Stroj na vŕtanie tunelov: Ako tieto obrie stroje skutočne kopú tunely v podzemí

Čo je stroj na vŕtanie tunelov a prečo ich používame?

Stroj na hĺbenie tunelov - bežne skrátený ako TBM a niekedy nazývaný tunelovací vyvrtávací stroj alebo podzemný vyvrtávací stroj - je masívny kus inžinierskeho zariadenia určeného na hĺbenie tunelov cez pôdu, skalu alebo zmiešané pôdne podmienky s kruhovým prierezom. Na rozdiel od staršej metódy vŕtania a odstreľovania, ktorá láme horninu pomocou výbušnín a potom ručne odstraňuje trosky, TBM prerezáva, hĺbi a často súčasne lemuje tunel v jedinej nepretržitej operácii. Výsledkom je hladší, štrukturálne konzistentnejší tunel vyrobený s oveľa menším narušením okolitej pozemnej a povrchovej infraštruktúry.

Príťažlivosť tunelovania TBM výrazne presahuje rýchlosť. V mestskom prostredí – kde tunel môže prechádzať pod husto zastavanými štvrťami, živými trasami metra alebo kritickými inžinierskymi sieťami – je často jedinou realizovateľnou možnosťou riadená hĺbenie tunela s nízkymi vibráciami. Bežné odstrely by spôsobili neprijateľné sadanie povrchu a štrukturálne poškodenie okolitých budov. TBM môžu tiež pracovať v oveľa väčších hĺbkach ako metódy výstavby rezu a pokrytia, čo umožňuje inžinierom viesť tunely po rovných, optimálnych cestách bez toho, aby roztrhali ulicu nad nimi. Tieto výhody urobili z raziaceho stroja dominantnú technológiu pre železničné systémy metra, diaľničné tunely, vodovodné a kanalizačné tunely a čoraz častejšie aj káblové a inžinierske koridory v mestách po celom svete.

Moderné TBM sú samy osebe mimoriadnymi technickými výkonmi. Najväčšie stroje na razenie tunelov na svete majú rezné hlavy s priemerom presahujúcim 17 metrov – širšie ako štvorposchodová budova – a vážia viac ako 7 000 metrických ton. Dokonca aj stredne veľký TBM používaný v štandardnom tuneli metra (zvyčajne s priemerom 6–9 metrov) je zostavený zo stoviek presne skonštruovaných komponentov dodaných na stavenisko a zostavených pod zemou vo štartovacej šachte. Stroje integrujú zemné výkopy, odstraňovanie hlušiny, podopretie pôdy a inštaláciu betónového obloženia do jednej pohyblivej výrobnej linky, ktorá sa posunie o 10 až 30 metrov za deň v závislosti od pôdnych podmienok a typu stroja.

Ako v skutočnosti funguje stroj na vŕtanie tunelov: Základná mechanika

Pochopenie toho, ako funguje TBM, si vyžaduje pozrieť sa na jeho hlavné pracovné systémy, z ktorých každý hrá kritickú a vzájomne závislú úlohu v procese tunelovania. Zatiaľ čo rôzne typy TBM zvládajú podporu pôdy a odstraňovanie nečistôt odlišne (popísané v ďalšej časti), základná mechanika rezania a posunu je zdieľaná vo väčšine rodín strojov.

Cutterhead

Fréza je obchodný koniec každého stroj na razenie tunelov — masívna rotačná kotúčová alebo lúčová konštrukcia posiata reznými nástrojmi, ktorá sa priamo dotýka hĺbenej pôdy. In rock tunneling, the cutterhead carries disc cutters: hardened steel wheels, typically 432–483 mm (17–19 inches) in diameter, that roll against the rock face under enormous thrust force. Kotúčové frézy neškrabú kameň; namiesto toho ho rozdrvia kompresným zaťažením, čím sa vytvorí sieť mikrotrhlín medzi susednými dráhami frézy, ktorá spôsobí, že sa úlomky horniny uvoľnia. Tento proces generovania čipov, nazývaný mechanizmus „chip-and-crack“, je oveľa energeticky efektívnejší ako priame obrusovanie a vďaka nemu je tunelovanie TBM v tvrdej hornine životaschopné. V mäkkom teréne a zmiešaných podmienkach nesie rezacia hlava namiesto toho ťažné hroty, škrabky a rezacie zuby pôdy, ktoré materiál strihajú a uvoľňujú namiesto toho, aby ho drvili.

