洞隧开挖施工主要有钻爆法、全断面掘进机法、沉管法、浅埋暗挖法等方法。钻爆法涵盖传统的矿山法和新奥法，顾名思义，就是采用钻眼爆破进行开挖。全断面掘进机法包括TBM掘进机及盾构掘进机，TBM适用于硬岩地层，盾构适用于土质围岩，尤其适用于软土、流沙、淤泥等特殊地层。沉管法则用来修建水底隧道、城市市政隧道等。浅埋暗挖法主要用来修建埋深很浅的山岭隧道或城市地铁隧道。本文将围绕钻爆法和全断面掘进机法两种主要掘进工法及其成套设备应用展开探讨。
1、钻爆法掘进模式及其成套设备应用
钻爆法是传统的隧洞施工工法，通过在岩体上钻凿出一定孔径和深度的炮眼，并装上炸药进行爆破，从而达到开挖的目的。
其施工工艺过程如下：定位钻孔→装填引爆炸药→排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土→装碴运碴→安装边墙锚杆和喷混凝土→喷射拱部第二层混凝土和隧洞底部混凝土→下一轮循环→在初次支护稳定后，进行二次衬砌。
钻爆法具有施工灵活，隧洞断面形状尺寸可变、地质适应性强、设备费用相对低廉的优点，因而目前在我国山岭隧道及大地下空间开发中占主导地位。
国外的施工经验表明，只有当山岭隧道长度与直径之比大于600,即对于一般的单线铁路隧道，长度大于5.4km的隧道，采用 TBM施工才能体现其综合经济性。因此山岭隧道中短于5.4km的隧道几乎都是钻爆法设备施工的天下。据有关资料统计，2006年仅在建客货共线、客运专线和拟建客运专线中短于3km的隧道已达1071.077km,占2006年总里程的45.62%,如果计算3～5.4km的隧道，其所占比例将超过 50%.在长大山岭交通隧道开凿中，钻爆法施工仍然大有作为，如全长14.295km的大瑶山隧道，全长18.4km的秦岭隧道2号线，长度为5.1km的左线和长度为5.2km的右线雁门关公路隧道等都是采用钻爆法设备施工完成。
尤其是水利水电隧洞，它的洞室空间大多大大超过最大TBM掘进机的直径，且洞隧断面大小形状渐变变化（如引水隧洞前大后小）、体形互不相同，众多洞隧布置紧凑、起伏错落、纵横交织，这样的地下工程也只能用钻爆法施工。如溪洛渡电站工程的导流隧洞长度为1.2～1.5km, 衬砌断面为16m×21m（ 宽×高）,开挖断面达17.2m×22.2m～19.6m×24.6m, 进口渐变段的最大开挖断面更达27.0m×26.0m,对于如此大断面隧洞快速施工，只能钻爆法设备施工完成。而巨大的地下厂房更是非钻爆法施工莫属。
据我们所知，已经建成或在建的广蓄、二滩、万家寨、太平驿、天荒坪、大朝山、三峡、棉花滩、洪家渡、构皮滩、锦屏
一、二级、小湾、糯扎渡、龙滩、溪洛渡、向家坝以及引大入秦、南水北调引水隧道等除个别外都是由钻爆法设备施工建设。
显然，对于占50%以上交通隧道中短隧道、部分长隧道工程，大空间、大直径的水电隧洞工程，非圆形断面隧洞工程，地质与水文地质条件极差（如溶洞多、断层多、渗水、涌水、泥石流，长距离破碎带）的工程，钻爆法设备施工具有明显的应用优势。
我国钻爆法施工常用配套设备如下：
为了快速、安全掘进隧洞，国外钻爆法施工通常采用凿岩台车钻孔、锚杆台车安装锚杆、混凝土喷射台车喷锚支护，衬砌台车二次成型衬砌。这也是国内钻爆法设备的应用发展方向。下面对此类主要施工设备应用探讨如下：
1.1 凿岩台车
凿岩台车是钻孔爆破开挖的关键攻坚设备，它机械化程度高、钻进速度快，不仅用于隧洞的凿岩开挖，而且广泛用于钻孔、喷锚支护、灌浆加固中。
现在国内工地上的液压凿岩台车绝大部分从国外进口，主要制造商包括瑞典的Atlas、Sandvik,挪威的AMV公司等。由于增加了车载电脑，使凿岩台车具有很高的人机对话功能，能在凿岩过程中自动修整凿石参数和自动纪录钻孔数据，可以对岩层进行分析，从而及时调整爆破参数
1.2 锚杆台车
锚杆台车主要完成隧洞的锚杆安装，加固洞室顶拱与边壁的岩石。
锚杆台车是当今先进的锚杆施工机具，钻孔、安装锚杆、注浆，甚至摘取锚杆各工序均由自行台车上的遥控机械手（液压支臂）进行。工作高度可达10余米，装设一根锚杆耗时约2～7 min,每班可装100余根。目前国内工地上使用的有瑞典的Atlas、芬兰的Tamrock等锚杆台车产品。
1.3 喷射台车
