Na základě praktických požadavků výrobců řezných hlav TBM byl stanoven základní konstrukční postup pro řezné hlavy. Integrací podmínek geologického tunelování, strukturálních parametrů frézovací hlavy a provozních parametrů tunelování byly vyvinuty výpočtové modely pro klíčové prvky návrhu-, jako je uspořádání frézy, konfigurace otvoru a konstrukce těla frézovací hlavy-, což vedlo k návrhu odpovídající metodologie návrhu pro zlepšení přizpůsobivosti frézovací hlavy TBM konkrétním geologickým prostředím. Tento pracovní postup při návrhu zahrnuje výběr typu těla řezací hlavy, uspořádání řezačky, design skluzu a návrh nosné konstrukce.
V praktických strojírenských aplikacích se musí výběr fréz a stanovení primárních provozních parametrů (včetně rozteče fréz, hloubky vniku, tahu a krouticího momentu) řídit převládajícími geologickými podmínkami. Nástroje jako ANSYS se používají k provádění simulací pro analýzu mechanického výkonu (konkrétně hodnocení maximální deformace a úrovně napětí), zatímco simulace pomocí metody diskrétních prvků (DEM) se používají k analýze účinnosti odstraňování bahna. Kromě toho lze použít metodu rekonstrukce napětí-založenou na BP neuronových sítích a analýze konečných prvků (FEA)-k monitorování napětí na kritických místech řezné hlavy TBM, čímž se řeší problémy spojené s monitorováním napětí za náročných provozních podmínek.
Konstrukce řezné hlavy musí účinně řešit složitá geologická prostředí, včetně vysoce{0}}tvrdých horninových vrstev, písčitých vrstev bohatých na vodu{1} a kompozitních zemních útvarů. Je pozoruhodné, že konstrukce řezných hlavic pro celočelní TBM z tvrdé horniny používané při těžbě uhlí se liší od konvenčních TBM z tvrdé horniny, protože musí splňovat specifická rozměrová a hmotnostní omezení stanovená požadavky na podzemní přepravu a montáž. Inovace designu jsou často přizpůsobeny konkrétním požadavkům projektu; příklady zahrnují cílené konstrukční prvky přijaté pro „kavkazský“ hardrock TBM-, jako je synchronní tunelování a technologie vztyčování segmentů, aktivní artikulační systémy a obou-směrně rotující řezné hlavy.
