頂管施工過程中產(chǎn)生地面變形的根本原因是頂管施工對周圍土體的擾動，地面變形由一下五個部分組成:

(1)掘進機到達前的地面變形

當掘進機離測點較遠時，由于刀盤的切削攪拌、振動，會對土體產(chǎn)生擾動。土體顆粒之間存在孔隙(孔隙中含有水和空氣)，在擾動作用下，孔隙中的水和氣體被排出，土體顆粒相對移動，土體產(chǎn)生一定的壓縮，地面會出現(xiàn)微小的沉降。

(2)掘進機到達時的地面變形

當掘進機距離很近時，位于掘進機正前方的土體，受到千斤頂推力的擠壓、刀盤的切削剪切力以及振動荷載的作用，應力狀態(tài)十分復雜。

(3)掘進機通過時的地面變形

當掘進機通過時，掘進機外殼與土層間會形成剪切滑動面，剪切滑動面附近的土層內(nèi)產(chǎn)生剪切應力，剪切應力引起地面變形。推進速度越快，剪切應力越大，周圍土體位移也越大。

(4)掘進機通過后的地面變形

為減小摩擦阻力，后續(xù)管節(jié)的直徑比掘進機的直徑要小2-5cm。所以，當掘進機尾部通過后，管道周圍的土體要向管壁移動，以填補后續(xù)管節(jié)外圍的間隙，這樣就會引起土體移動。為保持土層穩(wěn)定及減小摩阻力，施工過程中必須在管節(jié)外周注漿，并保持適當?shù)淖{壓力。因此，這部分土層位移與間隙的大小、注漿壓力、注漿方法等因素有關。

（5)受擾動土體再固結(jié)引起的地面變形

頂管管道周圍土體受施工擾動后，將形成超靜孔隙水壓力區(qū)。在掘進機離開該區(qū)后，超孔隙水壓力下降，孔隙水消散，土體發(fā)生固結(jié)作用，引起地面沉降。這部分為主固結(jié)沉降，隨后，土體仍會產(chǎn)生蠕變，發(fā)生次固結(jié)沉降。