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在頂管施工過程中發生地麵變形的原因是施工技術對周圍土體震動導致的土質鬆動。地麵變形由以下五部分組成:
(1)掘進機到達前的地麵變形
當掘進機遠離測點時，由於刀盤的切削攪拌和振動，土壤會受到擾動。土壤顆粒之間有孔隙(孔隙含有水和空氣)。在擾動下，孔隙中的水和氣體排出，土粒相對運動，土體受到一定程度的壓縮，地麵會有輕微的沉降。
(2)掘進機到達時的地麵變形
當掘進機距離很近時，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載荷的擠壓，受力狀態複雜。
(3)掘進機通過時的地麵變形。
掘進機通過時，掘進機殼體與土層之間會形成剪切滑動麵，剪切滑動麵附近的土層中會產生剪應力，引起地麵變形。推進速度越快，剪應力越大，周圍土體的位移也越大。
(4)掘進機通過後的地表變形。
為了頂管施工減少摩擦阻力，後續管接頭的直徑比掘進機小2-5cm。因此，當掘進機尾部通過時，管道周圍的土壤要向管壁移動，以填充後續管接頭周圍的空隙，這樣就會引起土壤移動。為了保持土層的穩定，減少摩擦阻力，施工時必須在管節周圍進行灌漿，並保持適當的灌漿壓力。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。
(5)擾動土再固結引起的地麵變形。
頂管周圍頂管施工擾動後，會形成超孔隙水壓力區。掘進機離開這個區域後，超孔隙水壓力下降，孔隙水消散，土體固結，引起地麵沉降。這部分主要是固結沉降，然後，土體還會發生蠕變和次固結沉降。
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