Rezaciu hlavu otáča prstenec elektrických hnacích motorov – zvyčajne 4 až 20 motorov v závislosti od veľkosti stroja – usporiadaných po jeho obvode a pripojených cez redukčné prevodovky. Rýchlosť otáčania je zvyčajne nízka: 1–6 otáčok za minútu pre veľké stroje, pretože vonkajší okraj veľkej reznej hlavy sa už pohybuje vysokou lineárnou rýchlosťou aj pri veľmi nízkych otáčkach za minútu. Celkový inštalovaný výkon pohonu reznej hlavy na veľkom tvrdom TBM môže presiahnuť 5 000 kW – približne rovnaký ako šesť motorov Formuly 1 bežiacich súčasne, ale aplikovaný ako pomalý rotačný krútiaci moment a nie rýchlosť.

Prítlačné a uchopovacie systémy

Samotné otáčanie frézy nevykope tunel – stroj musí tiež zatlačiť frézu do skalnej steny obrovskou silou, aby boli kotúčové frézy účinné. To sa dosahuje pomocou systému hydraulických prítlačných valcov usporiadaných okolo hlavného telesa stroja. Celkové tlakové sily na veľkú skalu TBM sa bežne pohybujú od 20 000 do 60 000 kN – čo zodpovedá hmotnosti 2 000 až 6 000 metrických ton, ktoré tlačia na čelo tunela. Aby stroj tlačil proti, potrebuje niečo, z čoho môže tlačiť. V hardrockových TBM to zabezpečujú uchopovacie podložky: veľké hydraulické valce, ktoré vyčnievajú bočne z tela stroja a tlačia na steny tunela dostatočnou silou, aby ukotvili stroj pevne na mieste, zatiaľ čo prítlačné valce posúvajú reznú hlavu. Once the machine has advanced one stroke length (typically 1.5–2 meters), the grippers release, the rear of the machine is pulled forward, the grippers re-engage at the new position, and the next thrust stroke begins. Táto sekvencia sa nepretržite opakuje počas operácie tunelovania.

Odstraňovanie špiny (manipulácia s machom)

The material cut from the tunnel face — called "muck" in tunneling terminology — must be continuously removed from the cutterhead and transported to the surface. Vo väčšine TBM padá bahno do otvorov v reznej hlave a je odoberané pásovým dopravníkom, ktorý prechádza stredom stroja. Tento hlavný dopravník prepravuje bahno na sériu vlečných dopravníkov alebo na koľajnicové vozidlá na hlien, ktoré ho prepravujú späť cez tunel do štartovacej šachty, kde sa zdvihne na povrch a odvezie preč. On average, a mid-size metro TBM excavating in mixed ground produces 300–600 cubic meters of muck per day — a significant logistical challenge that requires a well-planned surface disposal operation running in parallel with the tunneling.

Inštalácia obloženia tunela

Bezprostredne za rezacou hlavou väčšina moderných TBM inštaluje trvalé obloženie tunela, keď stroj napreduje. The standard approach uses precast concrete segments — typically six to eight curved segments per ring, plus a smaller "key" segment — that are lifted into position by an automated segment erector arm and bolted or gasketed together to form a complete ring. Each ring is installed in the space created by the machine's last thrust stroke, and as the machine advances into the next stroke, the completed ring becomes the structural shell of the permanent tunnel. This integrated lining installation is one of the TBM's greatest efficiency advantages: the tunnel is essentially complete behind the machine as it advances, requiring minimal follow-up work.

Hlavné typy tunelových vŕtacích strojov a kedy sa každý používa

Výber typu TBM je jedným z najdôležitejších technických rozhodnutí v akomkoľvek projekte tunelovania. The wrong machine type for the ground conditions encountered can result in slow progress, machine damage, ground settlement, or in severe cases, tunnel collapse. Hlavné rodiny TBM sa vyznačujú predovšetkým tým, ako spravujú pôdu pred frézou a riadia tlak podzemnej vody:

Open-Face (Gripper) TBM – najlepšie pre Hard Rock

The open-face or gripper TBM is the original TBM design and remains the machine of choice for stable hard rock conditions where the tunnel face is self-supporting and groundwater pressure is manageable. Ako už názov napovedá, čelo tunela je otvorené — medzi frézou a vykopanou zemou nie je žiadny tlakový podporný systém. This simplicity makes gripper TBMs faster and more cost-effective in appropriate conditions: without pressurization systems to manage, maintenance access to the cutterhead is easier, advance rates are higher, and the machines are mechanically simpler. Sú štandardnou voľbou pre vodovodné tunely, železničné tunely a projekty vodných elektrární v horskom teréne – aplikácie, kde stroj strávi väčšinu svojho pohonu v kvalitnom skale. The limitation is equally clear: in soft ground, saturated soils, or mixed conditions, an open-face TBM cannot safely support the tunnel face, making it unsuitable for urban projects where ground settlement would damage surface structures.

