一、工程概况
307国道复线阳泉市坡头至水峪段一级公路西起郊区平坦镇坡头村，东止平定县巨城镇水峪村。采空区第三合同段半坡大桥在拟建一级公路K11+070～K11+466之间，位于平坦镇半坡村南。钻孔总计166个。其中帷幕孔47个，注浆孔119个。
二、地质条件
1、地层岩性
大桥揭露地层自上而下分别为第四系（Q）松散层、二叠系下统山西组（P1s）、石炭系上统太原组（C3t）。地层岩性为一套海陆交互相沉积，主要岩性以泥岩、砂岩、砂质泥岩、石灰岩及煤组成。可采煤自上而下分别为3#、12#、15#煤层是本次采空区治理的主要对象。
①第四系松散沉积层（Q）：上部为粉土、亚粘土，灰黄～黄褐色，亚粘土粉粒质含量较高，夹亚砂土薄层，软塑状。下部亚粘土，含钙质结核，软～硬塑状。该层一般厚度为29.4～57.9m之间，平均厚度为43.0m。
②二叠系山西组（P1s）：岩性以灰色泥岩、灰白色砂岩为主，局部夹薄层石灰岩。主要含煤地层为3#煤层，煤层分布较稳定，一般厚度1.0～2.6m，平均厚度1.56m。
③石灰系太原组（C3t）：岩性以灰色泥岩、灰白色砂岩为主，局部夹厚层石灰岩。主要含煤地层12#、15#，其中12#煤层分布稳定为可采煤层，一般厚度0.4～3.6m，平均厚度2.1m；15#煤层厚度较大分布稳定为可采煤层，一般厚度2.5～6.8m，平均厚度6.0m。
2、地质构造
大桥区域内地层总体走向北西，倾向南西，倾角小于15°，为简单的单斜构造。局部有褶皱，未见断裂构造或其他岩浆侵入体。
3、采空区特征
由于该采空区处在特殊的地质环境下，与以往公路建设中所遇到的采空区相比具以下特点：
①采空区内煤层从缓倾斜到急倾斜。煤层采出后顶板岩层的变形形式以塌陷槽、抽冒为主。
②该区可采煤层为12#、15#煤层，多层开采使采空区塌陷、冒落更为严重，局部可形成离层现象。
③重复开采时影响采空区塌陷变形的稳定性，使采空区的变形情况更为复杂化。
三、钻孔机械
合理的选择施工机械，可以大大节约施工成本和工期，根据工程机型性能、地质条件及工程量，主要采用钻孔机械设备如下表：
四、钻孔施工
1、施工放样
施工放样采用坐标放样法，按设计文件上的孔位坐标，用索佳智能全站速测仪逐孔测量放点，木桩编号标记。施工要求桥墩、台及隧道上的钻孔孔位误差不得超过设计位置的±0.5m，其它钻孔孔位误差不得超过设计位置的±1.0m。施工放样166个钻孔，其中帷幕孔47个，注浆孔119个。个别因受地形、地表建筑物等影响的钻孔，项目部经过多方努力均达到设计要求，未进行设计变更。
2、钻孔施工工艺
钻孔施工包含测量、钻机就位、安装、施工钻进、钻孔变径、测斜、提交资料等工作，其具体工作流程详见:钻孔施工工艺流程图。
3、钻孔施工
（1）施工过程
钻机施工前，应对动力系统、升降系统、钻塔等各部位进行认真检查。初时钻进，应控制进尺及钻压，钻孔作业必须连续进行，不得在的中断。因故必须停钻时，必须提起钻杆、岩芯管、钻头，防止埋钻，孔口必须加盖防护。钻进结束后，应进行钻孔冲洗，孔内沉渣不得堵塞注浆区域。当钻孔终孔未注浆前，孔口应加盖防护，防止杂物掉入孔内，影响后续施工。
（2）钻孔成孔结构
按设计要求，开孔孔径不小于φ127mm，钻至完整基岩5～6m后，变径φ89mm钻进至终孔，详见下图：钻孔结构示意图。
（3）钻孔终孔要求
孔位：桥墩、台、隧道≤0.5m，其它≤1.0m；
孔斜：每百米孔斜不超过1°；
孔深：终孔层位为15#煤层采空区冒落带或煤层底板下0.5m。
