岩爆是在高地应力条件下的隧道工程中,洞室围岩积聚了很高的弹性应变能又遇到开挖卸载,储存于岩体中的能量突然释放的一种失稳破坏地质灾害。对于岩爆硬岩,当前支护体系的主要问题在于围岩与支护结构位移较小而造成的支护力较小。因此本文基于一种快速主动支护方法,采用理论分析为主,数值模拟为辅的研究手段,探讨弹性本构模型和流变本构模型的三维隧道开挖支护过程中围岩应力场与能量场演变规律,同时以断裂力学为基础研究了受地质构造影响较大的岩爆机理与防治,主要研究成果如下:(1)隧道开挖支护过程中,远处原岩应力对围岩做功使靠近洞壁的内部围岩应变能增加,而支护结构支护力与开挖面虚拟支护力一同对围岩做负功阻碍围岩应变能增加。在弹性隧道开挖支护过程中,主动支护的施加不会影响被动支护力的大小,主动支护结构支护力可以通过主动支护力与被动支护力叠加得到。对比不同支护位置、方法的围岩应力场与能量场演变规律,证明需要在隧道开挖面处快速施作支护结构来最大的发挥被动支护结构的支护作用,同时采用主动支护更大的降低围岩切向应力集中和应变能积聚,降低岩爆烈度等级。(2)在流变隧道开挖过程中,外力对围岩做功转换为岩爆应变能、流变耗散能,长时应变能以及滞后变形能。应变能在开挖初期增长较快,此时应变能的迅速积聚易导致岩爆发生。应变能在后期保持稳定,但是后期耗散能的持续增大会使围岩流变损伤加重,岩石强度和存储能量能力降低,引发滞后型岩爆。在开挖面空间效应影响下,支护结构施作初期,围岩洞壁迅速收敛,支护力增长较快。随着开挖面的推进,开挖面空间效应变小,流变效应变大,内部应力重新调整,围岩洞壁收敛放慢,接触压力出现波动。支护后期,支护结构主要承受来自围岩的流变压力,接触压力稳定增长。(3)在受地质构造影响较大的岩爆发生过程中,预应力锚杆提供的主动支护力可以显著的抑制裂纹扩展贯通和岩板屈曲,同时锚杆的施加可以大大增加岩石结构面的抗剪强度,防止岩块受压弹出,并在岩块弹出时起到缓冲作用。(4)数值分析结果表明,隧道开挖面与洞壁交界处存在应力集中与能量集聚,是岩爆的高发位置,且此处围岩与支护结构尚未发生接触,被动支护无法发挥作用,而快速主动支护可以明显减小该处的应力集中与能量积聚,起到更好的岩爆防治效果。应变能密度随着远离隧道洞壁迅速减小,支护结构的支护效果也随着远离隧道洞壁逐渐减小,隧道开挖导致的应变能积聚主要在4倍洞径范围内发生,岩爆防治应在此范围内进行。除隧道开挖面与洞壁交界处外,数值解与第二章理论解吻合,开挖面空间效应公式在不同支护位置、方法中都具有适用性。数值分析结果可以初步解释锦屏二级水电站引水隧洞岩爆记录数据。