本发明涉及一种隧道衬砌检测机械手臂，用于检测隧道衬砌质量，包括可伸缩的主臂，所述主臂的底端固定在车辆上；设置在所述主臂顶端的副臂，所述副臂为弧形，并且所述副臂的外弧面对准隧道的衬砌；以及设置在所述副臂的外弧面上的多个探头，各探头到隧道壁的距离可自适应的调节。本发明的进一步改进在于，所述副臂包括若干臂段，其中，通过调节相邻两个臂段之间的夹角以调节副臂的弧度。本发明能够检测隧道衬砌质量，并根据隧道形状调整探头到最佳位置，保证检测结果稳定、准确。本发明还可以同时检测多条测线，节约了检测时间，提高了工作效率。