Berdasarkan persyaratan praktis dari produsen kepala pemotong TBM, alur kerja desain dasar untuk kepala pemotong telah ditetapkan. Dengan mengintegrasikan kondisi terowongan geologi, parameter struktur kepala pemotong, dan parameter terowongan operasional, model komputasi dikembangkan untuk elemen desain utama-seperti tata letak pemotong, konfigurasi bukaan, dan desain badan kepala pemotong-yang mengarah pada usulan metodologi desain yang sesuai untuk meningkatkan kemampuan adaptasi kepala pemotong TBM terhadap lingkungan geologi tertentu. Alur kerja desain ini meliputi pemilihan tipe bodi kepala pemotong, pengaturan pemotong, desain saluran kotoran, dan desain struktur pendukung.
Dalam aplikasi teknik praktis, pemilihan pemotong dan penentuan parameter operasional utama (termasuk jarak pemotong, kedalaman penetrasi, gaya dorong, dan torsi) harus dipandu oleh kondisi geologi yang ada. Alat seperti ANSYS digunakan untuk melakukan simulasi analisis kinerja mekanis (khususnya menilai deformasi maksimum dan tingkat tegangan), sedangkan simulasi Metode Elemen Diskrit (DEM) digunakan untuk menganalisis efisiensi pembuangan kotoran. Selain itu, metode rekonstruksi regangan-berdasarkan jaringan saraf BP dan Analisis Elemen Hingga (FEA)-dapat diterapkan untuk memantau regangan di lokasi kritis pada kepala pemotong TBM, sehingga mengatasi tantangan yang terkait dengan pemantauan regangan dalam kondisi pengoperasian yang parah.
Desain kepala pemotong harus secara efektif mengatasi lingkungan geologi yang kompleks, termasuk-strata batuan dengan kekerasan tinggi, lapisan pasir-yang kaya air, dan formasi tanah komposit. Khususnya, desain kepala pemotong untuk TBM batuan keras seluruh permukaan yang digunakan dalam penambangan batubara berbeda dengan TBM batuan keras konvensional, karena harus mematuhi batasan dimensi dan berat tertentu yang ditentukan oleh persyaratan transportasi dan perakitan bawah tanah. Inovasi desain sering kali disesuaikan untuk memenuhi tuntutan proyek tertentu; contohnya mencakup fitur desain yang ditargetkan yang diadopsi untuk TBM hard rock "Kaukasus"-seperti terowongan sinkron dan teknologi ereksi segmen, sistem artikulasi aktif, dan kepala pemotong berputar dua arah.
