近年来,随着地下工程的蓬勃发展,矩形顶管隧道以其较高的截面利用率、较高的机械化程度和较低的环境污染等优点,常被应用在地下过街通道、市政综合管廊、地下商业空间连接通道等工程,应用非常广泛。代表着未来城市中短隧道施工技术的发展方向。目前,矩形顶管隧道施工引起地表变形得到了越来越多的学者关注。对矩形顶管施工引起地表变形的研究主要集中在沉降变形方面,但是在实际工程中,由于施工参数的选取不当,可能会造成地表产生过大的隆起变形,并且在开挖断面发生非均匀变形,造成地表开裂,地下既有管线发生破坏,甚至导致管线接头转角过大产生而断开,影响周围环境安全。本文以包头市新都市区地下综合管廊二期工程(全国最长大截面地下矩形管廊顶管工程)为背景,采用现场监测和理论分析方法,对矩形顶管在砾砂地层中施工引起的地表变形规律进行研究,主要得到以下主要研究结论:(1)通过对现场实测数据的分析发现,本工程地表沿轴线纵向变形呈隆起状态,但是从整体上看,还是表现为先隆起后沉降,最后逐渐趋于稳定的客观规律,整个过程分为隆起阶段、沉降阶段和稳定阶段;随着顶管机向前顶进,地表横断面发生非均匀变形,轴线左侧测点变形值明显高于右侧测点变形值;(2)通过对正面附加推力、摩擦力、注浆压力和土体损失四个因素对地表变形影响的研究,得到由于正面附加推力过大造成地表隆起变形超限,并且由于顶管机左右侧正面附加推力不平衡导致地表监测横断面出现非均匀变形;(3)地表隆起变形超限主要发生在隆起阶段,该阶段对地表隆起变形有明显影响的是正面附加推力,通过不同工况之间的对比分析可知,当正面附加推力小于110kPa时,地表隆起变形值落在控制值以内;(4)将正面附加推力的取值范围代入理论分析公式中,得到控制地表隆起变形在10mm以内刀盘拟合转速与顶管机顶进速度的范围,只要由刀盘拟合转速与顶管机顶进速度确定的点落在该范围内,那么地表隆起变形就会落在控制值以内;(5)正面附加推力由刀盘接触压力、刀盘开口处土压力和掌子面静止土压力组成,分析它们之间不平衡系数的关系可知,本文实际工程中,刀盘接触压力不平衡系数对正面附加推力不平衡系数影响较小,而刀盘开口处土压力不平衡系数对正面附加推力不平衡系数影响大,由此可知,地表变形发生偏移由刀盘开口处土压力不平衡引起;(6)顶管机顶进速度对不平衡系数的影响较小,其主要取决于螺旋机转速,施工中尽量使左右两侧螺旋机转速保持一致,只有这样才能使不平衡系数接近于1,地表隆起变形不发生偏移。