盾构机应用调查报告 · 深度版
国内盾构机应用调查报告
原理 · 发展历程 · 国内外现状 · 重点工程案例 · 前景展望
资料来源:官方权威报道与行业公开资料(交叉印证) | 2026年10月
一、摘要
盾构机(全称盾构隧道掘进机,Shield Tunnel Boring Machine,简称盾构/TBM)被誉为"工程机械之王""地下蛟龙",是现代隧道与地下工程的核心装备。我国盾构机产业用约二十年时间,完成了从"进口天价、受制于人"到"全球每 10 台有 7 台中国造"的历史性跨越。据行业数据,我国盾构机保有量约 5000 台,居世界第一;国内使用的盾构机约 95% 为国产,中国隧道工程中"中国制造"占比超过 90%;全球市场份额已接近 70%([1][2][9])。
从工程应用看,盾构机已深度融入地铁、铁路、公路、水利、市政管廊等几乎所有地下工程场景——国内 90% 以上的地铁隧道,以及穿越大江大河的隧道大都采用盾构法施工(1)。技术层面,国产盾构在智能化、自动化上达到世界领先水平,普遍实现"智能为主、人工为辅"的施工模式,一部整机零部件超过 2 万个(1)。代表性工程从城市地铁、跨江通道到高铁越江隧道,2026 年 3 月刚完成长江水下段掘进的"领航号"(崇太长江隧道,刀盘直径 15.4 米、连续掘进 11182 米创 15 米级盾构世界纪录)即是当前国产化、智能化水平的集中体现(2)。
本报告梳理盾构机的工作原理与分类、我国发展历程、国内外现状,并以高黎贡山、天山胜利、北京东六环、深圳春风、海太长江、汕头湾海底、引松供水、格鲁吉亚"高加索号"及崇太长江隧道"领航号"等高代表性工程为案例,最后对复合化、大直径化、智能化、衬砌革新与全产业链自主等前景作出展望。
二、盾构机原理与分类
2.1 概念辨析:TBM 与盾构机的关系
工程界常混淆"TBM"与"盾构机"。据行业通行定义,二者并非并列的两种技术,而是"属"与"种"的关系(4):
- TBM(Tunnel Boring Machine,隧道掘进机)
是广义统称,泛指一切依靠旋转刀盘对掌子面连续机械开挖、取代钻爆法的重型装备,涵盖硬岩到软土几乎所有旋转刀盘式掘进设备。 - 盾构机(Shield Machine)
是狭义分支,特指机身外包圆柱形钢制护盾、在开挖同时主动为开挖面和洞壁提供压力支撑、专攻软土/含水地层的机型。 工程口语中常把"TBM"狭义化为硬岩掘进机、把"盾构"专指软土护盾式机型,这是习惯用法,并非技术上的两条独立赛道。
2.2 工作原理:三位一体的作业逻辑
无论是硬岩 TBM 还是盾构机,共享一套基本作业框架,差异主要体现在"怎么破"和"怎么撑"(4):
- 破岩/切削机理
:硬岩 TBM 依靠刀盘上的盘形滚刀"压入—剪切破岩"(压裂崩落,能耗低于连续切削);盾构机则用切刀、刮刀对土体"旋切"。 - 推进系统
:尾部/护盾推进油缸(Thrust Cylinder)提供轴向推力;敞开式 TBM 用撑靴撑紧围岩提供反力,护盾式/盾构机以已拼装管片为反力支点。 - 出渣系统
:敞开式 TBM 用机内皮带+隧道后配套皮带;土压平衡盾构(EPB)用螺旋输送机控压排渣;泥水平衡盾构用泥浆循环输送渣土至地面分离。 - 支护与衬砌
:敞开式 TBM 随挖随支(锚杆/钢拱架/喷混);护盾式/盾构机在盾尾同步拼装预制钢筋混凝土管片并壁后注浆,掘进同时形成永久衬砌。 - 导向测量
:现代设备配激光导向、陀螺仪、自动测量,配合分区推进油缸微调姿态,保证长距离掘进轴线精度。
类比:盾构法常被比作"蚯蚓"——前端刀盘破碎"吃进"岩土,后段运渣排出,所经之处即形成一条中空隧道。相比钻爆法,盾构法安全性显著提升,工效提高 3—5 倍,并降低碳排放([9])。
2.3 五大主力机型
按"靠谁稳定围岩"这一根本逻辑,TBM 家族分为两条路线(3)(4):
路线 A:硬岩 TBM——靠围岩自稳
路线 B:盾构机——靠护盾主动支撑
