深埋隧道TBM施工巖爆特征規律與防控技術

杜立杰， 洪開榮， 王佳興， 李青蔚， 楊亞磊， 李偉偉， 黃俊閣

(1. 石家莊鐵道大學， 河北 石家莊 050043； 2. 中鐵隧道局集團有限公司, 廣東 廣州 511457；3. 中國水利水電第三工程局有限公司, 陜西 西安 710024)

0 引言

隨著我國鐵路、公路、地鐵、水利水電、石油燃氣輸送等基礎設施的大規模建設，TBM法施工隧道越來越多，其中采用TBM施工的超大埋深復雜地質隧道工程正在成為近年來的主要挑戰。這些超大埋深隧道，如川藏鐵路隧道、大瑞鐵路高黎貢山隧道、陜西引漢濟渭工程、新疆ABH工程等，由于地應力高、易發生巖爆，因而嚴重影響TBM的施工進度，威脅施工人員和設備的安全[1]。

根據川藏鐵路勘察設計資料分析，有5座長大隧道計劃采用18臺TBM與鉆爆法聯合施工。其中，德達隧道總長33.310 km，最大埋深1 120 m，主要巖性為花崗巖、砂板巖、灰巖、礫巖，預計有巖爆洞段8.23 km，中等及以上巖爆洞段5.035 km；孜拉山隧道總長30.000 km, 最大埋深1 480 m，主要巖性為花崗巖、片麻巖、大理巖，預計有巖爆洞段14.00 km，中等及以上巖爆洞段3.05 km；果拉山隧道總長34.201 km，最大埋深1 522 m，主要巖性為板巖夾大理巖、片麻巖、花崗巖，預計有巖爆洞段14.81 km，中等及以上巖爆洞段13.88 km； 伯舒拉嶺隧道總長28.952 km，最大埋深1 605 m，主要巖性為花崗巖、花崗閃長巖、板巖與砂巖互層、板巖夾變質砂巖，預計有巖爆洞段19.89 km，中等及以上巖爆洞段5.14 km；色季拉山隧道總長37.965 km，最大埋深1 696 m，主要為花崗巖、局部閃長巖和片麻巖，預計有巖爆洞段18.835 km，中等及以上巖爆洞段16.155 km。預計上述各座隧道強巖爆洞段長度在300～3 000 m。可見，川藏鐵路工程由于埋深大、地應力高、構造復雜，且沿線存在大量花崗巖、大理巖等脆性硬質巖，因此面臨較強的巖爆風險，給TBM施工帶來了較大困難和挑戰[2]。

從以往TBM工程實踐經驗來看，錦屏Ⅱ級水電站工程在掘進過程中發生了大量的強巖爆甚至極強巖爆，導致2臺引水洞TBM主動中止了施工，1臺排水洞的TBM被毀被埋，造成了人員傷亡和巨大的經濟損失[3]；正在施工的引漢濟渭工程也遭遇了強烈巖爆，早期施工已有支護遭到多次破壞，且巖爆沖擊使TBM設備損傷嚴重，給施工安全和進度造成了很大影響[4]；巴基斯坦NJ水電工程隧洞2臺TBM均遭受頻發的巖爆沖擊，造成人員傷亡和設備嚴重損壞[5]；挪威Kobbelv HPS輸水隧洞TBM施工巖爆同樣造成了人員傷亡[6]。因此，必須采取有效的防控措施解決TBM施工中的巖爆問題。

目前，巖爆防控研究主要有3個方面，即巖爆發生機制及預測理論、施工中巖爆的微震監測預報、施工中巖爆防控技術和工法。巖爆預測理論方面的研究開展得較早并有較多成果，如Ma等[7]基于巴基斯坦NJ水電工程項目提出了一個巖爆判據，即根據巖體強度與垂直洞軸線的水平應力之比來判別巖爆，但本文的研究重點不是巖爆機制和預測理論。

有關TBM施工中引入微震監測系統對巖爆進行監測預報的工程主要有錦屏Ⅱ級水電站工程、陜西引漢濟渭工程、新疆ABH工程。趙周能等[8]基于錦屏Ⅱ級水電站工程的巖爆微震監測數據與巖爆案例，從微震監測結果的角度，分析了巖爆的時空規律，表明微震事件與巖爆具有較強的時空相關性；于群等[3]通過分析錦屏Ⅱ級水電站工程巖爆發生前后微震監測數據的變化情況，發現大多數巖爆都有可被監測的微破裂前兆，初步證明了將微震監測系統用于TBM施工巖爆風險預警的可行性； 陳炳瑞等[9]通過分析TBM掘進過程中的微震活動規律，發現TBM掘進速度越快，微震活動越強烈，且TBM檢修后重新開始掘進，4～6 h為巖爆高發期；王俊[10]對引漢濟渭秦嶺隧洞3#洞、4#洞上下游的巖爆微震監測結果和巖爆情況進行了統計，認為分別有95.89%、90.00%、88.46%的預測準確率；馬天輝等[11]對錦屏Ⅱ級水電站工程中的巖爆進行分析，發現該工程巖爆預測準確率可達80.6 %。杜立杰等[12]基于巖爆微震監測與實際巖爆對比驗證的大數據分析，對目前正在施工的引漢濟渭工程和新疆ABH工程巖爆微震監測的準確率及適用性進行了研究，得出的結論是： 巖爆等級越高，微震監測的準確率越高，強巖爆風險等級預報的準確率接近80%。

埋深超過2 000 m的TBM施工隧道，我國迄今為止有3個，即錦屏Ⅱ級水電站工程、新疆ABH工程、陜西引漢濟渭工程。從工程實踐來看，輕微巖爆和中等巖爆對TBM施工安全和進度影響較小，主要采取鋼筋網支護、機械漲殼式預應力注漿錨桿、水漲式錨桿、納米仿鋼纖維混凝土等綜合防治措施[13]；而強巖爆對TBM施工進度影響很大，TBM設備和人員面臨較大的安全風險，很難得到完全防控，這主要是巖爆發生時，支護沒有及時做好、人員設備面臨被砸風險，或支護被毀，清渣量很大。錦屏Ⅱ級水電站排水洞TBM施工進入強巖爆區以后, 由于支護被毀，清渣和恢復支護工作量巨大，TBM施工速度下降，2009年7—11月僅掘進600 m[14]。錦屏Ⅱ級水電站引水洞TBM施工前方面臨強巖爆的風險，因而提出了超前導洞施工方案，即在掌子面上部用鉆爆法開挖導洞，然后TBM再掘進剩余斷面[13,15]。應該指出的是，這種鉆爆法開挖導洞方案作為實驗研究探索是有益的，但是作為TBM穿越強巖爆洞段的施工技術方案很難被各方所接受，因為如此還不如全斷面鉆爆法開挖。

