تراوش آب زیرزمینی به درون تونل از مشکلات اساسی در روند ساخت و بهره برداری این فضای زیرزمینی است. این مسئله در مرحله حفاری از توانائی عملیاتی گروه اجرائی کاسته و سبب افزایش زمان پیشروی و در نهایت به تعویق افتادن زمان بهره برداری و نیز تخصیص هزینه های از پیش تعیین نشده می شود. چنانچه پیش بینی حجم تراوش در مراحل مختلف حفر با دید واقع بینانه ای صورت گیرد، امکان تجهیز گروه عملیاتی برای مقابله و کنترل تراوش بیشتر خواهد شد. قطعه دوم تونل انتقال آب زاگرس با طولی بالغ بر 26 کیلومتر با عبور از سازند های هیدروکربوری و توده سنگ های درزه دار بخشی از طرح انتقال آب به دشت های گرمسیری غرب کشور می باشد که به دلیل تراوش شدید آب در مراحل مختلف حفر با مشکلات عدیده ای روبرو می باشد. تخمین تراوش آب در توده سنگ درزه دار به دلیل تاثیر ویژگی های درزه نظیر جهت داری و فاصله داری، همواره با مشکلات فراوانی همراه است. در مطالعه پیش رو اصول حرکت آب در توده سنگ درزه دار بررسی شده و سپس روش های متداول تحلیلی و تجربی در محاسبه نرخ تراوش آب به درون تونل ارائه می گردد. نتایج حاصل از این روابط نشان می دهد که به دلیل فرض پیوستگی در توده سنگ، کاربرد این روابط در محیط ناپیوسته همواره با خطای قابل ملاحظه ای روبروست. در ادامه تحقیق به منظور بررسی و تخمین نرخ تراوش آب به درون تونل، به حل عددی این مسئله در محیط ناپیوسته و به روش المان مجزا پرداخته شده است. حل عددی این مسئله به کمک نرم افزار udec صورت گرفته که نتایج حاصل از آن تطابق بهتری با مقادیر تراوش مشاهده ای در تونل زاگرس دارد. با توجه به ویژگی مدل های عددی اعتبار سنجی شده، پیش بینی تراوش در مقاطع حفر نشده تونل مذکور صورت گرفت. ضمن اینکه به منظور بررسی میزان تاثیر ویژگی های درزه بر نرخ تراوش، تحلیل پارامتری انجام شدکه در این تحلیل ویژگی بازشدگی، فاصله داری و جهت داری درزه و نیز تاثیر سطح آب زیرزمینی بر تراوش مورد بررسی قرار گرفت. در پایان تحقیق ضمن بررسی انواع روش های کنترل تراوش آب در تونل و با توجه به میزان تراوش پیش بینی شده، سیستم کنترل تراوش برای تونل بلند زاگرس ارائه و پیشنهاد گردید.

افزایش تمرکز جمعیت شهری و کمبود فضای سطحی برای گسترش معابر، تمایل برای استفاده از فضاهای زیرزمینی را افزایش داده است. با توجه به اینکه بیشتر شهرهای بزرگ بر بستری نامطلوب از نظر زمین شناسی بنا شده اند، حفاری زیرزمینی (تونل) در این مناطق با مخاطراتی همراه است. شرایط پایداری سینه کار پیشروی در هر دو روش سنتی و مکانیزه تمام مقطع (tbm) از اهمیت زیادی برخوردار است. ناکافی بودن فشار نگهداری ریزش سینه کار و نشست سطح زمین را به همراه دارد و مقدار زیاد آن باعث بالازدگی (blowout) می شود در حالیکه دومی فقط در موارد استفاده از سپرهای تحت فشار و حفاری مکانیزه تمام مقطع اتفاق می افتد. در این تحقیق مقدار فشار نگهداری سینه کار برای دستگاه متعادل کننده فشار زمین (epb) مورد استفاده در خط 3 متروی تهران برآورد می شود. این عمل با استفاده از شبیه سازی با تکنیک مونت کارلو و روش عددی صورت می پذیرد. در فرآیند شبیه سازی داده های تصادفی بر اساس تابع توزیع تجمعی هر پارامتر تولید شده و در قالب روابط تحلیلی و تجربی قرار می گیرد سپس احتمال فاکتور ایمنی برای هر فشار نگهداری بدست آمده، محاسبه می شود. برای انجام محاسبات با استفاده از روش عددی، plaxis3d tunnel که یک نرم افزار المان محدود است بکار گرفته شد. مقادیر بدست آمده برای فشار نگهداری سینه کار در برابر ریزش با مقادیر واقعی مورد مقایسه قرار گرفت. با قرار دادن پارامتر های حاصل از شبیه سازی در روابط بروئر نزدیکترین نتایج به مقادیر واقعی حاصل شد. در نبود مقادیر واقعی، مقادیر بدست آمده از روش های مذکور برای فشار نگهداری در برابر بالازدگی با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل از روش بالتائوس و روش عددی با یکدیگر تطابق بهتری داشتند.

