گرفته است ولی در عمل نه تنها نمی‌توان همه سنگ‌ها را متجانس و هماهنگ فرض کرد بلکه شکل تونل‌ها نیز با شکل‌های هندسی کاملا منطبق نیست.از طرفی ممکن است تونل‌ها در مواردی(مانند معادن)در مجاورت یکدیگر حفر شده و بر هم کنش داشته باشند.بنابراین در حالت‌ کلی تونل‌ها مجموعه‌های پیچیده‌ای هستند که تحلیل تنش‌های موثر بر آن‌ها به سادگی ممکن نیست.

اخیرا روش‌های کامپیوتری مختلفی برای تحلیل تنش در تونل‌ها ارائه شده که براساس روش‌های عددی بنا شده‌اند و به کمک آن‌ها می‌توان وضعیت تنش را در حالت‌های مختلف مشخص کرد.

فصل پنجم کتاب با عنوان روش‌های تحلیل در تونل‌ها به بررسی‌ این روش‌ها می‌پردازد تقسیم‌بندی روش‌های تحلیلی تنش،روش عناصر محدود دو بعدی،سه بعدی،روش‌های تفاوت‌های محدود و عناصر مجزا و روش عناصر مرزی ازجمله عناوین مورد بحث در این‌ فصل می‌باشند.در انتهای فصل نیز نرم‌افزاری موجود برای تحلیل‌ تنش در تونل‌ها معرفی شده است.

بخش سوم کتاب بررسی پایداری نام دارد.این بخش شامل فصول‌ ششم تا نهم کتاب است.فصل ششم به مبحث ناپایداری در تونل‌ها پرداخته است.اولین گام در زمینه بررسی سیستم نگهداری تونل،تحلیل‌ وضعیت ناپایداری آن است.ناپایداری ممکن است در شرایط زیر واقع شود.

-شکستگی توده‌های سنگی اطراف تونل‌ها در نتیجه تاثیر تنش‌های‌ خیلی زیاد بر آن‌ها

-حرکت و ریزش قطعات بزرگ سنگ در نتیجه وجود ساختارهای‌ زمین‌شناختی(ناپایداری ساختاری)

-ترکیب شکستگی‌های ناشی از تنش‌های القایی و ناپایداری ساختاری

-ناپایداری ناشی از سایر عوامل مانند نیروهای لرزه‌ایـ

بررسی وضعیت پایداری یک تونل ممکن است بیانگر این باشد که‌ نیازی به نصب سیستم نگهداری نیست و یا بالعکس هرچه سریعتر باید سیستم نگهداری موقت وجود دارد که موضوع اصلی فصل ششم کتاب به شمار می‌رود،شکستگی سنگ‌ها،بلوک‌ها و کوه‌های سنگی و بررسی پایداری‌ آن‌ها،تیرهای سنگی،برآورد زمان پابرجایی و بهینه‌سازی مشخصات‌ تونل برای جلوگیری از ناپایداری ازجمله مباحث مطرح شده در این فصل‌ هستند.

فصل هفتم کتاب مکانیسم شکستگی و ریزش در تونل‌ها نام دارد. مطالب این فصل عمدتا از فصل چهاردهم کتاب Comprenensive Rock Engineering VOL.4 نوشته John Hudson و فصل‌دهم کتاب (Rock Mechanicsin MiningPractice) ،نوشته‌ S.Budavari ترجمه و اقتباس شده است و دارای عناوینی چون شکستگی‌ و ناپایداری تونل و حفریات منفرد در توده‌های سنگی متجانس،شکستگی‌ و ناپایداری در محیطهای ناهمگن،توده‌های سنگی آمارس‌پذیر و قابل‌ انحلال و رابطه شکستگی‌ها و ساختار توده سنگ می‌باشد.