2.4 多模式(双模/三模)与异形装备
针对长距离、软硬交替、断层与含水层交替的复合地层,单一模式盾构易出现结泥饼、滞排、刀具磨损快等问题,催生了多模式掘进设备(3):
- 双模
:土压—泥水平衡双模、单护盾—土压双模、单护盾—泥水平衡双模(德国海瑞克可变密度盾构 VD 即属串联式双模)。 - 三模
:土压+泥水+TBM 三种模式切换,首用于广州地铁 7 号线(2021-05 始发,235 天穿越软土/上软下硬/全断面硬岩,硬岩段最高日进 11 环)。 - 应用规模
:截至 2021 年 10 月,国内多模式盾构机/TBM 已制造使用超百台,在复合地层与复杂环境隧道中或将成为主流选型。 - 异形装备
:国产已诞生世界首台马蹄形盾构、竖向硬岩掘进机"首创号"等([2][16]),矩形顶管、类矩形盾构等异形工法在国内城市暗挖工程中亦已大量应用。
2.5 核心部件:主轴承——"心脏"
主轴承承受巨大扭矩与轴向力、驱动刀盘连续旋转,是盾构机"心脏"。我国在该领域持续突破:国产直径 8.61 米盾构机主轴承已下线,标志超大直径主轴承研制取得重大突破(1);中交天和与中科院联合研制的"破壁者"主轴承(直径 8.01 米)2023 年 6 月通过评审,可应用于 16 米级盾构机([13]);最新"领航号"即搭载长寿命主轴承(2)。
三、我国盾构机发展历程:从"0"到"No.1"
3.1 起步之痛:高价进口与"卡脖子"
- 1997 年
,为修建西康铁路秦岭隧道,我国购入两台德国产全断面岩石掘进机,单价高达近 3.5 亿元,故障频发,外方维修时拉警戒线、禁止中方人员靠近([9][19])。 港珠澳大桥筹备阶段,外商曾开出单台 7 亿元天价,并扬言"再过 100 年,中国人也造不出盾构机"([9])。 - 2006 年之前
,我国累计从国外进口盾构机 130 多台,花费上百亿元([6])。
3.2 国家立项与自主创新
- 2002 年
,科技部将盾构机研制列入国家"863"计划([6][8][10])。 - 2004 年
,首台国产地铁盾构机"先行号"(直径 6.34 米)在上海下线,开启中国盾构时代([6])。 - 2008 年 4 月
,我国第一台具有完全自主知识产权的复合式盾构机"中国中铁 1 号"在河南下线并应用于天津地铁,打破国外垄断([6][8][10])。
3.3 从"跟跑"到"领跑"的关键里程碑
| 2024.4 | "领航号"高铁盾构(15.4m)始发 | 世界最大直径高铁盾构,崇太长江隧道 |
| 2026.3 | "领航号"完成长江水下段掘进 | 连续掘进 11182 米、月掘进 718 米双世界纪录 |
3.4 三次历史跨越
据中铁装备原总工程师李建斌总结,中国盾构经历三大阶段([7]): 1. 破冰之旅(1960—2000):工业基础薄弱,全国盾构保有量仅个位数,核心技术是"黑匣子"; 2. 打破垄断(2001—2009):以"863"计划为转机,2008 年"中国中铁 1 号"下线,产业正式成型; 3. 领跑全球(2009 至今):累计产量超 4000 台,占全球市场份额近 70%,仅 2023 年全国就有超 600 台盾构机同步掘进([7])。
从产业化视角补充:我国 2022 年盾构机市场规模 117.93 亿元、出口额 3.08 亿美元;国产盾构凭借完整产业链与劳动力成本优势,以约西方 1/10 价格(德约 5000 万美元/台 vs 中约 2500 万美元/台)打开国际市场,并非"贱卖技术",而是后发者打破西方长期垄断的市场策略(6)。
四、国内外发展现状
4.1 国内规模与自给率
- 保有量
:约 5000 台,世界第一([1][2])。 - 国产化率
:国内使用的盾构机约 95% 为国产;中国隧道工程中"中国制造"盾构机占比超过 90%([1][2][3])。 - 市场规模
:2022 年约 117.93 亿元(6);行业研究机构估算 2024 年约 400 亿元、预计 2030 年破 650 亿元([4][5],属模型测算口径)。 - 产量/销量
