矩形顶管模具沉降机制说明

沉降控制是矩形顶管模具的另一个研究热点。目前对于矩形顶管模具施工引起的地表沉降研究包括以下3个方面：

1) 顶进过程中地层响应机制及其影响因素；

2)地层沉降预测模型的发展和对比；

3)基于工程案例的沉降控制对策。

通常情况下，国外学者们将顶管模具施工诱发的地表沉降分为2类：首先是超前沉降，由于开挖过程中顶管模具机对前方土体的加载、卸载，注浆作用下土体渗透及孔隙水压力的变化，使得土体变形模量和有效应力减小，加之地下水位下降等使得开挖面前方发生沉降；其次是后期沉降，由于超挖、管土界面摩擦、管节偏转等造成的土体扰动和应力释放，引起土体弹塑性变形及其地层损失而产生的沉降。从地表变形与顶进距离的关系来看，矩形顶管模具施工中地表的变形可分为前方微小隆起、微小沉降、迅速沉降和缓慢沉降4个阶段。

由图可知，矩形顶管模具施工引起的地面沉降是随时间推移逐渐累积的结果，与其他密闭机械暗挖工法的差异在于管节移动所产生的附加扰动效应。因此，考虑矩形管节断面形状特征，可将管节移动诱发的地表沉降概括为3个方面：

1) 管节接头处的起伏及转角等不规则区域携带松散土体随着管节移动导致地层损失所诱发的沉降；

2) 管-土摩擦、偏转导致土壤颗粒位移并诱发沉降；

3) 背土效应引起的沉降。

从大量实测研究来看，目前对矩形顶管模具地表沉降得出的经验包括：

1) 始发井附近的沉降量大于其他区域；

2) 地表沉降最大值一般发生在距离始发井5～15 m；

3) 浅埋情况下，背土效应会增加局部区域土体损失，对地表沉降有显著的影响；

4)矩形顶管模具管周土体最大水平位移发生在顶管模具上表面一定距离处，前方土体扰动范围大约是管节高度的2倍；

5)从地表沉降槽的形态来看，矩形顶管模具产生的地表沉降槽底部平缓区的范围与管节宽度接近，而单侧沉降槽影响范围也接近于管节宽度。