引言：市政工程顶管施工技术因对交通和环境影响小、施工效率高等优点，在城市建设中发挥着重要作用，然而顶管施工过程中不可避免地会对周围土体产生扰动，导致地表沉降，这不仅影响工程质量和安全，还可能对周边建筑物和设施造成损害。因此研究顶管施工地表沉降的控制技术，对于保障市政工程的安全、高效施工具有重要意义，旨在分析顶管施工地表沉降的特点和存在的问题，提出相应的优化对策，并通过实例验证有效性。
一、市政工程顶管施工地表沉降控制技术研究的特点
（一）顶管施工技术概述
顶管施工技术作为一种非开挖管道敷设技术，在市政工程领域得到了广泛应用，核心原理是通过施加顶力，将管道从工作坑依次推入土层，直至到达接收坑，从而完成管道的敷设[1]。顶管施工技术具有施工速度快、对周边环境影响小、施工安全性高等特点，总之施工原理主要依赖于顶管机的切割、推进和管道的顶进过程。施工流程包括工作坑和接收坑的开挖、顶管设备的安装与调试、管道顶进、管道接口处理以及工作坑和接收坑的回填等环节，在施工过程中顶管施工技术展现出显著的优势。该技术能够在不开挖地表的情况下完成管道敷设，大大降低了施工对交通和周边环境的影响，顶管施工适用于多种地质条件，包括软土、硬土及复杂地层，具有较强的适应性。再次顶管施工可实现长距离、大口径管道的敷设，提高了施工效率，随着技术的不断进步，顶管施工在施工精度、安全性和环保方面也得到了显著提升[2]。
（二）地表沉降原因分析
地表沉降是顶管施工过程中常见的问题，产生的原因复杂多样，涉及地质条件、施工技术、环境因素等多方面，土壤性质是影响地表沉降的关键因素，不同类型的土壤具有不同的力学特性，如砂土的流动性、黏土的塑性等，这些特性决定了土壤在顶管施工过程中的变形和承载能力[3]。当顶管施工扰动土层时，若土壤承载力不足，易导致地表沉降，顶管施工参数的不合理设置也是地表沉降的重要原因。顶力的大小、顶进速度的快慢、顶管机的姿态控制等，都会对周围土体产生不同程度的扰动，进而引发地表沉降，地下水的影响也不容忽视，在顶管施工过程中，地下水位的变化会改变土体的应力状态，降低土体的抗剪强度，从而导致地表沉降。特别是在富含地下水的软土地区，地下水的作用更为显著，施工过程中的泥浆护壁效果不佳也会加剧地表沉降，泥浆护壁是维持开挖面稳定的重要措施，若泥浆性能不达标或施工操作不当，将无法有效抑制土体的变形和地表沉降[4]。
（三）地表沉降影响因素
地表沉降的影响因素众多，它们相互作用，共同决定了顶管施工过程中地表沉降的程度和范围，施工工艺的选择对地表沉降有着直接影响，不同的施工工艺，如敞口式、封闭式顶管施工，对土体的扰动程度不同。敞口式施工由于直接暴露土层，容易造成土体流失，从而引起地表沉降，而封闭式施工通过泥浆护壁减少了对土体的扰动，有利于控制地表沉降。施工材料的性能也是影响地表沉降的重要因素，管道的材料、接口的密封性能等，都会影响管道的整体稳定性和抗变形能力，进而影响地表沉降。再者环境条件的变化对地表沉降的影响不容忽视，地质条件如土层的分布、地下水水位、土体的物理力学性质等，都会对地表沉降产生影响。例如在软土地区，土体强度低，顶管施工过程中易发生土体位移，导致地表沉降，气候条件如降雨、气温等也会影响土体的性质，进而影响地表沉降，降雨可能导致土体饱和，降低土体强度，加剧地表沉降[5]。
二、市政工程顶管施工地表沉降控制技术研究存在的问题
（一）地表沉降监测手段不足
在当前的市政工程顶管施工中，地表沉降监测手段的不足以成为一个显著的问题，现有的监测技术在实际应用中存在一定的局限性，传统的监测方法，如水准测量和全站仪测量，虽然能够提供一定程度的沉降数据，但精度和频率往往难以满足复杂施工环境的需求。特别是在长距离顶管施工中，这些方法的监测范围和效率难以达到理想状态，导致监测数据的不完整性和时效性不足，监测点的布置也是一个突出问题。由于监测资源的限制，监测点的数量和位置往往无法做到全面覆盖，这可能导致关键沉降区域的监测盲点，监测点的布置缺乏科学性和系统性，使得监测数据难以准确反映整个施工区域的地表沉降状况，从而影响了对沉降发展趋势的预测和评估。监测数据的处理和分析手段也显得不够先进，在现有的监测过程中，数据采集后的处理多依赖于人工操作，这不仅效率低下，而且容易引入人为误差，数据的分析方法往往较为简单，缺乏对大量监测数据的深度挖掘和综合分析，导致难以从数据中提取出有价值的信息，无法为地表沉降的控制提供有力的数据支持。监测设备的性能也是一个制约因素，目前市场上监测设备的精度、稳定性以及抗干扰能力参差不齐，这在一定程度上影响了监测结果的可靠性，特别是在恶劣的施工环境下，监测设备可能因外界因素干扰而出现数据偏差，进一步加剧了地表沉降监测的不确定性。
