Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị thi công tuyến ngầm thì từ những khiên thủ công sơ khai ban đầu nay đã được cải tiến và hoàn thiện hơn nhiều. Ngày nay khi nói đến thi công bằng khiên ta hiểu là công nghệ mà ở đó thiết bị thi công là một tổ hợp xây lắp tuyến ngầm được bảo vệ bởi khiên (shield) có kích thước giống hệt mặt cắt ngoài của tuyến tunnel cần xây dựng, khiên này ngoài nhiệm vụ che chống áp lực địa tầng còn có thể tiến lên trong địa tầng. Bên trong vỏ khiên này là cả một tổ hợp xây dựng, đoạn đầu khiên có mâm dao cắt để cắt đất đá (mâm dao tròn phẳng như cái mâm trên bề mặt có các đĩa cắt nên đôi khi còn được dịch là “máy thông hầm tấm phẳng”), phía sau mâm dao là khoang che chống gương đào, đoạn giữa của khiên được lắp các kích đẩy cho mâm dao tiến lên, đuôi của khiên lắp các ống bê tông vỏ hầm đúc
sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm vĩnh cửu. Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng (một đốt), thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng có phụ gia vào khoang hở phía sau lưng vỏ tunnel để giữ ổn định tầng đất sau thi công, tránh cho mặt đất không bị lún xuống. Để đẩy khiên tiến về phía trước các gối tựa đầu mút của các xi lanh thuỷ lực được chống vào đốt vỏ tunnel cuối cùng vừa lắp đặt xong để đẩy khiên tiến lên.
Khi thi công trong nền đá cứng người ta dùng các chân chống thuỷ lực (GRIPPER SHOES) tỳ vào vách lò để đẩy tổ hợp khiên tiến lên. Có hai loại tổ hợp đào lò trong đá cứng: tổ hợp máy đào đá cứng không cần khiên bảo vệ và tổ hợp máy đào đá cứng với khiên bảo vệ (loại đơn và loại đôi).
1. Tổ hợp khiên thường (non pressure balance): Dùng để đào tunnel trong điều kiện địa chất tốt ít nước ngầm, chiều dài tunnel > 750m. Trong công nghệ này tất cả mọi công đoạn đều được cơ giới hoá hoàn toàn, đất được đào ra nhờ mâm dao phía trước tổ hợp khiên.
2. Tổ hợp khiên giữ gương đào bằng đất EPB: Tổ hợp này được dùng để đào tunnel tại những vùng đất yếu, đất chảy nhưng ít thấm nước dạng đất sét và pha sét. Trên thế giới được dùng để thi công các tuyến Metro ngầm trong thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất như đã nói ở trên. Chi tiết sơ đồ công nghệ và bố trí thiết bị xem trong chương sau.
3. Tổ hợp khiên giữ gương đào bằng dung dịch betonite SPB: Tổ hợp này được dùng để đào tunnel tại những vùng đất yếu, đất chảy rất nhiều nước ngầm. Dung dịch betonite cùng với gối khí nén tạo ra áp lực đủ lớn để khống chế áp lực nước ngầm, đảm bảo cho gương đào không bị sạt lở. Trên thế giới được dùng để thi công các tuyến Metro ngầm trong thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất như đã nói ở trên.
4. Tổ hợp khiên hỗn hợp Mix shield: Đây là tổ hợp khiên hoạt động trên nguyên tắc giữ gương đào của cả hai loại khiên trên. Tổ hợp này được thiết kế theo modul, tức là theo từng cụm có thể thay thế linh hoạt. Nhờ phương án trên các cụm của tổ hợp có thể thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu giữ gương đào tương ứng với từng điều kiện địa chất cụ thể. Sơ đồ công nghệ và bố trí thiết bị theo cả hai tổ hợp SPB và SPB chương 4.