:行业估算 2023 年我国生产约 661 台(《中国盾构/TBM 隧道智能建造蓝皮书》),2024 年产量约 850 台([3][28])。
4.2 全球地位
- "全球每 10 台盾构机就有 7 台来自中国"
,我国全球市场份额接近 70%([1][2][9])。 掌握 14 米以上超大直径盾构机自主核心技术的国家,仅中、美、德、日等极少数([9])。 传统国际巨头为德国海瑞克(Herrenknecht)、美国罗宾斯(Robbins)、日本三菱/小松等([28])。
4.3 企业格局与产业集群
- CR5 市占率超 80%
,呈"中铁工业 + 铁建重工双寡头(合计约 75%)"格局。 - 产业集群
:以河南"郑洛新许"为核心,依托中铁装备龙头,配套洛阳 LYC 轴承、郑州机械研究所等([4])。
4.4 核心部件国产化
主轴承长期是"卡脖子"最后一环。国产直径 8.61 米盾构机主轴承已下线(1);"破壁者"(8.01 米、重 60 吨)2023 年 6 月通过评审,设计寿命超 1 万小时、价格约为进口 70%([13][14][15])。 洛阳轴承产业同步突破:新强联在 14 米级超大型盾构机主轴轴承领域实现技术突破([29])。 行业在盾构机智能化、姿态预测(LightGBM、SVM 回归)、激光导向、前舱可视化检测等"智能+'心脏'"配套技术上快速跟进,核心部件与智能系统呈现协同国产化趋势。
4.5 出口与国际化
出口规模:2022 年出口额 3.08 亿美元(6);行业口径:2024 年出口 250 台套、45.41 亿元,2025 年 1—10 月出口 245 台套、33.94 亿元([28])。 出口结构从发展中国家为主,逐步转向"新兴市场为基础、发达经济体示范项目为品牌高地",已覆盖东南亚、中东、欧洲、大洋洲、南美;中铁装备产品遍布全球 5 大洲 30 多个国家和地区([25][26][28])。 标志性事件:2012 年首单出海(马来西亚);2019 年挺进意大利、落户法国;2024 年"高加索号"助力格鲁吉亚隧道提前贯通;2024 年首次出口罗马尼亚([26][27])。
五、重点工程应用案例
5.1 铁路山岭特长隧道——大瑞铁路高黎贡山隧道
- 规模
:全长 34.538 公里,最大埋深 1155 米,中国首条穿越横断山脉的铁路隧道,穿越 17 条断裂带,"三高四活跃",施工难度"世所未见"([19][20])。 - 装备
:2018 年投用国产最大直径敞开式 TBM "彩云号",开挖直径 9.03 米、长 230 米、重 1900 吨,填补国内 9 米以上大直径硬岩 TBM 空白([19][20]);该隧道高压富水花岗岩蚀变带等不良地质处理技术亦有专题研究积累。 - 价值
:单台 TBM 较进口节省近亿元,集成国内首创超前地质探测系统([19])。
5.2 高速公路世界最长隧道——天山胜利隧道
- 规模
:全长 22.13 公里,世界最长高速公路隧道,平均海拔 3200 米无人区,最大埋深 1112.2 米([16][17])。 - 装备
:中交天和全球首创压注工法新型 TBM"天山号""胜利号",开挖直径 8.43 米、长 282 米、重约 2000 吨,国产化率 98% 以上,首创"敞开式+压注混凝土"双模式应对 16 个断层破碎带([16])。 - 成效
:贯通周期从 72 个月缩至 52 个月;2024 年 12 月 30 日全线贯通([16][17])。
5.3 城市入地改造标杆——北京东六环改造
- 规模
:改造段约 16.3 公里,盾构段约 7.4 公里为国内最长盾构高速公路隧道;最大埋深 75 米([12])。 - 装备
:"京华号""运河号"两台 16 米级盾构,开挖直径 16.07 米,国产化率 93% 以上([12])。 - 创新
