Baserat på de praktiska kraven från tillverkare av TBM-klipphuvuden har ett grundläggande designarbetsflöde för skärhuvuden etablerats. Genom att integrera geologiska tunnlingsförhållanden, klipphuvudets strukturella parametrar och operationella tunnelparametrar utvecklades beräkningsmodeller för viktiga designelement-såsom fräslayout, öppningskonfiguration och klipphuvudkroppsdesign-vilket ledde till förslaget om en motsvarande konstruktionsmetodik för att förbättra TBM:s geologiska miljöanpassningsförmåga till specifik anpassning till specifik geologisk miljö. Detta designarbetsflöde omfattar valet av skärhuvudets kroppstyp, skärarrangemang, utformning av muckränna och design av stödstruktur.
I praktiska tekniska tillämpningar måste valet av fräsar och bestämningen av primära driftsparametrar (inklusive fräsavstånd, penetrationsdjup, dragkraft och vridmoment) styras av de rådande geologiska förhållandena. Verktyg som ANSYS används för att utföra simuleringar för mekanisk prestandaanalys (specifik bedömning av maximal deformation och spänningsnivåer), medan simuleringar med diskret elementmetod (DEM) används för att analysera effektiviteten för avlägsnande av smuts. Dessutom kan en töjningsrekonstruktionsmetod-baserad på BP-neurala nätverk och Finite Element Analysis (FEA)- användas för att övervaka spänningar på kritiska platser på TBM-skärhuvudet, och därigenom ta itu med de utmaningar som är förknippade med spänningsövervakning under svåra driftsförhållanden.
Skärhuvudsdesign måste effektivt ta itu med komplexa geologiska miljöer, inklusive hög-hårdhet bergslag, vatten-rika sandiga lager och sammansatta markformationer. Framför allt skiljer sig utformningen av skärhuvuden för hel-hårdbergs-TBM som används i kolbrytning från den för konventionella hårdrock-TBM, eftersom de måste följa specifika dimensions- och viktbegränsningar som ställs av kraven för underjordisk transport och montering. Designinnovationer skräddarsys ofta för att möta specifika projektkrav; exempel inkluderar målinriktade designfunktioner som antagits för "Kaukasus" hårdrocks-TBM-såsom synkron tunnling och segmentkonstruktionsteknik, aktiva ledsystem och dubbelriktade roterande skärhuvuden.
