Mașină de forat tunel: Cum aceste mașini uriașe sapă de fapt tuneluri în subteran

Ce este o mașină de forat tunel și de ce le folosim?

O mașină de forat tunel - abreviată în mod obișnuit ca TBM și uneori numită mașină de forat tunel sau mașină de forat subteran - este o piesă masivă de echipament de inginerie concepută pentru a excava tuneluri prin sol, rocă sau sol mixt, cu o secțiune transversală circulară. Spre deosebire de metoda mai veche de forare și explozie, care fracturează roca folosind explozivi și apoi curățează manual resturile, un tunel taie, excava și adesea căptușește simultan tunelul într-o singură operațiune continuă. Rezultatul este un tunel mai neted, mai consistent din punct de vedere structural, produs cu mult mai puține perturbări ale solului și infrastructurii de suprafață din jur.

Atractia tunelurilor TBM merge mult dincolo de viteza. În mediile urbane - unde un tunel ar putea trece pe sub cartiere dens construite, linii de metrou active sau utilități critice - excavarea controlată, cu vibrații reduse a unei mașini de forat tunel este adesea singura opțiune viabilă. Sablarea convențională ar cauza așezări inacceptabile de suprafață și daune structurale clădirilor din apropiere. TBM-urile pot lucra, de asemenea, la adâncimi mult mai mari decât metodele de construcție prin tăiere și acoperire, permițând inginerilor să traseze tunelurile pe căi drepte, optime, fără a distruge peisajul stradal de deasupra. Aceste avantaje au făcut din mașina de forat tunelul tehnologia dominantă pentru sistemele feroviare de metrou, tunelurile de autostradă, tunelurile de alimentare cu apă și canalizare și, din ce în ce mai mult, coridoarele de cablu și utilități din orașele din întreaga lume.

TBM-urile moderne sunt fapte extraordinare de inginerie în sine. Cele mai mari mașini de tunelare din lume au capete de tăiere care depășesc 17 metri în diametru – mai late decât înălțimea unei clădiri cu patru etaje – și cântăresc peste 7.000 de tone metrice. Chiar și un tunel de dimensiuni medii utilizat pentru un tunel standard de metrou (de obicei, 6-9 metri în diametru) este asamblat din sute de componente proiectate cu precizie expediate la șantier și asamblate în subteran în puțul de lansare. Mașinile integrează excavarea pământului, îndepărtarea resturilor, sprijinirea solului și instalarea căptușelii de beton într-o singură linie de producție mobilă care avansează cu 10-30 de metri pe zi, în funcție de condițiile solului și tipul de mașină.

Cum funcționează de fapt o mașină de forat tunel: Mecanica de bază

Înțelegerea modului în care funcționează un tunel necesită analizarea principalelor sale sisteme de lucru, fiecare dintre acestea având un rol critic și interdependent în procesul de tunel. În timp ce diferitele tipuri de TBM gestionează în mod diferit sprijinirea solului și îndepărtarea stricăcurilor (acoperite în secțiunea următoare), mecanismele fundamentale de tăiere și avansare sunt împărtășite în majoritatea familiilor de mașini.

The Cutterhead

Capul de tăiere este scopul afacerii oricărui mașină de forat tunel — un disc rotativ masiv sau o structură de spițe împânzite cu unelte de tăiere care intră direct în contact cu solul excavat. În tunelurile de rocă, capul de tăiere poartă freze cu discuri: roți din oțel întărit, de obicei cu un diametru de 432–483 mm (17–19 inchi), care se rostogolesc pe suprafața stâncii sub o forță enormă de împingere. Frezele cu discuri nu zgârie piatra; în schimb, îl zdrobesc prin încărcare compresivă, creând o rețea de micro-fracturi între pistele de tăiere adiacente care provoacă eliberarea așchiilor de rocă. Acest proces de generare a așchiilor, numit mecanism „chip-and-crack”, este mult mai eficient din punct de vedere energetic decât abraziunea directă și este ceea ce face viabilă tunelul TBM în roca tare. În teren moale și în condiții mixte, capul de tăiere poartă în schimb bucăți de tragere, răzuitoare și dinți de tăiere a pământului care forfecă și disloca materialul în loc să-l zdrobească.

