1- مقدمه

بزرگراه رسالت يكي از محورهاي مهم شرقي – غربي شهر تهران است كه انتقال حجم زيادي از ترافيك شهر را در حد فاصل مناطق شرقي شهر و ميدان آفريقا به عهده دارد. هم اكنون بخش غربي امتداد بزرگراه رسالت از بزرگراه كردستان تا غرب تهران ] بزرگراه آيت ا... حكيم[ تكميل گرديده است اما بعلت وضعيت توپوگرافي زمين در حد فاصل ميدان آفريقا و بزرگراه كردستان و عدم امكان عبور بزرگراه بصورت هم سطح، دو تونل موازي هر يك براي عبور ترافيك يك جهت، در اين فاصله پيش بيني شده است. اين تونل‌ها در درة نظامي گنجوي در فاصلة كوچكي قطع مي‌شوند و راه به صورت هم سطح ادامه مي‌يابد و سپس دوباره وارد تونل مي‌شود. ] شكل 1[

طول قطعه بزرگتر (حد فاصل ميدان آفريقا – نظامي گنجوي) كه عمليات اجرايي آن پايان يافته است 786 متر و طول قطعة كوچكتر (حد فاصل نظامي گنجوي – كردستان) 178 متر است كه مراحل پاياني عمليات اجرايي آن در دست انجام است.

 شكل 1   . پلان مسير تونل بزرگراه رسالت – حد فاصل ميدان آفريقا و بزرگراه كردستان

2- مشخصات فني پروژه

- زوج تونل بلند:

شامل دو تونل موازي با عرض دهانة داخلي 5/13 متر و ارتفاع خالص 9 متر در محور تونل‌ها با فاصلة آزاد حدود 4 متر از يكديگر مي‌باشد. شكل عمومي مقطع هندسي تونل در شكل 2 نمايش يافته است. 3 خط عبوري هر يك به عرض 5/3 متر با ارتفاع مجاز 5/5 متر در يك جهت از هر يك از تونل‌ها عبور مي‌كند. مساحت مقطع حفاري در هر يك از تونل‌ها برابر 157 متر مربع مي‌باشد كه عمليات حفاري و نگهداري آن به روش اتريشي به صورت حفاري چند مرحله‌اي و با استفاده از ماشين حفاري كله گاوي انجام شده است. پوشش موقت تونل متشكل از شاتكريت، شبكه ميلگرد فولادي، قاب‌هاي مشبك و پروفيل‌هاي فولادي و پوشش نهايي نيز به صورت بتن مسلح درجا و با ضخامت متغير مي‌باشد

                                           شكل2    . مقطع عرضي زوج تونل بلند رسالت به طول 786 متر

- زوج تونل كوتاه:

در محدودة خيابان نظامي گنجوي تا بزرگراه كردستان به دليل محدوديت حريم پروژه، طرح مقطع هندسي تونل تغيير يافته و بصورت يك تونل دوقلوي به هم چسبيده در نظر گرفته شده است. شكل عمومي مقطع هندسي تونل در شكل 3 نمايش يافته است. مانند زوج تونل بلند، 3 خط عبور هر يك به عرض 5/3 متر با ارتفاع 5/5 متر در يك جهت از هر يك از تونلها عبور مي‌كند. مساحت كل مقطع حفاري در مجموع برابر 321 متر مربع مي‌باشد كه عمليات حفاري و نگهداري آن به روش اتريشي به صورت حفاري چند مرحله‌اي انجام شده است.

                                            شكل3    . مقطع عرضي زوج تونل كوتاه رسالت به طول 178 متر

 3- ويژگي‌هاي خاص پروژه

تونلهاي دو قلوي بزرگراه رسالت شامل تونلهاي بلند و كوتاه مجموعاً به طول حدود 1000 متر از زير مناطق مسكوني و تجاري و خيابان‌هاي مهم شهر مانند خيابانهاي گاندي، وليعصر و سيدجمال الدين اسدآبادي و همچنين شبكه‌هاي آب، برق و گاز عبور مي‌كند كه از ويژگي‌هاي مهم زير برخوردار است:

الف  .  بزرگي دهانه تونل (بيش از 16 متر دهانه جدار حفاري هر كدام از تونلها) و فاصله آزاد كم مابين دو تونل.