綜上所述，不論從巖爆研究文獻還是從工程實踐來看，巖爆預測預報的準確性還有待提高。高于實際巖爆的預測結果，將增加防控的成本并影響施工進度；低于實際巖爆的預測結果，將帶來較大的安全風險和進度風險。而且，即使準確預測到巖爆的發生，最終還得依靠巖爆防控措施來保障TBM的安全穿越。目前在TBM施工巖爆防控技術方面主要還存在以下問題：

1)巖爆防控沒有充分考慮TBM法在裝備和工法上的特點。與鉆爆法比較，由于TBM設備結構特點的不同和工法特點的不同，TBM法在防控巖爆上既有不利的一面，也有可充分利用的一面。

2)巖爆防控沒有充分認識和利用TBM法施工的巖爆影響和特征規律，特別是巖爆“時空效應”，即巖爆發生的時間和位置，對TBM法隧道巖爆防控尤為重要。

3)巖爆防控沒有根據不同巖爆等級，從防控目標、防控理念、防控措施系統地提出TBM法隧道巖爆防控的理論技術體系，缺少從“裝備設計—掘進工序—支護工序”三者統一協調進行防控。

本文將根據TBM正在施工的引漢濟渭工程、新疆ABH工程現場數據分析，在對TBM法巖爆特征規律分析認識的基礎上，結合TBM裝備特點和工法特點，系統地提出TBM法巖爆分級防控目標、防控準則和防控技術，并在ABH工程、引漢濟渭工程現場應用驗證，為川藏鐵路隧道等深埋隧道TBM施工巖爆防控提供借鑒。

1 巖爆影響與特征規律

1.1 依托工程及其巖爆概況

1.1.1 新疆ABH工程

新疆ABH工程輸水主洞全長約41 km，共采用2臺TBM和鉆爆法聯合開挖。其中本文所研究的Ⅲ標段全長14 km，采用敞開式TBM施工，開挖樁號為K9+600～K23+600，開挖洞徑為6.53 m。隧洞地面高程為1 750～3 777 m，最大埋深2 253 m，埋深大于1 500 m的洞段約7 700 m，占標段總長的53.4 %。隧道地處北天山強烈窿升區，構造復雜、地震活動強、地應力高，且沿線分布有粉砂巖、變質泥巖、花崗閃長巖等硬脆性巖石，巖石的抗壓強度為55.6～148.7 MPa，具有發生巖爆的地質條件。

截至2019年8月，該工程TBM掘進期間共發生巖爆151次，其中輕微巖爆101次、輕微—中等巖爆18次、中等巖爆32次，尚無強—極強巖爆，對施工影響不是很大。

1.1.2 引漢濟渭工程

引漢濟渭工程位于陜西省中南部的秦嶺山區，全長98.3 km，采用鉆爆法及2臺直徑為8.02 m的敞開式TBM聯合開挖。本文所研究的引漢濟渭工程嶺南段施工全長18.28 km，樁號為K28+085～K46+360，其中樁號K28+490～K37+011.5為TBM第1掘進段，樁號K39+511～K46+360為TBM第2掘進段。隧洞高程1 050～2 420 m，最大埋深約2 012 m，地應力高，沿線主要分布有石英巖、花崗巖、閃長巖等硬質巖石，巖石抗壓強度為107～317 MPa，均值為160～170 MPa，具有發生強巖爆的條件。

截至2019年11月，該工程TBM掘進期間共發生巖爆795次，其中輕微巖爆302次、輕微—中等巖爆84次、中等巖爆158次、中等—強烈巖爆80次、強烈巖爆171次，對TBM施工造成了很大影響。

1.2 巖爆對TBM施工安全的影響

發生巖爆不但會降低施工速度，還可能威脅施工安全，且不同等級的巖爆對TBM施工的影響程度也不相同。根據2個依托工程巖爆現場情況分析，巖爆對施工安全的影響規律如下：

1)輕微巖爆、輕微—中等巖爆的能量較低，隧洞局部巖石爆裂，產生的巖渣比較少，不會破壞初期支護體系，對施工人員和設備的影響不大。

2)中等巖爆、中等—強烈巖爆的能量較高，產生的巖渣比較多，但一般不會破壞初期支護體系。由于支護體系的緩沖，落石對設備的損傷不大，但應防范巖爆落石傷人事故。

3)強烈巖爆、極強巖爆產生的能量強，產生的巖塊多、沖擊性強，對人員和設備安全造成極大的威脅。此類巖爆若發生在護盾后面，初期支護體系大多遭到破壞，設備可能受損，嚴重時甚至會摧毀設備和工程；若發生在護盾至掌子面區域，護盾、主驅動、刀盤會受到一定的沖擊或損傷，導致刀盤上滾刀和鏟斗異常損壞大量增加。引漢濟渭工程發生在護盾后的強烈巖爆就造成了拱架支護和設備損壞，如圖1所示。

圖1 強烈巖爆損壞拱架和設備

1.3 巖爆對TBM施工速度的影響

TBM的施工速度即進尺速度，主要受TBM純掘進速度和純掘進時間影響。將巖爆段的施工參數分類匯總后，與常規無巖爆施工洞段的參數對比，可以得出巖爆對TBM施工速度的影響規律。

經統計分析，2個依托工程中，存在巖爆風險的Ⅳ類圍巖僅150 m左右洞段內，共發生了20次巖爆。由于Ⅳ類圍巖中的巖爆數據較少，因此僅討論Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類圍巖條件下，巖爆對TBM施工速度的影響。

ABH工程Ⅱ類圍巖中主要發生輕微巖爆，Ⅲ類圍巖中主要發生輕微、輕微—中等、中等巖爆。ABH工程所選取的常規無巖爆施工洞段樁號見表1。

表1 ABH工程常規無巖爆施工洞段選取樁號

引漢濟渭工程中Ⅰ類圍巖中各等級巖爆均有發生，Ⅱ、Ⅲ類圍巖中主要發生輕微、輕微—中等、中等巖爆。由于該工程Ⅰ類圍巖中發生巖爆較為頻繁，所選取的常規無巖爆洞段比較分散，因此僅將研究的Ⅱ、Ⅲ類圍巖常規無巖爆施工洞段樁號匯總于表2。