Capul de tăiere este rotit de un inel de motoare electrice - de obicei între 4 și 20 de motoare în funcție de dimensiunea mașinii - dispuse în jurul circumferinței sale și conectate prin cutii de viteze reductoare. Viteza de rotație este de obicei lentă: 1–6 RPM pentru mașinile mari, deoarece marginea exterioară a unui cap de tăiat mare se deplasează deja la viteză liniară mare chiar și la RPM foarte scăzut. Puterea totală de antrenare a capului de tăiere instalată pe un TBM mare de rocă dură poate depăși 5.000 kW - aproximativ aceeași cu șase motoare de Formula 1 care funcționează simultan, dar aplicată ca un cuplu de rotație lent mai degrabă decât ca viteză.

Sisteme de tracțiune și prindere

Rotirea singură a capului de tăiere nu excapă un tunel - mașina trebuie, de asemenea, să împingă capul de tăiere în suprafața stâncii cu o forță enormă pentru a face dispozitivele de tăiere cu discuri eficiente. Acest lucru se realizează printr-un sistem de cilindri hidraulici de tracțiune dispuși în jurul corpului principal al mașinii. Forțele totale de împingere pe un tunel mare de rocă variază în mod obișnuit între 20.000 și 60.000 kN - echivalent cu greutatea de 2.000 până la 6.000 de tone metrice care apasă pe fața tunelului. Pentru a împinge, mașina are nevoie de ceva din care să împingă. În tunelurile de rocă dură, acest lucru este asigurat de plăcuțe de prindere: cilindri hidraulici mari care se extind lateral de corpul mașinii și presează pe pereții tunelului cu suficientă forță pentru a ancora mașina ferm pe loc, în timp ce cilindrii de împingere avansează capul de tăiere. Odată ce mașina a avansat cu o lungime de cursă (de obicei, 1,5–2 metri), clemele se eliberează, partea din spate a mașinii este trasă înainte, clemele se cuplează din nou în noua poziție și începe următoarea cursă de tracțiune. Această secvență se repetă continuu pe parcursul operațiunii de tunel.

Îndepărtarea stricăcurilor (manipularea noroiului)

Materialul tăiat de pe fața tunelului – numit „noroi” în terminologia tunelului – trebuie îndepărtat continuu de pe capul de tăiere și transportat la suprafață. În majoritatea TBM-urilor, noroiul cade în deschiderile din capul de tăiere și este preluat de un transportor cu bandă care trece prin centrul mașinii. Acest transportor principal transferă gunoiul pe o serie de transportoare trase sau către vagoane de gunoi montate pe șine care îl transportă înapoi prin tunel până la puțul de lansare, unde este ridicat la suprafață și transportat. În medie, un tunel de metrou de dimensiuni medii care excava în teren mixt produce 300-600 de metri cubi de gunoi pe zi - o provocare logistică semnificativă care necesită o operațiune de eliminare bine planificată la suprafață, care rulează în paralel cu tunelul.

Instalarea căptușelii tunelului

Imediat în spatele capului de tăiere, majoritatea tunelurilor moderne instalează o căptușeală permanentă a tunelului pe măsură ce mașina avansează. Abordarea standard folosește segmente prefabricate din beton - de obicei șase până la opt segmente curbe pe inel, plus un segment mai mic "cheie" - care sunt ridicate în poziție de un braț automat de ridicare a segmentelor și înșurubate sau etanșate împreună pentru a forma un inel complet. Fiecare inel este instalat în spațiul creat de ultima cursă de împingere a mașinii și, pe măsură ce mașina avansează în cursa următoare, inelul finalizat devine carcasa structurală a tunelului permanent. Această instalație de căptușeală integrată este unul dintre cele mai mari avantaje ale eficienței TBM: tunelul este în esență complet complet în spatele mașinii pe măsură ce avansează, necesitând o muncă ulterioară minimă.

Principalele tipuri de mașini de forat tunel și când fiecare este utilizat

Alegerea unui tip TBM este una dintre cele mai critice decizii de inginerie în orice proiect de tunel. Tipul greșit de mașină pentru condițiile de sol întâlnite poate duce la progres lent, deteriorarea mașinii, tasarea solului sau, în cazuri grave, prăbușirea tunelului. Principalele familii TBM se disting în primul rând prin modul în care gestionează terenul înaintea capului de tăiere și controlează presiunea apei subterane:

Open-Face (Gripper) TBM — Cel mai bun pentru Hard Rock

TBM cu suprafață deschisă sau cu prindere este designul original al TBM și rămâne mașina de alegere pentru condiții stabile de roci dure, unde fața tunelului este autoportabilă și presiunea apei subterane este gestionabilă. După cum sugerează și numele, fața tunelului este deschisă - nu există un sistem de sprijin presurizat între capul de tăiere și terenul excavat. Această simplitate face ca TBM-urile cu prindere să fie mai rapide și mai rentabile în condiții adecvate: fără sisteme de presurizare de gestionat, accesul de întreținere la capul de tăiere este mai ușor, ratele de avans sunt mai mari și mașinile sunt mai simple din punct de vedere mecanic. Acestea sunt alegerea standard pentru tunelurile de alimentare cu apă, tunelurile feroviare și proiectele hidroenergetice pe teren montan - aplicații în care mașina își va petrece cea mai mare parte a conducerii în rocă competentă. Limitarea este la fel de clară: în teren moale, soluri saturate sau condiții mixte, un tunel cu fața deschisă nu poate susține în siguranță fața tunelului, ceea ce îl face nepotrivit pentru proiectele urbane în care așezarea solului ar deteriora structurile de suprafață.

Balanța presiunii pământului (EPB) TBM — Cel mai bun pentru teren moale și setări urbane

Tunelul de echilibrare a presiunii pământului este cel mai utilizat tip de mașină pentru tuneluri de metrou urban și infrastructură la nivel mondial. Acesta abordează problema suportului de sol moale prin umplerea camerei capului de tăiere - spațiul dintre capul de tăiere și o placă de perete din spatele acestuia - cu sol excavat condiționat la consistența potrivită folosind spumă, polimeri sau apă. Acest noroi condiționat este menținut la o presiune care echilibrează presiunea pământului și a apei subterane la fața tunelului, prevenind prăbușirea feței și minimizând mișcarea solului. Noroiul sub presiune este extras din cameră printr-un transportor cu șurub, care controlează rata de îndepărtare a materialului pentru a menține presiunea pe față țintă. TBM-urile EPB sunt deosebit de eficiente în soluri bogate în argilă, soluri nisipoase și terenuri mixte cu presiune moderată a apei subterane. Acestea sunt tipul de mașină dominant pentru construcția de șine de metrou în orașe precum Londra, New York, Tokyo, Beijing și, practic, în fiecare proiect major de tuneluri urbane din ultimii 30 de ani.

Slurry Shield (Mixshield) TBM - Cel mai bun pentru pământ saturat cu apă și grosier

TBM-ul de protecție împotriva șlamului folosește șlam de bentonită sub presiune - un amestec lichid de apă și argilă - pentru a susține fața tunelului, mai degrabă decât noroi condiționat. Suspensia umple sub presiune camera capului de tăiere și formează o turtă de filtrare pe fața tunelului care transmite presiunea de sprijin către sol. Materialul excavat se amestecă cu nămolul și este pompat din tunel ca suspensie lichidă printr-o conductă de nămol, transportat la o instalație de separare a suprafeței unde solidele sunt îndepărtate, iar șlamul curățat este returnat la mașină pentru reutilizare. Această abordare a circuitului de șlam este mai complexă și mai costisitoare decât EPB, dar excelează în condițiile în care EPB se luptă: pietrișuri și nisipuri foarte permeabile cu presiune mare a apei subterane, teren amestecat cu bolovani și traversări de tuneluri subacvatice. Proiectul Crossrail din Londra, tunelul Øresund dintre Danemarca și Suedia și tunelul podului Hong Kong-Zhuhai-Macau au folosit toate mașini de protecție a nămolului pentru cele mai dificile secțiuni subacvatice sau de înaltă presiune.

TBM-uri multimodale — Flexibilitate pentru sol variabil

O categorie în creștere de mașini de forat tuneluri este tunelul convertibil sau multimodal, conceput pentru a comuta între modurile de operare - de obicei între EPB și față deschisă, sau între EPB și scut de șlam - pe măsură ce condițiile solului se schimbă de-a lungul aliniamentului tunelului. Aceste mașini sunt mai complexe și mai scumpe decât mașinile cu un singur mod, dar pot fi esențiale pentru proiectele în care tunelul trebuie să treacă printr-o geologie dramatic diferită pe lungimea sa. Un scenariu comun este un tunel care începe în soluri urbane moi, trece printr-un strat de nisip purtător de apă și apoi intră în rocă competentă - o secvență care ar provoca orice mașină monomod. Capacitatea multimodală permite unei mașini să completeze întreaga unitate fără opțiunea nepractică de extracție și înlocuire a mașinii la mijlocul tunelului.