ب   .  عمق كم و متغير تونل‌ به نحوي كه ارتفاع خاك روي تاج تونل در تپه الوند حدود 33 متر، در زير خيابان وليعصر 6 متر، در دره نظامي گنجوي 23 متر و در زير خيابان سيدجمالدين اسدآبادي 10 متر مي باشد .  ]‌‌شكل 4[

ج   .  عبور تونل از مناطق مسكوني و تجاري (وجود ساختمانهاي تا 7 طبقه در مجاورت حريم تونل‌ها و تا 2 طبقه در بالاي آن ها)

د    .  عبور از زير خيابان‌هاي مهم شهر بدون مسدود كردن مسير خيابان، مانند خيابانهاي وليعصر و سيدجمالدين اسدآبادي.

و    .  وجود لوله هاي گاز فشار قوي كه متاسفانه بر خلاف استاندارد هاي موجود در مجاورت كابل هاي برق فشار قوي قرار داشته و با قسمت قوسي تاج زوج تونل بلند نيز تداخل مي كرد.

ه    .  سختي و مقاومت كم زمين در مقايسه با زمين‌هاي سنگي

  شكل4    . پروفيل طولي مسير زوج تونل‌هاي بلند و كوتاه رسالت

4- زمين شناسي و وضعيت ژئوتكنيكي زمين در مسير تونل

مسير تونل رسالت كلاً در زمين‌هاي آبرفتي و كنگلومرايي شهر تهران واقع است. بر اساس نتايج گمانه‌هاي حفر شده در امتداد محور تونل و همچنين آزمايش‌هاي ژئوفيزيك، در مسير تونل به دو سازند ژئوتكنيكي برخورد شده است:

o                                                     آبرفت‌هاي سري A يا سازند هزار دره

o                                                     آبرفت‌هاي سري B يا سازند كهريزك

سازند A قديمي‌تر و ضخيم‌تر از سازند B مي‌باشد و سازند B بصورت لايه‌اي با ضخامت كمتر (حدود 25 الي 30 متر) روي رسوبات سازند A تشكيل گرديده است. ضخامت سازند سري B در دره‌ها كاهش يافته و در واقع در كف دره‌ها سازند هزار دره در عمق بسيار كم قرار دارد. سازند هزار دره سري A در اين منطقه متشكل از آبرفت درشت دانه كوهپايه توچال است. اين آبرفتها به جز شن و ماسه و قلوه سنگ حاوي مقداري سيلت و رس بوده و تخلخل نسبتاً كمي دارد. سازند كهريزك يا سري B ، متشكل از نهشته‌هاي آبرفت – يخچالي عصر يخ ماقبل آخر است. اين واحد نيز از شن و ماسه و قلوه سنگ و پاره سنگ تشكيل يافته اما تخلخل آن نسبت به سازند هزار دره بالاتر و همچنين مصالح ريزدانة آن (سيلت و رس) نسبتاً كم است.

