國外頂管設備的發展

20世紀70年代，日本開發了矩形頂管機，它初出現的目的主要用來安裝矩形管道，可用於建造地下鐵道的區間、車站及水底隧道旁通道等。20世紀80年代後，世界各國掀起了開發異形斷麵掘進機的高潮，先後進行了矩形隧道、橢圓形隧道、雙圓形隧道、多圓形隧道盾構掘進機及施工技術的試驗研究和工程應用。

目前，矩形頂管機械及工藝發展比較成熟的國家是日本。日本在20世紀80年代開發出了矩形隧道掘進機，並應用於多條人行隧道、公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道和排水隧道的施工中。地下管線共同溝的概念也起源於日本。１９８１年，名古屋和東京都采用４.２９ｍ×３.０９ｍ手掘式矩形盾構掘進了２條長分別為５３４ｍ和２９８ｍ的共同溝；名古屋還采用５.２３ｍ×４.３８ｍ的手掘式矩形盾構掘進１條長３７４ｍ的矩形隧道。20世紀９０年代，日本將遙控技術應用到頂管法中，操作人員在地麵控製室中通過閉路電視和各種儀表進行遙控操作，對普遍采用人工開挖的頂管技術產生了重大革新。近３０年來，日本率先研究開發了土壓平衡、泥水平衡頂管機等先進頂管機頭和施工工法，並在實際工程中得到了廣泛的應用。

對於由圓形管道演變而來的矩形管道或者構件的頂進施工，在技術上被證明有很大的難度。根據施工經驗，矩形截麵管道和圓形截麵管道的施工區別在於頂管機外形、切削方式及管道截麵形狀。形成矩形截麵通道的方式主要有３種類型：

１）采用圓形頂管機對工作麵實行分步切削或者全斷麵切削，管道的外部為圓形，內部為矩形；

２）頂管機外形為矩形，對工作麵采用分步切削方式，管道外形與頂管機的斷麵一致；

３）頂管機外形為矩形，對工作麵采用全斷麵切削形式，管道外形與頂管機的斷麵一致。

在日本采用管片拚裝法和頂管機配合使用，開發出２種典型的頂管施工工法：ＤＰＬＥＸ（ＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇＰａｒａｌｌｅｌＬｉｎｋＥｘｃａｖａｔｉｎｇＳｈｉｅｌｄＭｅｔｈｏｄ）頂管施工法和Ｔａｋｅｎａｋａ頂管施工法（由ＴａｋｅｎａｋａＬｔｄＣｏｍｐａｎｙ研發），前者為多軸偏心傳動頂管機，工作麵上土層的切削是通過一個繞曲柄軸進行偏心轉動的切削框架（或矩形切削刀盤）來實現（如圖２所示）；後者為組合刀盤頂管機（如圖３所示），主要用來施工矩形截麵的地下管道或通道，第１階段借助常規圓形切削刀盤切削土層，第２階段通過安裝於切削刀盤後麵的切削臂的鍾擺運動或者小刀盤轉動實現對圓形刀盤無法到達的部位的切削。近年來，為了更好地對工作麵的土體進行切削，日本研發了伸縮臂式刀盤仿矩形掘進機，在刀盤轉動過程中，對於圓形刀盤切削不到的工作麵在刀排中的特殊機構會自動伸長切削臂進行切削。

國外頂管設備的研發主要朝著全斷麵切削、長距離頂進和克服堅硬土質甚至是岩石掘進的方向發展，這樣更能增大頂管設備的地層適應能力，同時也保證了在軟土層中進行施工的動力儲備。

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