با افزایش نیاز های جوامع بشری به ابر سازه های مهندسی، تقاضا برای ساخت سازه های زیرزمینی بزرگ مانند تونل های بلند انتقال آب های بین حوزه ای، تونل های جاده ای و ریلی طویل، تونل های مترو، تونل های جمع آوری آب های سطحی، …. در زمین های نامناسب نیز رو به افزایش است.
اگرچه پیشرفت تکنولوژی و افزایش دانش تونلسازی سبب شده است روش های نوین و کارآمدی برای حفر تونل ها و فضاهای زیرزمینی بزرگ حتی در شرایط نامناسب زمین شناسی ابداع شود، اما همواره دستیابی به اطلاعات مناسب از شرایط زمین پیش روی تونل عامل اصلی در موفقیت ساخت سازه های زیرزمینی در شرایط دشوار زمین شناسی خواهد بود.
بدیهی است انتخاب روش اجرا و ماشین مناسب و همچنین پیش بینی راهکارهای مناسب برای گذر از شرایط دشوار منوط به انجام مطالعات زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک در زمان مناسب و با کمیت مناسب است.به دلیل تغییرات زیاد شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی در عمق و ناشناخته بودن این شرایط در بسیاری از پروژه ها، طراحی سازه های زیرزمینی، به ویژه تونل های بلند با طراحی سایر سازه های سطحی که در آنها شرایط بارگذاری و خواص مصالح معلوم است قابل مقایسه نیست.
در ساخت و ساز های زیرزمینی ریسک های همراه با اجرا به دلیل وجود عدم قطعیت های فراوان در مدل ژئوتکنیکی و زمین شناسی مهندسی پروژه، با دقت قابل تعریف نیستند. با توجه به این ویژگی پروژه های تونلسازی، لازم است در طول اجرای تونل روش های اجرا با شرایط زمین به طور مداوم تطبیق داده شوند. همچنین لازم است سیستم مدیریت ایمنی در این پروژه ها با حساسیت بالاتری پیاده سازی شود.
در مهندسی سازه های زیرزمینی دو جنبه اساسی و مهم وجود دارد که لازم است در مرحله طراحی با دقت بسیار زیاد مورد توجه قرار گیرند. اولین و مهم ترین جنبه تخمین منطبق بر واقعیت شرایط مورد انتظار زمین و رفتار بالقوه آن در نتیجه حفاری تونل است.دومین جنبه نیز طراحی اقتصادی و ایمن سازه با توجه به رفتار پیش بینی شده زمین است.
دسته بندی کلی تونل های بلند
تونل های کوهستانی
این دسته از تونل ها معمولاً در محیط های کوهستانی در سنگ های سخت رسوبی، آذرین یا دگرگونی و در ساختارهای چین خورده و گسل خورده حفر شده و معمولترین هدف از اجرای آنها انتقال آب های بین حوزه ای و ارتباط ریلی و جاده ای شهرها است.
تونل های شهری
این دسته از تونل ها در محیط های شهری و با اهداف عمده حمل و نقل ریلی درون شهری و جمع آوری آب های سطحی و فاضلاب های شهری احداث می شوند. از آنجا که اغلب شهرها بر روی رسوبات آبرفتی بنا شده اند این تونل ها نیز اغلب در زمین های نرم آبرفتی ساخته می شوند.
طراحی تونل های مکانیز
طراحی تونل ها و به ویژه تونل های مکانیزه از بخش های مختلفی مانند طراحی مسیر، طراحی روش اجرا، نوع پوشش (موقت و دائمی)، انتخاب نوع ماشین، و … تشکیل شده است. هر یک از این بخش ها نیازمند دستیابی به اطلاعات مناسب زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیکی هستند که باید با دقت مناسب در اختیار طراح قرار گیرد.
فرایند طراحی تونل با مطالعات امکان سنجی شروع شده و با طراحی مقدماتی، طراحی تفصیلی، تهیه اسناد مناقصه و طراحی حین اجرا ادامه می یابد. طراحی ها به طور مداوم در طول هر مرحله با به دست آمدن اطلاعات بیشتر و دقیق تر به روز رسانی می شوند.