喷射台车是隧洞喷射混凝土支护的核心设备，它将喷射混凝土技术和注浆锚杆结合起来，依靠锚杆、钢丝网和喷射混凝土共同负荷来提高隧道、基坑、边坡岩体的结构强度，增强岩体的整体稳定性。喷射台车利用压缩空气或其他动力，按一定配比拌制混凝土沿管路输送至喷头，以较高速度垂直喷射于受喷面，依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土。喷射台车是一种新型喷射支护施工设备。
现在主要生产混凝土喷射台车的厂家是：瑞典斯塔比莱托（Stabilator）、瑞士的Meyco potenza、瑞士阿利瓦（Aliva）、法国诺麦特（Normet）公司、德国普茨迈斯特（Putzmeister）公司及日本三井三池公司等。
1.4 隧道挖装机
装碴运输工序是钻爆法隧洞施工中占用工期最长的工序，对整个钻爆工程进度有直接影响，为了保证施工进度，施工单位在出碴工序都配有较多的机械化出碴设备，对于单线隧道，由于空间小，隧道挖装机的快速、高效得到充分的展示，是单线隧道快速施工的必配设备。目前国内市场以Terex旗下的Schaeff隧道挖装机运用最为广泛。
1.5 衬砌台车
衬砌台车是二次混凝土衬砌作业的成型设备，可保证隧道边开挖、边衬砌，确保提高衬砌速度、降低劳动强度。
衬砌台车整机行走采用电机-机械驱动，模板采用全液压操纵，利用液压缸支（收）模机械锁定，混凝土全部采用混凝土泵车灌注。在台车架上部和模板之间留有空间供安装隧道通风管道用。对于有瓦斯的隧道衬砌，产品电气系统按照瓦斯隧道防爆规范要求进行设计和安装，确保使用安全。
2、全断面掘进机法掘进模式及其成套设备应用
全断面掘进机法采用庞大复杂的全断面掘进机，用类似机械切削的方法一次将整个隧道断面成型。这种施工方法特点是掘进速度快、科技含量高、对围岩扰动少、施工安全，是城市地铁隧道和部分山岭隧道的主要工法。全断面掘进机法与钻爆法相比，具有优质、高效、综合经济效益高的特点，因此全断面隧道掘进机这种具有世界先进水平的，技术含量极高的设备以它独特的魅力备受隧道施工部门的青睐。
全断面隧道掘进机是一种集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，能完成土（岩）体开挖、土（岩）碴排运、整机推进和管片安装序列作业，使隧道一次成形。它的主要应用集中体现在以下几类施工领域：
城市地铁隧洞建设：
盾构掘进机施工安全快速，对周边环境影响小，最适合城市地铁隧洞施工，因此盾构掘进机是地铁建设的主流设备。
中国已成为世界上地铁发展最快的国家。目前大陆地区共有24个城市正在进行城市轨道交通前期规划、设计、筹备和建设等工作。有数据表明，“十一五”期间，全国至少要建设地铁900～1200公里，约需盾构机200多台水利水电隧洞建设：
据我们所知，十五期间以来，我国水利水电建设全面、快速发展。今后十五年我国水电投资将超过1万亿元。长大输水隧道是水电工程的重要组成部分。一些水工隧道、引水隧道可成为TBM硬岩掘进机的施工领域。
城市共同沟建设：
城市中的给水、排水、电力、电信、燃气、热力等市政管线是维持城市功能正常运转的生命管线，随着城市化水平的不断提高，现代城市对市政管线的需求量越来越大，市政管线及综合管沟（也叫共同沟）建设已成为中小盾构的应用领域。
跨海越江隧道建设：
公路、铁路、地铁、引水工程中均有大量的跨海越江隧道要建造，上海计划在2010年采用盾构法建成20多条越江隧道，南京穿越长江双向六车道公路隧道已通过预研设计；南水北调中线工程2条3.9公里隧洞穿越黄河，拟建的浦东铁路越江段也计划采用盾构法施工，温州欧江道路隧道、哈尔滨松花江隧道全都规划采用盾构施工。
在近20～30年内，我国规划建造大连-烟台、上海-宁波、香港-澳门、广东-海南、福建-台湾5条跨海隧道，总长约368公里；为我国硬岩掘进机的应用提供了新机遇。
典型全断面隧道掘进机探讨如下：
2.1 泥水加压平衡盾构机
泥水加压平衡盾构特点是通过加压泥水或泥浆来稳定开挖面，该种盾构刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，将泥浆送入泥水仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。
泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机构、拼装机构及附属装置组成。是目前各种盾构中最复杂、价格最贵的一种。它适用范围较大，多用于含水率高的软弱土质中，是一种低沉降、较安全的施工机械，对稳定的地层优点尤为明显，其工作效率要高于土压平衡盾构机。
