随着我国经济的发展和城市市政建设的加快,各大、中城市均致力于打造一个立体综合的现代交通体系,对城市地下空间建设的需求和要求也在不断提高。传统的明挖施工方法已经无法满足现在工程的需求,为了保证城市路面交通的畅通,越来越多的非开挖技术被运用在城市市政工程施工中,这其中就包括了顶管工程。本文依托成都市人民南路川大人行通道矩形顶管项目,对类矩形顶管的荷载特性、施工力学和开挖对地层变形的影响进行了研究,获得了以下主要研究成果:(1)分析了类矩形顶管在顶管顶进的过程中与土接触的复杂关系,详细分析了作用在类矩形顶管管节的各种荷载,将顶管管节受力情况分为普氏塌落拱理论和土柱理论两种讨论,给出了类矩形顶管管节与土体的摩擦阻力计算公式并推导出了类矩形顶管在不同埋深情况下的顶推力理论计算公式,分别从顶管管节的参数、管壁注浆、管节所处的土层参数和施工方面的因素四个方面分别分析了其对顶推力的影响,并与实际工程进行对比,验证了顶推力公式和摩阻力公式的合理性。(2)通过建立三维数值模型,研究了类矩形顶管在施工过程中不同顶进距离下的顶管内力、地层变形、管土接触压力、管节间接触压力和管土摩擦阻力的变化情况,总结了变化规律并揭示了类矩形顶管的施工力学行为。(3)通过建立三维数值模型,运用岩土的剪切失效准则模拟了类矩形顶管的开挖过程,研究了不同的开挖模式、不同的顶进速度和不同的掌子面顶推力对顶管工程开挖地层变形的影响,并结合数值模拟结果给出了合理的开挖模式、顶进速度和掌子面顶推力。(4)依托实际工程分析了类矩形顶管实际施工过程中遇到的各种施工难点,并结合现场监控量测数据对地表变形进行了分析,揭示了现场施工过程中类矩形顶管在施工过程中地表变形的变化规律。