Pe baza cerințelor practice ale producătorilor de capete de tăiere TBM, a fost stabilit un flux de lucru fundamental de proiectare pentru capete de tăiere. Prin integrarea condițiilor geologice de tunel, a parametrilor structurali ai capului de tăiere și a parametrilor operaționali de tunel, au fost dezvoltate modele de calcul pentru elemente cheie de proiectare-cum ar fi aspectul frezei, configurația deschiderii și designul corpului capului de tăiere-, conducând la propunerea unei metodologii de proiectare corespunzătoare pentru îmbunătățirea adaptabilității capetelor de tăiere TBM la medii geologice specifice. Acest flux de lucru de proiectare cuprinde selecția tipului de corp al capului de tăiere, aranjamentul frezei, designul jgheabului de gunoi și designul structurii de susținere.
În aplicațiile practice de inginerie, selecția frezelor și determinarea parametrilor operaționali primari (inclusiv distanța dintre tăietori, adâncimea de penetrare, forța și cuplul) trebuie să fie ghidate de condițiile geologice predominante. Instrumente precum ANSYS sunt utilizate pentru a efectua simulări pentru analiza performanțelor mecanice (evaluând în mod specific deformarea maximă și nivelurile de solicitare), în timp ce simulările cu metoda elementelor discrete (DEM) sunt folosite pentru a analiza eficiența îndepărtării noroiului. În plus, o metodă de reconstrucție a deformarii-bazată pe rețelele neuronale BP și analiza cu elemente finite (FEA)-poate fi aplicată pentru a monitoriza deformarea în locații critice de pe capul de tăiat TBM, abordând astfel provocările asociate cu monitorizarea deformarii în condiții severe de operare.
Proiectarea capului de tăiere trebuie să abordeze în mod eficient mediile geologice complexe, inclusiv straturi de rocă cu duritate mare-, straturi nisipoase bogate în apă- și formațiuni de sol compozit. În special, designul capetelor de tăiere pentru tunelurile cu rocă dură complet-utilizate în mineritul cărbunelui diferă de cel al tunelurilor cu rocă dură convențională, deoarece acestea trebuie să respecte constrângerile dimensionale și de greutate specifice impuse de cerințele pentru transportul și asamblarea subterane. Inovațiile de design sunt adesea adaptate pentru a răspunde cerințelor specifice ale proiectului; exemplele includ caracteristicile de proiectare vizate adoptate pentru tunelul de rocă dură „Caucaz”-cum ar fi tehnologia de tunel sincron și de ridicare a segmentelor, sistemele de articulație activă și capete de tăiere rotative bi-.
