يتضمن الهيكل الأساسي لآلة حفر الأنفاق (TBM) ما يلي: قسم الحفر (رأس القاطع، عموده الرئيسي، ووحدة القيادة)؛ قسم دعم رد فعل الحفر (أحذية الدعم)؛ وقسم متقدم (الرافعات المتقدمة).
أثناء التشغيل، يتم تكرار الإجراءات التالية: قم بتوسيع أحذية الدعم لتثبيت جسم الآلة على جدار النفق؛ قم بتدوير رأس القاطع وقم بتنشيط الرافعات للتقدم؛ بعد تمريرة واحدة، اسحب حذاء الدعم، وحركه إلى الأمام، ثم عد إلى وضع البداية.
هيكل رأس القطع: رؤوس القطع الكروية ورؤوس القطع المستوية: يتم ترتيب قواطع القطع على فترات في مقدمة رأس القطع. بشكل عام، هناك قواطع قطع مركزية، وقواطع أمامية (قواطع قطع وجه الحفر)، وقواطع قطع جانبية. تعتمد المسافة بين قواطع القطع على السعة التحميلية لقواطع القطع، وقوة الصخور، والتقدم اليومي المستهدف في حفر الأنفاق. على المحيط الخارجي، لمنع أجسام القطع من الطيران بعيدًا عن رؤوس القطع، يتم ترتيبها بزاوية معينة، ويكون المقطع العرضي للقطع -لرأس القاطع على شكل قوس-. هذا هو معنى "كروية". في هذه الحالة، يتم استخدام قواطع القطع الجانبية بنفس طريقة استخدام قواطع القطع الأمامية.
لتجنب تركيب قواطع حواف خاصة، يمكن استخدام قواطع مسطحة. تؤكد الاتجاهات الحديثة على قابلية تبادل القطع، مما يؤدي إلى زيادة استخدام القواطع الكروية.
رؤوس القطع المدعومة محيطيًا والمركزي من نوع المغزل: تتكون رؤوس القطع المدعومة محيطيًا من جسم أسطواني وإطار رئيسي. وهي تستخدم محامل ذات قطر كبير- وتتميز بهيكل دعم محيطي كبير مفتوح-في الخلف. يتم رفع الصخور المحفورة من الفجوات الموجودة في المحيط الخارجي لرأس القطع، باستخدام الإطار الرئيسي كقادوس، ونقلها إلى جهاز الحفر. يشبه تصميم رأس القطع هذا التصميم المستخدم في آلات حفر الأنفاق (TBMs) للصخور الناعمة. إنه فعال للغاية في الظروف الجيولوجية القابلة للانهيار. يمكن أن يكون نتوء القاطع صغيرًا نسبيًا، ويمكن استبدال القواطع داخليًا. رؤوس القطع من النوع المغزلي المركزي عبارة عن هياكل صفائح دائرية ذات مغزل مركزي مدعوم بمحامل ذات قطر صغير-. يتم تثبيت القاطع على لوحة دائرية. يتم جمع الوحل بواسطة الكاشطات الموجودة على المحيط الخارجي لرأس القطع ثم يتم تغذيته إلى جهاز التخلص من النفايات من الأعلى عبر القواديس الموجودة على المحيط الخارجي.
يتم تثبيت رأس القطع على سرج في مقدمة اللوحة. نظرًا لأنه غير مقيد بعمود رئيسي، فإن تكوينه مرن نسبيًا. يتم استخدام هذه البنية بشكل شائع في أجهزة TBM من النوع -المفتوحة. ومع ذلك، فإن فتحة تصريف الوحل محدودة، لذا اعتمادًا على الظروف الجيولوجية، قد لا تكون فعالة للتخلص من النفايات. يتم تشغيل رأس القطع بواسطة محرك تشغيل يقع في الجزء الخلفي من آلة TBM، وذلك باستخدام العمود الرئيسي لرأس القطع كعمود تشغيل.
يعمل تكوين الحذاء الداعم كقوة رد فعل أثناء الدفع؛ قوة رد الفعل هذه هي قوة الدفع وعزم الدوران القاطع. لتحمل قوة رد الفعل هذه بشكل كامل وتجنب إتلاف جدران النفق، يجب جعلها كبيرة قدر الإمكان لتقليل ضغط التأريض. عادةً ما يكون ضغط التأريض 3-5 ميجا باسكال. تسمى الأحذية الداعمة لهذا الغرض أحذية الدعم الرئيسية؛ هناك أيضًا العديد من أحذية الدعم لأغراض مثل التحكم في الاهتزاز والتحكم في الاتجاه.
أحذية دعم TBM من النوع الدرع -: في آلات TBM من النوع الدرع -، توجد أحذية دعم رئيسية (الذيل) وأحذية دعم للوجه (أمامية) تستخدم لرد فعل الدفع. يتم ترتيب أحذية الدعم الرئيسية عمومًا في أزواج أفقيًا على اليسار واليمين، ولكن في الحالات ذات القطر الكبير-، يتم أحيانًا ترتيب 4 إلى 5 حول المحيط.
أحذية دعم TBM من النوع المفتوح: هناك نوعان: حذاء دعم فردي وأحذية دعم مزدوجة. يحتوي نوع حذاء الدعم الفردي على زوج من أحذية الدعم على الجانبين الأيسر والأيمن من العارضة الرئيسية. يمكن أن يستوعب هذا التغييرات في اتجاه الشعاع الرئيسي أثناء الدفع.
يحتوي نوع حذاء الدعم المزدوج على زوج من أحذية الدعم في الأمام وزوج في الخلف. يمكن أن تكون أحذية الدعم الأمامية على شكل 4 (على شكل X-)، أو 2، أو 3 (على شكل T-).
يتم إجراء تصحيح الاتجاه قبل تركيب أحذية الدعم في أي من النوعين، ولكن في نوع حذاء الدعم الفردي، يمكن تغيير الاتجاه أثناء الحفر.
لا يمكن لنوع حذاء الدعم المزدوج تغيير اتجاهه أثناء الحفر، ولكنه أقل تأثرًا بالتغيرات الجيولوجية ويتمتع بأداء جيد في الخط المستقيم-.