:智能通风净化效率超 80%、数字孪生管控平台;2025 年 4 月 20 日开通试运营([12])。
5.4 城市单洞双层结构——深圳春风隧道
- 规模
:全长 5078 米,盾构段 3603 米,深圳首条单洞双层机动车隧道,下穿 11 条断层破碎带、围岩强度最高 173 兆帕([11])。 - 装备
:"春风号"泥水平衡盾构,开挖直径 15.8 米、长 135 米、重 4800 吨、总推力 2.46 万吨([11])。 - 纪录
:曾创超大断面单日掘进 12.07 米(6 环)全国纪录;2025 年 5 月 27 日通车([11])。
5.5 公路水下盾构世界之最——海太长江隧道
- 规模
:过江隧道长 11.185 公里,盾构段 9315 米,目前世界最长公路水下盾构隧道、首条设计时速 100 公里过江隧道([3])。 - 装备
:定制"江海号"盾构,最大开挖直径 16.64 米,机身长约 150 米([3]);超大直径泥水盾构水中接收技术可参照汕头海湾隧道等同类工程实践。
5.6 高铁海底隧道——汕汕高铁汕头湾海底隧道
- 规模
:全长 9781 米,穿越 17 条断层破碎带(含 8 条活动断层),8 度高烈度地震区,海底近 1 兆帕超高水压,最深处距海面 98.5 米([21][22])。 - 装备
:"永平号"盾构开挖直径 14.57 米([21])。 - 纪录
:2025 年 3 月 26 日贯通,为世界首座时速 350 公里单洞双线高铁海底隧道([21][22])。
5.7 水利工程——吉林中部引松供水工程
- 规模
:输水总干线隧洞全长 72.3 公里、直径 7.93 米,3 台 TBM 施工,吉林省投资规模最大跨区域引调水工程([23][24])。 - 装备
:"永吉号"为我国第一台具有自主知识产权的 TBM,搭载山东大学激发极化超前地质预报系统([24])。 - 纪录
:灰岩复杂地层创月掘进 1423.5 米国内同类敞开式 TBM 最高月进尺([23])。
5.8 沿江高铁咽喉——崇太长江隧道"领航号"
- 定位
:沪渝蓉高铁(沿江高铁、八纵八横)沪宁段关键控制性工程,世界高铁盾构隧道独头掘进最长(11.325 公里)、刀盘直径最大(15.4 米)、水下行车速度最高(350 km/h)、长江水下最深(89 米)(2)。 - 装备
:由中铁隧道局、中铁工业联合研制的世界最大直径高铁盾构机"领航号",总长 148 米、总重约 4000 吨,搭载世界最强大脑 I-TBM 系统,配置高水压密封系统、长寿命主轴承、耐磨刀盘,实现盾构仓内压力自适应、云端预测数据自决策、掘进姿态自巡航、环流出渣自调整的全系统算法控制下无人化智能掘进(2)。 - 纪录
:2024-04-29 自上海崇明岛始发,2026-03-29 抵江苏太仓,历经 23 个月;创 15 米级大直径盾构首次一次性连续掘进 11182 米世界纪录、月掘进 718 米世界纪录;以毫米级精度穿越长江 89 米最深处及刀鲚保护区等重大风险源(2)。 - 智能建造
:构建"数字孪生+全域感知"智能管控平台,常态化应用智能感知/预制/掘进/管控等九大智能建造技术体系(2)。该案例是国产盾构"超大直径化+智能化+自主核心部件"的集大成代表。
5.9 海外标杆——格鲁吉亚"高加索号"与世界市场
- "高加索号"
:全球最大直径全断面硬岩 TBM,直径 15.08 米、最大推力 2.26 万吨,中铁装备为格鲁吉亚古多里隧道定制,穿越埋深 1121 米、强度 130 兆帕硬岩,创月掘进 426 米世界纪录、提前 30 天贯通([9][26])。 - 国际案例库
:英国 HS2 高铁 TBM、马斯克 The Boring Company(快速始发、变径 TBM、6 倍提速设想)、美国西雅图 SR99、德州 Mill Creek"双直径"变径 TBM、日本东京湾/东京外环、香港屯门—赤蜡角、上海诸光路/北横通道"纵横号"急曲线 S 弯等大量国际与国内超大直径案例,为工程选型提供全球参照。
