ตามความต้องการในทางปฏิบัติของผู้ผลิตหัวกัด TBM ขั้นตอนการออกแบบขั้นพื้นฐานสำหรับหัวกัดได้ถูกสร้างขึ้น ด้วยการบูรณาการเงื่อนไขทางธรณีวิทยาของอุโมงค์ พารามิเตอร์โครงสร้างของหัวตัด และพารามิเตอร์ในการดำเนินงานของอุโมงค์ แบบจำลองการคำนวณได้รับการพัฒนาสำหรับองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญ-เช่น เค้าโครงของเครื่องตัด การกำหนดค่าการเปิด และการออกแบบตัวของหัวตัด- ซึ่งนำไปสู่ข้อเสนอของวิธีการออกแบบที่สอดคล้องกันเพื่อเพิ่มความสามารถในการปรับตัวของหัวตัด TBM กับสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาที่เฉพาะเจาะจง ขั้นตอนการออกแบบนี้ครอบคลุมถึงการเลือกประเภทของหัวตัด การจัดเรียงเครื่องตัด การออกแบบรางโคลน และการออกแบบโครงสร้างรองรับ
ในการใช้งานจริงทางวิศวกรรม การเลือกหัวกัดและการกำหนดพารามิเตอร์การทำงานหลัก (รวมถึงระยะห่างของหัวกัด ความลึกของการเจาะ แรงขับ และแรงบิด) จะต้องได้รับคำแนะนำจากสภาพทางธรณีวิทยาที่เป็นอยู่ เครื่องมือต่างๆ เช่น ANSYS ถูกนำมาใช้ในการจำลองสำหรับการวิเคราะห์สมรรถนะทางกล (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประเมินการเสียรูปสูงสุดและระดับความเครียด) ในขณะที่การจำลองแบบ Discrete Element Method (DEM) ถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพการกำจัดโคลน นอกจากนี้ วิธีการสร้างความเครียดใหม่-โดยอาศัยโครงข่ายประสาทเทียมของ BP และการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA)- สามารถนำไปใช้ในการตรวจสอบความเครียดที่ตำแหน่งสำคัญบนหัวตัด TBM ได้ ดังนั้นจึงจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความเครียดภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง
การออกแบบหัวคัตเตอร์ต้องจัดการกับสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึง-ชั้นหินที่มีความแข็งสูง - ชั้นทรายที่อุดมไปด้วยน้ำ และการก่อตัวของพื้นดินแบบประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การออกแบบหัวตัดสำหรับ TBM ฮาร์ดร็อคหน้าเต็ม-ที่ใช้ในการทำเหมืองถ่านหินนั้นแตกต่างจาก TBM ฮาร์ดร็อคทั่วไป เนื่องจากต้องปฏิบัติตามข้อจำกัดด้านมิติและน้ำหนักเฉพาะที่กำหนดโดยข้อกำหนดสำหรับการขนส่งและการประกอบใต้ดิน นวัตกรรมการออกแบบมักได้รับการปรับแต่งให้ตรงตามความต้องการเฉพาะของโครงการ ตัวอย่างรวมถึงคุณลักษณะการออกแบบที่ตรงเป้าหมายที่ใช้สำหรับ TBM ฮาร์ดร็อก "คอเคซัส"- เช่น เทคโนโลยีการสร้างอุโมงค์และการสร้างเซ็กเมนต์แบบซิงโครนัส ระบบข้อต่อแบบแอคทีฟ และ-หัวตัดแบบหมุนได้สองทิศทาง
