1 引言
釜谷庄户隧道全长约1200m（全线双向六车道，线路总长8.9km），位于首都圈中央联络自动车道横滨南环线横滨横须贺高速釜谷互通立交节点。工程划分为三大施工区段，A区段：四隧并行段，包含釜谷西隧道上下行主线隧道及两条匝道隧道；B区段：互通分岔段，双洞超大断面隧道；C区段：浅埋暗挖段，新奥法隧道内部现浇双箱涵结构，最小覆土厚度3.5m。其中B区段单洞最大开挖宽度29.5m，最大断面面积485㎡，洞内可容纳5条车道，是全球采用新奥法施工断面规模最大的公路隧道之一。该区段上行隧道已于2023年3月完成开挖，本文将详细阐述本工程相关的关键技术与实施成果。
图1 工程地点
图2 整体概况
2互通分岔区段（B区段）概况
2.1结构形式
B区段设置两处箱涵结构，主线四车道与匝道隧道在此分岔、交汇。两条大断面隧道每20-30m进行一次断面加宽，上行隧道最大开挖宽度29m，下行隧道最大宽度25m。两洞净距仅约1m，洞身全线覆土厚度小于1倍洞径（D为隧道等效洞径），覆土范围7-14m。隧道正上方房屋水平最小距离仅6m，近距离施工极易引发地表沉降、房屋不均匀沉降病害。为提前探明场区地质条件，本工程在B区段上下行隧道均先行开挖导洞，全程监测围岩变形与支护应力，并基于监测数据验证施工方案合理性。上行隧道先行开挖，其大断面段采用双层支护体系；全隧设置仰拱支护实现断面封闭，控制地层沉降。全段超前支护统一采用全断面注浆管棚工法（AGF工法），标准支护布置形式见图5。
图3 已完成的超大断面开挖
图4 互通段工程概况
图5支护示意图
2.2工程地质
互通区段地层以野岛组凝灰质砂岩为主，地层年代为新近纪上新世至第四纪更新世；四隧并行段底部发育砂岩泥岩互层，层间夹杂透镜状浮石泥岩薄层。凝灰质砂岩为均质块状软岩，裂隙发育程度低，但岩体单轴抗压强度区间跨度大，取值1.4-5.9MPa。另外，如图7所示，地层中分布多层浮石、泥岩软弱夹层，易诱发隧道围岩变形、掌子面失稳等风险。
图6 地质概况
图7 薄层状浮石和泥岩
3施工工艺
3.1开挖工序
B区段开挖施工流程：1）从先期完工的下行隧道进入上行隧道作业面；2）局部成型断面内开挖先导导洞；3）逐步扩挖形成超大断面。断面扩挖阶段，根据断面尺寸调整台阶划分方式：断面尺寸较小的DLu-1-K、DULu-5-K断面采用增设辅助台阶的早期断面封闭工法；断面更大的DULu-4-K到DULu-1-K断面采用临时上台阶仰拱短台阶开挖法。上半断面先行开挖区段，将上台阶开挖、下台阶开挖、初期仰拱封闭工序分三段循环施工，缩短断面闭合周期，控制围岩变形（图8）。
图8 开挖流程示意图
3.2设备选型
3.2.1台阶划分优化配套大型开挖设备
原设计台阶划分方案以常规设备尺寸为基准，基础上台阶底板标高设置在设计水准面以上3m，整体分为上台阶（临时上台阶仰拱）、下台阶、仰拱三部分。但优化前临时闭合断面扁平，台阶分块过多，围岩变形风险较高。因此调整施工方案（图9）：采用大型开挖设备，将上台阶底板降至设计水准面标高，优化临时闭合断面轮廓，提升结构稳定性。开挖设备配置两台2100kg级1.4m³双挖斗掘进机，缩短开挖时长；其中一台配备两节式加长动臂（340F型），可满足DULu-1-K断面12.1m开挖高度需求（图10）。配套配置两台液压铣刨机、带拼装机械手的双喷头喷射混凝土设备、液压凿岩台车，快速施作临时上台阶仰拱支护，提升断面闭合效率。出渣系统采用25吨铰接式自卸卡车搭配4.0m³轮式装载机；导洞原有钢拱架、喷射混凝土拆除作业选用0.8m³型钢架铣削机，避免大型破碎锤施工产生振动、噪声扰民。双喷头喷射机作业范围有限，无法一次性完成全断面喷护，现场增设两台喷射设备，大幅缩短喷射作业时长（图11）
图9 开挖调整
图10 上半部分挖掘情况
图11 上半部分喷涂
图12 上半部分钢拱的架设支持
图13 钢拱支撑示意图
上台阶钢拱架拆分为四节，配套两台带拼装机械手的双喷头喷射设备，四根机械臂同步作业架设钢架。针对超大断面轮廓改造拼装机械手：机械臂加长3.6m，各臂加装钢架抓取滑座，设备对称布置。钢架架设流程：四节钢架抓取转运至掌子面，预先紧固除拱顶中部以外的所有连接板螺栓；掌子面对接两节钢架，最终全部螺栓锁紧固定。为防止拱肩部位下挠变形，拱肩连接螺栓由2根增至4根，提升钢架整体刚度。
3.2.3下台阶与永久仰拱一体化施工