表2 引漢濟渭工程常規無巖爆施工洞段選取樁號

1.3.1 TBM純掘進速度的影響

統計2個依托工程巖爆段與常規施工洞段TBM的掘進速度，分析巖爆對TBM掘進速度的影響，結果如圖2和圖3所示。

圖2 ABH工程不同巖爆段的掘進速度

圖3 引漢濟渭工程不同巖爆段的掘進速度

由圖2可知，ABH工程中，巖爆明顯降低了TBM的掘進速度，且在一定范圍內，隨著巖爆等級的提高，巖爆對TBM掘進速度的影響也逐漸加強。而從圖3可以發現，引漢濟渭工程中，巖爆對TBM掘進速度的影響并不明顯，在某些情況下，巖爆段的掘進速度甚至略高于常規段，且僅從該工程的統計結果來看，掘進速度和巖爆等級的相關性也不大。

分析上述結果的原因，ABH工程中巖石的抗壓強度較低，適合TBM掘進。若無巖爆，TBM純掘進速度比較快；一旦發生巖爆，掘進速度會明顯降低，這主要源于巖爆洞段對TBM掘進速度的主動控制。引漢濟渭工程中巖石抗壓強度極高，即使沒有巖爆，TBM的純掘進速度也很低，發生巖爆后，在這種極硬巖的情況下，純掘進速度不會有明顯上升或降低，無需主動控制。因此，所在圍巖越易于掘進貫入，巖爆對TBM施工速度影響的占比越大。而且，主要影響TBM施工速度的不是純掘進速度，而是純掘進時間。

1.3.2 TBM純掘進時間的影響

巖爆會增加清渣、支護和設備修復的工作量，占用純掘進時間，進而影響TBM掘進速度。一般來說，同類圍巖下，巖爆等級越高，純掘進時間延誤越多。統計2個依托工程巖爆段與常規無巖爆施工洞段TBM的純掘進時間，分析巖爆對TBM純掘進時間的影響，如圖4和圖5所示。

圖4 ABH工程不同巖爆段的純掘進時間

圖5 引漢濟渭工程不同巖爆段的純掘進時間

由圖4和圖5可知，ABH工程中的純掘進時間情況符合上述規律；引漢濟渭工程的數據分析結果也大體上符合上述規律。而Ⅰ類圍巖常規段、Ⅲ類圍巖輕微巖爆段的純掘進時間偏短，是因為受到其他因素的影響。Ⅰ類圍巖施工時，采取主動控制日進尺的措施來降低強巖爆造成的影響，導致純掘進時間偏短；而Ⅲ類圍巖純掘進時間略微偏短與輕微巖爆段設備故障增加有關。因此，由于施工中巖爆等級劃分存在偏差，且每次巖爆對設備的影響并不是獨立的因素，因此純掘進時間在上述的大趨勢下會有小范圍的波動。

1.3.3 TBM施工速度的影響

統計2個依托工程巖爆段與常規施工洞段TBM的日進尺，分析不同圍巖類別情況下，各級巖爆對TBM施工速度的影響。以常規段的施工速度為參照，各級巖爆段施工速度對比結果見表3和表4。

表3 ABH工程巖爆段施工速度對比

表4 引漢濟渭工程巖爆段施工速度對比

上述施工速度考慮了巖爆防控支護措施的影響。表3和表4的分析結果表明：

1)同一工程中，當巖爆等級相同，相比Ⅲ類圍巖，各級巖爆對Ⅱ類圍巖中施工速度的影響更明顯；不同工程中，同類圍巖條件下，相比引漢濟渭工程，各級巖爆對ABH工程施工速度的影響更明顯，因為ABH工程圍巖抗壓強度較低，易于掘進。如果沒有巖爆，Ⅱ類圍巖支護量很小，則可達到很高的掘進速度； 一旦有巖爆可能，就需要采取類似破碎圍巖的支護手段，這對純掘進時間占比影響較大，因而巖爆造成的施工速度影響比較大。

2)不考慮引漢濟渭工程Ⅰ類圍巖中主動控制日進尺的情況，2個工程發生中等巖爆時，施工速度僅為正常情況下的1/2～3/4，巖爆影響較大。

3)在所研究洞段范圍內，僅在引漢濟渭工程中Ⅰ類圍巖情況下有強烈巖爆發生，強巖爆洞段的施工速度不到無巖爆洞段的1/2，巖爆影響很大。考慮到引漢濟渭工程圍巖抗壓強度極高，在此基礎上對比分析，如果ABH工程發生同樣的強巖爆，由于圍巖抗壓強度低、易于掘進、純掘進速度高，而且有強巖爆比無強巖爆情況下的純掘進時間差距也很大，因此，ABH工程若發生強巖爆，對TBM施工進尺速度的影響占比遠不止1/2。

針對巖爆特別是強巖爆采取了防控措施，對于引漢濟渭工程Ⅰ類圍巖即使是常規沒有發生巖爆的洞段，有時也采取了主動控制日進尺的措施，所以巖爆對施工速度的影響可能比表4更大。

若不考慮控制進尺的情況，引漢濟渭工程常規段施工時，Ⅰ類圍巖的支護很簡單，理論上純掘進時間為15 h左右，日進尺可達到12.9 m；而在同樣的巖性和抗壓強度下，實際強烈巖爆洞段的日進尺為3.2 m，強巖爆段的施工速度可能僅為常規段的1/4。

1.4 巖爆的時空特征規律

認識TBM施工巖爆的時空特征規律，對巖爆防控至關重要。本文將從巖爆的“時空效應”，即巖爆的發生時間(掘進滯后時間)、發生位置(到掌子面的距離)和影響范圍3個方面來分析巖爆的時空特征規律。由于ABH工程的巖爆等級偏低，無中等以上等級的巖爆，而且巖爆數據較少，得出的結論準確性可能偏差較大，研究意義較小，因此僅對引漢濟渭工程中的巖爆時空特征進行總結。

由于部分巖爆數據不完整，因此選取引漢濟渭工程中相對完整的788組巖爆數據進行分析，其中包括輕微巖爆301次、輕微—中等巖爆83次、中等巖爆157次、中等—強烈巖爆80次、強烈巖爆167次。分別對這些數據中巖爆的滯后時間、巖爆到掌子面的距離和巖爆的影響范圍進行統計分析，得到巖爆的時空特征規律。

