岩爆是高地应力环境下地下工程开挖过程中常遇到的工程地质问题,是一种人类活动诱发的地质灾害。一般认为岩爆是地下工程开挖过程中在高地应力条件下,硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异,储存于岩体中的弹性应变能突然释放而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害,具有突发性、非对称性等特点。自1738年在英国锡矿坑道中首次发现岩爆现象以来,岩爆已成为地下工程建设中普遍关注的一种地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全,影响工程进度,已成为世界性的地下工程难题之一。因此在隧道与地下工程的设计和施工中,对围岩是否发生岩爆及其发生的规模作出准确的预报,对顺利、安全施工,调整、优化工程措施,保证工程安全可靠,均具有重要意义。本文以在建中国第二长隧-米仓山隧道为工程依托。对隧址区域主要岩性进行岩石力学室内试验,分析了泥质粉砂岩、白云岩、石英闪长岩的岩爆倾向性;以水压致裂法地应力原位测试及相关资料为依据,采用应力试算法对米仓山隧道区域初始地应力场进行了反演分析,并分析了隧址区地应力场分布特征,对高地应力进行判识;在隧道轴线位置选取特征断面,采用数值模拟对隧道轴线断面开挖后二次应力场重分布特征进行了计算,并利用“门塞式应力恢复法”进行二次应力现场测试,对数值计算结论进行验证;采用地质综合分析法、应力强度比法以及基于TSP超前地质预报的模糊层次分析法,对米仓山隧道岩爆进行了综合集成预测。根据隧道岩爆机理及防治原则,从支撑和锚固体系加固技术、改善围岩应力条件技术、控制开挖和掘进方式技术三个方面,提出了米仓山隧道岩爆防治措施。通过以上研究取得了以下成果和认识:(1)对泥质粉砂岩、白云岩、石英闪长岩进行岩石单轴压缩试验、巴西劈裂试验及岩石弹性应变能测试。经分析,泥质粉砂岩、白云岩属较坚硬岩,石英闪长岩属坚硬岩。利用脆性系数K及弹性应变能指数Wet,对三种岩石的岩爆倾向性进行了判别。根据脆性系数分析,泥质粉砂岩有发生轻微~中等岩爆倾向;白云岩有发生中等~强烈岩爆倾向;石英闪长岩有发生中等岩爆倾向。根据弹性应变能指数Wet分析,泥质粉砂岩、白云岩、石英闪长岩均有发生中、低烈度岩爆倾向。(2)依据实测地应力对米仓山隧道区域地应力场进行反演分析,分析结果表明:米仓山隧道轴线最大主应力方向范围为N0oW~N50oW,最大主应力受构造作用和地形条件影响较大,大主应力最大值达到32MPa;沿隧道轴线K40+860~K51+000为极高应力区,K51+000~K53+527、K39+733~K40+860为高地应力区。(3)在隧道轴线位置选取特征断面,采用数值模拟对隧道轴线断面开挖后二次应力场重分布特征进行了计算,并利用“门塞式应力恢复法”进行二次应力现场测试,对数值计算结论进行验证。结果表明:隧道开挖后应力集中区域主要位于隧道拱脚和拱肩位置,应力重分布后最大值达到49MPa左右。(4)采用地质综合分析法、应力强度比法以及基于TSP超前地质预报的模糊层次分析法,形成了米仓山隧道岩爆综合集成预测体系。利用地质综合分析法及应力强度比法对隧道轴线区域岩爆进行了总体预测,划分了米仓山隧道不同级别岩爆易发区域。建立了以TSP超前地质预报为基础的AHP-FUZZY岩爆预测模型,并对隧道岩爆灾害进行动态跟进预测。(5)根据米仓山隧道岩爆灾害发生级别及特点,结合隧道岩爆防治原则,从支撑和锚固体系加固技术、改善围岩应力条件技术、控制开挖和掘进方式技术三个方面,提出米仓山隧道岩爆防治措施。