ارزیابی برهم کنش بین فضای زیرزمینی جدید و فضاهای زیرزمینی موجود و ارائه راهکارهای مناسب یکی از مهمترین موضوعات تونل¬سازی در محیط شهری است که توجه به آن از اهمیت خاصی برخوردار است. در برخی موارد ضروری است تا تونل¬ها در مجاورت یکدیگر حفاری گردند که این امر منجر به ایجاد تاثیرات اندرکنش مهمی می¬شود. در این مطالعه با مدل¬سازی سه¬بعدی عددی تونل¬های دوقلوی خط 1 (سهند و سبلان) و تونل تکی خط 2 قطار شهری تبریز، الگوی تغییرشکل ایجاد شده در سیستم نگهداری تونل¬های سهند و سبلان، در نتیجه عبور تونل خط 2 با فواصل افقی مختلف از مجاورت آنها، تعیین گردید. همچنین نیروها و ممان¬های اعمال شده روی پوشش بتنی تونل¬های دوقلو در نتیجه عبور تونل تکی با فواصل افقی و قائم مختلف از مجاورت آنها، پایش و برای پوشش بتنی ضریب ایمنی اختصاص داده شد. همچنین پایداری حفاری تونل تکی، هنگامی که با فواصل و اعماق مختلف از مجاورت تونل¬های موجود خط 1 عبور می¬کند، با استفاده از روش کرنش بحرانی ساکورائی بررسی گردید. سپس تاثیر حفاری این تونل با فواصل و اعماق مختلف روی نشست اولیه ایجاد شده در سطح زمین وساختمان¬های مجاور که در اثر حفاری تونل¬های دوقلو ایجاد شده است، بررسی شد. جهت بررسی میزان نشست سطح زمین از معیار کرامر و روش عددی تفاضل محدود (نرم افزار flac 3d) استفاده شده است. در نهایت پایداری ستون قرار گرفته مابین تونل تکی و تونل¬های دوقلو، در شرایط فواصل و اعماق مختلف تونل خط 2، مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده حفاری تونل تکی پوشش بتنی تونل¬های دوقلو را اندکی به سمت مخالف و بالا جابجا می¬کند و جابجایی پوشش بتنی تونل¬های دوقلو با کاهش فاصله افقی تونل تکی از تونل¬های مذکور افزایش می¬یابد. همچنین پوشش بتنی تونل¬های دوقلو در مقابل نیروها و ممان¬های وارده در اثر حفاری تونل تکی با فواصل قائم و افقی مختلف با ضریب ایمنی بالا پایدار می¬باشد. به علاوه، جابجایی¬های ایجاد شده در حین حفاری در دیواره تونل تکی در فواصل افقی و قائم ذکر شده در محدوده مجاز قرار می¬گیرند. همچنین مقدار نشست حداکثر و شیب حداکثر منحنی نشست با کاهش فاصله افقی تونل تکی از تونل¬های دوقلو در جهت تاثیر بیشتر بر سازه¬های سطحی تغییر کرده¬اند. در نهایت نتایج حاکی از گسترش تغییرشکل¬های پلاستیک در ستون قرارگرفته مابین تونل¬های دوقلو و تونل تکی در فاصله افقی معادل 5/1 برابر قطر تونل تکی می¬باشند.

یکی از ماشین آلات حفاری برای ایجاد فضاهای زیرزمینی، ماشین حفاری تمام مقطع (tbm) می باشد. در کنار استفاده از این ماشین، به منظور جلوگیری از نشست زمین و ورود جریان آب به داخل تونل حفر شده و نگهداری از ماشین و تجهیزات مربوط به آن و تسریع انجام پروژه، در حین حفاری از سگمنت های پیش ساخته بتنی استفاده می شود. به کار گیری این نوع قطعات بتنی به علت تفاوت میان شعاع حفر شده توسط دستگاه و شعاع خارجی سگمنت ها مستلزم استفاده از دوغاب به عنوان ماده پرکننده فضای خالی میان سگمنت و دیواره حفر شده می باشد. این دوغاب به علاوه برای کاهش نشست زمین، اتصال یکنواخت و یکدست میان زمین و سگمنت و نگه داشتن سگمنتهای به کار برده شده در جای خود به کار می رود. این نوع دوغاب از مخلوط موادی از قبیل سیمان، بنتونیت، آب و مواد افزودنی دیگر با نسبت های خاص ساخته می شود. با توجه به موارد استفاده این نوع دوغاب، هدف از انجام این پروژه ارائه طرح اختلاط به منظور استفاده در عملیات تزریق پشت سگمنت در پروژه خط 7 متروی تهران می باشد. در این پروژه با توجه به سطح آب های زیرزمینی و موقعیت تونل، طرح اختلاط ارائه شد. دوغاب مناسب، دوغابی می باشد که تمامی ملزومات اجرایی، فنی و هزینه ای را به خوبی تأمین نماید. بدین منظور، در مرحله اول آزمایشات، از میان 60 طرح اختلاط، 9 طرح که از لحاظ فنی و هزینه ای دارای شرایط مناسب بودند انتخاب شدند. در مرحله بعد، درصد آب انداختگی و گرانروی مارش 9 نمونه اندازهگیری شد و در نهایت با توجه به استانداردهای موجود، 2 نمونه برگزیده شد. در مرحله بعد به این دو نمونه مقادیر مختلف افزودنی ضد آب شستگی و سیلیکات سدیم افزوده شد و سپس زمان ژل شدگی هر یک از نمونهها اندازه گیری شد. در این مرحله از میان 130 نمونه، 24 نمونه دارای شرایط استاندارد بودند. در مرحله آخر، پایداری نمونهها در برابر آب شستگی و مقاومت فشاری هر یک از این 24 نمونه تعیین شد و در نهایت بر اساس نتایج به دست آمده دوغابی با میزان مصالح ??? کیلو گرم سیمان، ?? کیلو گرم بنتونیت، ? کیلو گرم دیرگیر،70 کیلو گرم سدیم سیلیکات، 4 /2 کیلو گرم افزودنی ضد آب شستگی نوع k(6/0 % وزن سیمان) و ??? کیلو گرم آب برای یک متر مکعب دوغاب تعیین شد.