巖爆的滯后時間為某樁號開挖后到發生巖爆的時間，為了便于統計，用t來表示，根據工程的施工時間，將12、24、48、72 h作為節點進行分組；巖爆到掌子面距離用S來表示，根據TBM的結構特點，以5、15、60 m作為節點進行分組；巖爆的影響范圍包括巖爆段的長度和巖爆發生的圓周部位；巖爆段的長度是巖爆起始樁號到終止樁號的距離，用D來表示；巖爆的發生部位指巖爆在隧道斷面圓周上的位置，將上部120°范圍劃為頂拱，下部120°范圍劃為底拱，左右兩側為邊墻。

1.4.1 巖爆特征規律的統計分析

將引漢濟渭工程記錄相對完整的巖爆數據按巖爆等級進行分類，分別統計分析各級巖爆的滯后時間、到掌子面的距離、巖爆段長度和發生部位，統計結果見圖6—9。

圖6 各級巖爆的滯后時間占比

圖7 各級巖爆到掌子面距離的占比

圖8 各級巖爆段長度的占比

圖9 各級巖爆的發生部位的占比

圖6—9統計分析結果表明，引漢濟渭工程中發生的巖爆具有以下特點：

1)90%以上的巖爆滯后時間在24 h以內，開挖后10～24 h發生巖爆的頻率最高，約有9%的強烈巖爆滯后時間在24～48 h。因此，巖爆的重點防控時間應在開挖后24 h以內。

2)巖爆到掌子面的距離多為5～15 m，隨著巖爆等級的增強，巖爆到掌子面的距離有所下降，31.1%的強烈巖爆發生在護盾之前。根據敞開式TBM的特點，距掌子面5～15 m一般對應主梁位置，人員和設備比較集中，必須做好巖爆的防控工作。

3)單次巖爆段的長度多在5 m以內，100%中等—強烈和98.2%強烈巖爆在5 m以內。巖爆多在頂拱120°范圍內發生，分別有98.1%、97.5%、100%的中等巖爆、中等—強烈巖爆和強烈巖爆在頂拱發生；有15.9%～38.9%的巖爆在兩側邊墻發生，有頂拱和邊墻同時發生巖爆的情況；極少有發生在底拱的巖爆。因此，可根據各級巖爆的影響范圍確定重點防控位置，同時巖爆段的支護應以頂拱120°范圍內為主。

1.4.2 控制日進尺的強巖爆特征對比分析

引漢濟渭工程采取了主動控制TBM掘進日進尺的措施，來降低強巖爆造成的影響。為了明確其防控效果，將該工程中的中等—強烈、強烈巖爆以日進尺3 m為節點進行分組驗證。在該工程所選取的數據中，共發生中等—強烈巖爆80次，日進尺在3 m以下的有13次；強烈巖爆167次，日進尺在3 m以下的有46次。將日進尺在3 m以上的數據用中等—強烈巖爆A和強烈巖爆A表示，日進尺在3 m以下的數據用中等—強烈巖爆B和強烈巖爆B表示，統計結果見圖10—13。

圖10 日進尺不同時巖爆滯后時間對比

圖11 日進尺不同時巖爆到掌子面的距離對比

由圖10—13可見： 降低日進尺后，仍是90%以上的巖爆發生在24 h以內，巖爆的滯后時間和巖爆的影響范圍均無明顯的變化；巖爆到掌子面的距離則顯著降低，等級高的中等—強烈、強烈以上巖爆發生在5 m以內即護盾至掌子面區域的占比明顯增高，分別達到92.3%和78.3%，這對TBM施工巖爆防控具有重要意義。

圖12 日進尺不同時巖爆段的長度范圍對比

圖13 日進尺不同時巖爆發生部位的對比

對于敞開式TBM，掌子面到護盾尾部的距離一般約為6 m，且護盾是撐住洞壁的。這樣，引漢濟渭工程通過將日進尺控制在3 m左右，使多數強烈巖爆在護盾和掌子面范圍內發生，從而避免強巖爆落石砸壞支護或設備的情況，降低了巖爆造成的影響。對于其他工程，也可以根據具體巖性、巖爆強度和特征，主動控制日進尺，比如控制強巖爆段日進尺在3～5 m，具體可根據工程實際現場測試確定。

2 巖爆防控理念與防控技術

基于上述巖爆特征規律，結合TBM結構和工法特點，提出TBM施工巖爆防控理念與防控技術。

2.1 TBM法巖爆防控特殊性分析

由于具有不同的施工設備特點和工法特點，TBM施工巖爆防控與鉆爆法相比，既有共性之處，也有特殊性。因此，認識2種工法巖爆防控的異同，是做好巖爆防控的前提。TBM施工巖爆防控的特殊性主要如下：

1)TBM施工巖爆危害影響大。鉆爆法在遭遇較強巖爆之前，設備人員后撤相對靈活。但是，TBM是大型施工裝備系統，每次巖爆發生之前后撤不現實。而且，為了方便作業，此前敞開式TBM主機沒有設置防護棚，暴露在開挖的洞壁內，一旦發生較強巖爆，有可能造成設備和人員的重大傷害。TBM設備價值昂貴，若被巖爆毀壞，將造成較大的經濟和社會影響。

2)TBM關鍵部件受損影響掘進。TBM施工巖爆發生在掌子面區域時，爆裂巖塊的沖擊可能損壞滾刀，且造成掌子面凸凹不平，進一步加劇滾刀的異常損壞。刀盤可能加劇磨損損傷，且由于大量巖塊的掉落，刀盤旋轉掘進時巖渣鏟斗齒受到強烈沖擊，可能頻繁損傷掉落。這些問題都將延緩TBM掘進進程，因此必須修復或更換TBM關鍵部件才能繼續掘進。

3)TBM機械結構具有巖爆防控可利用性。TBM結構有強健的刀盤和護盾，敞開式TBM掘進掌子面距盾尾大約6 m，護盾式TBM護盾更長，且盾尾后是預制管片支護。如果通過主動控制日進尺使巖爆發生在掌子面和護盾區域，可以有效地利用刀盤和護盾對后面的設備和人員起到防護作用。雖然巖爆可能會對刀盤和護盾有損傷，但并非致命問題。

4)TBM施工具有“并行工序”的工法特點。鉆爆法的作業具有“順序工序”的特點，即爆破、出渣、支護等工序是按前后順序安排的。而TBM法按“并行工序”來安排作業，即掘進、出渣、支護等工序是可以同時進行。考慮這一特點，TBM法巖爆的防控應該根據巖爆等級盡可能降低支護等工序對掘進的延誤，同時從“裝備—掘進—支護”協調控制來降低巖爆的影響，有時需主動控制日進尺來獲得巖爆防控的最佳效益。