Tipuri TBM pe scurt: comparație alăturată

Factori cheie care determină cât de repede poate avansa un tunel

Rata de avans - măsurată în metri pe zi sau pe schimb - este principala măsură de producție pentru orice proiect de tuneluri TBM și are un impact enorm asupra costului și programului proiectului. Cu toate acestea, rata de avans nu este doar o funcție de puterea sau dimensiunea mașinii. Rezultă din interacțiunea mai multor variabile, dintre care multe sunt în afara controlului echipei de proiect:

• Rezistența rocii și abrazivitatea: În tunelurile din roci dure, rezistența la compresiune a rocii și abrazivitatea conținutului de minerale (în special conținutul de cuarț) sunt determinanții primari ai ratei de penetrare și a duratei de viață a frezei cu disc. Granitul extrem de dur și abraziv poate reduce durata de viață a frezei la mai puțin de 20 de metri de avans per cuțit, necesitând intervenții frecvente ale capului de tăiere care reduc semnificativ rata de avans net. Rocile mai moi, cum ar fi calcarul sau creta, permit rate de penetrare mult mai mari și o durată de viață mai lungă a tăietorului.
• Comportamentul la sol și stabilitatea feței: Condițiile instabile ale solului - nisipuri de rulare, argilă strânsă sau zone de roci cu defecte - pot necesita intervenții, tratarea solului sau viteza de avans redusă pentru a gestiona în siguranță. În cazuri extreme, tunelul poate rămâne prins sau „blocat” în terenul strâns, un scenariu care poate dura săptămâni sau luni până se rezolvă și reprezintă unul dintre cele mai costisitoare riscuri în tunelul TBM.
• Capacitate de manipulare a gunoiului: Sistemul de eliminare a gunoiului de suprafață trebuie să țină pasul cu producția de excavare a mașinii. Un blocaj în transportul de gunoi – fie prin limitele capacității transportoarelor, lipsa vagoanelor sau logistica de eliminare a suprafeței – reduce direct rata de avans realizabilă a utilajului, indiferent de cât de bine este tăiat.
• Segment de livrare și timp de instalare: Fiecare inel de căptușeală de tunel trebuie livrat la mașină și instalat înainte de a începe următoarea cursă de tracțiune. Întârzierile în livrarea segmentelor, ciclurile macaralei în puțul de lansare sau problemele de calitate cu segmentele în sine reduc rata netă de avans. Proiectele TBM de înaltă performanță investesc masiv în optimizarea lanțului logistic de segment.
• Întreținere și timpi de nefuncționare: TBM-urile funcționează non-stop în schimburi multiple, dar necesită intervenții de întreținere programate — inspecții ale capetelor de tăiere, schimbări de tăiere, lubrifiere, verificări ale sistemului — care trebuie luate în considerare în programul de producție. Timpul de oprire neplanificat pentru defecțiuni mecanice este variabila majoră care separă unitățile TBM cu performanțe bune de cele cu probleme.

Aplicații majore ale mașinilor de forat tuneluri în întreaga lume

Mașinile de forat tuneluri funcționează pe fiecare continent (cu excepția Antarcticii) și într-o gamă extraordinară de tipuri de aplicații. Amploarea și diversitatea proiectelor TBM din ultimele decenii reflectă atât cererea în creștere pentru infrastructura subterană, cât și maturitatea tot mai mare a tehnologiei TBM pentru a face față condițiilor dificile.

Metrou urban și tuneluri de transport rapid

Cea mai mare categorie de utilizare a TBM la nivel mondial este tunelurile urbane ale metroului. Fiecare extindere majoră a metroului din lume – de la linia Elizabeth (Crossrail) din Londra până la rețeaua de metrou în continuă expansiune din Beijing, de la tunelul de metrou din Sydney până la noul sistem de metrou din Riad – se bazează în principal pe mașinile de tuneluri EPB pentru a construi tunelurile duble care transportă trenuri între stații. Numai proiectul Elizabeth Line a folosit opt ​​tuneluri de foraj de peste 42 de kilometri de tunel nou sub unul dintre cele mai dens orașe din lume, cu așezări de suprafață în multe zone menținute la mai puțin de 5 milimetri. Acest nivel de control pur și simplu nu este realizabil cu nicio altă metodă de excavare.

