青岛开发区嵩山隧道道路修复工程设计

摘要：主要论述了由于地下水引起的隧道路面破坏机理及比较成功的处理方案。

关键词：路面破坏；地下水；渗流；防排结合；盲沟

一、概况

嵩山隧道位于青岛经济技术开发区东部，丁家河以西的烟固墩山，嵩山隧道所处的嘉陵江路是开发区通往薛家岛旅游区的城市快速路，该隧道为双洞四车道，左、右线单洞长约570米（包括两侧洞口），车行道宽8.5米。

本隧道按新奥法设计与施工，采用钢筋格删锚杆喷射混凝土初期支护与模筑混凝土二次衬砌的复合式衬砌。结合洞身衬砌的受力情况和隧道运营管理设备安装要求，衬砌轮廓采用单心圆曲墙式。Ⅲ类围岩采用曲墙带仰拱衬砌，Ⅳ类围岩采用曲墙不带仰拱衬砌。Ⅲ类围岩设拱墙格删和系统锚杆，Ⅳ类围岩不设格删，拱部设系统锚杆。隧道原防水设计遵守“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则。达到排水通畅，防水可靠。

二、现状损坏情况

（一）、隧道表面破坏状况

嵩山隧道为沥青路面，破坏严重部份主要为南侧半幅隧道中段，路面有多处坑槽，个别直径达2米，有些已经连成一片，并逐步扩大，病害发展迅速，并有地下水出破损路面处流出，积水严重。现北孔隧道也出现两处较大坑槽。沥青路面部分路段产生龟裂，多呈圆形裂纹，潮湿。大部分沥青混凝土路面面层露砂，结合料缺失。

（二）、地下破损状况

1、为了查明破损的主要原因，我们查看了原设计的隧道纵断面，隧道纵断面如下：

2、大多数病害发生在中段的Ⅳ类围岩中，为查明病害原因，我们用钻探的方法对路面及下层结构进行勘查。钻孔数量及位置：南侧隧道中段布设3点，详见下图：

南侧隧道两头段分别布设3点，详见下图：

3、根据地质勘察报告分析，确定中段原实际结构为

4、原设计中，隧道两端Ⅲ类围岩采用曲墙带仰拱衬砌，中段约160米Ⅳ类围岩采用曲墙不带仰拱衬砌。根据地勘报告判断，在原设计中东侧含仰拱位置处的两探孔8、9号，已钻到中风化层，仰拱未见；西侧含仰拱位置处的探孔1、2号孔也未探到仰拱顶。因此可能在施工时统一按Ⅲ类围岩处理的设计施工，未做仰拱。

根据地堪报告探孔1、6、9号，基岩以上部分，有一层回填层，灰褐色，以中粗砂为主，有少量砾石，局部夹杂少量混凝土。初步推断该层受地下水侵蚀层，地下水为岩层裂隙水，砼底板在行车荷载作用下产生裂隙，地下裂隙水在两边密封防水情况下，顺着砼底板裂隙向上反流，长期浸泡砼路面造成。

5、根据地勘报告一号探孔涌水量0.9m3/h，水头高度22.19米，而1号孔路面标高为22.24米，根据《公路隧道设计规范》JTGD70－2004，地下水水位应在道路基层下30cm。说明其地下水受两边防水设计限制无法排出造成水位升高，而对隧道底板造成向上的反向压力。

三、破损原因分析

根据现场情况以及设计图纸分析，破损原因基本有以下情况导致：

（一）水的侵蚀

1、根据钻探探明的路面结构图可以看出，原地质勘察报告不准确，地下岩层裂隙较多，原隧道底板结构未专门做防水设计，全隧道大部分混凝土基层为60cm以上，但7号孔混凝土层较薄，为35cm，初步判断中段有部份薄弱层，路基强度变低，在重车动载长期作用下引起路基结构破坏。而此处又无防水措施，且上层为20cm水泥稳定碎石层，根据现场观察，其结构松散成碎末状，水泥含量不足，地下水穿过混凝土基层后，透过本层上渗到沥青面层。

设计图纸中，Ⅲ类衬砌段仰拱顶深度为1.28米，Ⅳ类衬砌段混凝土底板厚57厘米，到基岩顶深度为87cm。但地勘报告中，8、9号探孔下层未发现仰拱，分别在1.05米、0.9米深度处探到中风化花岗岩层。地勘报告说明，路面以下可能未按原设计及变更设计施工，而低标号混凝土的防渗能力远远小于钢筋混凝土仰拱，因此隧道底板施工质量差。

2、施工爆破时岩体局部产生的高低误差造成了隧道底板回填时的薄厚不一，施工质量差，从而隧道底板局部可能在车辆荷载作用下出现裂缝，导致地下水穿过该层向上渗透。

3、隧道两侧及顶部的水压未能得到有效疏导

根据原设计时的地质勘查资料，山体多断裂带，受季节影响，旱季无水，雨季有水。水体通过岩体断裂破碎带渗入隧道围墙两侧，部份通过设在隧道两侧的排水盲管排出，远离排水盲管部份的水不能及时排出，而向下渗，导致两侧水位升高，地下水在隧道底板处产生向上的水压力。压力水通过岩层裂隙，穿过破碎的混凝土基层及水稳基层，浸泡沥青砼路面，导致沥青砼路面与基层的破坏。