因此，以TBM主機結構作為基礎，結合工法工藝創新設計TBM結構、支護設備和巖爆防護設施，是TBM施工巖爆防控的有效途徑。

2.2 TBM施工巖爆防控目標

作為一定條件下發生的自然地質現象，強巖爆的沖擊能量巨大，且其發生具有突發性和不確定性。雖然目前已有一些預測理論和監測技術，但很難非常準確地提前告知何時、何位置將發生多大能量的巖爆，即使準確預測到巖爆的發生，仍需依靠其他可靠的防控技術才能保障TBM安全穿越。因此，巖爆的防控目標必須客觀現實，根據巖爆等級全面考慮安全和速度的效益，針對不同級別巖爆，基于進尺速度延誤、支護及后期恢復工作量、設備人員危害等方面的影響程度，提出以下巖爆的分級防控目標：

1)輕微巖爆防控目標。實施防控技術措施后，類似Ⅲ級圍巖支護對TBM掘進延誤的影響，巖爆及實施防控措施對TBM進尺速度影響很小；洞壁巖石爆裂塌落得以控制，不會損壞實施的支護結構，沒有額外清渣工作量；避免巖爆對設備和人員造成傷害。

2)中等巖爆防控目標。實施防控技術措施后，類似Ⅳ級圍巖支護對TBM掘進延誤的影響，巖爆及實施防控措施對TBM進尺速度影響較大；洞壁爆裂塌落和拋射巖石基本得以控制，不會損壞實施的支護結構，基本沒有額外的清渣工作量；避免巖爆對設備和人員造成傷害。

3)強巖爆防控目標。實施防控措施后，類似Ⅴ級圍巖支護對TBM掘進延誤的影響，巖爆及實施防控措施對TBM進尺速度影響很大；洞壁深度爆裂、沖擊拋射和塌落巖石得到一定程度的控制，個別位置的支護結構受到損壞，恢復支護的工作量不大；避免巖爆對設備造成較大損傷，避免人員傷害。

2.3 TBM施工巖爆防控準則

工程實踐表明，如果不遵循一定的理論準則來選擇和實施技術方案，例如：不采取恰當的時機完成支護，或是未根據巖爆等級選擇技術方案，也難以達到良好的防控效果。因此，巖爆防控必須首先考慮TBM施工特點和巖爆發生特征規律，遵循正確的巖爆防控理念和理論準則。基于TBM施工特點和巖爆發生特征規律，以及工程巖爆防控實踐經驗，提出了巖爆防控的4個理論準則，如圖14所示。

圖14 巖爆防控理論準則

1)“掘速控制”準則。這里的掘速控制不是控制正在掘進的TBM純掘進速度(mm/min或m/h)，而是控制TBM施工速度，即每天或一定時間段內的進尺。一方面，如前所述，TBM施工速度對強巖爆發生的位置有顯著影響；另一方面，考慮到巖爆的時空效應，如果TBM施工速度過快，而支護防控措施在巖爆發生之前來不及完成，再好的防控技術也無效，仍會產生巖爆后果，帶來設備和人員傷害風險，且較大的清渣量反倒制約進尺速度。因此，依據巖爆發生等級和支護防控技術特點，適當主動控制進尺速度，需遵循“掘速控制”準則。

2)“風險控制”準則。這里風險的概念特指巖爆帶來的風險，即巖爆對TBM施工人員和設備的安全風險，以及TBM施工速度、工期、受困影響的風險。根據風險危害大小及發生概率的大小，采取相應的防控技術措施。與斷層破碎帶控制理念不同，斷層破碎帶出露TBM護盾盾尾再實施支護等技術措施，很多時候是沒有問題的。但對巖爆而言，不論是巖爆預測理論得出的結果，還是巖爆監測獲得的結果，給出的都是一種巖爆可能性以及大致的級別預測，還達不到十分準確的預測預報水平，而巖爆發生前如不能及時采取技術措施將帶來嚴重后果。因此，即使掘進開挖后證明該位置洞段沒有發生巖爆，但根據預測預報結果以及本工程前期類似發生巖爆圍巖條件的經驗總結判斷，只要有較大概率發生巖爆，就應采取相應的支護等巖爆防控技術措施。這屬于風險控制，不能因此而認為這種防控措施是一種浪費，其相應的施工工期和成本損失需得到考慮和認可。因此，巖爆防控根據發生的可能性事先采取預防措施，需遵循巖爆“風險控制”準則。

3)“時空控制”準則。工程實踐表明，巖爆可能在掘進開挖后瞬間或短時間內發生，即所謂的即時型巖爆，這種巖爆主要發生在掌子面及TBM刀盤或護盾區域；巖爆也可能在開挖后滯后一段時間發生，如前所述，在24 h內發生巖爆的概率非常大，個別發生在更長時間內，位置主要集中在TBM主機區域內。因此，對于多發生在掌子面與護盾范圍內的即時型巖爆，可以充分利用TBM主機結構的特點實施相應的防控技術措施，并對刀盤、刀具、鏟斗齒、護盾等進行強健設計；對于滯后時間較長才發生的巖爆，需充分掌握巖爆發生的時空規律，協調TBM的進尺和支護速度，主動控制進尺速度，從而控制巖爆發生位置，對TBM主機區域做好必要的人員和設備防護設計，在TBM發生巖爆前恰當的時間和空間內實施支護措施。因此，巖爆防控需考慮時空效應，遵循“時空控制”準則。

4)“分級控制”準則。不同的圍巖條件，巖爆發生等級不同，一般分為無巖爆、輕微巖爆、中等巖爆、強巖爆甚至極強巖爆。巖爆等級不同，危害大小不同，不同防控技術措施的防控效果不同，對進尺速度影響不同，施工成本不同。輕微和中等以下巖爆的防控技術措施，可能不能解決強巖爆的根本問題。因此，不能籠統地談巖爆防控技術方案，需根據巖爆等級，選擇不同的巖爆防控技術方案。盡管目前已有一些工程實踐經驗，但缺乏系統選擇巖爆防控技術方案的理論指導，需要建立分級選擇防控方案的理論體系，在TBM掘進中遵循巖爆“分級控制”準則。