به منظور شناسايي لايه‌هاي خاك و تعيين پارامترهاي ژئومكانيكي تودة خاك مسير تونل، تعداد 7 گمانه دستي به عمق حداكثر 15 متر، 12 گمانه ماشيني به عمق حداكثر 45 متر و 4 گمانه ماشيني ديگر به عمق حداكثر 60 متر در طول مسير تونل حفاري شده است. در اين گمانه‌ها علاوه بر انجام آزمايش نفوذ استاندارد (SPT) ، آزمايش‌هاي دانه بندي، تعيين حدود اتربرگ، تعيين درصد رطوبت، تعيين وزن مخصوص و آزمايش هاي شيميايي بر روي نمونه‌هاي مأخوذه از گمانه انجام شده است. بر اساس آزمايش هاي فوق، خاك مسير پروژه نسبتاً يكنواخت بوده و مخلوطي از شن و ماسه با درصدهاي متفاوتي از رس و لاي مي‌باشد كه طبق رده بندي متحد در ردة خاكهاي GC ، GP ، GW و در برخي مناطق در رده SC واقع مي‌شود. همچنين در اكثر گمانه‌ها به لايه خاك دستي به ضخامت 5/0 تا 5/8 متر برخورد شده است. در چند مورد نيز لايه هاي ريزدانه رسي به ضخامت متغير مشاهده شده است. با توجه به اينكه تقريباً تمامي نمونه‌هاي مأخوذه از گمانه ها از نوع دست خورده مي‌باشند، در زمان اجراي گالري ها نيز تعدادي آزمايش بر جا براي بدست آوردن تخمين دقيق تر از پارامترهاي ژئومكانيكي تودة خاك شامل آزمون بارگذاري صفحه، آزمون برش مستقيم درجا و آزمايش پرسيومتري انجام پذيرفته است. با استناد به مجموعه آزمايش هاي صحرايي و آزمايشگاهي، پارامترهاي ژئومكانيكي تودة خاك طبيعي در طول مسير تونل را مي‌توان به طور متوسط به شرح جدول زير برآورد كرد.

                     جدول 1    . پارامترهاي ژئومكانيكي توده خاك طبيعي در طول مسير تونل

5-  مراحل عمليات اجرايي تونل

با توجه به ابعاد زياد دهانة حفاري تونل‌ها، مشخصات زمين و ارتفاع نسبتاً كم خاك روي تاج تونلها و عبور از زير مناطق مسكوني، تجاري و خيابانهاي مهم شهر، حفاري تونل‌ها بصورت تمام مقطع ميسر نمي‌باشد. به منظور حفظ پايداري و كنترل تغيير شكل‌هاي ناشي از عمليات تونلسازي، حفاري مقطع تونل با تقسيم سطح مقطع به بخش‌هاي كوچكتر بصورت چند مرحله‌اي انجام شده است كه نحوة تقسيم و تقدم و تأخر عمليات اجرايي آن‌ها با استفاده از تحليل‌هاي اندركنش خاك – سازه، ضوابط مربوط به كنترل نشست‌هاي سطحي و تغيير شكل‌هاي تودة خاك و همچنين ملاحظات اجرايي تعيين گرديده است. مراحل اجرايي هريك از تونل‌ها بلند و كوتاه رسالت مختصراً به شرح زير مي‌باشد:

مراحل عمليات اجرايي زوج تونل بلند

مراحل اجرايي هر يك از تونل‌هاي بلند رسالت شامل حفاري، اجراي سازة نگهبان اوليه و نهايي مطابق آنچه در شكل 5 نمايش يافته است طي مراحل زير انجام شده است:

1- حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه گالري شماره 1 با استفاده از شاتكريت، شبكة ميلگرد فولادي، قاب‌هاي خرپايي مشبك و پروفيل‌هاي فولادي .

 فواصل نصب قاب‌ها و ضخامت شاتكريت بسته به شرايط ژئوتكنيكي تودة خاك، روباره خاكي و موقعيت قرارگيري تونل نسبت به ساختمانها، خيابان‌ها و تأسيسات شهري مجاور متغير مي‌باشد. بطور متوسط ضخامت شاتكريت بين 15 الي 25 سانتي‌متر و فواصل قابها بين 5/0 الي 1 متر اجرا شده است.

2- اجراي شمع‌هاي بتن مسلح درجاي P_N از داخل گالري 1 و بخش A از سازة اصلي داخل گالري 1 .

 در اجراي بخش A از سازة اصلي از قطعات پيش ساختة بتني به عنوان نما استفاده شده است كه حين اجرا نيز بعنوان قاب براي بتن ريزي بخش A به كار رفته است. به منظور برقراري اتصال سازه‌اي بخش A و بخش E از سازة اصلي كه در مراحل بعدي اجرا مي‌گردد از اتصال مكانيكي استفاده شده است.