Autostrazi si tuneluri rutiere

Tunelele rutiere folosesc din ce în ce mai mult tuneluri cu diametru mare capabile să excave tuneluri suficient de mari pentru a transporta două până la patru benzi de trafic într-un singur orificiu. Tunelul de înlocuire a Viaductului SR 99 Alaskan Way din Seattle, finalizat în 2019, folosea Bertha - la acea vreme cel mai mare TBM din lume cu un diametru de 17,5 metri - pentru a forța un tunel de autostradă pe două niveluri sub centrul orașului. TBM-urile rutiere trebuie să excavați secțiuni transversale mult mai mari decât tunelurile de metrou, ceea ce necesită forțe de tracțiune semnificativ mai mari, capete de tăiere mai mari și sisteme de antrenare mai puternice. Segmentele prefabricate din beton pentru tunelurile rutiere mari pot cântări 10-15 tone fiecare și necesită echipament special de ridicare și montaj în interiorul mașinii.

Tuneluri de alimentare cu apă, canalizare și utilități

Tunelurile de infrastructură de apă sunt una dintre cele mai vechi și mai consistente zone de aplicare pentru tuneluri. Tunelurile de alimentare cu apă din roci adânci - forate la adâncimi de 50-200 de metri prin roci de bază competente - permit orașelor să deplaseze apa pe distanțe lungi fără a perturba șanțurile de suprafață. Tunelul Tideway din Londra, un tunel combinat de 25 de kilometri, aflat în prezent sub râul Tamisa, folosește trei tuneluri pentru a perfora creta și argilă la adâncimi de până la 65 de metri. Proiectul Deep Tunnel din Chicago, unul dintre cele mai mari sisteme de tuneluri construite vreodată, a folosit tuneluri pentru a forța peste 175 de kilometri de tunel pentru depozitarea combinată a revărsării canalului și controlul inundațiilor. La diametre mai mici, mașinile de microtunel – în esență TBM-uri miniaturizate operate de la distanță fără lucrători înăuntru – instalează țevi și conducte de utilități în zonele urbane fără șanțuri deschise.

Tuneluri feroviare și de mare viteză

Tunelurile feroviare pe distanțe lungi prin lanțuri muntoase reprezintă unele dintre cele mai provocatoare și celebrate proiecte TBM din istorie. Tunelul de bază Gotthard din Elveția – cel mai lung tunel feroviar din lume, cu 57 de kilometri – a fost finalizat în 2016, după 17 ani de construcție folosind mai multe TBM-uri care au trebuit să traverseze întreaga complexitate geologică a Alpilor elvețieni, inclusiv granit dur, șist și zone multiple de falie. Tunelul Mânecii care leagă Anglia și Franța a folosit 11 tuneluri pentru a forța trei tuneluri (două tuneluri de rulare și un tunel de serviciu) sub Canalul Mânecii. Proiectele în desfășurare, cum ar fi linia japoneză Chuo Shinkansen maglev, includ tuneluri care se extind pe mai mult de 25 de kilometri prin geologie montană dificilă, împingând tehnologia TBM la noi frontiere.

Costul real al proiectelor de mașini de forat tuneluri: ce determină cifrele

Tunnelul TBM este costisitor – deseori extraordinar de mult – și înțelegerea a ceea ce determină costul îi ajută pe proprietarii de proiecte și inginerii să ia decizii în cunoștință de cauză cu privire la momentul în care tunelul TBM este alegerea potrivită față de alternative precum tăierea și acoperirea sau construcția prin forare și explozie.

Costurile tipice ale tunelurilor TBM în țările dezvoltate variază de la 50 de milioane USD până la 300 de milioane USD pe kilometru pentru tunelurile de dimensiunea metroului, cu variații semnificative bazate pe diametru, geologie, complexitate urbană și costuri cu forța de muncă și materiale specifice țării. Aceste cifre sunt ridicate, dar trebuie comparate cu costul total al alternativelor, inclusiv costul distrugerii suprafeței, impactul asupra proprietății și premiul acordat construirii unei infrastructuri adânci care nu consumă spațiul de suprafață limitat al unui oraș modern.

Investigație geotehnică: de ce cunoașterea terenului este totul în tunelurile TBM

Nici un singur factor nu are un impact mai mare asupra succesului sau eșecului proiectului TBM decât calitatea investigației geotehnice efectuate înainte ca mașina să fie selectată. Solul este mediul TBM, iar surprizele din sol - defecțiuni neașteptate, schimbări bruște ale presiunii apei, bolovani în solul altfel moale sau condiții pliabile cu fețe mixte - sunt cauza principală a majorității întârzierilor majore ale proiectelor TBM, a depășirilor de costuri și a incidentelor de siguranță.