Vyrovnanie zemného tlaku (EPB) TBM – najlepšie pre mäkké podložie a mestské nastavenia

Earth Pressure Balance TBM je celosvetovo najpoužívanejším typom stroja pre mestské metro a tunelovanie infraštruktúry. It addresses the soft-ground support problem by filling the cutterhead chamber — the space between the cutterhead and a bulkhead plate behind it — with excavated soil conditioned to the right consistency using foam, polymers, or water. This conditioned muck is maintained at a pressure that balances the earth and groundwater pressure at the tunnel face, preventing face collapse and minimizing ground movement. Stlačený kal sa odvádza z komory cez závitovkový dopravník, ktorý riadi rýchlosť odstraňovania materiálu, aby sa udržal cieľový čelný tlak. EPB TBM sú obzvlášť účinné v pôdach bohatých na íl, piesčitých pôdach a zmiešaných pôdach s miernym tlakom podzemnej vody. Sú dominantným typom strojov na výstavbu železníc metra v mestách ako Londýn, New York, Tokio, Peking a prakticky vo všetkých veľkých projektoch mestského tunelovania za posledných 30 rokov.

Slurry Shield (Mixshield) TBM – najlepšie pre vodou nasýtené a hrubé pôdy

The slurry shield TBM uses pressurized bentonite slurry — a liquid mixture of water and clay — to support the tunnel face rather than conditioned muck. Kaša plní komoru reznej hlavy pod tlakom a vytvára filtračný koláč na čele tunela, ktorý prenáša podperný tlak na zem. Excavated material mixes with the slurry and is pumped out of the tunnel as a liquid suspension through a slurry pipeline, transported to a surface separation plant where the solids are removed, and the cleaned slurry is returned to the machine for reuse. Tento prístup s kalovým okruhom je zložitejší a drahší ako EPB, ale vyniká v podmienkach, kde EPB zápasí: vysoko priepustné štrky a piesky s vysokým tlakom podzemnej vody, zmiešaná pôda s balvanmi a podvodné prechody tunelov. Projekt Crossrail v Londýne, tunel Øresund medzi Dánskom a Švédskom a tunel Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge všetky využívali stroje na ochranu proti kalu pre svoje najnáročnejšie podmorské úseky alebo úseky s vysokým tlakom vody.

Multi-režimové TBM – flexibilita pre variabilné uzemnenie

Rastúcou kategóriou raziacich strojov na razenie tunelov je konvertibilný alebo viacrežimový TBM, navrhnutý na prepínanie medzi prevádzkovými režimami – zvyčajne medzi EPB a otvoreným povrchom alebo medzi EPB a kalovým štítom – podľa toho, ako sa menia terénne podmienky pozdĺž zarovnania tunela. Tieto stroje sú zložitejšie a drahšie ako jednorežimové stroje, ale môžu byť nevyhnutné pre projekty, kde tunel musí po svojej dĺžke prechádzať výrazne odlišnou geológiou. Bežným scenárom je tunel, ktorý začína v mäkkých mestských pôdach, prechádza cez vrstvu piesku nesúcu vodu a potom vstupuje do kompetentnej horniny - sekvencia, ktorá by bola výzvou pre akýkoľvek stroj s jedným režimom. Multi-mode capability allows one machine to complete the entire drive without the impractical option of machine extraction and replacement mid-tunnel.

Prehľad typov TBM: Porovnanie vedľa seba

Kľúčové faktory, ktoré určujú, ako rýchlo môže TBM napredovať

Rýchlosť postupu – meraná v metroch za deň alebo za smenu – je primárnou výrobnou metrikou pre akýkoľvek projekt tunelovania TBM a má obrovský vplyv na náklady a harmonogram projektu. Rýchlosť posuvu však nie je len funkciou výkonu alebo veľkosti stroja. Je výsledkom interakcie viacerých premenných, z ktorých mnohé sú mimo kontroly projektového tímu:

• Pevnosť a abrazivita horniny: Pri razení tvrdých skál sú pevnosť v tlaku horniny a abrazivita obsahu minerálov (najmä obsah kremeňa) primárnymi determinantmi rýchlosti prieniku a životnosti kotúčovej frézy. Extrémne tvrdá a abrazívna žula môže znížiť životnosť frézy na menej ako 20 metrov posuvu na frézu, čo si vyžaduje časté zásahy reznej hlavy, ktoré výrazne znižujú čistú rýchlosť posuvu. Mäkšie horniny ako vápenec alebo krieda umožňujú oveľa vyššiu rýchlosť prieniku a dlhšiu životnosť frézy.
• Správanie sa na zemi a stabilita tváre: Nestabilné podmienky na zemi – tečúce piesky, stláčanie hliny alebo porušené horninové zóny – si môžu vyžadovať zásahy, úpravu pôdy alebo zníženú rýchlosť postupu, aby bolo možné bezpečne zvládnuť. V extrémnych prípadoch môže TBM uviaznuť alebo „uviaznuť“ v stlačenej zemi, čo je scenár, ktorého vyriešenie môže trvať týždne alebo mesiace a predstavuje jedno z najnákladnejších rizík pri tunelovaní TBM.
• Kapacita spracovania bahna: Systém likvidácie povrchového kalu musí držať krok s výkonom výkopu stroja. Prekážka pri preprave bahna – či už kvôli kapacitným limitom dopravníkov, nedostatku železničných vagónov alebo logistiky povrchovej likvidácie – priamo znižuje dosiahnuteľnú rýchlosť posuvu stroja bez ohľadu na to, ako dobre je rezaný.
• Čas dodávky a inštalácie segmentu: Každý prstenec ostenia tunela musí byť dodaný do stroja a nainštalovaný pred začiatkom ďalšieho ťahu. Oneskorenie dodávky segmentu, cykly žeriavu na štartovacej šachte alebo problémy s kvalitou samotných segmentov znižujú čistú rýchlosť posunu. Vysokovýkonné projekty TBM investujú značné prostriedky do optimalizácie segmentového logistického reťazca.
• Údržba a prestoje: TBM pracujú 24 hodín denne vo viacerých zmenách, ale vyžadujú si plánované zásahy údržby – kontroly nožov, výmeny nožov, mazanie, kontroly systému – ktoré musia byť zahrnuté do výrobného plánu. Neplánované prestoje pre mechanické poruchy sú hlavnou premennou, ktorá oddeľuje dobre fungujúce pohony TBM od problematických.

Hlavné aplikácie tunelových vŕtacích strojov po celom svete

Tunelové raziace stroje pracujú na každom kontinente (okrem Antarktídy) a v mimoriadnej škále typov aplikácií. Rozsah a rozmanitosť projektov TBM v posledných desaťročiach odzrkadľuje tak rastúci dopyt po podzemnej infraštruktúre, ako aj zvyšujúcu sa vyspelosť technológie TBM na splnenie náročných podmienok.

Tunely mestského metra a rýchlej dopravy

Najväčšou jednotlivou kategóriou použitia TBM na celom svete je tunelovanie mestského metra. Každá veľká expanzia metra na svete – od londýnskej Elizabeth Line (Crossrail) po neustále sa rozširujúcu sieť pekinského metra, od tunela metra v Sydney po nový systém metra v Rijáde – sa spolieha predovšetkým na stroje na vŕtanie tunelov EPB na výstavbu dvojitých tunelov, ktoré prepravujú vlaky medzi stanicami. Samotný projekt Elizabeth Line použil osem TBM, ktoré vyhĺbili viac ako 42 kilometrov nového tunela pod jedným z najhustejšie vybudovaných miest na svete, pričom povrchové osídlenie v mnohých oblastiach bolo obmedzené na menej ako 5 milimetrov. Táto úroveň kontroly sa jednoducho nedá dosiahnuť žiadnou inou metódou výkopu.

Diaľničné a cestné tunely

Cestné tunely čoraz častejšie využívajú TBM s veľkým priemerom, ktoré sú schopné raziť dostatočne veľké tunely na prepravu dvoch až štyroch jazdných pruhov v jednom vrte. Náhradný tunel SR 99 Alaskan Way Viaduct v Seattli, dokončený v roku 2019, využil Bertha – v tom čase najväčší TBM na svete s priemerom 17,5 metra – na vyrazenie dvojúrovňového diaľničného tunela pod centrom mesta. Cestné TBM musia raziť oveľa väčšie prierezy ako tunely metra, čo si vyžaduje výrazne vyššie prítlačné sily, väčšie rezné hlavy a výkonnejšie systémy pohonu. Prefabrikované betónové segmenty pre veľké cestné tunely môžu vážiť každý 10 až 15 ton a vyžadujú špeciálne zdvíhacie a montážne zariadenia v rámci stroja.