泥水平衡盾构机的主要生产厂商有：日本川崎重工、三菱重工、小松盾构以及德国的海瑞克公司。。
2.2 土压平衡盾构机
土压平衡盾构是在泥水加压盾构基础上开发的一种新型盾构、它通过保持土压或土碴量的相对平衡与稳定来稳定开挖面。该种盾构的前部设置了一道密封隔板，把盾构开挖面与隧道截然分隔，使密封隔板与开挖面土层之间形成一密封泥土舱，刀盘在泥土舱中工作，另外通过密封隔板装有螺旋输送机。当盾构向前推进时，由刀盘切削下来的泥土充满泥土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间，同时依靠充满的泥土来顶住开挖面土层的水土压力，另外可通过调节螺旋输送机的转速控制排土量或通过调节盾构千斤顶推进速度控制开挖量，使盾构排土量和开挖量保持或接近平衡，以此来保持开挖面地层的稳定和防止地面变形。日本川崎重工、德国的海瑞克公司、加拿大的lovat公司均生产此类产品。
2.3 复合式盾构机
复合式盾构将不同形式盾构的功能部件同时布置在一台盾构机上，掘进过程中可根据地质情况进行功能或掘进模式的切换和调整， 以适用于不同地层掘进。
复合式盾构机由于开挖面稳定，施工方法可视土质情况的变化而转换，因此适应范围较广，有一定知名度的产品有川崎重工推出的直径为10.2m组合式盾构机产品；德国的海瑞克出品的直径为14.2m的盾构机，则为目前世界上该类机型直径最大的产品。
2.4 微型、小型盾构机
微型盾构为直径小于3米的盾构，小型盾构为直径3～5米的盾构。微型、小型盾构主要用于市政供排水管道，电缆管道、油气管道等的建造。
2.5 开敞式全断面硬岩掘进机
开敞式TBM一般适用于硬岩施工，在TBM上配装锚杆机、混凝土喷射机、钢拱架安装机、以及超前钻机，如遇有局部不稳定的围岩，由附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架圈梁等方法加固；当遇到局部地段特软围岩及破碎带，则TBM可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结前方上部周边一圈
岩石，待围岩强度达到能自稳后，然后再进行安全掘进；掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。也能适应软岩施工。
2.6 双护盾全断面硬岩掘进机
双护盾TBM可同时满足推进和管片安装要求，具有较高的推进速率。双护盾TBM 的掘进时间在每个掘进行程中只中断一会儿， 以使后接触护盾周期性地前移。双护盾TBM纯掘进时间是一般护盾式掘进机的2倍。
双护盾TBM对地质具有广泛的适性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。
2.7 单护盾全断面硬岩掘进机
单护盾TBM常用于劣质地层及地下水位较高的地层以及软岩，单护盾TBM推进时，要利用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，单护盾TBM与盾构的区别有两点：一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴；二是单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土仓压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。
由于全断面隧道掘进机的设计和制造技术含量非常高，目前生产仅主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发达国家的30余家制造公司，其中又以德国、美国、日本技术最为先进。最具实力的是德国的Wirth公司、美国的Robbins公司、德国 HerrenknechtAG公司、加拿大的Lovat公司、日本的MitsubishiHeavyIndustries公司等。他们可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的全断面隧道掘进机，以满足用户的需要。
