چکیده: طراحی و اجرای سامانه نگهداری از مهمترین مسائل در احداث تونل ها می باشد. تطابق مناسب سامانه نگهداری بکار رفته در تونل با شرایط محیطی، می تواند عملکرد این سامانه را افزایش دهد. یکی از روش های متداول حفر تونل در نواحی شهری، حفاری به کمک ماشین های تمام مقطع EPB می باشد. یکی از مزایای مهم این روش اجرای سامانه نگهداری دایمی تونل با استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی (سگمنت) بصورت همزمان با حفاری است. این امر مستلزم انتخاب صحیح و تحلیل بهینه قطعات پیش ساخته و نوع اتصال بین آن هاست. فرآیند طراحی قطعات پیش ساخته بتنی از یک روش تکراری تبعیت می کند. به این ترتیب که مهندس طراح ابتدا ابعاد اولیه سازه را انتخاب نموده، سپس سازه را از نظر پایداری کنترل می نماید. در صورتیکه این ابعاد قیدهای خارجی را ارضا کند، سازه بر اساس ملزومات آیین نامه های مربوطه طراحی می شود. در غیر این صورت مهندس طراح متغیرهای طراحی را تصحیح نموده و کنترل ها را مجدد انجام می دهد. این فرآیند هنگامی متوقف می شود که همه قیود ارضا شده و راه حل قابل قبول بدست آید. بنابراین فرآیند بهینه طراحی بسیار وقت گیر بوده و همچنین وابسته به قابلیت ها و تجربیات طراح است. در این ارتباط یک روش جایگزین، استفاده از الگوریتم های بهینه سازی است. هدف بهینه سازی سازه، پیدا کردن متغیرهای طراحی برای یک سیستم می باشد. که هزینه سیستم را مینیمم کرده و نیازهای عملکردی مختلف آن را برآورده کند. در این پایان نامه به ارائه یک الگوریتم، جهت طراحی بهینه سگمنت های بتنی تونل ها با هدف کمینه کردن هزینه های طراحی، پرداخته شده است. بدین صورت که مدل شبیه سازی رفتار سگمنت بتنی بطور جداگانه یک بار با الگوریتم فراابتکاری بهینه سازی جمعی ذرات (PSO) و بار دیگر با الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری (ICA) تلفیق شده تا بهترین طرح قطعات پیش ساخته بتنی با توجه به قیود طراحی و اجرایی ارائه شده توسط انجمن بین المللی تونلسازی (ITA) و آیین نامه بتن آمریکا (ACI) حاصل شود. در مدل شبیه سازی با استفاده از روش نیرو و با توجه به تاثیر مفاصل قطعات پیش ساخته بتنی، نیروهای داخلی اعمال شده به قطعات پیش ساخته بدست آمده و در مدل بهینه سازی با بکارگیری الگوریتم های فراابتکاری اشاره شده، بهینه بهترین ترکیب متغیرهای تصمیم برای ارضای قیود هندسی، مقاومتی و اجرایی قطعات پیش ساخته بتنی مورد نظر جستجو می شوند. در این مطالعه عرض قطعات پیش ساخته، ضخامت قطعات پیش ساخته، تعداد و قطر آرماتورهای بالا و پایین سطح مقطع، تعداد و قطر بولت های اتصال دهنده قطعات پیش ساخته بتنی به یکدیگر، بعنوان متغیرهای تصمیم در نظر گرفته شده اند. نتایج بدست آمده کاملا بیان کننده این مهم است که، روش ارائه شده بسیار کارا و موثر بوده بطوریکه هزینه اجرای طرح بهینه با استفاده از الگوریتم های PSO و ICA به ترتیب 12/6 و 14 درصد به ازای هر متر، کمتر از هزینه طرح اجرا شده در پروژه خط 2 مترو مشهد بدست آمده است. که گویای این امر است که الگوریتم رقابت استعماری (ICA) بدلیل توانایی جستجوی بیشتر در فضای جستجو و قابلیت بهتر فرار از بهینه های محلی، در این نوع مسائل بهینه سازی نتایج بهتری را در بر دارد.