上台阶先行开挖区段，为缩短临时支护拆除后的地层暴露时间，分单元同步开展临时上台阶仰拱拆除、下台阶及永久仰拱开挖、支护架设工序。施工流程：首先两台大型铣刨机开挖至仰拱基底（图14）；然后支护钢架拆分为六段，由10吨平板运输车从洞外临时存放区转运至掌子面；钢架在掌子面前方地面拼装完成后，由4.9吨履带吊吊装，与上部钢架对接成型（图15）。
图14 下半断面及仰拱开挖 图15 掌子面下半断面与初支架设
4居民区环境保护与安全管控措施
4.1振动影响控制措施
互通区段全线覆土厚度不足1倍洞径，且考虑到断面尺寸巨大，故超前管棚施工采用AGF工法（All ground fastening长规格钢管预先植入工法）（钢管长度12.5m，管径φ114.3mm）。常规AGF钢管采用凿岩台车冲击打入，冲击振动易对上方居民区人居环境造成不良影响。本项目自主研发无冲击钻头，仅依靠旋转扭矩顶进钢管，大幅降低振动幅值。同类传统工法振动值可达60分贝，本工程AGF施工最大振动值控制在55分贝左右。隧道正上方、场地边界实测振动数据见表1。
B区段上行隧道全程采用无冲击工艺，累计施作933根AGF管棚；单班组最多施工59根钢管，全程无居民投诉。系统锚杆施工同样配套无冲击钻头，避免冲击振动。
图16 AGF钻头
4.2专项安全管控措施
4.2.1上台阶分两步开挖
B区段上台阶最大开挖断面面积275㎡，现场配置两台2100kg级双挖斗大型掘进机。但单次完整上台阶开挖耗时4-5小时，掌子面长时间暴露易风化、坍塌。结合同类地质大断面隧道施工经验，掌子面暴露时长控制在2小时内可保证围岩稳定，因此将上台阶开挖拆分为两序施工，每序开挖完成后及时喷射混凝土封闭掌子面，控制暴露时长约2小时，降低掌子面坍塌风险。配套安全手段：采集掌子面影像定量分析裂隙发育、风化程度，确定合理的掌子面喷射混凝土厚度。
图17 上半断面开挖分为两阶段 图18 安保室无人机航拍与监测
4.2.2超大断面开挖综合安全措施
B区段上台阶开挖高度约12m，人工难以直观观测掌子面顶部地质情况。现场采用Skydio隧道专用无人机，洞内实时航拍并直播画面；无人机近距离贴近掌子面拍摄，现场作业人员、远程安全管控室、手机端均可实时查看掌子面影像（图18/19）。掌子面危险区域管控手段：1）投影仪将危险警示标识投射至上台阶断面岩壁；2）红色激光标线划定危险作业边界，限制人员靠近掌子面（图20）。B区段掌子面最大宽度29m，掌子面集中布置多台大型设备，单人监控无法覆盖全断面，现场增设一名专职掌子面监测人员，双人同步巡检强化风险管控（图21）。
另外，常规断面照明配置无法满足超大断面照度需求，每段布设7排隧道LED灯带，掌子面目标照度维持300Lx（图22）；通风系统依托先导导洞采用掌子面集尘通风工艺，导洞内安装两台大风量除尘器（额定风量1800m³/min）并配套风门脚手架，保障大断面掌子面作业环境。
图19 无人机观测视频
图20 掌子面周边安全防护措施
图21 掌子面监测人员站位
图22 大断面隧道照明与通风布置
5监测成果分析
B区段全程开展专项监控量测，监测项目包含地表沉降、洞内围岩收敛、钢拱架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力。结合设计阶段数值模拟预测值、规范允许变形限值、构件材料强度，分开挖工序设置分级管控标准。以上行隧道开挖阶段围岩变形管控为例：以数值模拟中上行隧道开挖完成变形占总变形的比例，折算当前工序允许变形值，实现变形增量预判式动态管控。管控分级标准：二级管控预警阈值取设计允许值的75%，一级管控预警阈值取50%，三级管控阈值为规范极限允许值。上行隧道开挖完工后监测数据与数值模拟对比结果显示：地表沉降、洞内围岩位移、支护应力实测值整体低于一级管控阈值；仅DULu-2-K断面地表沉降超过一级标准，但仍满足二级管控限值。所有监测指标均不大于数值模拟预测最大值，围岩变形整体处于设计预判范围内。
图23 上行洞开挖完成实测值与分析计算值对比
6结论
针对开挖断面最大的上行隧道B区段，通过优化台阶划分、合理布置大型施工机械、各工序及早封闭断面等成套施工技术，最大限度降低隧道开挖对周边居民区的扰动，顺利完成超大断面上行隧道施工。工程分阶段设置分级监控管控标准并持续监测，实测围岩变形均不超过数值模拟预判结果，验证整套施工方案安全可控。本文研究成果可为同类大断面公路隧道、特殊环境条件隧道的方案设计与施工提供参考依据。后续工程将建设同规模双洞隧道，下行隧道断面尺寸与上行隧道一致，两洞最小净距仅1m。后续将依托施工工艺创新、全过程监控量测数据分析，安全高效完成剩余工程施工。