W oparciu o praktyczne wymagania producentów głowic tnących TBM ustalono podstawowy proces projektowania głowic tnących. Integrując warunki geologiczne drążenia tunelu, parametry konstrukcyjne głowicy urabiającej i parametry operacyjne drążenia tunelu, opracowano modele obliczeniowe kluczowych elementów projektu,-takich jak układ wrębu, konfiguracja otworów i konstrukcja korpusu głowicy urabiającej,-co doprowadziło do propozycji odpowiedniej metodologii projektowania w celu zwiększenia możliwości dostosowania głowicy urabiającej TBM do określonych środowisk geologicznych. Ten proces projektowania obejmuje wybór typu korpusu głowicy tnącej, układu noży, projektu zsypu na obornik i projektu konstrukcji wsporczej.
W praktycznych zastosowaniach inżynierskich przy doborze frezów i określeniu podstawowych parametrów eksploatacyjnych (m.in. rozstawu frezów, głębokości penetracji, ciągu i momentu obrotowego) należy kierować się panującymi warunkami geologicznymi. Narzędzia takie jak ANSYS są wykorzystywane do przeprowadzania symulacji w celu analizy wydajności mechanicznej (w szczególności oceny maksymalnych odkształceń i poziomów naprężeń), natomiast symulacje metodą elementów dyskretnych (DEM) są wykorzystywane do analizy wydajności usuwania brudu. Ponadto metodę rekonstrukcji odkształceń-oparta na sieciach neuronowych BP i analizie elementów skończonych (FEA)-można zastosować do monitorowania odkształceń w krytycznych miejscach głowicy urabiającej TBM, eliminując w ten sposób wyzwania związane z monitorowaniem odkształceń w trudnych warunkach pracy.
Konstrukcja głowicy urabiającej musi skutecznie uwzględniać złożone środowiska geologiczne, w tym warstwy skalne o wysokiej-twardości, warstwy piasku-bogate w wodę i złożone formacje gruntu. Warto zauważyć, że konstrukcja głowic urabiających do pełnych-maszyn TBM do skał twardych stosowanych w górnictwie węgla różni się od konstrukcji konwencjonalnych maszyn TBM do skał twardych, ponieważ muszą one spełniać określone ograniczenia wymiarowe i wagowe nałożone przez wymagania dotyczące transportu podziemnego i montażu. Innowacje projektowe są często dostosowywane do konkretnych wymagań projektu; przykłady obejmują ukierunkowane cechy konstrukcyjne przyjęte w przypadku TBM do skał twardych „Kaukaz”,-takie jak synchroniczne tunelowanie i technologia montażu segmentów, aktywne systemy przegubowe i dwukierunkowe-obrotowe głowice urabiające.
