بر اساس الزامات عملی سازندگان سر برش TBM، یک گردش کار طراحی اساسی برای سر برش ایجاد شده است. با یکپارچهسازی شرایط تونلسازی زمینشناسی، پارامترهای ساختاری سر برش و پارامترهای تونلسازی عملیاتی، مدلهای محاسباتی برای عناصر کلیدی طراحی-مانند چیدمان کاتر، پیکربندی دهانه، و طراحی بدنه سر برش- توسعه یافتند که منجر به پیشنهاد یک روش طراحی متناظر برای افزایش سازگاری محیط هد برش با TBM خاص شد. این گردش کار طراحی شامل انتخاب نوع بدنه سر برش، آرایش کاتر، طراحی ناودان مخفی و طراحی ساختار پشتیبانی می شود.
در کاربردهای مهندسی عملی، انتخاب کاترها و تعیین پارامترهای عملیاتی اولیه (شامل فاصله برش، عمق نفوذ، رانش و گشتاور) باید بر اساس شرایط زمین شناسی غالب هدایت شود. ابزارهایی مانند ANSYS برای انجام شبیهسازی برای تجزیه و تحلیل عملکرد مکانیکی (بهویژه ارزیابی حداکثر تغییر شکل و سطوح تنش)، در حالی که شبیهسازیهای روش عنصر گسسته (DEM) برای تجزیه و تحلیل راندمان حذف لجن استفاده میشوند. علاوه بر این، یک روش بازسازی کرنش مبتنی بر شبکههای عصبی BP و تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA)- را میتوان برای نظارت بر کرنش در مکانهای بحرانی بر روی سر برش TBM اعمال کرد، در نتیجه چالشهای مرتبط با پایش کرنش در شرایط عملیاتی شدید را برطرف کرد.
طراحی سر برش باید به طور موثر به محیطهای زمینشناسی پیچیده، از جمله-لایههای سنگی با سختی بالا، لایههای شنی غنی از آب{{1} و سازندهای زمینی مرکب بپردازد. قابل توجه است که طراحی سرهای برش برای TBMهای سنگ سخت تمام- که در استخراج زغال سنگ استفاده میشوند با TBMهای سنگ سخت معمولی متفاوت است، زیرا آنها باید به محدودیتهای ابعادی و وزنی که توسط الزامات حمل و نقل و مونتاژ زیرزمینی تحمیل میشوند، پایبند باشند. نوآوری های طراحی اغلب برای پاسخگویی به خواسته های پروژه خاص طراحی می شوند. نمونهها شامل ویژگیهای طراحی هدفمند اتخاذ شده برای TBM سنگ سخت "قفقاز"-مانند تونلزنی همزمان و فناوری نصب بخش، سیستمهای مفصلبندی فعال، و سرهای برش دو جهته دوار میشوند.