Vodovodné, kanalizačné a inžinierske tunely

Tunely vodnej infraštruktúry sú jednou z najstarších a najkonzistentnejších oblastí použitia TBM. Hlboké skalné tunely na zásobovanie vodou – vyvŕtané v hĺbkach 50 – 200 metrov cez kompetentné podložie – umožňujú mestám premiestňovať vodu na veľké vzdialenosti bez narušenia povrchových výkopov. Londýnsky Tideway Tunnel, 25-kilometrový kombinovaný kanalizačný prepadový tunel v súčasnosti pod riekou Temža, používa tri TBM na prerazenie kriedy a hliny v hĺbkach až 65 metrov. Projekt Deep Tunnel v Chicagu, jeden z najväčších tunelových systémov, aký bol kedy vybudovaný, použil TBM na vyhĺbenie viac ako 175 kilometrov tunela na kombinované skladovanie prepadu kanalizácie a protipovodňovú kontrolu. Pri menších priemeroch mikrotunelovacie stroje – v podstate miniaturizované TBM ovládané na diaľku bez pracovníkov vnútri – inštalujú inžinierske potrubia a potrubia v mestských oblastiach bez otvorených výkopov.

Železničné a vysokorýchlostné železničné tunely

Diaľkové železničné tunely cez horské pásma predstavujú jedny z najnáročnejších a najslávnejších projektov TBM v histórii. Gotthardský základný tunel vo Švajčiarsku – najdlhší železničný tunel na svete s dĺžkou 57 kilometrov – bol dokončený v roku 2016 po 17 rokoch výstavby s použitím viacerých TBM, ktoré museli preraziť celú geologickú zložitosť švajčiarskych Álp, vrátane tvrdej žuly, bridlice a viacerých zlomových zón. Tunel pod Lamanšským prielivom spájajúci Anglicko a Francúzsko použil 11 TBM na vyhĺbenie troch tunelov (dva bežiace tunely a servisný tunel) pod Lamanšským prielivom. Prebiehajúce projekty, ako je japonská linka maglev Chuo Shinkansen, zahŕňajú tunely siahajúce viac ako 25 kilometrov cez náročnú horskú geológiu, čím posúvajú technológiu TBM na nové hranice.

Skutočné náklady na projekty tunelových vŕtacích strojov: Čo poháňa čísla

Tunelovanie TBM je drahé – často mimoriadne – a pochopenie toho, čo vedie k nákladom, pomáha vlastníkom projektov a inžinierom prijímať informované rozhodnutia o tom, kedy je tunelovanie TBM tou správnou voľbou oproti alternatívam, ako je hĺbenie alebo vŕtanie a otryskávanie.

Typické náklady na tunely TBM vo vyspelých krajinách sa pohybujú od 50 miliónov USD do 300 miliónov USD na kilometer pre tunely veľkosti metra, s významnými rozdielmi v závislosti od priemeru, geológie, mestskej zložitosti a nákladov na prácu a materiál špecifických pre danú krajinu. Tieto čísla sú vysoké – treba ich však porovnať s celkovými nákladmi na alternatívy, vrátane nákladov na narušenie povrchu, dopady na majetok a prémiu kladenú na budovanie hlbokej infraštruktúry, ktorá nezaberá vzácny povrchový priestor moderného mesta.

Geotechnické skúmanie: Prečo sú pozemné znalosti všetkým pri tunelovaní TBM

Žiadny jednotlivý faktor nemá väčší vplyv na úspech alebo neúspech projektu TBM ako kvalita geotechnického prieskumu vykonaného pred samotným výberom stroja. Pôda je médiom TBM a prekvapenia v zemi – neočakávané poruchy, náhle zmeny tlaku vody, balvany v inak mäkkej pôde alebo sklopné zmiešané podmienky – sú hlavnou príčinou väčšiny veľkých oneskorení projektov TBM, prekročenia nákladov a bezpečnostných incidentov.

