双护盾硬岩掘进机(用于硬岩隧道施工的全断面掘进装备)

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双护盾硬岩掘进机（英文名：Double 地盾 hard rock tunnel boring machine；简称双护盾TBM），又称双护盾硬岩隧道掘进机，是一种用于硬岩隧道施工的全断面掘进装备，主要应用于水利水电、交通隧道、城市轨道交通、矿业及抽水蓄能电站等多个领域的隧道工程建设中。

1972年，奥利凯拉项目的施工方SELI需要一种能保护在松软地层作业的工人，同时完成快速掘进并拼装管片的隧道掘进机方案，罗宾斯公司为此发明了世界首台双护盾硬岩隧道掘进机。此后，德国、法国等企业也都开始生产双护盾硬岩掘进机。2015年12月14日，由铁建重工联合中国水电三局、黄河设计院等共同研发，具有完全自主知识产权的中国首台双护盾硬岩TBM研制成功，该设备的研制成功填补了中国双护盾硬岩TBM研制的空白。2026年4月，直径13.01米的双护盾硬岩掘进机后配套部件已陆续进场，组装工作同步启动，该设备预计下半年下线，建成后会刷新双护盾全断面岩石掘进机的全球规格纪录。

双护盾TBM的结构主要包括主机部分、后配套系统以及管片衬砌等部分。主机部分主要包括刀盘、主驱动、护盾、推进系统、支撑系统、管片拼装机、超前钻机和出渣系统等核心部件。双护盾TBM的护盾包括前护盾、伸缩护盾、支撑护盾和尾护盾。后配套系统通常由数节拖车、连接桥及喷浆桥等组成，搭载有管片吊运转运系统以及TBM掘进保障系统。双护盾TBM具有双护盾和单护盾两种掘进模式，以适应不同围岩条件。搭载TBM-SMART智能掘进系统、激发极化法超前地质探测、常规超前钻机等系统以应对复杂地质。中国在双护盾硬岩掘进机的研发与应用中取得了一系列关键技术突破，覆盖了小转弯半径、超长距离掘进、智能化、复杂地质适应性及高效破岩等多个方面。

发展历程

1972年，奥利凯拉项目的施工方SELI需要一种能保护在松软地层作业的工人，同时完成快速掘进并拼装管片的隧道掘进机方案，罗宾斯公司为此发明了双护盾硬岩隧道掘进机。此后，德国、法国等企业也都开始生产双护盾硬岩掘进机。2015年12月14日，由铁建重工联合中国水电三局、黄河设计院等共同研发，具有完全自主知识产权的中国首台双护盾硬岩TBM研制成功，该设备的研制成功填补了中国双护盾硬岩TBM研制的空白。

2018年3月19日，中国首台双护盾岩石隧道掘进机“新水源一号”成功穿隧，标志着兰州市水源地建设工程项目输水主隧洞贯通，该工程是国内首条采用TBM掘进、预制管片衬砌的有压引水隧道，也是国内首次采用国产双护盾TBM进行掘进施工的长距离引水隧洞。2022年5月11日，由铁建重工研制的塞尔维亚首台双护盾TBM顺利始发，标志着中国自主研发的掘进机首次应用到海外矿业领域。2024年4月10日，浙江省首台6.5m级全断面硬岩隧道挖掘机——“奋进号”TBM完成瓯江引水工程涉铁段3429米的掘进任务，实现岭西隧洞段贯通。

2025年1月5日，引江补汉工程首台双护盾硬岩掘进机“江汉平安号”TBM在湖北省宜昌市顺利始发，该设备开挖直径11.93米，总长约180米，由刀盘、前盾、支撑盾、伸缩盾、尾盾以及7节拖车组合而成；10月，“量子科学实验卫星双护盾硬岩掘进机下线，其开挖直径6.53米，将同类双护盾硬岩掘进机最小转弯半径从百米级提升至50米内，刷新6米级TBM小半径转弯全球纪录。12月，在斯里兰卡上埃勒黑勒运河引水隧洞项目工程，由铁建重工自主研制“管片+锚喷”双支护型双护盾硬岩掘进机，在无中间检修井的条件下连续掘进超过16000米，顺利突破10000环大关，创下海外双护盾施工最长独头掘进纪录。2026年4月，直径13.01米的双护盾硬岩掘进机后配套部件已陆续进场，组装工作同步启动，该设备预计下半年下线，建成后将刷新双护盾全断面岩石掘进机的全球规格纪录。

