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盾构法隧道施工的灵感来自一种甲壳类软体动物——凿船贝，它的外形像蠕虫，身体的前端有白色的小贝壳，通过壳肌的伸缩，可以带动贝壳旋转，从而将木材锉下来作为食物。它的这种行为对海洋中的船舶造成了严重的破坏，这也是“凿船贝”这个名字的由来。法国工程师布鲁诺尔仔细地观察了凿船贝的行为，发现除了旋转的贝壳，它还从体内分泌一种液体，涂在孔壁上形成保护壳，用来抵抗木板潮湿膨胀带来的压力。受此启发，1825年他发明了世界上第一台矩形盾构机（隧道断面为11.4m×6.8m），并将其应用于伦敦泰晤士河隧道施工，经过18年的不断努力，458m的河底隧道施工完成。为了表彰他的突出贡献，英国维多利亚女王授予其爵士爵位。如今，这条隧道已成为伦敦地铁系统的一部分，每天有无数伦敦人匆忙地穿过这条绚丽的隧道。
1869年，伯洛（Burlow）和格雷特（Great）首次采用圆形断面盾构机，进行泰晤士河上第二条隧道的建造。随后格雷特在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获得成功，这为现在的盾构工法奠定了基础。
20世纪60~80年代盾构工法继续发展完善，成绩显著。1960年，英国伦敦开始使用滚筒式挖掘机，同年美国纽约最先使用油压千斤顶盾构；1964年，日本琦玉隧道中最先使用泥水盾构；1969年，日本东京首次实施泥水加压盾构施工；1972年，日本开发土压盾构成功；1981年，日本开发气泡盾构成功；1988年，日本开发泥水式双圆搭接盾构工法成功。这一时期开发了多种新型盾构工法，以泥水式、土压式盾构工法为主。
20世纪末以来，盾构隧道逐渐向长距离化、大直径化方向发展。1993年，英法两国采用直径8m的土压盾构机共同建造了长48km的英吉利海峡隧道；1996年，采用直径14.14m大直径泥水盾构机修建的日本东京湾隧道（长15.1km）竣工完成；2004年，修建完成的荷兰绿色心脏隧道开挖直径达到14.87m；2007年，莫斯科银松森林保护区的Silberwald隧道建成通车，这是全球首条“公铁合建”的大直径盾构隧道，采用直径14.2m的混合式泥水盾构施工，隧道全长2.1km；2013年，西雅图SR99隧道采用直径17.45m土压平衡盾构机始发掘进，Bertha号为当时世界上最大直径的盾构机；2016年，新西兰Waterview Connection双线海底隧道采用直径14.5m的盾构机掘进完成，总长4.5km，是有史以来奥克兰最大的公路工程、新西兰最长的隧道；2020年，意大利SantaLucia隧道采用直径15.87m的大直径土压平衡盾构机施工完成，掘进长度达到7551m。
20世纪50年代初，我国首条用盾构机掘进的隧道修建完成——东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道。1957年，北京市下水道工程采用直径2.0m和2.6m的盾构进行施工。1966年，上海打浦路越江隧道工程开始施工，该工程采用我国第一台直径10.2m的超大型网格挤压盾构掘进，辅以气压稳定开挖面，掘进总长1322m；1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质黏土地层中掘进隧道1230m；1987年，上海市南站过江电缆隧道工程采用我国第一台加泥式土压平衡盾构机，该盾构机开挖直径4.35m，掘进长度583m；1989年，延安东路隧道建成通车，全长2261m，隧道外径11m，突破了盾构施工需要其盾构直径1.5倍厚土层的技术难关，成功地穿越了覆土7m的黄浦江底浅土层，创造了世界盾构推进史上新纪录；1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台直径6.34m土压平衡盾构掘进机，每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制在-3~+1cm；1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的直径11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工；同年，广州地铁1号线8.8km区间隧道采用2台直径6.14m泥水加压平衡盾构和1台直径6.14m土压平衡盾构进行施工。
