郭 伟， 蔡 旺， 任宇晓*

(1.天津大学建筑工程学院， 天津 300072； 2.滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)， 天津 300072)

顶管施工法已经历了一百多年的发展[1]。在埋深大、临近交通干线或周围环境对位移有严格限制的地段，顶管是较为安全和经济的施工方法。该方法以其适用性广、对环境影响较小、成本控制较好等优势广泛应用于水、电、煤气等直径相对较小的隧道工程中[2-4]。但顶管施工作为一种地下开挖方法，会对周围的土体产生扰动，使土体产生地层损失并出现卸载或加载等一系列复杂的力学行为，导致土体的应力状态不断发生变化，进而引起管道周围土体的变形[5]。

顶管施工对周围土体的影响吸引了诸多学者展开研究，通过对顶管施工过程中地表变形的观测发现，沿顶管推进轴线方向所产生的地表沉降发展一般规律可分为三个阶段：工具管前部土体变形阶段、施工沉降阶段和土体固结沉降阶段[5]。由顶管施工造成的土体扰动又可分为七个区域[6-8]。引起地层损失的原因也多种多样[9-13]，一方面在顶管施工过程中，土体开挖会造成卸载，另一方面，由于掘进机外径比后续管道大2～4 cm，不可避免地产生土体损失，从而引起地面沉降。因此，尽管目前顶管施工方法已经发展较为成熟，但由该方法引起地层移动和地面沉降的因素十分复杂，并受地质、施工、结构温度[14]等许多不确定条件的影响很大，当隧道周围存在构筑物时，构筑物的形式、刚度和尺寸、隧道上方堆载情况[15]等因素都会对地表变形产生较大影响，进行理论研究较为困难且难以适用于所有工况，对这些影响因素加以定量评价和分析不但工程量巨大还不易于现场应用。……