O investigație geotehnică cuprinzătoare pentru un tunel TBM include de obicei forarea forajului la intervale regulate de-a lungul aliniamentului (adesea la fiecare 50-100 de metri pentru proiecte urbane), testarea de laborator a probelor de rocă și sol pentru rezistență, abrazibilitate, permeabilitate și alte proprietăți, monitorizarea presiunii apei subterane și sondaje geofizice pentru a identifica obstacole îngropate, cavități sau obstacole îngropate între cavități, gropi sau obstacole. În ciuda costului - un program amănunțit de investigație geotehnică poate reprezenta 1-3% din costul total al proiectului - inginerii experimentați în tuneluri îl consideră în general cei mai buni bani cheltuiți pentru un proiect TBM. Fiecare dolar investit în investigarea terenului înainte de construcție valorează de obicei zece sau mai mulți dolari economisiți în pretenții evitate și întârzieri în timpul construcției.

Raportul de referință geotehnică (GBR) — un document care stabilește condițiile contractuale de referință pentru comportamentul terenului pe care se bazează selecția și stabilirea prețurilor TBM ale contractorului — este unul dintre cele mai importante documente contractuale din orice proiect TBM. Condițiile care depășesc valoarea de bază declanșează mecanismele contractuale de partajare a riscurilor între proprietar și contractant. Obținerea corectă a liniei de bază, bazată pe o investigație amănunțită, este fundamentală pentru un proiect corect și de succes.

Inovații care modelează viitorul mașinilor de forat tuneluri

Tehnologia TBM a avansat remarcabil de la primele mașini de succes în anii 1950 și 1960, iar ritmul inovației se accelerează mai degrabă decât încetinește. Mai multe zone în dezvoltare sunt susceptibile de a defini următoarea generație de mașini de forat tunel:

• Monitorizare în timp real a capului de tăiere și întreținere predictivă: TBM-urile moderne transportă deja sute de senzori care monitorizează vibrațiile, cuplul, forța, temperatura și presiunea la sol în timp real. Următorul pas este integrarea inteligenței artificiale și a învățării automate pentru a prezice uzura și defecțiunea frezei înainte ca aceasta să apară, permițând intervențiilor de întreținere să fie planificate mai degrabă decât reactive. Acest lucru are potențialul de a îmbunătăți în mod dramatic disponibilitatea mașinii și de a avansa ratele prin reducerea timpilor de oprire neplanificați.
• TBM-uri autonome și operate de la distanță: În timp ce automatizarea completă a tunelurilor TBM rămâne un obiectiv pe termen lung, pași importanți către o mai mare automatizare sunt deja în curs. Montatoarele automate de segmente, sistemele de ghidare bazate pe GPS și gestionarea semiautonomă a forței sunt acum standard pentru mașinile avansate. Mai mulți producători dezvoltă mașini capabile să funcționeze prelungit cu intervenția minimă a operatorului, reducând forța de muncă necesară în interiorul tunelului și îmbunătățind siguranța.
• Tehnologii alternative de tăiere: Frezele convenționale cu disc sunt limitate în capacitatea lor de a pătrunde eficient în cele mai dure tipuri de roci. Cercetările privind precondiționarea cu laser, cu microunde, cu plasmă și cu jet de apă de înaltă presiune a rocii înaintea capului de tăiere sunt în curs de desfășurare, cu scopul de a reduce energia necesară pentru excavare și de a extinde gama de condiții ale solului în care TBM-urile pot funcționa economic.
• Secțiuni transversale non-circulare TBM: TBM-urile standard produc tuneluri circulare, dar multe aplicații de infrastructură – în special tunelurile rutiere și galeriile de utilități combinate – ar beneficia de secțiuni transversale dreptunghiulare sau în formă de potcoavă care utilizează spațiul disponibil mai eficient. Mai multe TBM-uri experimentale necirculare au fost dezvoltate și testate în Japonia și China și, deși tehnologia nu este încă obișnuită, ea reprezintă o frontieră importantă pentru industrie.
• Tunnel continuu fără întrerupere inel cu inel: Ciclul curent de oprire-pornire al avansului TBM (cursă de tracțiune, apoi oprire pentru a instala inelul de segment, apoi reluare) limitează rata de avans netă a mașinii la 50–70% din maximul său teoretic. Cercetarea sistemelor de tuneluri continue – unde segmentele sunt instalate simultan cu avansul mașinii și nu alternativ – are potențialul de a îmbunătăți dramatic productivitatea, deși provocările de inginerie sunt semnificative.