案例汇总表
六、发展前景展望
- 复合化与多模式成为主流选型
。针对复合地层,双模(土压—泥水、单护盾—土压/泥水)与三模(土压+泥水+TBM)盾构将持续迭代,海瑞克可变密度(VD)等串联式双模亦被广泛采用;截至 2021 年 10 月国内多模式已制用超百台,在复杂地质与城市敏感环境隧道中或成主流(3)。 - 大直径化与异形化
。跨江跨海、超大断面公路隧道需求推动直径迈入 15 米级甚至更大,对刀盘结构强度、密封系统提出更高要求;矩形盾构、类矩形盾构、马蹄形盾构、竖向掘进机等异形装备持续突破([2][16])。 - 智能化自主掘进
。以"领航号"I-TBM 系统为标杆,地质动态感知+云端预测+姿态自巡航+环流出渣自调整的全系统算法控制,推动"无人化智能掘进";智能换刀机器人、自动化管片拼装加速攻关([4][5])。 - 衬砌革新与效率瓶颈突破
。国际权威(HNTB 的 Mike Wongkaew 博士)指出,渣土运输与管片拼装是限制 TBM 生产率的两大瓶颈;业内正攻克常压换刀、开挖面压力控制、壁后快速注浆等难题,并推动管片标准化、钢纤维加固、双止水带、无螺栓管片与自动拼装,以提升超大直径隧道的安全与效率(5)。 - 全产业链自主可控
。主轴承"破壁者"(8.01m)、国产 8.61 米主轴承、刀具与智能系统协同突破,打通全国产化"最后一公里",供应链安全持续增强([13][14])。 - 绿色化与节能
。绿色盾构机通过智能控制与节能技术,较常规盾构节能约 20%,软硬模式转换时间降至常规三分之一,契合"双碳"([1][2])。 - 海外市场纵深拓展
。出口规模稳步扩大(2024 年 250 台套/45.41 亿元),从发展中国家走向西欧、北美等高端市场,品牌高地效应显现([26][27][28])。 - 后市场与再制造蓝海
。国内闲置、待升级或扩径改造后可投入应用的盾构机超 1500 台,改造翻新成为行业新增长点([28])。 - 需正视的挑战
。高端轴承、核心传感器等少数环节仍存短板,瑞典 SKF、德国舍弗勒等仍主导全球 70% 以上高端轴承市场([29]);国际市场贸易壁垒加剧,需以"自主创新+工程场景"双轮驱动保持领先。
七、结语
从 1997 年秦岭隧道花 3.5 亿元进口、被拉警戒线禁止靠近,到今天"全球每 10 台盾构 7 台中国造"、反向出口至盾构发源地欧洲,并以"领航号"在长江水下 89 米深处创下连续掘进 11182 米世界纪录——中国盾构机用二十余年走完了发达国家百余年的路。面向未来,以复合化、大直径化、智能化、衬砌革新与全产业链自主为方向,国产盾构机有望从"大国重器"进一步跃升为引领世界隧道建造方式的"中国方案"。
八、参考资料
官方/权威报道来源(交叉印证)
[1] 中国新闻网. 一批隧道装备"新国货"走出国门. 2024-04-25.
[2] 中研普华. 2024 年中国盾构机行业市场分析.
[3] 中企顾问网. 2025—2031 年中国盾构机行业发展趋势与市场全景评估报告.
[4] 三个皮匠报告. 盾构机:定义、工作原理、分类、产业链与市场趋势.
[5] 三个皮匠报告. 盾构机:城市地下空间开发的核心装备研究报告.
[6] 国务院国资委. 【国家工业密码】从 0 到 No.1,中国盾构机打了场"翻身仗". 2024-09-27.
[7] 澎湃新闻. 对话新国企·科技创新主力军 国产盾构机,如何走出中国式创新之路?
[8] 科普中国. 当年被漫天要价的盾构机,如今"中国造"已占全球七成.
[9] 中国新闻网. 中国"地下巨龙",风靡全球. 2025-04-28.
[10] 科普中国. 中国盾构机如何从一无所有到挖遍全球.
[11] 中国中铁. 深圳首座单洞双层结构隧道——春风隧道建成通车. 2025-05-29.
[12] 新京报. 拥有国内最长盾构高速公路隧道,北京迎来"新东六环". 2025-04-20.
