1.工作原理

掘进机法（tunnel boring machine，TBM）是在20世纪30年代开始应用于隧道工程的。它是用特制的破岩机在一个步距内连续破岩，进行隧道掘进，通过多个循环完成隧道掘进的施工方法。

破岩机的工作原理：利用支承于洞壁上的支撑提供顶推反力，在顶推压力条件下旋转刀盘带动滚刀在岩面上滚动，并以静压方式切削破岩，在循环掘进过程中同步完成对已暴露围岩的初期支护。

2.优缺点

虽然钻爆法仍是当前山岭隧道施工中普遍采用的方法，而且掘进机法暂时无法取代，但随着掘进机技术的发展和机械性能的改进，掘进机法也表现出钻爆法无法比拟的优点。与矿山法等施工方法相比，掘进机法的特点是其掘进、出渣、初期支护、管片衬砌可以同步进行，施工过程是连续的，具有“工厂化”的特点。因此，掘进机法具有施工速度快、机械化程度高、工序简化紧凑、对地层扰动小、超欠挖量小、洞内作业环境条件好、施工安全度高、工人劳动强度较小等优点。但掘进机法受地质条件的限制较大，主要适合用于岩体完整性较好的地层中；隧道断面形状限制为圆形，一次性设备投资大；一台掘进机能够开挖的断面尺寸（直径）固定，不可改变；整套机械的使用寿命有限；需要在现场组装、拆卸，转移不便；需要有熟练的技术工人操作，对管理水平的要求也较高。

3.种类及适用的地层条件

山岭隧道全断面掘进机按护盾形式分为开敞式、单护盾和双护盾三种。目前使用较多的主要是开敞式和单护盾式全断面掘进机，且主要应用于硬岩地层的隧道掘进。

（1）开敞式全断面掘进机主要适合用于围岩稳定性较好的坚硬完整石质岩体地层的隧道中。开敞式全断面掘进机只在机械前端设置刀盘定位支撑系统，不设护盾；在掘进中，依靠撑于岩壁上的支撑提供反力，使刀盘获得破岩推力和扭矩；开挖后的坑道周边只需做必要的局部锚喷支护。

（2）单护盾式全断面掘进机主要适合用于围岩稳定性不太好的一般破碎的软岩地层或硬土地层的隧道中。单护盾式全断面掘进机在机械前端设置护盾，可对围岩起临时防护作用和对前端主机部分起保护作用；在掘进中，利用安装在其尾部的顶推系统（千斤顶）顶推已安装好的衬砌管片，使刀盘获得破岩的推力和扭矩；在开挖过程中，在护盾长度范围内的围岩不暴露，护盾与管片之间的围岩短时间暴露，并在暴露期间施作喷射混凝土或钢筋网喷射混凝土初期支护。(www.daowen.com)

（3）双护盾式全断面掘进机在硬岩及软岩中都可以使用，尤其是在围岩稳定性较差的破碎的软岩地层或硬土地层的隧道中，其优越性更突出。它是在单护盾式全断面掘进机的基础上增加了一个后护盾。在软岩中施工时，也可以利用尾部的顶推系统顶推已安装好的衬砌管片，提供支撑反力，使刀盘获得破岩推力和扭矩。衬砌管片安装可与破岩掘进循环进行，因此双护盾掘进机施工速度较高。

总之，开敞式全断面掘进机法主要适合用于中硬以上石质地层条件，尤其要求岩体具有较好的完整性，已被许多长、大隧道工程作为主要施工方案进行比选。双护盾式全断面掘进机在适应性方面有待改进。

4.发展及现状

由于具有以上优点，掘进机法在工程建设中得到了广泛的应用。特别是在欧美国家，由于劳动力昂贵，掘进机法已成为进行施工方案比选时必须考虑的一种方案。

许多大型隧道工程中也采用了掘进机法，如英法两国于1994年联合建成的英吉利海峡隧道，其2座铁路单线隧道、1座服务隧道共3座平行隧道，均长约51 km，使用了11台掘进机施工；又如瑞士于1997年建成的长度为19 km的费尔艾那铁路隧道，其中有约9.5 km用掘进机施工；美国芝加哥的一项庞大的污水排放和引水地下工程——TARP工程，有排水隧道大约40 km，全部采用掘进机施工；瑞士于2016年建成的穿越阿尔卑斯山的圣哥达基线隧道长约57 km，也采用了掘进机施工。

我国于20世纪80年代，在引大入秦工程30A号水工隧道建设中采用了一台直径5.5 m的双护盾掘进机，完成了11.6 km的掘进，最高月掘进速度突破了1000 m。在山西万家寨引水工程中，引入了意大利CMC公司，其采用掘进机法施工，承包建设引水隧道获得成功。

20世纪末，我国首次引入德国维尔特（WIRTH）公司TB880E型掘进机2套，进行西安至安康铁路工程秦岭Ⅰ线隧道施工。该铁路隧道长18.5 km，开挖直径为8.8 m。随着掘进机技术性能的不断完善，今后在特长隧道中采用掘进机法施工的案例会越来越多。