 شكل5    . جزئيات مراحل حفاري و اجراي سازه نگهبان اوليه و نهائي در زوج تونل بلند رسالت

3- حفاري و اجراي سازة نگهدارنده اوليه گالري شماره 2، اجراي شمع‌هاي بتن مسلح درجاي P_S از داخل گالري 2 و بخش B از سازة اصلي داخل گالري 2 مشابه آنچه در گالري 1 انجام شد.

 يادآور مي‌شود كه پس از اجراي سازة نگهدارنده اوليه، حد فاصل بين شاتكريت و توده خاك به منظور پر كردن فضاهاي خالي پشت                       پوشش اوليه تزريق تماسي شده است.

4- حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه پيشاني فوقاني تونل (بخش 3) در حدفاصل بين گالري‌هاي شماره 1 و 2 .  (عكس 1)

 حفاظت اوليه در اين بخش همچون گالري‌هاي 1 و 2 با استفاده از شاتكريت، شبكة ميلگرد فولادي، قاب‌هاي خرپايي مشبك و پروفيل‌هاي فولادي انجام مي‌شود. طول گام پيشروي در اين بخش با توجه به شرايط مكانيكي تودة خاك با طول محدود انجام مي‌پذيرد. (به شكل 6 مراجعه كنيد)

        عكس 1   . حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه پيشاني فوقاني تونل بلند                                                     عكس 2   . حفاري و اجراي سازة نگهدارند اوليه ديواره بخش تحتاني تونل

5- حفاري بخش شماره 4 از نيم مقطع فوقاني و تخريب پايه‌هاي موقت گالري‌هاي شماره 1 و 2 يكي از حساس ترين مراحل اجراي تونل مي‌باشد و طولي از تونل كه در آن پايه‌هاي موقت تخريب مي‌گردد كاملاً محدود بوده و با توجه به مقادير نيروهاي بوجود آمده در سازه، تغيير شكلهاي توده خاك و محدوديت‌هاي اجرايي با محاسبات دقيق اندركنش خاك – سازه تعيين شده است. (به شكل 6 مراجعه كنيد)

6- اجراي بخش C از سازة اصلي با استفاده از بتن مسلح درجا، بتن ريزي اين بخش با استفاده از قالب فلزي متحرك با طول 6 متر انجام مي‌پذيرد.

7- حفاري قسمت مياني بخش تحتاني تونل  (M 6)

8- حفاري و اجراي سازة نگهدارند اوليه ديواره بخش تحتاني تونل  (N 6) . (عكس 2)

 عمليات حفاري در اين بخش حداكثر با طول 5/2 متر در حد فاصل بين شمع‌هاي بتني انجام شده و با استفاده از شاتكريت مسلح حفاظت مي‌شود. با توجه به فاصلة بسيار كم بين تونلها و بروز تمركز تنش در ستون خاكي حد فاصل دو تونل در بخش‌هايي از مسير تونل با توجه به مشخصات زمين و روباره خاكي، عمليات حفاري اين بخش در عرض و ارتفاع در چندين مرحله اجرايي انجام پذيرفته است. لزوم بكارگيري تمهيدات فوق الذكر با استفاده از تحليل‌هاي دقيق اندركنش خاك – سازه مشخص گرديده و با استفاده از آزمون‌هاي محلي درجا تأييد گرديده است. ستون خاكي حد فاصل بين دو تونل قبل از اقدام به حفاري ديواره‌هاي تحتاني تونلهاي مجاور با تزريق تحكيمي تقويت شده است.

9- اجراي بخش E شامل ديواره بتني سازة نهايي و بخشي از دال كف تونل.

 در اين مرحله از اجراي ديواره بتني نيز از قطعات پيش ساخته بتني براي نماسازي استفاده شده است كه حين بتن ريزي ديواره نيز بعنوان قالب به كار رفته است. بتن ريزي ديوارة قائم بخش E از طريق لوله‌هاي مدفون كار گذاشته شده در بخش A و با استفاده از بتن خود متراكم (Self Compact) انجام شده است.

