Sur la base des exigences pratiques des fabricants de têtes de coupe pour tunneliers, un flux de travail de conception fondamental pour les têtes de coupe a été établi. En intégrant les conditions géologiques de creusement de tunnels, les paramètres structurels de la tête de coupe et les paramètres de creusement opérationnels, des modèles informatiques ont été développés pour les éléments de conception clés-tels que la disposition de la fraise, la configuration de l'ouverture et la conception du corps de la tête de coupe-, conduisant à la proposition d'une méthodologie de conception correspondante pour améliorer l'adaptabilité de la tête de coupe du tunnelier à des environnements géologiques spécifiques. Ce flux de travail de conception englobe la sélection du type de corps de la tête de coupe, la disposition des couteaux, la conception de la goulotte à déblais et la conception de la structure de support.
Dans les applications pratiques d'ingénierie, la sélection des couteaux et la détermination des principaux paramètres opérationnels (y compris l'espacement des couteaux, la profondeur de pénétration, la poussée et le couple) doivent être guidées par les conditions géologiques dominantes. Des outils tels qu'ANSYS sont utilisés pour effectuer des simulations pour l'analyse des performances mécaniques (en évaluant spécifiquement les niveaux maximaux de déformation et de contrainte), tandis que les simulations par la méthode des éléments discrets (DEM) sont utilisées pour analyser l'efficacité de l'élimination des déblais. De plus, une méthode de reconstruction de déformation-basée sur les réseaux neuronaux BP et l'analyse par éléments finis (FEA)-peut être appliquée pour surveiller la déformation à des emplacements critiques sur la tête de coupe du tunnelier, relevant ainsi les défis associés à la surveillance des déformations dans des conditions d'exploitation sévères.
La conception de la tête de coupe doit s'adapter efficacement aux environnements géologiques complexes, notamment des strates rocheuses-de haute dureté, des couches sablonneuses-riches en eau et des formations de sol composites. Notamment, la conception des têtes de coupe pour les tunneliers à roche dure pleine face-utilisés dans les mines de charbon diffère de celle des tunneliers à roche dure conventionnels, car ils doivent respecter des contraintes dimensionnelles et de poids spécifiques imposées par les exigences de transport et d'assemblage souterrains. Les innovations en matière de conception sont fréquemment adaptées pour répondre aux demandes spécifiques du projet ; les exemples incluent les caractéristiques de conception ciblées adoptées pour le tunnelier à roche dure "Caucase"-telles que la technologie de tunnelage synchrone et d'érection de segments, les systèmes d'articulation actifs et les têtes de coupe rotatives bidirectionnelles-.
