اجرای سازه های بزرگ زیرزمینی، انتخاب شکل هندسی و اندازه مقطع، تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری آن ها، تابع خواص ژئومکانیکی و شرایط تنش منطقه می باشد. تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ، خصوصاً سنگ های شکسته مشکل می باشد. در صورت داشتن خواص مقاومتی توده سنگ، طراحی و اجرای سازه هایی که بر سنگ و یا در سنگ قرار دارند با مشکلات کمتری مواجه خواهد شد. برای دستیابی به این مهم یا باید بطور مستقیم با انجام آزمایشات برجا، خواص مقاومتی و تغییرشکل پذیری توده سنگ را تعیین کرد، و یا با استفاده از نتایج ابزار دقیق و به کمک تحلیل برگشتی پارامترهای مقاومتی توده سنگ را ارزیابی کرد. استفاده از تحلیل برگشتی می تواند در این خصوص بسیار با اهمیت و کم هزینه تر از انجام آزمایشات مستقیم باشد. راه آهن اصفهان- شیراز یک پروژه ملی است و شامل پنج تونل به طول 5/4151 متر می باشد. از این پنج تونل، تونل شماره 1 و 2 دارای شرایط تکتونیکی پیچیده ای می باشند. تونل شماره 1 راه آهن اصفهان-شیراز که در این مطالعه مورد تحلیل قرار گرفته است، در زون تحت تنش سنندج-سیرجان واقع شده است. قبل از حفر تونل هیچگونه مطالعات ژئومکانیکی و ژئوفیزیکی جهت شناسایی جنس طبقات و وضعیت آب در مسیر تونل انجام نشده است. این تونل در سازند شمشک متعلق به دوره ژوراسیک واقع شده و از نظر وضعیت و تشکیلات زمین شناسی اغلب شامل شیل های زغالی و لنزهای ماسه سنگی می باشد. در زمان حفرتونل، به دلیل مشکلات ناشی از ناپایداری تونل، مترهای همگرایی جهت اندازه گیری همگرایی دیواره ها بعد ازحفر و در زمان حفاری، نصب شده است. با توجه به تغییرشکل های زیاد که با گذشت زمان مقدار آن ها در حال افزایش بوده است، نیاز به تعیین تنش های برجا و پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ می باشد. در این مطالعه برای اولین بار تحلیل برگشتی بهینه شده مستقیم با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای تونل شماره 1 راه آهن اصفهان- شیراز بوسیله ی نرم افزار سه بعدی تفاضل محدود (flac3d) انجام شده است. مدول الاستیک، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و نسبت تنش های برجا با به کارگیری روش جدیدی تعیین شده اند. در این روش همگرایی تونل بصورت تابعی از این پارامترها درنظرگرفته شد و با انتگرال گیری از دیفرانسیل این تابع، معادلاتی بدست آمد. با حل این معادلات بوسیله ی الگوریتم ژنتیک، پارامترها تعیین شدند. نتایج تحقیق نشان می دهد که پارامترهای محاسبه شده، تطابق خوبی با شرایط زمین شناسی و تکتونیکی منطقه دارند. استفاده از الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که این روش، ابزار قوی برای ارزیابی و بهینه سازی پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ می باشد. انجام تحلیل حساسیت بر روی نسبت تنش های برجا و پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ نشان می دهد که همگرایی تونل به شدت به مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ و نسبت تنش های برجا وابسته می باشد. همچنین در این مطالعه، سیستم نگهداری موقت تونل مورد تحلیل قرار گرفته است. سیستم نگهدارنده موقت تونل مورد مطالعه شامل اجرا و نصب قاب های فولادی و شبکه های فولادی و شاتکریت است. در این مطالعه با استفاده از روش اثر متقابل نگهداری- زمین، بارهای اعمالی بر روی نگهداری موقت تعیین و با استفاده از دیاگرام های ظرفیت نگهداری، ایمنی این سیستم نگهداری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم نگهداری از ایمنی لازم برخوردار نمی باشد.