10- حفاري، اجراي سازة نگهدارنده اوليه ديواره بخش تحتاني تونل (S 6)  و اجراي بخش D از سازه اصلي شامل ديوارة قائم و بخشي از دال كف مشابه بخش‌هاي N  6 و E.

11- اجراي بخش F از سازة نهايي دال كف.

پس از اتمام پوشش نهايي در سرتاسر مقطع تونل جهت اطمينان از وجود تماس كامل بين سازه نگهدارنده اوليه و نهايي، در محل تاج تونل و از طريق سوراخهايي كه قبلاً در مرحله  Cاز بتن‌ريزي تعبيه شده است، اقدام به انجام تزريق تماسي بين پوشش اوليه و نهايي مي‌نماييم.

 شكل6   . ترتيب كلي از مراحل حفاري و اجراي سازه نگهبان اوليه و نهائي در تونلهاي رسالت

مراحل عمليات اجرايي زوج تونل كوتاه

مراحل اجرايي زوج تونل بهم چسبيده كوتاه رسالت شامل حفاري، اجراي سازه نگهبان اوليه و نهايي مطابق آنچه در شكل 7  نمايش يافته است طي مراحل زير انجام شده است:

1- حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه گالري شماره 1 در قسمت مياني زوج تونل كوتاه با استفاده از شاتكريت ، شبكه ميلگرد فولادي، قابهاي خرپايي مشبك و پروفيل‌هاي فولادي.

گالري مياني تونل كوتاه بزرگترين گالري اجرا شده در اين پروژه بوده است كه در مراحل بعدي ساخت زوج تونل كوتاه، نيروهاي قابل توجهي را تحمل مي‌نمايد.

2- اجراي شمع‌هاي بتن مسلح در جاي PM از داخل گالري 1 و بخش A از سازة اصلي داخل گالري 1.

شمع مياني PM در واقع سازه اصلي تحمل بار زوج تونل در مقطع مياني مي‌باشد كه طي مراحل حفاري تحتاني تونل، بخشي از شمع‌ها از خاك بيرون آمده و به صورت رديف ستونهاي پشت سرهم نمايان مي‌شوند. در اجراي بخش A از سازة اصلي نيز نياز به نصب سازه اوليه V شكل وجود دارد تا قاب داخلي بخش A را تشكيل دهند. ضمن آنكه در قسمت بيروني بخش A نيز در هر دو وجه از قطعات پيش‌ساخته بتني به عنوان نما استفاده شده است كه حين اجرا نيز به عنوان قاب براي بتن‌ريزي بخش A به كار رفته است.  

  شكل7   . جزئيات مراحل حفاري و اجراي سازه نگهبان اوليه و نهائي در زوج تونل كوتاه رسالت

3- حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه گالري شماره (N2)، اجراي شمع‌هاي بتن مسلح در اجراي P_N از داخل گالري N2 و بخش B_N از سازه اصلي داخل گالري N2.

توضيحات لازم در اين بخش مانند موارد اشاره شده در گالري 1 و 2 تونل‌هاي بلند مي‌باشد، ضمن آنكه مجدداً يادآور مي‌شويم كه پس از اجراي سازه نگهدارنده اوليه، به منظور پركردن فضاهاي خالي پشت پوشش اوليه حد فاصل بين شاتكريت و توده خاك تزريق تماسي اجرا شده است.

4- حفاري و اجراي سازه نگهدارنده اوليه گالري شماره (S2)، اجراي شمعهاي بتن مسلح در اجراي P_S از داخل گالري S2 و بخش B_S از سازه اصلي داخل گالري S2.

5- حفاري و اجراي سيستم نگهدارنده اوليه پيشاني فوقاني زوج تونل كوتاه (بخش‌هاي N3 و S3) در حد فاصل بين گالري شماره 1 و گالري N2 و S2.