[13] 人民网. 国产最大盾构主轴承"破壁者"面世. 2023-06-10.
[14] 央广网. 国产最大盾构主轴承"破壁者"通过专家组评审. 2023-06-11.
[15] 新浪新闻. 国产首台超大型盾构机用主轴承"破壁者"通过专家组评审. 2023-06-15.
[16] 中国交通新闻网. 中交天和全球首创压注工法新型 TBM 助力隧穿天山. 2024-12-31.
[17] 中国网. 细说天山胜利隧道的那些"第一". 2025-01-01.
[18] 新华网/北京日报. 未来 20 分钟穿越天山!世界最长在建高速路隧道贯通在望.
[19] 中国经济网. 国产最大直径硬岩掘进机下线 填补国内空白(彩云号). 2017-08-04.
[20] 新华网云南. 走进大瑞铁路高黎贡山隧道地下 765 米处作业面. 2025-03-31.
[21] 人民网. 汕头湾海底隧道成功贯通. 2025-03-27.
[22] 广东省国资委. 世界首条设计时速 350 公里单洞双线高速铁路海底隧道贯通. 2025-04-01.
[23] 央广网. 我国自主研制的首台 TBM 隧道掘进机在引松供水工程投产成功. 2017-08-20.
[24] 中国工程院. 吉林引松工程考察暨院士专家咨询会. 2016-07.
[25] 中国产业经济信息网. 中铁装备:国之重器背后的"新"力量.
[26] 中国中铁. Great! Amazing! 外媒记者探寻"大国重器"的科技密码(高加索号、出口 30+ 国家).
[27] 中国日报. 国产盾构机首次出口罗马尼亚. 2024-09-12.
[28] 东方财富研报. 隧道掘进机出口数据(2024 年度及 2025 年 1—10 月).
[29] 人民网/北京日报. 一轴千钧向高端——洛阳打造国内领先的轴承研发生产基地.
报告涉及的主要相关标准(规范) GB 50446-2017《盾构法隧道施工及验收规范》、DB11/T 2387-2024《城市轨道交通工程盾构机吊装技术规程》、DB11/T 1843-2021《盾构法隧道修复加固工程施工质量验收规范》、DB11/T 2418-2025《公路盾构法隧道土建工程质量检验评定规范》、DB11/T 2096-2023《城市轨道交通工程盾构法施工技术规程》、DB42/T 2136-2023《盾构法输水隧道现浇钢筋混凝土二次衬砌技术规程》、T/CECS 563-2018《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》、DB65/T 4790-2024《敞开式TBM水工隧洞岩爆微震监测预警技术规程》、DB65/T 5009-2025《公路隧道掘进(TBM法)和深大竖井(正井法)预算定额》等。
附录:公众号原文引用(主源文章可访问链接)
以下为文中(1)—(6)标注对应的公众号原文链接,可独立访问核验:
(1)《中国的盾构机技术发展到了什么程度》(土木在线,2024-10) 链接:https://bbs.co188.com/thread-10530114-1-1.html
(2)《成功穿越长江!世界最大直径高铁盾构机"领航号"今日"上岸"》(隧道网,2026-03-30)
(3)《专家视点 | 多模式盾构机/TBM的应用与发展》(隧道网,钟长平、竺维彬,2022-08)
(4)《TBM与盾构?一篇文章说清地下"钢铁蚯蚓"的门道》(砼孺道桥,2026-08)
(5)《业界声音 | 浅谈隧道建设趋势:超大直径、掘进挑战与衬砌革新》(隧道网,HNTB Mike Wongkaew,2019-09)
(6)《贱卖技术?国产盾构机自主研发出来,为何只以外国1/10价格出售》(土木在线,2024-02) 链接:https://bbs.co188.com/thread-10491720-1-1.html
注释:此公众号文章由AI+知识库辅助编制,依托知识库:【AI+市政、公路交通行业公众号】和【市政、公路交通行业AI知识库】,如内容出现错误数据、依据错误等请联系咖啡桥。可扫描下方二维码订阅知识库

我是 咖啡桥,专注路桥行业的观察与分享。
如果你觉得今天这篇有收获,欢迎 点赞、在看、转发 三连,我们下篇见。

研报速递
发表评论
发表评论: