一定损害。对于砌体结构，这种垂直方向的沉降会使砌体中因为存在着垂直方向的下沉力而形成水平裂缝，最终造成结构的破坏。
2、地表倾斜损害。顶管开挖时很多情况下会引起地层的不均匀沉降。不均匀沉降将导致地表倾斜，使建筑物产生结构破坏裂缝，对建筑物的危害最大。此外，地表倾斜还会使高耸建筑物发生重心偏斜，引起附加应力重分布，使结构内应力发生变化，严重时，使建筑物丧失稳定性而破坏。
3、地表曲率损害。顶管施工引起的不均匀地层变形会使地表形成曲面，地表曲率对建筑物有较大影响。在负曲率（地表相对下凹）的情况下，建筑物中部沉降大，端部沉降小，建筑物中央部分悬空，端部受剪，使墙体形成正八字型裂缝；反之，会产生倒八字型裂缝。
4、地表水平变形损害。地表水平变形有拉伸和压缩两种。由于建筑物抗拉能力远小于抗压能力，建筑物对地表拉伸变形非常敏感，当基础侧面受外向水平推力作用时，很容易开裂。实际上，地表移动和变形对于建筑物的破坏作用往往是几种变形共同作用的结果。比如，地表的拉伸和正曲率同时出现，压缩和负曲率同时发生。
三、地表沉降控制措施分析研究
1、事前控制。顶管施工最突出的特点是施工工艺的适应性问题。针对不同土质、不同施工条件必须选用不同的顶管施工机具和施工方法。顶管机具选择合理，对于保证工程质量，控制并减少地面沉降，降低工程造价，都具有十分明显的作用。目前主要是根据地质条件、地下水情况、施工场地大小、施工环境影响等选用合适的顶管机具。工具管装在所顶管道的最前端，用以挖土取土，保持开挖面稳定，确保正确的顶进方向，它有很多种形式。工具管选择的好与坏是决定顶管成败的关键。不管是采用何种机具、工艺，均应视具体情况而定，因地制宜才能充分显示各种顶管机独特的优越性，具体可按以下原则进行选择：
1）详细了解工程概况、工程地质条件、地下水位、顶管管径、埋深、附近地上和地下建筑物、构筑物及各种设施、管线的埋设情况等。对于顶管前方地下障碍物探查可采用地质雷达探测，采用顶管前方超前预报的环形剖面与管线地基剖面探测相结合的方法，不会影响施工的正常顶进。
2）进行技术方案比较，可以从以下几个方面进行：a.对于小口径顶管，因无法在管内施工，通常都采用泥水顶进。当顶进长度较短、管径较小且为金属管时，宜采用一次性顶进的挤密土层顶管法。b.对于埋深较大的管段，可以从有无地下水及所处土层特性来考虑，若地下水位较低、土层较稳定，可选用手掘式顶管施工；若地下水位高或者变化大以及土质较松软，则宜采用全断面掘进机施工。用手掘式顶管施工时，应将地下水位降至管底以下不小于 0.5 m 处，以防其他水源进入管道。c.对于地下障碍物较多的情况，应选用具有除障功能的机械式掘进机或采用手掘式顶管。手掘式顶管只适于能自立的土中。d.在黏性或砂性土层，当无地下水影响时，宜用手掘式或机械挖掘式顶管，当黏性土层中必须控制地面隆陷时，宜用土压平衡顶管法。e.当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。在粉砂土层中，当需控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。f.在软土层且无障碍物的情况下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法。在软弱土层中宜采用土压平衡或局部气压等施工，选择土压平衡工具管时，还要考虑其刀盘的适用情况和切削面积。g.在流砂层中顶管可采取局部气压施工或泥水平衡法施工。
2、事中控制。顶管掘进主要由 4 个参数控制，即开挖面土压力、推进速度、同步注浆、纠偏方向与纠偏量。掘进过程中，必须视管道上覆土厚度、地质条件、地面荷载情况及顶管顶进姿态、地表监测情况等进行参数调整。这些参数既是各自独立的，又存在互相匹配、优化组合的问题。优化组合的根本目的是控制顶管推进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少地层变形的影响。推进中参数优化组合的宏观表现就是地表变形的控制，同时必须配以相应的监测手段，将实测的各类数据与监测的地表沉降值整理分析、优化组合，指导下一步的顶进，实行信息化施工。
四、结语
顶管施工引起地表变形进而以各种形式引起周边建筑物的破坏。因此，要防止周边建筑物破坏，保护周边环境，就必须控制顶管施工引起的地表变形。根据现在国内外已有经验，完全防止地层移动是不可能的，但施工前对地质条件和环境条件进行周密调查，基本技术方案措施合理，施工操作得当，那么就可以把地层移动的幅度控制到较小的限度内，从而减少顶管施工对周围市政环境的影响。通过对顶管施工的地面变形机理分析，以及顶管施工对周边环境危害形式的探讨，对顶管施工提出了事前和事中两阶段控制措施。事前控制措施是要对施工场地的地质条件进行详细了解，选择合适的顶管机械；事中控制是通过优化掘进参数控制顶管推进轴线偏差。通过两阶段的控制，最终达到控制地面变形，从而减少由于地面变形引起的各种损害。
参考文献：
[1]魏 纲.顶管施工中土体性状及环境效应分析（硕士学位论文）[ D].杭州：浙江大学，2003.
[2]余建锋.顶管施工引起地表变形问题研究（硕士学位论文）[ D].广州：广州大学，2006.
[3]任建文.非开挖顶管施工技术 [ J].西部探矿工程，2004
[4]常伯春，史 杰.顶管施工工艺的探讨[ J].山西建筑，2007