A partir dels requisits pràctics dels fabricants de capçals de tall TBM, s'ha establert un flux de treball de disseny fonamental per a capçals de tall. Mitjançant la integració de les condicions de túnel geològic, els paràmetres estructurals del capçal de tall i els paràmetres operacionals del túnel, es van desenvolupar models computacionals per a elements clau de disseny-com ara la disposició del tallador, la configuració d'obertura i el disseny del cos del capçal de tall-, que va conduir a la proposta d'una metodologia de disseny corresponent per millorar l'adaptabilitat del capçal de tall TBM a entorns geològics específics. Aquest flux de treball de disseny abasta la selecció del tipus de cos del capçal de tall, la disposició del tallador, el disseny de la canal de fang i el disseny de l'estructura de suport.
En aplicacions pràctiques d'enginyeria, la selecció de talladores i la determinació dels paràmetres operatius primaris (incloent-hi l'espai de les talles, la profunditat de penetració, l'empenta i el parell) s'han de guiar per les condicions geològiques predominants. Eines com ANSYS s'utilitzen per dur a terme simulacions per a l'anàlisi del rendiment mecànic (específicament per avaluar els nivells màxims de deformació i tensió), mentre que les simulacions del mètode d'elements discrets (DEM) s'utilitzen per analitzar l'eficiència d'eliminació de fang. A més, es pot aplicar un mètode de reconstrucció de tensió-basat en xarxes neuronals BP i anàlisi d'elements finits (FEA)- per controlar la tensió en llocs crítics del capçal de tall de la TBM, abordant així els reptes associats amb el control de la tensió en condicions de funcionament severes.
El disseny de cutterhead ha d'abordar amb eficàcia entorns geològics complexos, com ara estrats de roca d'alta -duresa, capes de sorra riques-d'aigua i formacions de terra composta. En particular, el disseny de capçals de tall per a tunelers de roca dura-de cara completa que s'utilitzen a la mineria del carbó difereix del de les tuneres de roca dura convencionals, ja que han d'adherir-se a restriccions dimensionals i de pes específiques imposades pels requisits de transport i muntatge subterranis. Les innovacions de disseny s'adapten sovint per satisfer les demandes específiques del projecte; els exemples inclouen les característiques de disseny orientades adoptades per a la TBM de roca dura "Càucas"-com ara la tecnologia de túnel síncron i d'erecció de segments, sistemes d'articulació activa i capçals de tall giratoris bi-.