岩芯采取率：采空区上覆地层岩芯采取率>60%，采空塌陷部位岩芯采取率>30%。
（4）钻探技术要求
①施工钻机必须严格执行设计文件规定的技术要求，采用回转清水钻进，第四系松散地层可以采用跟管钻进或泥浆护壁。
②钻探记录员应严格、认真填写规定的各类原始记录表，对钻进过程需详细准确记录。
③桥墩、台及终孔深度大于150m钻孔要求测斜，测斜标准每百米孔斜不应超过1°。
④按设计要求，总孔数5%的钻孔要求为全取芯孔，对取芯钻孔采空区上覆地层岩芯采取率>60%，采空塌陷部位岩芯采取率>30%。
⑤对非取芯钻孔应尽量在预计采空区位置以上15～20m处至采空区底板以0.5m范围内取芯，以便判断采空区的性质。
⑥钻孔终孔后，经验收合格，方可进入下一道工序。
4、钻孔资料整理
所有钻孔自定位开始至终孔验收，均由专业技术人员严格把关，内容需填报及时准确、真实可靠。
五、施工问题及处理措施
1、孔壁坍陷问题
原因分析：①施工工艺控制不当，对地质条件关注不够，未根据土质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺，导致泥浆护壁质量差；②对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严，导致泥浆粘度和密度降低，孔壁静水压力衰减，孔壁牢固度降低；③在松散砂土中钻进过快，或在某一处空转时间过长，或用给水管直接冲刷孔壁；
处理办法：①发生孔壁坍陷，应暂停施工判明坍陷部位并认真分析原因。②认真分析地层结构，成孔选择合适的方法和机具；③及时检测泥浆的各项指标是否达标，达标后方可施工；④加强钻孔的现场管理，钻进速度和空转时间要控制适宜。
2、钻孔偏斜
原因分析：施工中，经常发生钻孔偏斜的问题，造成该问题的主要原因为有以下三种:①场地不平②钻机机台不平③施钻不当。处理措施：详见《钻孔防斜与纠偏措施一览表》
3、缩颈问题
原因分析：塑性土膨胀，使孔径小于设计尺寸。 处理措施：①选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆，尽可能降低失水量；②将合适数量的合金刀片焊接于导正器外侧，起钻或钻进时可发挥扫孔作用；③成孔时加大泵量，提高成孔的速度，孔壁则不会渗水和引起膨胀；④采用上下反复扫孔的办法扩大孔径消除缩颈。
4、卡钻、埋钻
(1)发生原因：①主要是碎石层护壁不够牢固，导致个别大孤石滚落造成卡钻；②碎石层中或12#煤层冒落带填充物中碎石下落；③大桥施工中发生埋钻事故，分析原因主要15#煤层采空区冒落带塌孔造成。
(2)处理措施：①根据钻进记录显示，钻进过程中在碎石层曾发生过偏孔现象，因此推断孔位位置有较大孤石，且卡钻位置与偏孔位置基本一致，采用钢轨制小钻头反复冲击的方法，可将大孤石卡钻部分砸碎解决卡钻问题；②为防止碎石下落造成卡钻，在穿越碎石层、冒落带时，向孔内抛填熟黏土团，同时调高泥浆比重。③预防冒落带段塌孔造成埋钻，进入15#煤层采空区后加强钻机管理，达到要求及时终孔。若事故发生可采用送水慢速转动或上下串动钻具，使粘附的泥饼和岩粉松动，也可用吊锤上下击打；若转动依旧无效，说明粘附严重，可用反丝钻杆，反出孔内钻杆，当反到粘附处，阻力很大，立即停止，下钻具进行冲孔，待冲洗后再进行反，直至反完孔内钻杆；若反完钻杆，钻具仍提拉不动，可先用吊锤打，若无效，再反掉岩心管接头进行钻透，直至取上粗径钻具。