底板混凝土局部软弱层，在长期车辆荷载作用，混凝土产生裂隙，无法阻止地下水上渗；导致道路结构的破坏，使路面承载能力下降，逐渐形成龟裂、坑槽等破坏。

（二）重型车辆及超重车辆较多，原施工道路强度满足不了要求。

超重车辆较多，超过路面结构的承载能力，造成路面结构提前破坏。加之地下水作用，使得破坏范围不断扩大，冬季水结冰，冻害会加重病害的发展。

四、修复方案

该破坏原因主要为地下水向上的渗透侵蚀，所以我们设计时采取防排相结合的措施进行处理。防：就是要设法防止水流入路基中，破坏路面结构。所谓排就是要防止下层岩层裂隙中渗入的水向上反，或在隧道中滞留，将其尽快的排出隧道，接入市政管道。两项措施相结合，达到隧道中路面不受水侵害的目的。以下是提出的设计方案：

（一）增设路面下排水系统，设置纵横向排水盲沟（路面下），并将纵向盲沟在洞外接入市政排水系统。做法如下：

1、先挖除水泥稳定碎石及沥青砼层。

2、在清除原路面到混凝土层后，在底部行车方向的右侧设置一道直径300毫米的纵向排水盲沟，同时在隧道底部渗水地段加设直径150毫米的横向盲管，路面破坏及漏水严重处横向盲管每5－10米设一道，基层情况较好地段每10－30米设一道横向盲管，横向盲管坡度1.5％。接入纵向水沟，纵向水沟每间距50m设一处沉沙池。纵向水沟沟槽采用梯形。在沟槽内布设排水管后，填入碎卵石滤层，外包无纺布，以防泥砂或沉积矿物质堵住排水管。该层主要起到排水的作用。在下层形成一个整体的排水通道，主要通过纵向坡度2％及横向大于1.5％的坡度共同作用，及时排除隧道基层向上反渗的地下水的目的。尽可能的减小隧道基层的破坏，有利于隧道整体结构的稳定。

3、纵向及横向盲沟铺设好后，在上层填筑25cmC35混凝土，并配一层双向φ8间距30cm的防裂钢筋。该层主要是防止地下水上渗浸湿路面，达到防水的目的。

4、施工路面结构：刷涂沥青粘层油（1.0Kg/m2）＋6cm中粒式沥青砼＋4cm改性沥青砼。

5、在隧道西侧出口处，将纵向水沟内盲管收集的水统一排入嘉陵江路现状d400雨水管线。

（二）按原设计疏通、修整排水系统。

原设计在隧道底板以上，每五米设一道环形排水盲沟，在拱圈两侧设有纵向排水盲沟，若这些盲沟发挥不了作用，水就会从侧壁上渗出，但侧壁未见漏水现象，说明原设计的环形盲沟工作基本正常，但纵向排水盲沟可能排水不及时。要通过这次修复，疏通整理原有的排水系统，保证其发挥正常的作用，因为如果这个系统破坏了，修复将更加困难。

按照原设计在隧道行车方向右侧低端水沟侧壁按照相关规范设置排水窗口排入人行道下排水沟内。

（三）垂直拱墙上个别的漏水处，采用注浆封堵处理。

（四）两侧墙壁粉刷、电力管线整理、人行道栏杆修理。

（五）修复后路面结构图如下：

该方案的优缺点：

该方案堵漏可靠性高，使用年限长，防排结合，多重防水体系，只破除沥青面层、水泥稳定层及增设盲沟处部份混凝土，施工简单，工程造价较低。但因原隧道底板基层及路面结构情况尚不十分清晰，原施工情况基本上未留下完整的资料，因此，本处理方案有可能存在一些不足之处。

五、具体施工步骤

1、开槽破除现状沥青路面结构10cm及其下20cm水泥风化砂层，并将其铲除外运。留下混凝土层。如混凝土层不平整，则用C35砼将基层找平，破除时应注意保护两侧电力沟、排水沟。

2、在混凝土层上，行车方向右侧开挖深50cm梯形盲沟，横向布设直径150mm渗滤管，根据破坏及漏水程度确定横向盲管的间距，一般在严重处每5~10米一道，较好处每10～30米一道。横向盲沟与纵向盲沟夹角为70度，利于排水。并将挖除的混凝土外运。注意应控制纵向排水坡度（2％）。

3、在挖好的纵横向排水盲沟内布设管座、安放渗滤管，并将渗滤管用三通纵横向互相连通。

4、用级配较好的碎石填满盲沟空隙，振捣压实后，用无纺布将梯形沟槽全包防止上层混凝土及地下水中泥砂将碎石层孔隙堵住影响排水。

5、在做好的基层上铺筑C35混凝土层，并配一层双向φ8间距30cm的防裂钢筋，增加该层耐久及抗裂性。

6、在隧道西侧出口处，将纵向渗滤管内的水就近排入现状嘉陵江路d400雨水市政管道内。

7、按照原设计在隧道行车方向右侧低端水沟侧壁设置排水窗口，直径50mm，间距5.0m，并加设小篦子，将路面水排入人行道下排水沟内。

8、施工路面结构：刷涂沥青粘层油（1.0Kg/m2）＋6cm中粒式沥青砼＋4cm改性沥青砼，并经养护后方可通车。

六、结束语

本次嵩山隧道路面破坏施工修复后，使路面修复效果非常好，至今未出现任何破坏现象。