 حفاظت اوليه در اين بخش نيز با استفاده از شاتكريت، شبكه ميلگرد فولادي، قابهاي خرپاي مشبك و پروفيل‌هاي فولادي انجام مي‌شود. نكته مهم در اين بخش آن است كه از اين مرحله به بعد در عمليات حفاري و پوشش گذاري تونل كوتاه، بايد كليه فعاليت‌ها به طور متقارن و همزمان در تونل شمالي و جنوبي انجام گيرد. دليل اين امر، پرهيز از ايجاد نيروها و تغيير شكل‌هاي نامتقارن در سازه مي‌باشد. طول گام پيشروي در اين بخش نيز با توجه به شرايط مكانيكي توده خاك با طول محدود اجرا مي گردد.

6- حفاري بخش‌هاي شماره N4 و S4 از نيم مقطع فوقاني و تخريب پايه‌هاي موقت گالري‌هاي شماره 1 ، N2 و S2 ( بخش N5 و S5). همانگونه كه در مورد تونل بلند نيز عنوان شد، تخريب پايه‌هاي موقت گالري‌ها يكي از حساس‌ترين مراحل اجراي تونل مي‌باشد و طولي از تونل كه در آن پايه‌هاي موقت تخريب مي‌گردند كاملاً محدود و با توجه به مقادير نيروهاي به وجود آمده از محاسبات دقيق اندركش خاك – سازه تعيين شده است. اهميت اين موضوع در تونل كوتاه به مراتب بيشتر از تونل بلند بوده چرا كه در تونل كوتاه به دليل چسبيده بودن تونل‌ها به يكديگر، پس از تخريب پايه‌هاي موقت گالري‌ها، عرض بزرگتري نسبت به تونل بلند بدون پايه باقي مي‌مانند.

7- اجراي بخش C_N و C_S از سازه اصلي با استفاده از بتن مسلح درجا.

عمليات بتن‌ريزي اين دو قسمت نيز به طور همزمان در دو تونل اجرا مي‌شود و از دو قالب فلزي متحرك با طول 6 متر جهت انجام همزمان و متقارن اين مرحله استفاده شده است.

8- حفاري قسمت مياني بخش تحتاني زوج تونل (N6 و S6).

9- حفاري بخش‌هاي N7 و S7 و اجراي بخشي از دال كف كه ستون‌هاي مياني را به يكديگر متصل مي‌نمايد. (بخش‌هاي D_N و D_S). پس از اتمام عمليات حفاري و اجراي دال كف در اين مرحله، بخشي از شمع‌هاي مياني كه از زير خاك بيرون آمده‌اند، نماسازي مي گردد.

10- حفاري و اجراي سازة نگهدارنده اوليه ديواره بخش تحتاني تونل‌ها (بخش‌هاي N8 و S8) و اجراي بخش‌هاي E_N و E_S از سازه اصلي شامل ديوارة قائم و قسمتي از دال كف.

در اين مرحله نيز جهت اجراي ديواره‌هاي بتني از قطعات پيش‌ساخته بتني براي نماسازي استفاده شده است كه در حين بتن‌ريزي نقش قالب را نيز ايفا مي‌كنند. ضمن آنكه بتن‌ريزي ديواره قائم بخش‌هاي E_N و E_S از طريق لوله‌هاي مدفون كار گذاشته شده در بخش‌هاي B_N و B_S و با استفاده از بتن خود تراكم (Self Compact) انجام شده است.

11- اجراي بخش‌هاي F_N و F_S از سازه نهائي دال كف.

در تونل‌هاي كوتاه نيز پس از اتمام پوشش نهايي در سرتاسر مقطع تونل، تزريق تماسي بين سازه اوليه و نهايي در محل تاج تونل انجام مي‌گيرد.

