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在顶管施工过程中发生地面变形的原因是施工技术对周围土体震动导致的土质松动。地面变形由以下五部分组成:
(1)掘进机到达前的地面变形
当掘进机远离测点时，由于刀盘的切削搅拌和振动，土壤会受到扰动。土壤颗粒之间有孔隙(孔隙含有水和空气)。在扰动下，孔隙中的水和气体排出，土粒相对运动，土体受到一定程度的压缩，地面会有轻微的沉降。
(2)掘进机到达时的地面变形
当掘进机距离很近时，顶管施工前方土壤受到千斤顶推力、刀盘截割剪切力和振动载荷的挤压，受力状态复杂。
(3)掘进机通过时的地面变形。
掘进机通过时，掘进机壳体与土层之间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层中会产生剪应力，引起地面变形。推进速度越快，剪应力越大，周围土体的位移也越大。
(4)掘进机通过后的地表变形。
为了顶管施工减少摩擦阻力，后续管接头的直径比掘进机小2-5cm。因此，当掘进机尾部通过时，管道周围的土壤要向管壁移动，以填充后续管接头周围的空隙，这样就会引起土壤移动。为了保持土层的稳定，减少摩擦阻力，施工时必须在管节周围进行灌浆，并保持适当的灌浆压力。因此，这部分土层的位移与缝隙的大小、注浆压力、注浆方法等因素有关。
(5)扰动土再固结引起的地面变形。
顶管周围顶管施工扰动后，会形成超孔隙水压力区。掘进机离开这个区域后，超孔隙水压力下降，孔隙水消散，土体固结，引起地面沉降。这部分主要是固结沉降，然后，土体还会发生蠕变和次固结沉降。
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