Gebaseerd op de praktische vereisten van fabrikanten van TBM-messenkoppen, is een fundamentele ontwerpworkflow voor messenkoppen opgesteld. Door geologische tunnelcondities, structurele parameters van de messenkooi en operationele tunnelparameters te integreren, zijn computationele modellen ontwikkeld voor belangrijke ontwerpelementen-zoals kotterindeling, openingsconfiguratie en ontwerp van de kotterkopromp-wat heeft geleid tot het voorstel van een overeenkomstige ontwerpmethodologie voor het verbeteren van het aanpassingsvermogen van de TBM-maaidek aan specifieke geologische omgevingen. Deze ontwerpworkflow omvat de selectie van het carrosserietype van de messenkooi, de opstelling van de messen, het ontwerp van de mestgoot en het ontwerp van de ondersteuningsstructuur.
In praktische technische toepassingen moet de selectie van kotters en de bepaling van primaire operationele parameters (waaronder de kotterafstand, penetratiediepte, stuwkracht en koppel) worden geleid door de heersende geologische omstandigheden. Tools zoals ANSYS worden gebruikt om simulaties uit te voeren voor analyse van mechanische prestaties (met name het beoordelen van maximale vervormings- en spanningsniveaus), terwijl simulaties van de Discrete Element Method (DEM) worden gebruikt om de efficiëntie van het verwijderen van vuil te analyseren. Bovendien kan een rekreconstructiemethode-gebaseerd op BP-neurale netwerken en eindige-elementenanalyse (FEA)- worden toegepast om spanning op kritieke locaties op de TBM-snijkop te monitoren, waardoor de uitdagingen worden aangepakt die gepaard gaan met spanningsmonitoring onder zware bedrijfsomstandigheden.
Het ontwerp van de cutterhead moet effectief omgaan met complexe geologische omgevingen, waaronder rotslagen met hoge-hardheid, water-rijke zandlagen en samengestelde grondformaties. Met name het ontwerp van de freeskoppen voor TBM's met volledig -vlak hardsteen die worden gebruikt in de steenkoolmijnbouw verschilt van dat van conventionele hardsteen TBM's, omdat ze moeten voldoen aan specifieke afmetingen en gewichtsbeperkingen die worden opgelegd door de eisen voor ondergronds transport en assemblage. Ontwerpinnovaties worden vaak op maat gemaakt om aan specifieke projecteisen te voldoen; voorbeelden zijn onder meer de gerichte ontwerpkenmerken die zijn toegepast voor de hardrock-TBM in de "Kaukasus"-zoals synchrone tunneling en segmentbouwtechnologie, actieve articulatiesystemen en bi-directionele roterende snijkoppen.
