1846年，意大利人毛斯^[注]发明了硬岩掘进机。1851年，美国人C.威尔逊开发出一台掘进机（TBM），在花岗岩中试用，未获成功。1881年，波蒙特开发了压缩空气式TBM，并成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1米的勘探导坑。

美国罗宾斯^[注]公司自1952年制造出现代意义上的第一台软岩TBM后，1956年又研制成功中硬岩TBM。从此，TBM进入了快速发展时期。全球TBM制造商主要有德国的海瑞克公司、加拿大的拉瓦特公司、日本的三菱公司等。TBM的技术已经成熟，为复杂地质条件下的隧道工程建设提供了技术保障。

中国TBM的发展分为4个阶段。第一阶段自20世纪60年代开始，水电部上海勘测设计院和北京水电学院于1964年进行了TBM的方案设计，1966年由上海水工机械厂生产出中国第一台直径3.4米的掘进机。第二阶段从70年代开始，由中国科学院（后转到国家科委）牵头，组织53个单位进行TBM有关各子课题的攻关。第三阶段从80年代开始，中国制造出第三代SJ40/45（直径4～4.5米）和EJ-50型（直径5.0米）掘进机，分别在福建龙门滩引水隧洞和山西古交东曲煤矿进行工业性试验。此间，上海水工机械厂生产的SJ58型TBM（直径5.8米）在引滦入津工程的新王庄隧洞和古人庄隧洞分别掘进了1448米和1247米。第四阶段从90年代开始，中国水电部门开始引进国外先进的掘进机进行水工隧洞施工，其典型实例为甘肃引大入秦工程30A隧洞和山西万家寨引黄入晋工程8条隧洞，施工长度累计超过130千米，平均月进度1000米以上，最高月进尺达1821.50米。90年代后期，中国铁道部从德国维尔特公司引进了两台直径8.80米开敞式全断面掘进机，先后完成西安—安康铁路秦岭Ⅰ线隧道和西安—南京铁路桃花铺1号隧道、磨沟岭隧道的施工，累计掘进总长度23千米。

图1 中国首台隧道掘进机“彩云1号”

一般分为敞开式和护盾式两大类型。护盾式又有双护盾和单护盾之分；敞开式又有两种结构形式，一种为前后共有两组X支撑的凯氏（含有内凯机架^[注]和外凯机架^[注]），另一种为单支撑主大梁式。

硬岩掘进机主要组成：刀盘及刀具、刀盘轴承及刀盘密封、机架、支撑及推进系统、刀盘回转机构、前支撑、后支撑、下支撑及调向机构、出渣设备、除尘装置、液压系统、润滑系统、电气系统、控制系统、监控系统、激光导向系统、数据收集系统、通信系统和支护设备等。

图2 中国自主研制硬岩掘进机“彩云号”

硬岩掘进机主要特点：①具有掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业的能力，能使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行控制，使掘进过程始终处于最佳状态，在铁路、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中得到广泛应用。②具有掘进速度快、环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工。

随着科学技术的发展，5G高速无线网络、北斗定位系统和人工智能将普遍应用到工程机械中，TBM也将朝节能环保、智能化、超大型化方向发展，安全保护装置日臻完善，能适应在各种复杂地质条件下的施工。TBM行业企业将向维修服务转型，不光是整机制造，还有维修、翻新、租赁、再制造等模式，以适应市场的不同需求。