Berdasarkan keperluan praktikal pengeluar kepala pemotong TBM, aliran kerja reka bentuk asas untuk kepala pemotong telah diwujudkan. Dengan menyepadukan keadaan terowong geologi, parameter struktur kepala pemotong dan parameter terowong operasi, model pengiraan telah dibangunkan untuk elemen reka bentuk utama-seperti reka letak pemotong, konfigurasi bukaan dan reka bentuk badan kepala pemotong-yang membawa kepada cadangan metodologi reka bentuk yang sepadan untuk meningkatkan kebolehsuaian kepala pemotong TBM kepada persekitaran geologi tertentu. Aliran kerja reka bentuk ini merangkumi pemilihan jenis badan kepala pemotong, susunan pemotong, reka bentuk pelongsor kotoran dan reka bentuk struktur sokongan.
Dalam aplikasi kejuruteraan praktikal, pemilihan pemotong dan penentuan parameter operasi utama (termasuk jarak pemotong, kedalaman penembusan, tujahan, dan tork) mesti berpandukan keadaan geologi semasa. Alat seperti ANSYS digunakan untuk menjalankan simulasi untuk analisis prestasi mekanikal (khususnya menilai ubah bentuk maksimum dan tahap tegasan), manakala simulasi Kaedah Elemen Diskret (DEM) digunakan untuk menganalisis kecekapan penyingkiran kotoran. Tambahan pula, kaedah pembinaan semula terikan-berdasarkan rangkaian neural BP dan Analisis Elemen Terhad (FEA)-boleh digunakan untuk memantau terikan di lokasi kritikal pada kepala pemotong TBM, dengan itu menangani cabaran yang berkaitan dengan pemantauan terikan di bawah keadaan operasi yang teruk.
Reka bentuk kepala pemotong mesti menangani persekitaran geologi yang kompleks dengan berkesan, termasuk-strata batuan kekerasan tinggi,-lapisan berpasir kaya air dan pembentukan tanah komposit. Terutamanya, reka bentuk kepala pemotong untuk TBM batu keras muka penuh-yang digunakan dalam perlombongan arang batu berbeza daripada TBM batu keras konvensional, kerana mereka mesti mematuhi kekangan dimensi dan berat khusus yang dikenakan oleh keperluan untuk pengangkutan dan pemasangan bawah tanah. Inovasi reka bentuk sering disesuaikan untuk memenuhi permintaan projek tertentu; contohnya termasuk ciri reka bentuk yang disasarkan yang diguna pakai untuk TBM batu keras "Caucasus"-seperti terowong segerak dan teknologi pendirian segmen, sistem artikulasi aktif dan-pemotongan berputar dua arah.
