Com base nos requisitos práticos dos fabricantes de cabeças de corte TBM, foi estabelecido um fluxo de trabalho de projeto fundamental para cabeças de corte. Ao integrar condições geológicas de túneis, parâmetros estruturais da cabeça de corte e parâmetros operacionais de túneis, foram desenvolvidos modelos computacionais para os principais elementos do projeto-como layout do cortador, configuração de abertura e projeto do corpo da cabeça de corte-levando à proposta de uma metodologia de projeto correspondente para melhorar a adaptabilidade da cabeça de corte TBM a ambientes geológicos específicos. Este fluxo de trabalho de projeto abrange a seleção do tipo de corpo da cabeça de corte, disposição do cortador, projeto da calha de lama e projeto da estrutura de suporte.
Em aplicações práticas de engenharia, a seleção de fresas e a determinação dos parâmetros operacionais primários (incluindo espaçamento das fresas, profundidade de penetração, empuxo e torque) devem ser orientadas pelas condições geológicas prevalecentes. Ferramentas como ANSYS são utilizadas para realizar simulações para análise de desempenho mecânico (avaliando especificamente os níveis máximos de deformação e tensão), enquanto simulações do Método de Elementos Discretos (DEM) são empregadas para analisar a eficiência de remoção de sujeira. Além disso, um método de reconstrução de deformação-baseado em redes neurais BP e análise de elementos finitos (FEA)-pode ser aplicado para monitorar a deformação em locais críticos na cabeça de corte TBM, abordando assim os desafios associados ao monitoramento de deformação sob condições operacionais severas.
O projeto da cabeça de corte deve abordar com eficácia ambientes geológicos complexos, incluindo estratos rochosos de alta-dureza, camadas arenosas-ricas em água e formações de solo compostas. Notavelmente, o projeto de cabeças de corte para TBMs de rocha dura de face completa usados na mineração de carvão difere daquele dos TBMs convencionais de rocha dura, pois eles devem aderir a restrições dimensionais e de peso específicas impostas pelos requisitos para transporte subterrâneo e montagem. As inovações de design são frequentemente adaptadas para atender às demandas específicas do projeto; exemplos incluem os recursos de design direcionados adotados para o TBM de rocha dura do "Cáucaso",-como tecnologia de construção de túneis e montagem de segmentos síncronos, sistemas de articulação ativa e cabeças de corte rotativas-bidirecionais.
