咱們可以把矩形頂管模具技術(shù)的發(fā)展分成三個階段來看：剛開始摸索的起步階段（20 世紀(jì) 60—70 年代）、主要用敞開式工作面的發(fā)展階段（20 世紀(jì) 70—90 年代），還有以密閉式矩形掘進(jìn)機(jī)為主的新技術(shù)開發(fā)階段（20 世紀(jì) 90 年代到現(xiàn)在）。

1. 技術(shù)起步階段（20 世紀(jì) 60—70 年代）

這個階段的矩形頂管模具技術(shù)，是在圓形頂管模具的施工工藝基礎(chǔ)上慢慢摸索出來的，有這么幾個特點：一是大多采用敞開式的施工工作面，對土層的穩(wěn)定性要求很高，挖土壤要么靠人工，要么靠局部的機(jī)械設(shè)備；二是頂進(jìn)的距離比較短，最長也就 100 米，管道的橫截面尺寸是從小慢慢變大的，加工箱涵模具的方法有兩種，一種是在施工現(xiàn)場澆筑，另一種是在工廠里預(yù)制；三是主要用在鐵路和公路下穿的工程里。不過從這個階段的實際工程來看，用頂管模具暗挖的方式施工，大大減少了對地面道路和旁邊建筑物的影響，還降低了工程成本，而且能靈活搭建大跨度的地下空間。

2. 技術(shù)發(fā)展期（20 世紀(jì) 70—90 年代）

到了 20 世紀(jì) 70 年代，隧道掘進(jìn)技術(shù)在設(shè)備和施工工藝上有了突破，這為矩形頂管模具技術(shù)的發(fā)展打下了好基礎(chǔ)。對于這種不用開挖地面的施工方法來說，工作面的開挖方式和保持其穩(wěn)定的方法，是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。具體來說，早在 1910 年，紐約和漢堡就率先在地下水位以下的松散土層隧道工程中，用壓縮空氣的方法來保持人工開挖工作面的穩(wěn)定；1964 年，日本最先造出了泥水平衡掘進(jìn)機(jī)，這種機(jī)器能平衡開挖面的水土壓力，還能實現(xiàn)開挖面的封閉和機(jī)械挖掘，為實現(xiàn)長距離頂管模具施工創(chuàng)造了條件，德國在 1976 年也造出了功能類似的泥水平衡掘進(jìn)機(jī)；后來，為了解決泥水平衡頂管模具施工中出現(xiàn)的泥漿滲漏、地面變形等問題，日本在 1976 年又率先研發(fā)了土壓式掘進(jìn)機(jī)；1981 年，為了應(yīng)對復(fù)雜土層的暗挖工程，一種結(jié)合了泥水平衡和土壓平衡兩種施工方法優(yōu)點的泥濃式掘進(jìn)機(jī)被研發(fā)出來，而且很快就成了日本圓形頂管模具領(lǐng)域的主流掘進(jìn)機(jī)，市場占比超過 60%。隨著這些土壤開挖和穩(wěn)定技術(shù)的突破，這個階段圓形頂管模具的頂進(jìn)距離變得更長，對不同土層的適應(yīng)能力也明顯增強(qiáng)，這也為矩形頂管模具設(shè)備的研發(fā)提供了可參考的經(jīng)驗。

不過因為矩形掘進(jìn)機(jī)的切割結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，直到 1989 年日本才研發(fā)出這種設(shè)備。當(dāng)時的矩形頂管模具施工，主要還是采用敞開式工作面，通過頂進(jìn)和牽引相互配合的矩形推進(jìn)施工方法，得到了廣泛應(yīng)用。這一階段有幾個有代表性的工程：英國在 M1 高速公路 15A 號交界處修建的下穿通道，尺寸是 14 米（寬）×8.2 米（外高）×45 米（長），這個工程用了新型的防拖拽技術(shù)來控制摩擦力；頂進(jìn)距離方面，南非德班在一條鐵路線下施工的頂進(jìn)隧道，橫截面尺寸是 7.9 米（寬）×4.4 米（外高）×158.5 米（長），是早期長距離箱涵模具頂推施工的典型案例；美國在大橫截面、淺覆土等復(fù)雜條件下，第一次采用凍結(jié)法來穩(wěn)定土壤和工作面，還把這種技術(shù)用在了 2004 年完工的波士頓地下快速道路工程中，這項技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)大了矩形頂管模具施工方法的適用范圍，讓頂進(jìn)的最大橫截面達(dá)到了 23.78 米 ×11.59 米，最大頂進(jìn)長度達(dá)到 109.45 米；日本在施工方法的多樣性上有不少創(chuàng)新，比如 1980 年開發(fā)的 ESA 工法（也就是連續(xù)自進(jìn)式施工法），這種方法是把 3 個及以上的箱涵模具并排推進(jìn)，通過錯開順序頂推的方式，讓相鄰的管節(jié)相互依靠，并且用反作用力來實現(xiàn)推進(jìn)。這種推進(jìn)方式有點像尺蠖（芥尺蟲）前進(jìn)，減少了對反力墻的依賴，1996 年還應(yīng)用在了寶來隧道等多個頂推工程中，這個隧道的尺寸是 21.6 米（外寬）×7.8 米（外高）×279.5 米（長）?？偟膩碚f，這個階段的工程實踐，為頂推施工方法向密閉式掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展提供了理論支持。

3. 新技術(shù)開發(fā)期（20 世紀(jì) 90 年代至今）

進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，矩形頂管模具技術(shù)迎來了密閉式機(jī)械掘進(jìn)的快速發(fā)展時期?，F(xiàn)在，主要的矩形橫截面和類似矩形橫截面的切割方法及相關(guān)設(shè)備，大多來自日本和中國。下面就根據(jù)矩形掘進(jìn)機(jī)的切削原理類型，給大家介紹一下矩形頂管模具的掘進(jìn)技術(shù)。