结构组成

双护盾TBM的结构主要包括主机部分、后配套系统以及管片衬砌等部分。主机部分主要包括刀盘、主驱动、护盾、推进系统、支撑系统、管片拼装机、超前钻机和出渣系统等核心部件。双护盾TBM的护盾包括前护盾、伸缩护盾、支撑护盾和尾护盾。后配套系统通常由数节拖车、连接桥及喷浆桥等组成，搭载有管片吊运转运系统以及TBM掘进保障系统。例如“江汉平安号”的后配套系统由7节拖车和1节连接桥以及1节喷浆桥组成。双护盾TBM掘进机采用的衬砌管片通常为预制混凝土管片，在管片衬砌设计时可根据隧道特性选择不同结构形式的管片，通常采用的形式为四边形管片和六边形管片。隧道衬砌管片的一环通常由“6+1”片管片组成，即采用6块大管片和1块楔形块进行衬砌。部分双护盾TBM机型还搭载有锚喷支护设备，包括喷浆桥和锚杆钻机，在敞开模式掘进过程中可作为临时应急支护措施。

工作原理

双护盾TBM具有双护盾和单护盾两种掘进模式。在硬岩中采用双护盾模式，掘进时通过撑靴紧撑在洞壁提供反力，可实现掘进与管片安装同步进行，施工速度快；在软弱围岩中采用单护盾模式，此时撑靴收回，依靠辅助推进油缸支撑在管片上提供的反力向前推进，此时掘进与管片安装不能同步。

掘进作业时，依靠刀盘上的滚刀滚压掌子面岩石实现破岩。岩渣通过主机皮带机向后输送。掘进过程中的反作用力(扭矩和轴向、纵向的力)通过位于掘进机中盾区域伸出来的撑靴分散施加到围岩上。由于这些反作用力已被分散，管片安装机可以在掘进过程中同时安装衬砌管片，从而保障高效的隧道开挖作业。这是传统开挖模式无法实现的。掘完一个行程后，撑靴缩回，掘进机的后面部分通过辅助推进油缸的作用向前推进。一个掘进行程完成后，撑靴回收，主推油缸回收，同时辅推油缸伸出，支撑盾向前换步，依次循环实现向前掘进。该转换过程仅持续几分钟时间，之后，下一个掘进循环又开始进行。

设备特点

应用特点

双护盾硬岩掘进机具有以下应用特点：

1.双护盾掘进机的主机安装在前后两个钢壳护盾中，两护盾之间铰接连接。

2.双护盾掘进机可用撑靴紧撑掘进后的洞壁，以提供刀盘掘进时足够的破岩推力的支撑反力，当在软岩或土层中掘进，撑靴紧撑掘进后的洞壁不足以提供掘进推力所需支撑力时，则撑靴收回且靴板面与盾壳弧面齐平，此时，由盾壳内周边的推力油缸撑顶在盾尾内已拼装好的管片端面上，提供刀盘所需的掘进破岩推力。

3.当采用撑靴提供推进油缸支撑反力座时，类似硬岩掘进机掘进时，尾盾内的管片拼装作业可与掘进作业同时进行，此时的掘进速度最快。

4.在软弱地层中采用推力油缸撑顶在管片端面上(类似掘进机掘进)提供掘进推力时，掘进和管片拼装为交替顺序作业，此时的掘进速度较慢。

适应性特点

双护盾硬岩掘进机适应性特点：

1.双护盾掘进机既适应在硬岩中掘进巷道，也适应在软弱地层中掘进巷道，具有广泛的地质条件适应性，故应用广泛。

2.双护盾掘进机机器价格高，施工的巷道一般需用钢筋混凝土管片衬砌，则巷道的成洞成本高，但由于它们掘进速度快而有利于降低综合成本。

3.由于双护盾掘进机可在护盾保护下完成巷道掘进各作业程序，因此，巷道掘进安全、环保，特别适应在地层较差的特长巷道掘进中使用。

4.双护盾掘进机在高地应力区段掘进时，当掘进机停机时间较长时，盾壳往往被洞室变形卡死，使掘进机脱离困境十分困难，因此，在高地应力的巷道掘进中慎用。

应用领域

双护盾硬岩掘进机属于复杂的掘进机类型。撑靴理念与管片安装操作的结合，使双护盾掘进机能较好地适应地质情况。因此，该设备是用于含有断层的中、硬岩地层中理想的隧道掘进设备。双护盾硬岩掘进机已应用于水利水电、交通隧道、城市轨道交通、矿业及抽水蓄能电站等多个领域的隧道工程建设中。