         عكس 3   . نمائي از سازه اوليه در بخش فوقاني زوج تونل كوتاه

6- روش‌های تحليل و طراحی

    تحليل سازه های زير زمينی در مقايسه با سازه های رو زمينی از جنبه های متعددی متمايز می گردد . از علل مهم تمايز تحليل سازه های زير زمينی و رو زمينی به اين نكته مي توان اشاره كرد كه در سازه های زير زمينی بخش عمدة بارگذاری سازه مربوط به بارهای وارده حين مراحل ساخت است . از آنجاکه اجرای سازة زير زمينی از ميان تودة خاک صورت می پذيرد نيروهای وارد بر سازه با طبيعت تودة خاک ، رفتار تودة خاک و روش اجرای سازه ارتباط تنگاتنگ پيدا می کند . به عبارت ديگر بارهای وارد بر سازه ، مقادير از پيش تعيين شده ای نيستند و مستقيماً با عواملی چون خصوصيات تودة خاک ، روش اجرای سازه ، سختی المان های سازه ای و توالی مراحل ساخت ارتباط مستقيم پيدا می کنند . به بيان ديگر ، جهت طراحی سيستم نگهداری چنين سازه ای لازم است تا به مجموعه عوامل فوق الذکر توجه شود . اجرای تونل های کم عمق شهری با توجه به رفتار کاملاً غيرخطی تودة خاک و نياز به کنترل پارامترهايی چون تغيير مکان های تودة خاک ، نشست های سطحی ، ضريب اطمينان در مقابل فرو ريزش دهانه بر پيچيدگی های تحليل سازه می افزايد . آنچه طرح حاضر را با ساير حفاری های زير زمينی مشابه متمايز می‌سازد، ابعاد بزرگ دهانه حفاری، فاصله کم دو تونل و تعداد زياد مراحل حفاری می‌باشد. بارهای وارده حين مراحل ساخت در زمره بارهای استاتيکی قرار می‌گيرند و با توجه به لرزه‌خيزی شهر تهران سازه نگهدارنده تونل شامل پوشش اوليه و نهايي براي تحمل بارهاي استاتيكي و لرزه اي طراحي شده اند.

كليه مراحل عمليات اجرايي تونل با در نظر گرفتن اندركنش كامل سازه نگهدارنده تونل و توده خاك پيرامون با استفاده از روش هاي  عددي مدلسازي شده و ميدان هاي تنش-تغيير شكل در توده خاك ، نيروها و تغيير شكل هاي بوجود آمده در المان هاي سازه اي و تغيير شكل هاي سطح زمين در اثر هر يك از مراحل حفاري و با در نظر گرفتن توالي دقيق مراحل اجرا تعيين گرديده و مبناي طراحي كليه المان هاي سازه اي قرار گرفته است. روش هاي اجرايي و توالي حفاري گالري هاي مختلف تونل ها با توجه به اثرات متقابل هر يك از مراحل حفاري بر ساير گالري ها قبل از اجرا با مدلسازي عددي مورد بررسي دقيق قرار گرفته و در صورت پاسخگويي به ضوابط و معيار هاي طرح ، مبناي عمل قرار گرفته اند.در شكل8  مدل محاسباتي تونل كوتاه در يكي از مراحل مياني اجرايي نمايش داده شده است.

شكل8- مدل محاسباتي تونل كوتاه در يكي از مراحل مياني عمليات اجرايي

سازه اصلي زوج تونل بلند و كوتاه رسالت علاوه بر بارهاي استاتيكي براي تحمل نيروهاي لرزه اي ناشي از زلزله براي عمر مفيد 100 سال طراحي شده است.تحليل لرزه اي سازه اصلي تونل با در نظر گرفتن اندركنش كامل خاك-سازه با استفاده از روش هاي تاريخچه زماني و روش اندركنش تغيير مكان انجام پذيرفته است. 

