顶管施工技术因其非开挖、安全性高等优点,在城市输排水管道等基础设施的改造和建设中受到青睐。然而在施工中,过程控制不当以及地质条件影响引起的变形问题,如地表沉降和隆起,开挖面失稳,不仅会对周围环境造成不利影响,还会影响顶管的顺利进行,施工过程中对地表和开挖面变形的合理控制是解决上述问题的关键。结合郑州市某顶管实际工程,考虑管节顶进的渐进过程和侧向摩擦作用,开展了以下内容的研究:(1)从理论上讨论了顶管过程中因土体应力释放所引起的地表和开挖面变形,考虑注浆作用、摩擦作用、支护作用等产生的附加应力影响将周围土体进行分区,分析了开挖区土体在直接作用影响下的变形趋势以及扰动区土体在间接作用下的性态变化,得出了二者对地表及开挖面变形的不同影响;(2)基于数值模拟方法,从应力释放的角度对顶管过程土体开挖的实质进行研究,得出了随分析步迭代土体变形及力学变化与应力释放率的关系;考虑管节与土体间的摩擦作用力,实现了位移控制法模拟管节顶进的过程,研究了不同工况下的地表变形规律;通过控制开挖边界节点应力,研究了不同注浆压力作用对地表变形的影响;(3)通过幅值曲线控制开挖面支护压力大小变化,研究了支护压力变化过程中开挖面的变形过程,揭示了开挖面失稳过程中所引起的地表附加位移变化规律;分析了不同埋深、不同内摩擦角、不同粘聚力对开挖面破坏形式及地表附加变形的影响,得出了覆土深度与土体参数对开挖面稳定性产生的不同影响;(4)结合郑州市某顶管实际工程,在项目区地表不同位置布置相应监测点,通过对地表变形监测数据与数值模拟结果进行对比分析,验证了本文数值模拟方法在地表变形规律分析中的合理性。