（二）施工参数控制不严格
在市政工程顶管施工过程中，施工参数控制的不严格问题日益凸显，对地表沉降的控制产生了显著影响，施工参数的设定是顶管施工中的关键环节，准确性直接关系到施工质量和地表沉降的程度。然而在实际操作中，部分施工单位对施工参数的重视程度不够，导致参数设定存在较大的随意性，这种不严谨的态度使得顶管施工过程中的顶力、顶进速度等关键参数无法达到最优状态，从而增加了地表沉降的风险。施工参数的调整机制不完善，在顶管施工中由于地质条件、环境因素以及施工进度等因素的变化，施工参数需要适时进行调整，然而许多施工团队缺乏动态调整参数的能力，往往按照初始设定的参数进行施工，忽视了施工过程中出现的各种变化，导致地表沉降难以得到有效控制。施工参数的执行力度不足，即便有了合理的参数设定，如果在施工过程中执行不力，同样会导致地表沉降问题的发生，施工人员对参数的理解和执行存在差异，加之监管不严，使得施工参数在实际操作中难以得到严格执行，从而影响了施工效果，施工参数的记录和反馈机制不健全。
（三）施工环境适应性差
在市政工程顶管施工中，施工环境适应性差的问题日益成为影响地表沉降控制的关键因素，施工环境包括地质条件、地下水位、周边建筑物和管线情况等多个方面，这些因素的变化对顶管施工提出了不同的要求。然而当前施工环境适应性差的问题表现在几个方面，地质条件识别不足，不同地质条件下土壤的承载能力和稳定性差异较大，对顶管施工的影响也各不相同。在实际施工中由于对地质条件的调查和评估不够充分，导致施工方案与实际地质状况不符，从而难以有效控制地表沉降。地下水位变化应对不力，地下水位的变化会直接影响土壤的饱和度和稳定性，进而影响顶管施工的安全性，在一些地区由于缺乏对地下水位变化的预测和应对措施，施工过程中常常因为地下水位波动导致地表沉降问题。再次周边环境复杂性的忽视，市政工程顶管施工往往位于城市中心区域，周边建筑物和管线密集。在这种情况下施工环境适应性差的问题尤为突出，施工单位未能充分考虑周边环境的复杂性，导致施工过程中对周边建筑物和管线的保护措施不足，增加了地表沉降的风险。施工环境监测体系不完善，在顶管施工过程中，实时监测施工环境的变化对于预防和控制地表沉降至关重要，然而现有的监测体系存在漏洞，监测数据不准确、不及时，使得施工团队难以根据环境变化做出快速响应，施工环境适应性差的另一个表现是对突发事件的应对能力不足。
三、市政工程顶管施工地表沉降控制技术研究的优化对策
（一）提高地表沉降监测技术
地表沉降监测技术是市政工程顶管施工中不可或缺的重要环节，精确性和实时性直接关系到施工安全及地表沉降控制的效果，当前随着城市建设的高速发展，对地表沉降监测技术的要求越来越高，从几个方面阐述提高地表沉降监测技术的重要性及发展方向。提高地表沉降监测技术的精确度，在顶管施工过程中微小的地表沉降变化都可能对周边环境和工程结构造成影响，因此提升监测技术的精确度，确保监测数据的可靠性，对于及时发现沉降异常、评估沉降风险具有重要意义。这需要研发更高精度的监测设备，优化监测数据处理算法，以减少误差，提高监测结果的准确性，增强地表沉降监测技术的实时性，实时监测能够为施工提供即时反馈，使施工团队迅速采取相应措施，防止沉降事故的发生。因此发展基于物联网、大数据等技术的实时监测系统，实现监测数据的快速传输和处理，是提高地表沉降监测技术的重要方向。
再次拓展地表沉降监测技术的应用范围，现有的监测技术往往局限于特定条件下的应用，难以满足复杂多变的施工环境，因此研发适用于不同地质条件、施工环境和气候因素的监测技术，提高监测技术的通用性和适应性，对于保障各类顶管施工项目的顺利进行具有重要意义。推动地表沉降监测技术的智能化发展，利用人工智能、机器学习等技术，对大量监测数据进行智能分析，预测沉降趋势，为施工决策提供科学依据。智能化监测技术能够有效提高地表沉降预测的准确性，降低人为因素对监测结果的影响，加强地表沉降监测技术的规范化和标准化，制定统一的监测技术标准和操作规程，提高监测数据的可比性和共享性，有助于促进监测技术的交流与发展，提升整个行业的技术水平。
（二）提高管道接口质量
管道接口质量是影响市政工程顶管施工地表沉降控制的核心因素，管道接口作为管道系统的重要组成部分，质量直接关系到管道的密封性、稳定性和使用寿命。因此提高管道接口质量对于减少施工过程中的地表沉降具有至关重要的作用，从几个方面探讨提高管道接口质量的措施及意义，优化管道接口设计，合理的设计是确保管道接口质量的前提。在设计阶段应充分考虑管道接口的受力情况、地质条件、施工环境等因素，采用先进的接口形式和结构，提高接口的力学性能和适应性。例如采用弹性密封垫圈、预应力接口等设计，以增强接口的密封性和抗变形能力，提升管道接口材料质量，材料的选择对管道接口的质量具有决定性影响。应选用高强度、高韧性、耐腐蚀的材料作为管道接口的制造原料，确保接口在复杂环境下的稳定性和耐久性，加强对材料的检验检测，确保材料性能符合国家标准和施工要求。