2.4 TBM施工巖爆防控技術

根據前述TBM施工巖爆影響規律、時空效應、設備結構和工法特點，以及巖爆防控目標和防控準則，提出基于“裝備—掘進—支護”協調控制的TBM施工巖爆分級防控技術體系，并在實際工程中應用驗證。

由于護盾式TBM主機區域具有護盾保護，后配套部分有預制管片支護，相比敞開式TBM更易于巖爆防控，控制也相對簡單。因此，下面主要基于敞開式TBM來討論巖爆防控技術方案。

2.4.1 輕微巖爆防控技術

2.4.1.1 輕微巖爆防控技術方案

常規敞開式TBM在護盾尾部都配有錨桿鉆機，方便實施錨桿作業，而且采取“錨桿+網片”的支護能夠抵抗輕微巖爆，錨桿、網片支護作業速度比較快，基本能跟上TBM的掘進。即使一時跟不上掘進，一般也不會帶來設備和人員的安全威脅，甚至可以補救支護，所以無需刻意主動控制TBM的純掘進速度，但要保證支護緊跟掘進，巖爆防控支護實際可能會延誤一些TBM施工速度，即進尺速度。

根據以上分析，提出輕微巖爆的防控技術方案為“常規TBM設計+錨桿網片支護+支護緊跟掘進”無需主動控制進尺速度的防控技術方案，如圖15所示。

圖15 輕微巖爆防控技術方案

2.4.1.2 工程應用效果

上述輕微巖爆防控技術方案在新疆ABH工程得到全面應用，截至2019年8月，發生輕微巖爆101次，支護能夠完全控制巖爆，未發生設備損傷和人員傷亡事故。由于ABH工程圍巖抗壓強度和完整性易于掘進，所以若與無巖爆同樣圍巖相比，輕微巖爆TBM施工速度是無巖爆圍巖的70%～90%。工程應用效果如圖16所示。

圖16 輕微巖爆防控技術工程應用

2.4.2 中等巖爆防控技術

2.4.2.1 中等巖爆防控技術方案

錨桿和網片支護難以抵抗中等巖爆的沖擊，TBM主機處噴射混凝土支護會污染主機且強度提升慢，也不是好的選擇方案，除非能研發采用價格低、無回彈且速強的混凝土。因此，提出中等巖爆采用“鋼拱架+鋼筋排”的連續封閉支護方式。此時，TBM施工速度無需主動控制，但因為支護會延誤掘進，所以存在施工速度的被動控制。另外，為了使TBM護盾能夠儲存鋼筋排，達到不間斷封閉支護，需設計成含儲存夾層的護盾。這樣就構建了“含儲存倉的護盾設計+常規間距拱架鋼筋排支護+掘進被動控制”的中等巖爆防控技術方案，如圖17所示。

圖17 中等巖爆防控技術方案

如圖18所示，“鋼拱架+鋼筋排”的連續封閉支護技術的實施方法是： 將焊接而成的鋼筋排或成組單根鋼筋插入護盾儲存倉，隨著TBM向前掘進，不斷支立鋼拱架，鋼拱架支撐鋼筋排的后端，鋼筋排前段由護盾儲存倉支撐，儲存倉內的鋼筋排隨TBM掘進陸續滑出，前端滑出之前再插入下一節鋼筋排。這樣，鋼筋排由護盾和鋼拱架前后支撐，形成了連續封閉的“鋼拱架+鋼筋排”支護。

圖18 含儲存倉的護盾及鋼筋排支護

采用“鋼拱架+鋼筋排”的支護方式，不僅可以抵抗中等巖爆的沖擊，更重要的還有以下2個原因： 1)考慮到巖爆的時空效應，“鋼拱架+鋼筋排”支護能在巖爆發生之前較快地完成，形成有效支護，且對TBM掘進的延誤時間少，對TBM施工速度影響較小； 2)由于鋼筋排前后兩端分別由護盾和鋼拱架支撐，護盾至拱架之間始終是連續無間斷的支護，避免盾尾與拱架間出現空隙，能有效地防護設備和人員，同時基本避免了巖爆落渣，極大地減少了清渣工作量。

2.4.2.2 工程應用效果

在ABH工程和引漢濟渭工程，巖爆微震監測預報有中等巖爆或介于輕微與中等之間或介于中等與強烈之間的巖爆，因此均采用了上述巖爆防控技術方案。

ABH工程從TBM開始掘進至2019年8月，發生輕微—中等巖爆18次、中等巖爆32次。截至2019年11月，引漢濟渭工程TBM掘進，發生輕微至中等巖爆84次、中等巖爆158次、中等—強烈巖爆80次。采用上述防控技術方案，支護抵抗住了巖爆的沖擊，未發生人員傷亡事故，設備沒有較大受損，達到了較快的TBM施工速度，是無巖爆施工速度的50%～70%。ABH工程“鋼拱架+鋼筋排”支護情況下日進尺在10 m左右。不同部位防控技術工程應用如圖19和圖20所示。

圖19 中等巖爆防控技術工程應用(頂拱)

圖20 中等巖爆防控技術工程應用(邊墻)

2.4.3 強烈巖爆防控技術

2.4.3.1 強烈巖爆防控技術方案

以往工程實踐表明，常規鋼拱架支護難以抵抗強烈巖爆的沖擊，支護經常被損毀，且帶來大量的清渣工作量，威脅設備和人員安全，施工進度受到嚴重影響。

然而，根據巖爆特征規律的分析結果，強烈巖爆情況下主動控制掘進日進尺對巖爆發生位置有顯著影響，因此可以通過主動控制日進尺使大多數強烈巖爆發生在掌子面和護盾區域。這樣，不僅護盾后面的設備和人員得到了保護，更重要的是可以將巨大沖擊能量的巖爆防護問題轉化為塌方破碎帶支護問題，即巖爆及其落石塌落于盾尾至前方掌子面區域，刀盤和護盾起到了抵抗巖爆沖擊的作用，在盾尾處可采取“小間距鋼拱架+鋼筋排”支護巖爆落石。基于此，提出了“刀盤護盾強健設計+主動控制進尺速度+小間距鋼拱架鋼筋排支護”的強烈巖爆防控技術方案，如圖21所示。

一般掌子面至盾尾距離約6 m，且90%以上強烈巖爆在24 h內發生，據此規律可主動控制TBM掘進日進尺在3～5 m，盾尾“鋼拱架+鋼筋排”支護緊跟掘進進程，完成進尺控制指標后可停機等待，鋼拱架間距減小到可使TBM撐靴跨過，若更小間距密排無法跨越時可采用混凝土灌注抹平。

