Sulla base dei requisiti pratici dei produttori di teste portacoltelli TBM, è stato stabilito un flusso di lavoro di progettazione fondamentale per le teste portacoltelli. Integrando le condizioni geologiche di tunneling, i parametri strutturali della testa di taglio e i parametri operativi di tunneling, sono stati sviluppati modelli computazionali per elementi di progettazione chiave-come il layout della fresa, la configurazione di apertura e il design del corpo della testa di taglio-portando alla proposta di una metodologia di progettazione corrispondente per migliorare l'adattabilità della testa di taglio della TBM ad ambienti geologici specifici. Questo flusso di lavoro di progettazione comprende la selezione del tipo di corpo della testa di taglio, la disposizione della lama, la progettazione dello scivolo per il letame e la progettazione della struttura di supporto.
Nelle applicazioni pratiche di ingegneria, la selezione delle frese e la determinazione dei parametri operativi primari (inclusi la spaziatura delle frese, la profondità di penetrazione, la spinta e la coppia) devono essere guidate dalle condizioni geologiche prevalenti. Strumenti come ANSYS vengono utilizzati per condurre simulazioni per l'analisi delle prestazioni meccaniche (in particolare valutando i livelli massimi di deformazione e stress), mentre le simulazioni del metodo degli elementi discreti (DEM) vengono impiegate per analizzare l'efficienza di rimozione del fango. Inoltre, è possibile applicare un metodo di ricostruzione della deformazione-basato sulle reti neurali BP e sull'analisi degli elementi finiti (FEA)-per monitorare la deformazione in punti critici sulla testa di taglio della TBM, affrontando così le sfide associate al monitoraggio della deformazione in condizioni operative severe.
La progettazione delle teste di taglio deve affrontare in modo efficace ambienti geologici complessi, inclusi strati rocciosi ad alta-durezza, strati sabbiosi-ricchi di acqua e formazioni di terreno composite. In particolare, il design delle teste di taglio per le TBM per roccia dura a piena sezione- utilizzate nell'estrazione del carbone differisce da quello delle TBM per roccia dura convenzionali, poiché devono rispettare specifici vincoli dimensionali e di peso imposti dai requisiti per il trasporto e l'assemblaggio sotterraneo. Le innovazioni progettuali sono spesso adattate per soddisfare specifiche richieste di progetto; esempi includono le caratteristiche di progettazione mirate adottate per la TBM da roccia dura del "Caucaso"-come la tecnologia di tunneling sincrono e di costruzione dei segmenti, sistemi di articolazione attivi e teste di taglio rotanti bi-direzionali.
