استنادًا إلى المتطلبات العملية لمصنعي رؤوس القطع TBM، تم إنشاء سير عمل التصميم الأساسي لرؤوس القطع. من خلال دمج ظروف حفر الأنفاق الجيولوجية، والمعلمات الهيكلية لرأس القطع، ومعلمات حفر الأنفاق التشغيلية، تم تطوير نماذج حسابية لعناصر التصميم الرئيسية-مثل تخطيط القاطع، وتكوين الفتح، وتصميم جسم رأس القاطع-مما يؤدي إلى اقتراح منهجية تصميم مقابلة لتعزيز قدرة رأس القطع في TBM على التكيف مع بيئات جيولوجية محددة. يشمل سير عمل التصميم هذا اختيار نوع جسم رأس القاطع، وترتيب القاطع، وتصميم شلال الوحل، وتصميم هيكل الدعم.
في التطبيقات الهندسية العملية، يجب أن يسترشد اختيار القواطع وتحديد المعلمات التشغيلية الأساسية (بما في ذلك تباعد القواطع، وعمق الاختراق، والدفع، وعزم الدوران) بالظروف الجيولوجية السائدة. يتم استخدام أدوات مثل ANSYS لإجراء عمليات محاكاة لتحليل الأداء الميكانيكي (تقييم الحد الأقصى لمستويات التشوه والإجهاد على وجه التحديد)، في حين يتم استخدام عمليات محاكاة طريقة العناصر المنفصلة (DEM) لتحليل كفاءة إزالة الوحل. علاوة على ذلك، يمكن تطبيق طريقة إعادة بناء السلالة-المعتمدة على شبكات BP العصبية وتحليل العناصر المحدودة (FEA)-لمراقبة الضغط في المواقع الحرجة على رأس قاطع TBM، وبالتالي معالجة التحديات المرتبطة بمراقبة الضغط في ظل ظروف التشغيل القاسية.
يجب أن يتعامل التصميم القاطع بشكل فعال مع البيئات الجيولوجية المعقدة، بما في ذلك-الطبقات الصخرية عالية الصلابة، والطبقات الرملية الغنية بالمياه-، والتكوينات الأرضية المركبة. ومن الجدير بالذكر أن تصميم رؤوس القطع لآلات حفر الصخور الصلبة ذات الوجه الكامل- المستخدمة في تعدين الفحم يختلف عن تصميم آلات حفر الصخور الصلبة التقليدية، حيث يجب أن تلتزم بقيود الأبعاد والوزن المحددة التي تفرضها متطلبات النقل والتجميع تحت الأرض. يتم تصميم ابتكارات التصميم في كثير من الأحيان لتلبية متطلبات المشروع المحددة؛ تتضمن الأمثلة ميزات التصميم المستهدفة المعتمدة لآلات حفر الصخور الصلبة "القوقازية"-مثل الأنفاق المتزامنة وتقنية إنشاء الأجزاء، وأنظمة المفصلة النشطة، ورؤوس القطع الدوارة ثنائية الاتجاه-.