در انتهای این فصل نیز مثال‌هایی از ریزش در تونل‌ها و حفریات زیر زمینی آورده شده است.شکستگی و خرد شدن ناگهانی یک توده سنگ در اثرتمرکز تنش‌های برجایی ه بر سنگ اثر می‌کنند،به‌گونه‌ای که انرژی‌ آزاد شده را بتوان به‌عنوان یک رخداد لرزه‌ای مشخص تلقی کرد را پدیده‌ ترکش سنگ (Rock Burst) می‌نامند.ترکش سنگ موضوع فصل‌ هشتم کتاب است،یکی از پدیده‌های همراه با ترکش سنگ،توزیع دوباره‌ مسیر تنش‌ها و در نتیجه گسترش مناطق شکستگی و رهاشدگی در اطراف حفریات زیرزمینی است و عمدتا رد سنگ‌های ترد که رفتار الاستیک‌ دارند اتفاق می‌افتد.احتمال وقوع این رویداد در مناطقی که تنش‌ها و تنجش‌های تکتونیکی شدیدی وجود دارد بیشتر است.ترکش سنگ در گذشته سبب بروز سوانح متعددی در تونل‌ها و معادن در اقصی نقاط دنیا شده است.در سال‌های اخیر با تکیه بر مطالعاتی که در مورد این پدیده‌ انجام شده ترکش سنگ در حد مطلوبی شناخته شده و با شناخت و کنترل‌ این پدیده تا حد قابل توجهی از سوانح آن کاسته شده است.بااین‌وجود خطرات این پدیده کماکان در تونل‌سازی و معدن کاری وجود دارد و هیچگاه‌ نمی‌توان وقوع آن را به‌صورت دقیق و حتمی پیش‌بینی کرد.تاریخچه‌ اتفاقات،تراز انرژی،پیش‌بینی و مکانیسم ترکش سنگ و کنترل ترکش‌ سنگ ازجمله موارد مطرح شده در این فصل هستند.در انتهای این فصل‌ نیز تونل بزرگراه‌های نروژ به‌صورت موردی بررسی شده است.

فصل نهم که آخرین فصل کتاب می‌باشد،چگونگی تحلیل پایداری‌ تونل‌ها را مورد بحث و بررسی قرار داده است.در این فصل روش‌های‌ مختلفی چون روش‌های تجربی،روش‌های مدلسازی آزمایشگاهی،روش‌ تحلیل تنش،روش استفاده از منحنی مشخصه،روش نمودار پایداری و روش تحلیل بلوکی معرفی شده است.

در واقع هدف از تخحلیل پایداری آن است که بتوانیم پیش‌بینی کنیم‌ که قسمت‌های مختلف تونل از نظر پایداری در کدام یک از رده‌های زیر قرار می‌گیرد:

-برای همیشه پایدار است. -تا مرحله نصب سیستم نگهداری دائم پایدار است. -اصولا پایدار نیست. در صورتی که تمام یا قسمتی از تونل نیاز به سیستم نگهداری داشته‌ باشد،باید این سیستم را طراحی و اجرا کرد.مراحل طراحی و اجرای‌ سیستم نگهداری در جلد چهارم این مجموعه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

در این کتاب نیز همانند جلدهای اول و دوم این مجموعه از تصاویر، جداول و نمودارهای مفید و متعددی استفاده شده که اقدام موثری در تفهیم‌ هرچه بهتر مطالب به خوانندگان است.صداقت و صراحت کلام نویسنده‌

در معرفی بخش‌هایی از کتاب که مستقیما از منابع ذکر شده اقتباس و ترجمه گردیده‌اند قابل تقدیر است.مثال‌های متعدد و بررسی‌های موردی‌ که تقریبا در کلیه فصول کتاب به چشم می‌خورد از دیگر ویژگی‌های ثبت‌ کتاب به‌شمار می‌رود.

فهرست مراجع،واژه‌نامه‌ها،فهرست نام‌ها،فهرست راهنما و فهرست‌ نمادها که در انتهای کتاب آمده است ضمن کمک به مطالب کتاب،امکان‌ مطالعه بیسشتر در مورد مباحث مطرح شده را فراهم می‌سازد چاپ خوب، غلطهای چاپی و انشایی محدود،کاغذ مرغوب،طراحی روی جلد زیبا و متناسب را نیز می‌توان به‌عنوان سایر نقاط قوت کتاب برشمرد.

در بررسی مطالب جلد سوم کتاب تونل‌سازی با عنوان«تحلیل پایداری» که نوشته آقای حسن مدنی،استادیار دانشگاه صنعتی امیر کبیر بوده و توسط مرکز نشر آن دانشگاه منتشر شده است.به این نتیجه رسیدیم که‌ هدف از تحلیل پایداری پاسخگویی به این سوال است که آیا تونل مورد نظر نیاز به سیستم نگهداری دارد یا خیر؟

چنانچه تحلیل پایداری نشان دهد که تونل نیاز به سیستم نگهداری‌ دارد،ابتدا باید با توجه به وضعیت موجود سیستم نگهداری را طراحی و سپس آن را اجرا کرد.مراحل«طراحی و اجرای سیستم نگهداری»در چهارمین جلد مجموعه چهارجلدی تونلسازی با همین عنوان مورد بررسی‌ قرار گرفته است.

