گسترش روز افزون فضاهای زیرزمینی به خصوص تونل های مترو در شهرهای پرجمعیت موجب اهمیت یافتن مطالعات در زمینه ارزیابی پیامدهای ناشی از حفر تونل شده است. از جمله پدیده های مهم ناشی از حفر تونل ها، وقوع نشست هایی در سطح زمین می باشد که این پدیده در مورد تونل های حفر شده در مناطق شهری از اهمیت زیادی برخوردار است. محققان بسیاری به ارائه روش های تجربی، تحلیلی و عددی متعددی برای برآورد میزان نشست زمین پرداخته اند، اما با توجه به پیچیدگی محیط پیرامون تونل ها از نظر ژئوتکنیکی و تعدد پارامترهای موثر بر نشست، نتایج پیش بینی شده بوسیله روش های ارائه شده، به تنهایی قابل اتکا نمی باشند. شبکه های عصبی مصنوعی از کارآمدترین روش ها در زمینه بررسی و پیش بینی نحوه ارتباط پارامترها مختلف با یکدیگر می باشند. در این پژوهش تلاش شده است تا با به کارگیری شبکه های عصبی مصنوعی، مدلی برای پیش بینی نشست سطح زمین در مجاورت تونل های شهری ارائه شود. برای ساخت مدل شبکه عصبی مربوطه از داده های گردآوری شده از پروژه تونل خط 2 قطار شهری مشهد استفاده شده است. مدل های بکار رفته در این پژوهش، شبکه هایی پیش خور با الگوریتم پس انتشار خطا بوده اند. برای ارزیابی مدل های شبکه عصبی از معیارهای میانگین مربعات خطا و ضریب همبستگی میان مقادیر اندازه گیری شده نشست و مقادیر خروجی شبکه، استفاده شده است. همچنین با استفاده از روش های مختلف آنالیز حساسیت میزان اهمیت هر یک از پارامترهای ورودی بر خروجی شبکه تعیین شده و در هر مرحله پارامترهای کم اهمیت تر حذف شده است. با توجه به اینکه مقادیر خطای پیش بینی برای هر چهار مدل بهینه در محدوده مجاز بوده است، بنابراین شبکه ای با 7 پارامتر در لایه ورودی (شامل پارامترهای ژئوتکنیکی، پارامترهای هندسی تونل و پارامتر فشار در سینه کارحفاری)، 24 گره در یک لایه پنهان و یک خروجی (نشست سطحی) با ضریب همبستگی 84/0 و 96/0 برای داده های ارزیابی و آزمون، کاربردی ترین مدل برای پیش بینی نشست سطحی زمین می باشد.

یکی از مهمترین مسائل در اجرای موفق پروژه¬ تونل¬های متقاطع در مناطق شهری، اطمینان از پایداری تونل-ها و کنترل نشست سطحی است. در تحقیق حاضر، بررسی پایداری تونل¬ها و نشست سطحی ناشی از حفاری تقاطع خطوط 2(قسمتی از این خط شامل ایستگاه نیز می¬باشد)، 3 و 4 قطار شهری مشهد واقع در میدان شهدای این شهر، به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار المان محدود abaqus صورت گرفته است. فرآیند حفاری ایستگاه به صورت چند مرحله¬ای و به روش ریب و شمع (روش روسی) و حفاری خطوط به صورت مکانیزه توسط دستگاه tbm – epb مطابق با شرایط واقعی مدلسازی شد. در این بررسی ابتدا ایستگاه و خط 2 در محل تقاطع با تراز روی ریل 23- متر مدلسازی و نشست سطحی و برای اطمینان از پایداری، تغییر شکل¬های ایجاد شده در پوشش سقف، کف و دیواره¬های ایستگاه و تنش ایجاد شده در شمع-های ایستگاه و پوشش نگهداری خط 2 ناشی از حفر آنها مورد بررسی قرار گرفت. سپس به ترتیب خطوط 3 و 4 با تراز روی ریل 39- به صورت افقی موازی با هم و با فاصله داری مرکز به مرکز 28/2 متر (d3) مدلسازی و اثرات آن بر پایداری خط 2 بررسی و نشست سطحی تجمعی ناشی از ساخت این سه خط بررسی شد. برای بررسی اثر پارامترهای تأثیر گذار بر اندرکنش، آنالیز پارامتریک روی پارامترهای فاصله افقی خطوط 3 و 4، فشار epb و بار سطحی انجام شد. نتایج بررسی¬ها نشان از تأثیر قابل ملاحظه و متفاوت هر یک از عوامل ذکر شده دارد که در صورت امکان با انتخاب مناسب این عوامل می¬توان تأثیر اندرکنش را به حداقل رسانید. عبور تونل¬های تحتانی از زیر ایستگاه و خط 2 باعث افزایش مقدار نشست عرضی و طولی سطح زمین شده و علاوه بر آن تأثیر زیادی بر جابه¬جایی کف ایستگاه خواهد گذاشت و باعث تغییر شکل سطح مقطع ایستگاه به سمت داخل ایستگاه خواهد شد. نتایج حاصله نشان داد که تنش¬های اعمالی در شمع¬های ایستگاه و پوشش خط 2 کمتر از مقاومت مجاز بوده و این سازه¬ها پایدار خواهند بود.

با گسترش ساخت و سازهای شهری، مشکلات جدیدی برای گودبرداری و مقاوم سازی آنها مخصوصا در گودبرداری های عمیق ایجاد شده است. پدیده ی قوس شدگی خاک یکی از عوامل موثر در طراحی ایمن و اقتصادی سازه ی نگهبان است که با بررسی آن می توان هزینه ی ساخت سازه نگهبان را کاهش داد. از نرم افزار plaxis 3d tunnel جهت مدل سازی عددی سه بعدی به منظور بررسی اثر قوس شدگی در سازه ی نگهبان با روش شمع و مهاری (انکراژ) که مرکب از شمع های فولادی و مهارهای فولادی است، استفاده شده است. دو نوع خاک ریز دانه (cl-ml) و درشت دانه (sc-cm) در حالت خشک و اشباع مطابق با مشخصات ژئوتکنیکی ایستگاه های a2 و l2 خط دو قطار شهری مشهد، با مدل رفتاری خاک سخت شونده (hs) استفاده شده است. مدل سازی ابتدا با فاصله ی افقی و قائم 2 متر بین مهارها آغاز و تا فاصله ی 4 متر انجام شد. با بررسی نتایج مشخص شد که استفاده از روش شمع و مهاری برای خاک ریزدانه در تمامی فواصل (تا s=4 m) ایمنی قابل توجهی را در هر دو حالت خشک و اشباع تأمین می کند در حالی که در خاک درشت دانه خشک تنها تا فاصله ی 3/2 متر و درشت دانه اشباع تا فاصله ی 2/4 متر ضریب ایمنی در حد مجاز بدست آمد. همچنین نشست سطح زمین و آماس کف گود نیز بررسی شد و در آخر با بررسی وضعیت تنش های اصلی در خاک در فاصله ی میان شمع ها و در وسط شمع، به وضوح پدیده ی قوس شدگی و تاثیر آن در انتقال تنش ها مشاهده گردید.