Komplexný geotechnický prieskum pre tunel TBM zvyčajne zahŕňa vŕtanie vrtov v pravidelných intervaloch pozdĺž trasy (často každých 50 – 100 metrov pre mestské projekty), laboratórne testovanie vzoriek hornín a pôdy na pevnosť, abrazivitu, priepustnosť a iné vlastnosti, monitorovanie tlaku podzemnej vody a geofyzikálne prieskumy na identifikáciu pochovaných prekážok, dutín alebo anomálií medzi vrtmi. Napriek nákladom – program dôkladného geotechnického prieskumu môže predstavovať 1–3 % celkových nákladov na projekt – skúsení tunelári ho všeobecne považujú za najlepšie peniaze vynaložené na projekt TBM. Každý dolár investovaný do pozemného prieskumu pred výstavbou má zvyčajne hodnotu desať alebo viac dolárov, ktoré sa ušetrili na ušetrených nárokoch a oneskoreniach počas výstavby.

Geotechnická základná správa (GBR) – dokument, ktorý stanovuje zmluvné referenčné podmienky pre správanie sa terénu, na ktorých je založený výber TBM a ceny dodávateľa – je jedným z najdôležitejších zmluvných dokumentov v akomkoľvek projekte TBM. Podmienky, ktoré presahujú základnú líniu, spúšťajú zmluvné mechanizmy rozdelenia rizika medzi vlastníkom a dodávateľom. Správna základná línia založená na dôkladnom skúmaní je základom spravodlivého a úspešného projektu.

Inovácie formujúce budúcnosť strojov na vŕtanie tunelov

Technológia TBM od prvých úspešných strojov v 50. a 60. rokoch 20. storočia pozoruhodne pokročila a tempo inovácií sa skôr zrýchľuje ako spomaľuje. Ďalšiu generáciu tunelovacích vŕtacích strojov bude pravdepodobne definovať niekoľko rozvojových oblastí:

• Monitorovanie reznej hlavy v reálnom čase a prediktívna údržba: Moderné TBM už nesú stovky senzorov monitorujúcich vibrácie, krútiaci moment, ťah, teplotu a zemný tlak v reálnom čase. Ďalším krokom je integrácia AI a strojového učenia na predpovedanie opotrebenia a zlyhania frézy skôr, ako k nej dôjde, čo umožňuje skôr plánovať zásahy do údržby ako reaktívne. To má potenciál dramaticky zlepšiť dostupnosť stroja a rýchlosť napredovania znížením neplánovaných prestojov.
• Autonómne a diaľkovo ovládané TBM: Zatiaľ čo úplná automatizácia tunelovania TBM zostáva dlhodobým cieľom, významné kroky smerom k väčšej automatizácii už prebiehajú. Automatizované vzpriamovače segmentov, navádzacie systémy založené na GPS a poloautonómne riadenie ťahu sú teraz štandardom na pokročilých strojoch. Niekoľko výrobcov vyvíja stroje schopné predĺženej prevádzky s minimálnymi zásahmi operátora, čím sa znižuje potreba pracovnej sily v tuneli a zvyšuje sa bezpečnosť.
• Alternatívne technológie rezania: Bežné kotúčové frézy majú obmedzenú schopnosť efektívne preniknúť do najtvrdších typov hornín. Pokračuje výskum laserovej, mikrovlnnej, plazmovej a vysokotlakovej predúpravy horniny pred frézovacou hlavou s cieľom znížiť energiu potrebnú na hĺbenie a rozšíriť rozsah pôdnych podmienok, kde môžu TBM ekonomicky fungovať.
• Nekruhové prierezy TBM: Štandardné TBM vytvárajú kruhové tunely, ale mnohým infraštruktúrnym aplikáciám – najmä cestným tunelom a kombinovaným úžitkovým galériám – by prospeli pravouhlé alebo podkovovité prierezy, ktoré efektívnejšie využívajú dostupný priestor. V Japonsku a Číne bolo vyvinutých a testovaných niekoľko experimentálnych nekruhových TBM, a hoci táto technológia ešte nie je bežnou súčasťou, predstavuje pre priemysel dôležitú hranicu.
• Nepretržité tunelovanie bez prerušenia prsteň po kruhu: Aktuálny cyklus zastavenia a spustenia posunu TBM (ťahový zdvih, potom zastavenie, inštalácia segmentového krúžku, potom pokračovanie) obmedzuje čistú rýchlosť posunu stroja na zvyčajne 50–70 % jeho teoretického maxima. Výskum systémov kontinuálneho tunelovania – kde sa segmenty inštalujú súčasne s posunom stroja a nie striedavo – má potenciál dramaticky zvýšiť produktivitu, hoci technické výzvy sú značné.