7- ابزار دقيق و رفتار سنجي

نظر به اينكه تعيين مقادير دقيق مشخصه‌هاي مكانيكي توده خاك پيرامون تونل در مرحله شناسايي ، مشكل و پرهزينه بوده و مشخصه‌هاي ژئوتكنيكي زمين در طول مسير به دليل طبيعت ناهمگن تودة خاك و طول زياد تونل متغير هستند و همچنين مدل‌هاي محاسباتي قابل كاربرد در تحليل اندكنش خاك – سازه تونل از لحاظ منظور نمودن رفتار واقعي زمين و شرايط اجرا محدوديت‌هايي دارند ، به منظور بهينه‌سازي اجرا و كنترل ايمني، براي زوج تونل بلند و كوتاه رسالت سيستم رفتارسنجي با اهداف اصلي زير طراحي و اجرا گرديده است:

1- ارزيابي پايداري تونل و زمين پيرامون آن در مراحل مختلف اجرايي.

2- كنترل نشست ساختمان‌هاي مجاور و خطوط لوله هاي اصلي گاز و آب در اثر حفاري تونلها.

3- بهينه كردن طرح و اجرا .

نيازهاي اندازه‌گيري و رفتار سنجي ، شامل پارامترهاي مورد سنجش، ابزار مورد نياز، تعداد و موقعيت ايستگاه‌هاي ابزارگذاري، تعداد و موقعيت نقاط اندازه‌گيري در هر مقطع تعيين شده و نوع ابزار اندازه‌گيري و قرائت مورد استفاده، با در نظر گرفتن حداقل دقت‌هاي لازم و نيز محدوديت‌هاي موجود از لحاظ هزينه‌هاي ارزي مورد نياز و مسائل تكنولوژيك، انتخاب گرديده است. مهمترين عوامل و محدوديت مورد توجه در طراحي سيستم و انتخاب نوع ابزار به ترتيب اولويت به قرار زير بوده است:

1-     پاسخگويي به هدف‌هاي شماره 1و2 در كليه شرايط ( پايداري تونل و نشست ساختمان‌هاي مجاور)

2-     پاسخگويي به هدف شماره 3 در بعضي شرايط

3-     مطابقت سيستم با مرحله بندي پيش‌بيني شده براي اجراي تونل

4-     انعطاف‌پذيري سيستم جهت انطباق با تغييرات احتمالي در برنامه اجرايي تونل

5-     سهولت دسترسي به نقاط قرائت و نشانه‌ها

6-     حداقل تداخل در عمليات اجرايي

7-     صرفه‌جويي حداكثر در هزينه

در طول زوج تونل بلند تعداد 35 ايستگاه ابزارگذاري و در تونل كوتاه تعداد 7 ايستگاه ابزارگذاري پيش‌بيني و فعال گرديده است كه بر حسب  

تركيب پارامترهاي مورد سنجش به پنج تيپ A,B,C,D,E تقسيم شده است.  ] شكل 9[

اندازه‌گيري‌هاي انجام شده براي ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري در تيپ‌هاي فوق در جدول 2  ارائه شده است.

شكل   9 . پلان موقعيت ايستگاه‌هاي رفتارسنجي زوج تونل كوتاه رسالت

          جدول 2    . تعداد ايستگاههاي ابزارگذاري بر حسب تيپ هاي پنجگانه در تونلهاي كوتاه و بلند

8- پرتالهاي ورودي و خروجي

پرتالهاي ورودي و خروجي زوج تونل بلند و كوتاه با توجه به ارتفاع خاك ، سرباره روي تونل و نيز وضعيت خروجي تونل ها ، در ورودي آفريقا و كردستان بصورت عمودي و در دره نظامي گنجوي بصورت مورب اجرا شده است . نماي پرتال ها با طراحي خاص معماري و با استفاده از قطعات پيش ساخته بتني اجرا شده است كه زيبائي خاصي به ورودي تونل ها بخشيده است . در عكسـهاي شماره 4 و5  پرتال ورودي زوج تونل بلند در دره نظامي گنجوي و پرتال ورودي آفريقا نمايش يافته است .  

عكس 4 .  پرتال ورودي زوج تونل بلند در دره نظامي گنجوي                                                عكس 5  .  پرتال ورودي زوج تونل بلند در آفريقا