进入21世纪之后，随着我国城市地下空间开发和大型交通隧道的大量建设，盾构工法凭其安全经济、施工高效、风险可控、对周围环境影响更小等诸多优点，已成为我国地铁、电信、电力、上下水道等城市隧道修建的主要工法，盾构隧道技术在我国进入飞跃的发展阶段。2003年，上海地铁8号线首次采用双圆隧道新技术，从日本引进2台 φ 6520mm×W11120mm双圆形土压盾构，掘进黄兴路站—开鲁路站2.6km区间隧道；2004年，上海上中路越江隧道工程引进世界最大直径14.87m泥水加压盾构，在黄浦江掘进施工2条隧道，隧道结构为双层4车道；2008年，武汉长江隧道贯通，隧道全长3.3km，直径11.38m；2009年，南京市纬三路过江通道工程（现名南京定淮门长江隧道）开工，隧道全长7.4km，盾构直径为14.5m（图1-1），该工程局部覆土仅为0.6 D （ D 为盾构直径），是当时国内挑战最多、技术难度最大、技术难点最多、工程地质条件最复杂的世界级工程；2014年，扬州瘦西湖隧道贯通，其盾构段全长1.2km，直径14.5m，采用单管双层方案，上下层各布置两条车道；2018年上海市轨道交通13号线三期贯通运营，隧道区间以250m小半径侧穿运营中磁浮的桩基，距离桩基边仅1.49m，盾构掘进时要求墩柱沉降不超过2mm，且差异沉降不超过1mm，对盾构隧道施工精度提出了极高要求。同年开始施工的和燕路过江通道项目盾构开挖直径为15.03m，盾构段长2976m，如图1-2所示，穿越长江大堤、冲槽段、断裂带等不良地质，为全国水压最高（高达0.79MPa），全国首例大直径盾构穿越断层（5条）、岩溶地层的过江通道。2020年建成通车的大型水下隧道香港屯门—赤鱲角隧道掘进长度为4.2km，开挖直径达到17.6m。同年，北京东六环改造工程正式开工，线路全长9160m，其中盾构区间7346m，采用开挖直径16.07m的泥水平衡盾构，单次掘进距离4771m，如图1-3所示，隧道穿越富水砂层，最高水土压力达7.5bar以上，对盾构机掘进控制、盾体密封工艺等要求极高，该项目的设计施工代表大直径泥水平衡盾构机在超长距离高密富水砂层环境掘进施工技术的进一步突破。
图1-1 南京纬三路过江通道
图1-2 和燕路过江通道项目
图1-3 北京东六环改造工程
随着国家海洋战略、区域经济一体化、国家大通道建设计划的逐步实施，以及盾构设备质量的提高和成本的下降，盾构法已经成为目前穿越江海大型隧道及城市地铁隧道的主流施工方法，正朝着大断面、高水压、长距离、复杂地层和精细化施工方向发展，大直径盾构隧道建设前景良好、潜力巨大。
目前代表性大型隧道主要有香港屯门—赤鱲角隧道（外径17.6m）、江阴靖江长江隧道（外径15.5m）、北京东六环（京哈高速—潞苑北大街）改造工程（外径15.4m）、武汉三阳路隧道（外径15.2m）、南京长江五桥夹江隧道（外径15.0m）、汕头苏埃隧道（外径14.5m）、南京纬三路过江通道（外径14.5m）、南京和燕路过江隧道（外径14.5m）等。在未来10~30年内，我国计划建造5条世界级海底隧道和近百座水下隧道，这些海底隧道包括辽宁大连到山东烟台的渤海海底隧道，上海到浙江宁波的杭州湾水下隧道，连接香港、澳门与广州、深圳、珠海的伶仃洋海底隧道，连接广东和海南两省的跨越琼州海峡的海底隧道，以及连接福建和台湾两地的跨越台湾海峡的海底隧道。可以预见，我国今后相当长的一段时期内都将处于长大水下隧道高速发展时期，而大直径盾构隧道技术必将在这些长大跨江越海的工程建设中发挥重要作用。