水利水电工程领域

引江补汉工程使用了“江汉平安号”双护盾TBM，其开挖直径11.93米，总长约180米，整机重约3550吨。该设备搭载了激发极化法超前地质探测、卡机预警、刀具状态检测及首创的常规超前钻机系统，并配备了“TBM-SMART”智能掘进系统，用于应对大埋深、超硬岩、岩爆等复杂地质条件。

兰州市水源地建设工程采用国产首台双护盾TBM“新水源一号”，是国内首次采用国产双护盾TBM进行掘进施工的长距离引水隧洞，曾创造月掘进1251.8米的国产双护盾TBM施工纪录。晋中引黄工程应用了复杂地质条件下双护盾TBM超长距离掘进技术，确保了26千米输水隧洞的安全建设。瓯江引水工程使用“奋进号”双护盾TBM，完成了涉铁段3429米的掘进，实现了单月最高掘进526.8米的成绩。莱索托高地引水工程使用“大禹雪盾号”和“大禹长锋号”双护盾TBM掘进34.42公里输水隧道，其中“大禹长锋号”曾创下日最高掘进61.73米的5米级双护盾TBM世界纪录。

环北部湾广西水资源配置工程罗阳山隧洞采用双护盾TBM与钻爆法相结合的施工方法，掘进洞段长10.21公里，穿越以花岗石为主的硬岩地层，并克服了断裂带和高压涌水等复杂地质条件。工程建成后，年供水量达8.05亿立方米，受益人口达1400万人，用于向南宁市、北海、钦州市、玉林市等重点城市供水。

交通隧道领域

派墨公路多雄拉隧道作为我国首座采用TBM掘进的高海拔公路隧道，应用了“青藏高原复杂地质条件下双护盾TBM公路隧道建造关键技术”。巴朗山隧道采用“蜀畅二号”双护盾TBM，掘进效率较传统方法提高12倍。

城市轨道交通领域

青岛地铁2号线是国内地铁领域首次应用双护盾TBM“贯龙号”。深圳地铁针对双护盾TBM在始发场地狭小、极限小转弯半径、极硬岩及断层破碎带等难题进行了应用研究和针对性设计。

矿业领域

塞尔维亚紫金铜业项目是我国自主研发的双护盾TBM首次出口并应用于海外矿业领域，用于波尔河环境综合治理项目，隧洞全程掘进8324.23米。

抽水蓄能电站领域

枣庄市山亭抽水蓄能电站应用了全球首创最小转弯半径技术的“墨子号”双护盾TBM，实现了在“千层酥”极端复杂地层和近直角、S形大转弯等高难度工况下的掘进。

技术突破

中国在双护盾硬岩掘进机的研发与应用中取得了一系列关键技术突破，覆盖了小转弯半径、超长距离掘进、智能化、复杂地质适应性及高效破岩等多个方面。2025年10月下线的“量子科学实验卫星”双护盾TBM，其开挖直径6.53米，将同类TBM最小转弯半径从百米级提升至50米内，达到6米级TBM小半径转弯的世界纪录水平。该设备采用了倒锥形盾体、短护盾结构与V型油缸布局，并搭载高精度导航系统，实现了在“千层酥”极端复杂地层中小半径转弯。在斯里兰卡上埃勒黑勒运河引水隧洞项目中，由铁建重工研制的“管片+锚喷”双支护型双护盾TBM，在无中间检修井的条件下连续掘进超过16000米，完成了超长距离独头掘进。该技术集成了创新的“双支护”模式、高效出渣通风技术以及长寿命主驱动系统。

以TBM-SMART为代表的智能掘进系统取得了进展。该系统集探、感、掘、支功能于一体，能够实现超前地质预报、岩体感知、设备感知、卡机预警、支护决策、辅助驾驶等功能，可评估围岩地质状况并优化掘进参数。

针对高地应力、极硬岩、富水断层等复杂地质条件，形成了相应的综合施工技术。例如，“青藏高原复杂地质条件下双护盾TBM公路隧道建造关键技术”项目，构建了双护盾TBM在不同围岩条件下的荷载计算及管片结构设计方法，并实现了管片支护与喷锚支护双模施工。此外，常规超前钻机系统、超前钻注一体化等技术也为应对复杂地质提供了手段。