مطالب کتاب در دو بخش«یازده فصل»تدوین شده است.بخش اول‌ کتاب دربرگیرنده فصول اول تا پنجم بوده و به مباحث مربوط به طراحی‌ سیستم نگهداری می‌پردازد.در فصل اول کتاب با عنوان«مبانی طراحی‌ سیستم نگهداری تونل‌ها»مفاهیم کلی سیستم نگهداری تونل بررسی‌ می‌شود و طی آن انواع مختلف سیستم نگهداری و روش‌های مختلف‌ طراحی آن مورد بحث قرار می‌گیرد.در بعضی موارد دو مفهوم‌ نگهداری ẓSupportingẒ و تقویت ẓReinforcementẒ به‌عنوان‌ دو مقوله جداگانه در نظر گرفته می‌شود.در این سیستم نامگذاری نگهداری‌ به فرایندی گفته می‌شود که طی آن با نصب سیستم‌هایی مانند چوب‌ بست،قاب‌های فلزی و دیوارسازی از حرکت سنگهای اطراف تونل‌ جلوگیری شده و در عین حال وزن قطعات است که امکان سقوط دارند توسط این سیستم تحمل می‌شود.اما مقصود از تقویت فرایندی است که‌ به کمک آن سنگ‌ها به حالت خود نگهدار در می‌آیند.بدین ترتیب استفاده‌ از سیستم‌هایی مانند پیچ سنگ،کابل مهاری و تزریق در این گروه جای‌ می‌گیرند.

انواع سیستم نگهداری،روش‌های طراحی،مراحل طراحی و عوامل و معیارهای موثر در طراحی ازجمله عناوین مطرح شده در این

فصل می‌باشند.

عنوان فصل دوم کتاب«روش‌های تحلیلی طراحی»است.در این‌ فصل علاوه بر تحلیل اندرکنش سنگ-سیستم نگهداری،مدلسازی‌ عددی و فیزیکی نیز مورد بحث قرار گرفته است.در روش‌های تحلیلی، طراحی سیستم نگهداری براساس فرمول‌بندی و کاربرد بعضی از مدل‌های‌ تئوری انجام می‌گیرد.

این روش‌ها شامل مدل‌های نظری به‌عنوان چارچوبی برای تحقیقات‌ ،مدل‌های فیزیکی،مدل‌های ریاضی(راه‌حل فرم بسته)و روش‌های‌ عددی مانند روش‌های عناصر محدود هستند.گرچه در بعضی موارد روش‌های ریاضی و عددی را همراه با هم و تحت عنوان روش‌های‌ تحلیلی تئوری در نظر می‌گیرند،اما بهتر است که آن‌ها را به‌صورت مجزا از هم در نظر بگیرند.از آنجایی که کاربرد روش‌های ریاضی در مسائل‌ مکانیک سنگ و نگهداری مشکل و گاه غیرممکن است،لذا روش‌های‌ عددی در این زمینه اهمیت بیشتر دارند.علی‌رغم گسترش و تکامل‌ روش‌های تحلیلی و به ویژه روش‌های عددی،عمدتا از این روش‌ها برای‌ مقایسه با نتایج حاصل از روش‌های دیگر استفاده می‌کنند و برای مقاصد عملی روش‌های دیگری را نیز همزمان به کار می‌برند.

روش‌های طراحی تجربی براساس تجربیات عملی بر روی پروژه‌های‌ مشابه با پروژه مورد نظر بنا شده است.روش‌های طبقه‌بندی توده سنگ‌ زیربنای اصلی نگرش‌های تجربی را تشکیل می‌دهد و به‌طور وسیع در مطالعات مهندسی سنگ به کار می‌رود.در بسیاری از این پروژه‌ها طبقه‌بندی سنگ‌ها به‌عنوان تنها مبنای عملی برای طراحی سازه‌های‌ پیچیده زیرزمینی تلقی می‌شود.در اکثر پروژه‌های تونل‌سازی،از سیستم‌ طبقه‌بندی استفاده می‌کنند.مشهورترین و متداول‌ترین روش مورد استفاده‌ طبقه‌بندی ترزاقی براساس بار سنگ است که در سال 1946 میلادی ارائه‌ گردید.