再次加强管道接口施工质量控制，施工过程中严格遵循施工规范和操作程序，确保管道接口的安装精度，这包括精确控制管道对接偏差、接口间隙和焊接质量，以及确保接口部位的清洁、干燥，避免因施工不当导致的接口质量问题。完善管道接口检测与验收体系，在管道接口施工完成后，应采用无损检测、压力测试等方法对接口质量进行全面检测，确保接口无泄漏、无变形，建立健全的验收制度，对不合格的接口及时进行整改，直至满足设计要求。推广新型管道接口技术，随着科技的发展新型管道接口技术不断涌现，如预制混凝土管道接口、球墨铸铁管道接口等。这些新型接口技术在提高管道连接质量、降低地表沉降风险方面具有显著优势，应予以大力推广和应用，总之提高管道接口质量是市政工程顶管施工地表沉降控制的关键环节。通过优化设计、提升材料质量、加强施工质量控制、完善检测验收体系以及推广新型接口技术，可以有效降低施工过程中的地表沉降风险，保障市政工程的安全顺利进行。
（三）加强施工环境适应性
市政工程顶管施工过程中，施工环境的复杂性对地表沉降控制提出了更高的要求，加强施工环境适应性，是确保施工安全和减少地表沉降的关键措施，从地质条件、周边环境和施工技术三个方面探讨如何加强施工环境适应性。针对地质条件的适应性调整，不同地质条件下，土壤的物理性质和力学特性差异较大，对顶管施工的影响也各不相同。因此施工前应进行详细的地质勘察，了解土壤成分、结构、含水率等参数，并根据这些参数调整施工方案，例如在软土地基中，可以采用加固处理、降水措施等方法提高地基承载力，减少地表沉降。考虑周边环境的适应性措施，市政工程往往位于城市中心区域，周边环境复杂，包括建筑物、交通设施、地下管线等。施工过程中应充分考虑这些因素，采取相应的保护措施，如对邻近建筑物进行监测和预加固，对地下管线进行排查和保护，确保施工不对周边环境造成不利影响。
再次提升施工技术的环境适应性，顶管施工技术应不断创新，以适应不同环境下的施工需求，例如采用微型顶管、土压平衡顶管等先进技术，可以有效减少对周围土体的扰动，降低地表沉降。通过实时监测和调整施工参数，如顶进速度、顶力大小等，可以更好地适应施工环境的变化，加强施工过程中的环境管理，施工现场应建立健全的环境管理体系，包括施工废渣处理、噪声控制、扬尘治理等，减少施工对环境的负面影响。加强施工人员的环境保护意识，确保施工活动在环境友好型模式下进行，建立应急预案，提高施工环境风险的应对能力，针对可能出现的地质风险、环境风险和技术风险，制定相应的应急预案，确保在突发情况下能够迅速采取措施，降低地表沉降风险。总之加强施工环境适应性是市政工程顶管施工地表沉降控制的重要环节，通过针对地质条件、周边环境和施工技术的适应性调整，以及加强环境管理和应急预案的建立，可以有效提高施工环境适应性，保障施工安全，减少地表沉降，为市政工程的高质量发展提供有力支撑。
结论
通过对市政工程顶管施工地表沉降控制技术的研究，得出地质条件的复杂性是导致地表沉降的关键因素，通过详细的地质勘察和适应性调整，可以有效减少沉降发生。周边环境保护措施的落实，对于维护施工区域的环境稳定至关重要，施工技术的创新和环境管理体系的建立，是提高施工环境适应性、控制地表沉降的重要手段。应急预案的制定和实施提高了施工过程中对环境风险的应对能力，总之提出的优化对策在实践中取得了良好效果，为市政工程顶管施工地表沉降控制提供了理论依据和实践指导。
参考文献
[1]姜猛.顶管施工中的地表沉降预测与控制方法研究[J].中国厨卫, 2024, 23(8):33-35.
[2]袁洋.大断面矩形顶管施工地表沉降的空间效应研究[J].铁道建筑技术, 2023(1):180-183.
[3]耿弈,房鹏帅,荆哲,等.基于修正Peck公式的软土地层超大直径顶管施工地表沉降特性研究[J].湖南城市学院学报:自然科学版, 2023, 32(5):7-14.
[4]王非.矩形顶管施工诱发地表沉降数值模拟分析[J].中华建设, 2023(4):152-154.
[5]王开军,张伟,王玮鹏,等.超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价[J].地质与勘探, 2024, 60(1):121-131.