307国道复线阳泉市坡头至水峪段一级公路西起郊区平坦镇坡头村，东止平定县巨城镇水峪村。采空区第三合同段半坡大桥在拟建一级公路K11+070～K11+466之间，位于平坦镇半坡村南。钻孔总计166个。其中帷幕孔47个，注浆孔119个。
二、地质条件
1、地层岩性
大桥揭露地层自上而下分别为第四系（Q）松散层、二叠系下统山西组（P1s）、石炭系上统太原组（C3t）。地层岩性为一套海陆交互相沉积，主要岩性以泥岩、砂岩、砂质泥岩、石灰岩及煤组成。可采煤自上而下分别为3#、12#、15#煤层是本次采空区治理的主要对象。
①第四系松散沉积层（Q）：上部为粉土、亚粘土，灰黄～黄褐色，亚粘土粉粒质含量较高，夹亚砂土薄层，软塑状。下部亚粘土，含钙质结核，软～硬塑状。该层一般厚度为29.4～57.9m之间，平均厚度为43.0m。
②二叠系山西组（P1s）：岩性以灰色泥岩、灰白色砂岩为主，局部夹薄层石灰岩。主要含煤地层为3#煤层，煤层分布较稳定，一般厚度1.0～2.6m，平均厚度1.56m。
③石灰系太原组（C3t）：岩性以灰色泥岩、灰白色砂岩为主，局部夹厚层石灰岩。主要含煤地层12#、15#，其中12#煤层分布稳定为可采煤层，一般厚度0.4～3.6m，平均厚度2.1m；15#煤层厚度较大分布稳定为可采煤层，一般厚度2.5～6.8m，平均厚度6.0m。
2、地质构造
大桥区域内地层总体走向北西，倾向南西，倾角小于15°，为简单的单斜构造。局部有褶皱，未见断裂构造或其他岩浆侵入体。
3、采空区特征
由于该采空区处在特殊的地质环境下，与以往公路建设中所遇到的采空区相比具以下特点：
①采空区内煤层从缓倾斜到急倾斜。煤层采出后顶板岩层的变形形式以塌陷槽、抽冒为主。
②该区可采煤层为12#、15#煤层，多层开采使采空区塌陷、冒落更为严重，局部可形成离层现象。
③重复开采时影响采空区塌陷变形的稳定性，使采空区的变形情况更为复杂化。
三、钻孔机械
合理的选择施工机械，可以大大节约施工成本和工期，根据工程机型性能、地质条件及工程量，主要采用钻孔机械设备如下表：
四、钻孔施工
1、施工放样
施工放样采用坐标放样法，按设计文件上的孔位坐标，用索佳智能全站速测仪逐孔测量放点，木桩编号标记。施工要求桥墩、台及隧道上的钻孔孔位误差不得超过设计位置的±0.5m，其它钻孔孔位误差不得超过设计位置的±1.0m。施工放样166个钻孔，其中帷幕孔47个，注浆孔119个。个别因受地形、地表建筑物等影响的钻孔，项目部经过多方努力均达到设计要求，未进行设计变更。
2、钻孔施工工艺
钻孔施工包含测量、钻机就位、安装、施工钻进、钻孔变径、测斜、提交资料等工作，其具体工作流程详见:钻孔施工工艺流程图。
3、钻孔施工
（1）施工过程
钻机施工前，应对动力系统、升降系统、钻塔等各部位进行认真检查。初时钻进，应控制进尺及钻压，钻孔作业必须连续进行，不得在的中断。因故必须停钻时，必须提起钻杆、岩芯管、钻头，防止埋钻，孔口必须加盖防护。钻进结束后，应进行钻孔冲洗，孔内沉渣不得堵塞注浆区域。当钻孔终孔未注浆前，孔口应加盖防护，防止杂物掉入孔内，影响后续施工。
（2）钻孔成孔结构
按设计要求，开孔孔径不小于φ127mm，钻至完整基岩5～6m后，变径φ89mm钻进至终孔，详见下图：钻孔结构示意图。
（3）钻孔终孔要求
孔位：桥墩、台、隧道≤0.5m，其它≤1.0m；
孔斜：每百米孔斜不超过1°；
孔深：终孔层位为15#煤层采空区冒落带或煤层底板下0.5m。
