Con base en los requisitos prácticos de los fabricantes de cabezales de corte para TBM, se ha establecido un flujo de trabajo de diseño fundamental para los cabezales de corte. Al integrar las condiciones geológicas del túnel, los parámetros estructurales del cabezal de corte y los parámetros operativos del túnel, se desarrollaron modelos computacionales para elementos clave de diseño-como el diseño del cortador, la configuración de apertura y el diseño del cuerpo del cabezal de corte-, lo que llevó a la propuesta de una metodología de diseño correspondiente para mejorar la adaptabilidad del cabezal de corte de la tuneladora a entornos geológicos específicos. Este flujo de trabajo de diseño abarca la selección del tipo de cuerpo del cabezal cortador, la disposición de los cortadores, el diseño del conducto de estiércol y el diseño de la estructura de soporte.
En aplicaciones prácticas de ingeniería, la selección de cortadores y la determinación de los parámetros operativos primarios (incluido el espaciamiento de los cortadores, la profundidad de penetración, el empuje y el torque) deben guiarse por las condiciones geológicas predominantes. Se utilizan herramientas como ANSYS para realizar simulaciones para el análisis del rendimiento mecánico (evaluando específicamente los niveles máximos de deformación y tensión), mientras que las simulaciones del Método de Elementos Discretos (DEM) se emplean para analizar la eficiencia de la eliminación de lodo. Además, se puede aplicar un método de reconstrucción de deformación-basado en redes neuronales de BP y análisis de elementos finitos (FEA)-para monitorear la deformación en ubicaciones críticas del cabezal de corte de la TBM, abordando así los desafíos asociados con el monitoreo de deformación en condiciones operativas severas.
El diseño del cabezal cortador debe abordar de manera efectiva entornos geológicos complejos, incluidos estratos de roca de alta-dureza, capas arenosas ricas en agua- y formaciones de suelo compuestas. En particular, el diseño de los cabezales de corte para las tuneladoras de cara completa para roca dura-utilizadas en la minería del carbón difiere del de las tuneladoras de roca dura convencionales, ya que deben cumplir con restricciones específicas de dimensiones y peso impuestas por los requisitos de transporte y montaje subterráneos. Las innovaciones en el diseño con frecuencia se adaptan para satisfacer las demandas específicas del proyecto; Los ejemplos incluyen las características de diseño específicas adoptadas para la tuneladora de roca dura "Cáucaso"-como la tecnología de construcción de segmentos y túneles sincrónicos, sistemas de articulación activa y cabezales de corte giratorios bi-direccionales.