این طبقه‌بندی در سال 1970 میلادی اصلاح شده و سیستم‌های‌ جدید طبقه‌بندی سنگ پیشنهاد گردید.این سیستم‌ها رهنمودهای نوینی‌ مانند پیچ سنگ و شاتکریت را در تکنولوژی نگهداری در پروژه‌های‌ مختلف مهندسی مانند تونل‌ها،فضاهای بزرگ زیرزمینی،معادن،شیب‌های‌ سنگی و نظایر آن‌ها ارائه کرده است.روش‌های طراحی تجربی موضوع‌ فصل سوم این کتاب می‌باشند که تحت عناوینی چون استفاده از رده‌بندی‌ بار سنگ ترازتی،پروتو و یا کونون و لوفروپاجر،استفاده از شاخص کیفیت‌ سنگ،استفاده از رده‌بندی براساس ساختار سنگ و استفاده از رده‌بندی‌ ژئومکانیکی و...مورد بحث قرار گرفته‌اند.فصل چهارم کتاب روش‌های شاهده‌ای نام دارد.قبل از حفر یک سازه‌ زیرزمینی،اطلاعات مناسبی برای طراحی روش اجرا و سیستم جمع‌آوری‌ می‌شود ولی این اطلاعات معمولا کافی نیست و باید با استفاده از روش‌های‌ مشاهده‌ای سیستم نگهداری پیش‌بینی شده را ارزیابی کرد و پس از انجام‌ اصلاحات لازم آن را برای کل سازه زیرزمینی تعمیم داد.به اجرای این‌ عملیات رفتارسنجی (monitoring) می‌گویند.در بسیاری از طرح‌ها با انجام رفتارسنجی مناسب می‌توان از وقایع مشکلات احتمالی جلوگیری کرد. به‌عنوان مثال به هنگام احداث فضای زیرزمینی در سنگ،تصمیم‌گیری‌ درباره تقویت سیستم نگهداری و یا تغییر در شیوه و یا زمان‌بندی اجرای آن‌ به عواملی همچون میزان و آهنگ همگرایی دیواره فضای زیرزمینی بستگی‌ دارد.هدف‌های رفتارسنجی توده سنگ،پارامترهای مورد سنجش در رفتارسنجی،ویژگی‌های کلی سیستم‌های رفتارسنجی،مراحل کار در رفتار سنجی و...از جمله عناوین مطرح شده در این فصل می‌باشند.

فصل پنجم آخرین فصل بخش اول کتاب بوده و به بارهای موثر بر سیستم نگهداری تونل‌ها اختصاص یافته است.هنگامی که یک تونل یا فضای زیرزمینی احداث می‌شود،وضعیت تنش‌های موجود در توده سنگ‌ به هم می‌خورد.قبل از احداث تونل بار قائم موثر در هر نقطه برابر وزن‌ توده سنگ‌هایی است که از آن نقطه تا سطح زمین گسترش دارند و تنش‌های افقی نیز با توجه به وضعیت زمین،مقادیر متفاوتی دارند.

از آنجا که معمولا مقاومت سنگ‌ها بالا است،دیواره تونل‌ها جز در اعماق زیاد معمولا در برابر تنش‌های موثر خرد نمی‌شوهند.از جمله اصلاعات‌ ضروری برای طراحی و اجرای سیستم نگهداری تونل‌ها،آگاهی از بارهای وارده بر سیستم نگهداری است که در این فصل در حالت‌های‌ مختلف مورد بحث قرار گرفته است.باید توجه داشت که آنچه که در این‌ فصل آمده است،عمدتا مربوط به قاب‌های فولادی است.ولی این روش‌ها را می‌توان برای سایر سیستم‌های نگهداری نیز به کار برد.

نقش وضعیت سنگ بر بارهای موثر،تونل در سنگ‌های بکر و مقاوم،تونل در سنگ‌های لایه‌ای هوا نخورده،تونل در سنگ‌های توده‌ای‌ نسبتا درزدار،تونل در سنگ‌های خرد شده و بلوکی و رگه‌ای،فشار زمین در سنگ‌های تجزیه شده و رس‌ها و تونل در سنگ‌های چلیدنی و تورمی از جمله عناوین مطرح شده در این فصل هستند.