圖21 強烈巖爆防控技術

2.4.3.2 工程應用效果

引漢濟渭工程嶺南段TBM進入第2掘進段后，隨著埋深增大，開始進入連續強烈巖爆甚至極強巖爆區，TBM掘進采取了上述強巖爆防控技術方案。

截至2020年10月底，第2掘進段完成2 075.3 m掘進，制約掘進造成停機支護的巖爆段共計813段，影響段落長度累計2 023.6 m，占已掘進長度的97.5%。經統計，通過采取主動控制日進尺的防控方案，TBM成功穿越了超過2 km的強烈巖爆洞段，但也有約7%的二次滯后巖爆發生在拱部和底拱，其中拱部滯后性強烈巖爆37次、底拱滯后性巖爆21次，造成已支護結構體系損壞。然而，由于滯后巖爆發生在已支護區域，對人員和設備威脅大大降低，主要是帶來了支護恢復和清渣的工作量。強巖爆洞段TBM平均月進尺達到110 m，日進尺約3.5 m，TBM安全穿越了長距離強巖爆洞段。防控技術工程應用如圖22—24所示。

圖22 強烈巖爆防控技術工程應用(頂拱)

圖23 強烈巖爆防控技術工程應用(邊墻)

圖24 強烈巖爆洞段穿越后的支護效果

同時，TBM刀盤和護盾也能夠經受住強烈巖爆的沖擊。由于TBM最初是按照常規設計的，刀盤、護盾受到一定程度的損傷，但并沒有造成致命問題。根據本文提出的強巖爆防控方案，今后若有強巖爆存在，也應對TBM刀盤和護盾進行強健設計。

綜上所述，提出了“輕微、中等、強烈”3個等級巖爆的防控目標；“掘速控制、風險控制、時空控制、分級控制”4個防控準則；“裝備—掘進—支護”三者協同創新控制；“輕微、中等、強烈”3個等級巖爆防控技術方案，從而構建了“3-4-3-3” TBM施工分級巖爆防控理論技術體系，在實際工程應用中取得了良好的巖爆防控效果。

特別指出的是，引漢濟渭工程所述強烈巖爆洞段，實際上有局部極強巖爆的發生，其巖爆防控理念和防控技術可參考強烈巖爆進行控制，具體的進尺速度、拱架間距及型號可適當調整。

另外，巖爆監測預報也許不能完全確定巖爆級別，給出輕微—中等或中等—強烈巖爆的預報結果。此時，可根據具體工程情況參照采取本文提出的中等和強烈巖爆的防控技術方案。

3 討論

針對上述巖爆特征規律分析結果以及提出的防控技術方案，重點討論以下幾個方面。

3.1 巖爆的時空特征規律

我國采用TBM施工的超大埋深隧道發生較強巖爆的工程主要是錦屏Ⅱ級水電站工程、陜西引漢濟渭工程和新疆ABH工程。這3個工程最大埋深都超過2 000 m，埋深在1 500 m以上的洞段占有很大比例。錦屏Ⅱ級水電站的巖性以大理巖為主，ABH工程以粉砂巖、變質泥巖為主，引漢濟渭工程主要是花崗巖、石英巖和閃長巖，具有一定的代表性。下面以正在掘進的引漢濟渭工程、ABH工程的分析結果與已完工的錦屏Ⅱ級水電站工程進行對比分析。

根據本文前述研究結果，有20%～40%的巖爆發生在10 h以內，90%以上巖爆的滯后時間在24 h以內，開挖后10～24 h發生巖爆的頻率最高，有9%左右的強烈巖爆滯后時間在24～48 h。有30%以上中等以上和強烈巖爆發生在護盾至掌子面以內，90%以上的中等和強巖爆發生在掌子面后15 m以內。主動控制TBM進尺可使80%～90%的強巖爆發生在護盾至掌子面以內。即使少部分巖爆發生在護盾以后區域，由于巖爆滯后時間長，足以做好強支護，使設備和人員安全得到了極大提升。

對比錦屏Ⅱ級水電站工程，根據有關文獻報道，強巖爆位置一般發生在掌子面后3～5 m, 時間一般在開挖后的 6～12 h[14]；TBM 作業時段及停機后的 1 h內為巖爆高發期，有86.58%掘進時段發生巖爆[8]；從掌子面前方3 m 至后方5 ～6 m， 圍巖內的應力水平最高，掌子面一帶是巖爆風險最高的洞段[16]；TBM 日進尺小于 5 m 時，微震活動較低，微震事件基本低于10個/d[17]；掌子面后0～6 m巖爆發生最為頻繁，絕大多數巖爆發生在掌子面后1倍洞徑以內[18]。

可見，錦屏Ⅱ級水電站工程的巖爆時空特征與本文研究結果有相似之處，呈現出大體一致的規律。而本文研究以大數據分析為基礎，根據巖爆等級更加明確地給出了不同等級巖爆的時空特征，豐富了超大埋深隧道TBM施工巖爆的數據，并確切地指出主動控制進尺速度，比如日進尺3～5 m，可將大部分強巖爆控制在掌子面與護盾區域，也說明了本文提出的按照巖爆滯后時間24 h以內、主動控制日進尺的強巖爆防控技術方案是有依據的、可靠的。

3.2 技術方案的防控效果

雖然本文給出的輕微巖爆、中等巖爆、強烈巖爆的防控技術方案并不能百分之百防控巖爆，但已能夠防控大部分巖爆甚至是強巖爆，極大地提高了TBM施工的安全性和掘進效率。新疆ABH工程已安全高效穿越包括全部巖爆洞段的14 km隧洞掘進。引漢濟渭工程TBM已穿越10 km巖爆洞段，第2段掘進中已連續安全穿越超過2 km的強烈巖爆和極強巖爆洞段。

在引漢濟渭工程TBM第2段連續強巖爆洞段掘進中，平均月進尺達到了110 m。也許有人認為，按照主動控制日進尺的防控策略TBM進尺太少了。事實上，錦屏Ⅱ級水電站排水洞TBM施工，當時并沒有提出和采取明確的主動控制日進尺的措施，也沒有含儲存倉的護盾來實施鋼筋排支護，結果大量巖爆發生在護盾以后區域，如圖25所示，強巖爆砸彎了指型護盾，已做好的支護被巖爆損壞，大量巖爆塌落拋射的巖塊需要清理，如圖26所示，恢復支護和清渣工作量巨大，反倒大大延緩了TBM施工進尺速度，2009年 7—11月僅掘進 600 m[14]，施工速度并未高于引漢濟渭工程，而實際上這里的進尺包含了無巖爆、輕微、中等和強烈巖爆全部情況。同時，錦屏Ⅱ級水電站工程圍巖抗壓強度遠低于引漢濟渭，更易掘進。更大的問題是設備和人員安全受到的威脅要大得多。