岩芯采取率：采空区上覆地层岩芯采取率>60%，采空塌陷部位岩芯采取率>30%。
（4）钻探技术要求
①施工钻机必须严格执行设计文件规定的技术要求，采用回转清水钻进，第四系松散地层可以采用跟管钻进或泥浆护壁。
②钻探记录员应严格、认真填写规定的各类原始记录表，对钻进过程需详细准确记录。
③桥墩、台及终孔深度大于150m钻孔要求测斜，测斜标准每百米孔斜不应超过1°。
④按设计要求，总孔数5%的钻孔要求为全取芯孔，对取芯钻孔采空区上覆地层岩芯采取率>60%，采空塌陷部位岩芯采取率>30%。
⑤对非取芯钻孔应尽量在预计采空区位置以上15～20m处至采空区底板以0.5m范围内取芯，以便判断采空区的性质。
⑥钻孔终孔后，经验收合格，方可进入下一道工序。
4、钻孔资料整理
所有钻孔自定位开始至终孔验收，均由专业技术人员严格把关，内容需填报及时准确、真实可靠。
五、施工问题及处理措施
1、孔壁坍陷问题
原因分析：①施工工艺控制不当，对地质条件关注不够，未根据土质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺，导致泥浆护壁质量差；②对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严，导致泥浆粘度和密度降低，孔壁静水压力衰减，孔壁牢固度降低；③在松散砂土中钻进过快，或在某一处空转时间过长，或用给水管直接冲刷孔壁；
处理办法：①发生孔壁坍陷，应暂停施工判明坍陷部位并认真分析原因。②认真分析地层结构，成孔选择合适的方法和机具；③及时检测泥浆的各项指标是否达标，达标后方可施工；④加强钻孔的现场管理，钻进速度和空转时间要控制适宜。
2、钻孔偏斜
原因分析：施工中，经常发生钻孔偏斜的问题，造成该问题的主要原因为有以下三种:①场地不平②钻机机台不平③施钻不当。处理措施：详见《钻孔防斜与纠偏措施一览表》
3、缩颈问题
原因分析：塑性土膨胀，使孔径小于设计尺寸。 处理措施：①选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆，尽可能降低失水量；②将合适数量的合金刀片焊接于导正器外侧，起钻或钻进时可发挥扫孔作用；③成孔时加大泵量，提高成孔的速度，孔壁则不会渗水和引起膨胀；④采用上下反复扫孔的办法扩大孔径消除缩颈。
4、卡钻、埋钻
(1)发生原因：①主要是碎石层护壁不够牢固，导致个别大孤石滚落造成卡钻；②碎石层中或12#煤层冒落带填充物中碎石下落；③大桥施工中发生埋钻事故，分析原因主要15#煤层采空区冒落带塌孔造成。
(2)处理措施：①根据钻进记录显示，钻进过程中在碎石层曾发生过偏孔现象，因此推断孔位位置有较大孤石，且卡钻位置与偏孔位置基本一致，采用钢轨制小钻头反复冲击的方法，可将大孤石卡钻部分砸碎解决卡钻问题；②为防止碎石下落造成卡钻，在穿越碎石层、冒落带时，向孔内抛填熟黏土团，同时调高泥浆比重。③预防冒落带段塌孔造成埋钻，进入15#煤层采空区后加强钻机管理，达到要求及时终孔。若事故发生可采用送水慢速转动或上下串动钻具，使粘附的泥饼和岩粉松动，也可用吊锤上下击打；若转动依旧无效，说明粘附严重，可用反丝钻杆，反出孔内钻杆，当反到粘附处，阻力很大，立即停止，下钻具进行冲孔，待冲洗后再进行反，直至反完孔内钻杆；若反完钻杆，钻具仍提拉不动，可先用吊锤打，若无效，再反掉岩心管接头进行钻透，直至取上粗径钻具。