بخش دوم کتاب بته اجرای سیستم نگهداری پرداخته است.در اجرای‌ سیستم نگهداری تونل‌ها،با توجه به نوع طراحی از روش‌ها و تکنیک‌های‌ مختلفی مانند استفاده از چوب‌بست،قاب‌های فلزی،پیچ‌سنگ،کابل‌های‌ مهاری،شاتکریت و سیستم نگهداری با بتن استفاده می‌شود.هر یک از

فصول 6 گانه این بخش«فصول ششم تا یازدهم کتاب»به یکی از روش‌های‌ یاد شده اختصاص داده شده است.

چون بست که امروزه عمدتا در تونل‌های معدنی و سایر تونل‌های‌ کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد،تا پایان جنگ دوم جهانی مهمترین‌ سیستم نگهداری تونل‌های معدنی به شمار می‌رفت.مقاومت خوب وزن‌ کم و عمر نسبتا طولانی چوب باعث گردیده که امروزه نیز در بسیاری از تونل‌های معدنی از چوب‌بست استفاده شود.جرم مخصوص نسبی بلوط که از جمله چوب‌های متداول در سیستم نگهداری تونل‌هاست 73/0 است‌ و مقاومت خنثی آن به 1200kg/cm2 می‌رسد.بنابراین در مقایسه با فولاد 11 برابر سبک‌تر و 2 برابر ضعیف‌تر است.این ویژگی‌ها سبب‌ می‌شود که چوب به عنوان یک مصالح ایده‌آل در نگهداری موقت تونل‌های‌ کوچک به کار رود.

خواص فیزیکی چوب،خواص مکانیکی چوب،معایب چوب،محافظت‌ چوب،بارهای وارده بر چوب و تعیین ابعاد سیستم نگهداری چوبی و تعیین‌ اجرای چوب بست‌ها در تونل از جمله مطالبی هستند که در فصل ششم‌ کتاب مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند.

در مواردی که عمر کاری تونل بیش از 10 سال باشد،با توجه به‌ ویژگی‌های فولاد،استفاده از قاب‌های فولادی حتی در تونل‌های کوچک‌ معدنی نیز مناسب‌تر از چوب است.پوشش‌های فلزی کاربرد وسیعی در سیستم‌های نگهداری تونل دارند و آن‌ها را می توان در شرایط مختلف به‌ کار گرفت.سیستم‌های نگهداری فولادی با مقاطع H یا U نیز کاربردهای‌ مختلفی به عنوان سیستم‌های نگهداری موقت تونل‌های حفر شده درسنگ‌های ضعیف دارند.نگهدارنده‌های فولادی برای هر نوع شکل فضای‌ زیرزمین به هر دو صورت حلقه باز و حلقه بسته قابل استفاده‌اند.زیرا مقاومت فشاری و کششی آن‌ها بالاست و می‌توان آن‌ها را به هر شکل‌ دلخواه درآورد.

در تونل‌های راه که دیواره‌ها باید صاف و پرداخت زیبا باشند، نگهدارنده‌های فولادی موقت غالب همراه با پوشش بتنی است کهب ه‌ صورت درجا ریخته می‌شود.در این موارد نگهدارنده فولادی با تغییر شکل‌ اولیه زمین هماهنگ شده و در نتیجه سبب سهولت کنترل تنش‌های‌ رهاشدگی می‌شوند که این امر تغییر شکل پوشش صلب بتنی را به حداقل‌ می‌رساند.این امر از آن جهت ضرورت دارد که پوشش صلب بتنی به‌ تنهایی قادر به تحمل سنگ‌های خمشی بدون بروز شکستگی نیست.

قاب‌های فلزی در فصل هفتم کتاب مطرح شده‌اند و عناوین مورد بحث در این فصل عبارتنداز:سابقه نگهداری سیستم‌های نگهداری فلزی، خواص مهندسی فولاد،انواع قاب‌های فولادی،ارزیابی بارهای وارده بر قاب‌های فلزی و طراحی و محاسبه قاب‌های فلزی.

از دیگر سیستم‌های نگهداری که از سال‌ها پیش برای پایدارسازی‌ تونل‌ها و سایر حفریات زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گرفته می‌توان به‌ پیچ‌سنگ و داول اشاره کرد.پیچ‌سنگ از یک میله فولادی ساده و تخت‌ تشکیل شده که برای اتصال لایه‌ها و قطعات مختلف سنگ به کار می‌رود و به همین جهت اصطلاح سنگ دور را نیز در مورد آن به کار می‌برند. بدین منظور ابتدا چالی در سنگ‌ها احداث کرده و سپس میله فولادی را در آن محکم می‌کنند.پس از محکم شدن میله با پیچ انتهای دیگر آن را می‌بندند.