在深达2000米的秦岭输水隧洞施工现场，岩爆——一种因地下开挖导致岩石剧烈崩裂的现象——曾让工程团队“谈虎色变”。岩爆不仅威胁施工人员安全，还可能摧毁价值数千万元的隧道掘进机。近期，我国科研团队提出一种名为“开挖补偿法（ECM）”的新技术，配合自主研发的“负泊松比（NPR）锚杆”，成功将岩爆灾害坑深度从平均0.95米降至0.42米。这一成果发表于《Engineering》期刊，或为川藏铁路等超级工程提供关键技术支撑。
传统方法为何失效？应力突变是元凶
岩爆的根源在于地下岩石承受的“压力失衡”。当隧道开挖后，岩石原本的三维应力状态被打破——径向应力骤降，切向应力急剧集中。这种“应力突变”导致岩石内部积蓄的能量远超其承受极限，瞬间释放形成岩爆（图1）。传统支护理念（如“新奥法”）主张“先让围岩变形，再施加支撑”，但在深部高应力环境下，岩石往往未等支护到位就已崩裂。
ECM技术：给岩石穿上“防弹衣”
研究团队提出的ECM技术颠覆了传统思路。其核心是通过高预应力的锚杆系统，主动补偿开挖导致的应力损失，使岩石尽可能恢复原始三维应力状态。形象地说，这相当于在开挖瞬间为岩石披上一层“防弹衣”，避免其因“突然减压”而崩裂。ECM的关键支撑材料——NPR锚杆——由特殊合金钢制成，其屈服强度是普通钢材的2.21倍，延伸率提升48%，且具备“越拉越粗”的负泊松比特质（图5）。实验室落锤冲击测试显示，NPR锚杆可承受40次重击，而普通钢材仅21次即断裂（图6）。
现场试验：岩爆坑深度减少55%
在秦岭输水隧洞北段的50米试验段中，研究团队采用“三维NPR主动支撑系统”：在拱顶120度范围内加密布置9根NPR锚杆，施加200千牛预紧力，并搭配W型钢带和高韧性柔性网。监测数据显示，试验段岩爆坑平均深度较相邻区域下降55%，围岩变形始终控制在预留范围内（图12）。微震监测进一步证实，施工期间岩爆相关能量释放从日均500千焦以上降至500千焦以下（图14）。
技术争议：主动支撑能否大规模推广？
尽管ECM效果显著，但其对施工速度的挑战仍待解决。传统隧道掘进机存在280度的支护盲区，而团队新研发的“岩爆-NPR掘进机”虽能实现同步支护，但设备成本与复杂操作可能限制普及。此外，NPR锚杆的合金材料成本是普通钢材的3-5倍，如何在经济效益与安全需求间平衡，将成为工程界关注焦点。
研究团队表示，下一步将针对不同地质条件优化ECM参数，并探索该技术在金属矿山深部开采中的应用。随着我国川藏铁路、深部矿产资源开发等工程向“地下2000米时代”迈进，这项技术或成为抵御岩爆灾害的关键防线。