圖25 錦屏Ⅱ級水電站排水洞傳統TBM設計護盾后部區域巖爆

圖26 錦屏Ⅱ級水電站排水洞TBM施工支護被毀并有大量落渣

本文提出的巖爆防控技術并非控制了百分之百的巖爆，仍然有很少部分滯后時間較長的巖爆，但此時強支護已經做好，即使少部分支護有一定程度損壞，人員和設備的安全性已大大提高，清渣量也大為減少，大大降低了勞動量。

3.3 巖爆防控的支護等措施

以往不論工程實踐還是文獻報道，都可見一系列的巖爆防控措施，如洞壁噴水、錨桿、網片、漲殼式預應力注漿錨桿、水漲式錨桿、噴射鋼纖維混凝土、鉆孔釋放應力等。這些技術措施對巖爆防控都具有一定的效果，但作為TBM穿越巖爆洞段的完整技術方案還存在許多問題，例如：錨桿網片可以防控輕微巖爆，但較強巖爆時作業人員仍然暴露于洞壁，網片無法抵抗巖爆，且支護與護盾之間是不連續間斷支護；TBM施工噴射混凝土支護一般在后配套處實施，主機區域的應急噴射混凝土上強度慢，且主機區域噴射混凝土存在回彈污染TBM主機的問題；對于鉆孔釋放應力，輕微巖爆時錨桿網片已能防控，沒必要鉆孔釋放應力而耽誤TBM掘進，強巖爆時有限的鉆孔釋放所帶來的巖爆防控效果也是很有限的。因此，不區分巖爆等級的防控措施是無效的，有的措施在等級高的巖爆情況下根本防控不住，或是采取的支護方式不能及時快速實施，也難以奏效。所用支護方式一方面對TBM掘進延誤可能太多，另一方面是支護措施與護盾間是間斷的、難以快速實施的，即還未來得及支護好，巖爆已經發生。所以，必須研究能抵抗強巖爆并能快速實施的支護措施。

而且，孤立的支護措施并不能很好地防控巖爆，還需要考慮TBM結構特點和工法特點，基于巖爆特征規律，系統地從“裝備—掘進—支護”協同創新和協調控制來防控巖爆，才可能達到較好的效果。很重要的一點是，本文看似強巖爆仍采用了“鋼拱架+鋼筋排”的支護方式，只是加密了拱架，但是巖爆防控支護的理念進行了改變，通過設計含鋼筋排儲存夾層的頂護盾并主動控制進尺速度，使大部分強巖爆發生在護盾至掌子面區域，這樣就將抵抗巖爆沖擊的支護問題轉化為支護破碎巖石的問題，避免了支護受到巨大能量的沖擊，從而保證了支護的完好。

另外，上述巖爆防控技術方案中所提出的支護是能夠控制不同等級巖爆的基本支護方式，以保障TBM的安全高效穿越。而常規其他支護如后配套位置的噴射混凝土以及拱架背部落石空腔的固結灌漿等，可按工程設計要求實施，這里不再贅述。

除了本文重點采取的支護方式，還應不斷研究試驗及應用一些新的防控巖爆的支護技術，比如新型緩沖吸能拱架支護、強力吸能防護網、速強高韌性無回彈混凝土等技術措施，還可以探索新的應力釋放技術，同時要解決少部分滯后巖爆支護被破壞的問題。總之，仍需探索創新在TBM施工速度和安全性均能得到滿意結果的防控理念與技術方案。

4 結論

本文以引漢濟渭工程、新疆ABH工程為主要案例進行深埋隧道TBM施工巖爆特征規律與防控技術的研究，并與錦屏Ⅱ級水電站工程進行對比分析。這一研究涵蓋了我國迄今為止3個埋深超過2 000 m、發生過較強巖爆的TBM施工工程。通過工程實踐探索、數據分析與理論思考，提出了分級巖爆TBM施工防控技術方案，并在工程中應用驗證，得出以下主要結論。

1)不同等級巖爆對TBM施工速度、設備和人員安全均有不同程度的影響，特別是強巖爆對施工安全威脅很大。但若采取恰當的防控理念與技術，TBM施工巖爆的安全風險則基本可控。與無巖爆TBM施工速度對比，輕微巖爆TBM施工速度降為無巖爆的70%～90%；中等巖爆降為50%～70%；強烈巖爆降為25%～50%。因此，TBM施工圍巖分級以及工期和成本預測都應充分考慮巖爆的影響。

2)20%～40%的巖爆發生在開挖后10 h以內，開挖后10～24 h發生巖爆的頻率最高，90%以上巖爆發生在開挖后24 h以內，約9%的強烈巖爆滯后時間在24～48 h。超過30%中等以上和強烈巖爆發生在護盾至掌子面區域，90%以上的中等和強巖爆發生在掌子面后15 m以內范圍。主動控制TBM進尺速度可使80%～90%的強巖爆發生在TBM護盾至掌子面區域，這為TBM巖爆防控提供了有利條件。強巖爆主動控制TBM日進尺為3～5 m，可根據不同工程情況具體確定。

3)在巖爆對TBM施工影響和時空特征規律分析認識的基礎上，結合TBM結構特點和工法特點，從安全、速度等方面綜合考量，提出了“輕微、中等、強烈”3個等級巖爆TBM施工防控目標，以及“掘速控制、風險控制、時空控制、分級控制”4個TBM施工巖爆防控準則，分別給出了輕微、中等和強烈3個等級巖爆具體防控技術方案，構建了“裝備—掘進—支護”三者協同創新控制的“3-4-3-3”分級巖爆防控理論技術體系。采用提出的技術方案，新疆ABH工程其中1臺TBM已安全高效地穿越了全部中等巖爆洞段，完成標段14 km掘進；引漢濟渭工程嶺南段TBM穿越了10 km巖爆洞段，其中TBM在第2掘進段施工中已穿越2 km連續強巖爆洞段，強巖爆洞段平均月進尺達到110 m。提出的巖爆防控理念與防控技術在工程實際應用中取得了良好的防控效果，可為川藏鐵路建設提供借鑒。