在提升破岩效能方面，研发了“以楔替平”滚刀刀刃、20寸重型滚刀刀盘与边缘垫块设计等关键技术。例如，“量子科学实验卫星”TBM采用20寸重型滚刀刀盘。

主要机型与参数

“罗宾逊”双护盾TBM

该双护盾TBM可开挖直径在1.6米至15米，常规为2.2米-3米，推进力为560吨至1400吨，最大适配刀具为17英寸盘形滚刀，单洞最长距离3000米。

“海瑞克”双护盾TBM

该双护盾TBM可开挖直径在2.8米至14米。

“江汉平安号”双护盾TBM

该双护盾TBM开挖直径11.93米，总长约180米，整机总重约3550吨，是中国在建隧洞工程中直径最大的双护盾TBM。

“墨子号”双护盾TBM

该双护盾TBM开挖直径6.53米，最小转弯半径小于50米。

蜀畅二号”双护盾TBM

该双护盾TBM开挖直径6.5米，整机长度170米，重量约1100吨，可同时满足单护盾和双护盾双模式切换。

“奋进号”双护盾TBM

该双护盾TBM开挖直径6.5米，整机全长约150米，总重约1000吨，应用于瓯江引水工程，是浙江省首台6.5米级双护盾TBM掘进完成的水工隧洞。

“龙兴号”双护盾TBM

该双护盾TBM开挖直径4.87米，主机长度约12米，针对长洞线、高海拔、小断面的复杂地质条件设计，是“穿山甲1号”系列首台套，其单日进尺为40米，月进尺超700米。

云顶二号”敞开式TBM

该双护盾TBM开挖直径8.98米，总重2500吨，长270米，应用于马东铁项目，是中国出口海外直径最大的敞开式TBM。

挑战与对策

双护盾TBM施工环境复杂，由于庞大机械装置几乎占据掌子面后方十几米内的全部空间，后部衬砌管片直接在盾体内进行安装，基岩面暴露十分有限，且噪音干扰及高压电磁波场干扰很大，导致在钻爆法施工隧道中成熟有效的超前地质预报技术无法适用于双护盾TBM施工环境。为了提高双护盾TBM隧道施工中超前地质预报的准确性，以“前期地质工作是基础，物探工作是手段，地质分析是主线”为思路的地质预报综合技术被提出。例如，在环北部湾广西水资源配置工程罗阳山隧洞（地质以花岗石为主，沿线有断裂带和蚀变段）施工中，针对复杂地质和高压涌水风险，项目部严格坚持“探掘结合、先探后掘”原则，加强超前地质预报，为动态调整掘进参数提供了依据。在复杂的高地应力地质条件下，现有的管片衬砌支护体系可能会导致管片的破损、开裂、错台等质量问题出现；在安装管片的过程中，应尽量使管片的纵向平面垂直于TBM主机当时的轴线，使TBM掘进机的辅助推进油缸能垂直作用在管片上，进而使管片整体受力均匀，掘进时管片的破坏率即会大幅度降低。

针对R260m极限小转弯半径施工，提出了步进控制措施及测量顶台振动解决方案。针对传统双护盾TBM在小转弯半径工况下存在的推进系统推力分配不均、皮带机跑偏等问题，提出电液伺服多缸组推力向量控制策略，解决转弯段推力分配不均导致的偏磨问题。“量子科学实验卫星”双护盾TBM将最小转弯半径提升至50米内。针对210 MPa极硬岩工况，提出了双护盾TBM的针对性设计及刀具优化改进措施，包括刀盘面板设计、刀具材料改进、热处理工艺优化和刀具刃形优化。针对项目地质情况，铁建重工研发团队为TBM量身打造了高强高耐磨破岩系统及长寿命主驱动系统，并配备超前注浆系统。

护盾式TBM与敞开式TBM相比，盾体长度更长，卡机的几率更高，脱困难度相对更大些；提出复杂地质条件下预卸压掘进技术、防卡机及脱困技术、姿态调控技术，实现了复杂地质条件下双护盾TBM的施工技术的重大突破；形成了复杂地质条件下双护盾TBM超长距离掘进关键技术，包括前置式超前钻探、突涌水防治、高效出渣与通风等技术。在应对罗阳山隧洞最高外水压力达1.58兆帕的高压涌水挑战时，项目通过完善超前注浆与应急封堵体系，确保了围岩及掌子面的稳定，有效防治了突涌水。基于常规双护盾TBM性能特征创新设计集成锚喷系统，形成灵活可靠的“管片+锚喷”双支护模式。

参考资料 >

全断面隧道掘进机双护盾岩石隧道掘进机.全国标准信息公众服务平台.2026-04-16

揭秘引江补汉双护盾TBM掘进利器.学习强国.2026-04-16

青藏高原复杂地质条件下双护盾TBM公路隧道建造关键技术取得突破性成果.xizang.2026-04-16

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我国小半径转弯掘进技术和装备实现全域突破.中国产业经济信息网.2026-04-16

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铁建重工成功研制国内首台双护盾硬岩TBM.人民网.2026-04-16