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桃叶坡采空区治理方案

第一章总体施工组织及规划

1.1编制依据

1.1.1国家、交通部及地方有关标准、规范和要求。

1.1.2《注浆技术规程》。

1.1.3《公路环境保护设计规范》。

1.1.4阳泉至左权高速公路桃叶坡采空区治理设计图纸及其他设计文件、资料。

1.1.5《高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册》。

1.1.6现场踏勘调查了解的有关情况和相关资料及信息。

1.1.7类似工程施工经验及我单位综合施工能力。

1.2工程概况

1.2.1工程范围

本段线路沿线煤系地层出露起讫里程为K8+990〜K10+350,累计长度1400m。

其中K8+990〜K9+410段为花沟大桥;K9+411〜K10+350段为桃叶坡路基段。

花沟大桥位于平定县桃叶坡村,中心里程桩号为K9+201.000,全长420m,结构型式为14X30m预应力砼连续箱梁。

为跨越季节性冲沟而设置,桥梁行走标高在857.0〜858.6m之间。

据钻探揭露采空区煤系地层起讫里程约为K8+990〜K10+350,长度总计1400m。

路线采空主要分布在花沟大桥K9+155〜K9+411段、K9+411〜K9+851、K10+170〜K10+350路基段,长度约为905.0m,在K9+155〜K9+411煤系地层均有出露,主要开采太原组15#煤层形成的采空区。

为桃叶坡煤矿及私挖乱采所致,桃叶坡煤矿属村办煤矿,于1980年建成,于2006年关闭。

平均开采厚度4m。

开采方式多采用房柱式,回采率约为30%,开采时间久远,后期主要对该矿当年留有的村庄保安煤柱及残煤进行了复采,对拟建高速公路K9+155〜K9+517.4段桥梁有严重影响。

经勘察,基本查明了煤矿采空区分布。

由于采空区对拟建公路的稳定性有较大的影响,拟对采空区进行处治。

根据物探矿界范围、开采状况及勘察表明,矿界范围内对线路产生影响采空区段落主要为四处,具体分别为K9+155〜K9+484.9、K9+484.9〜K9+668.5、K9+668.5〜K9+847.5、K10+170〜K10+350段,总长905.0m。

1.2.2地质条件

根据地质调绘与区域地质资料,区内地层主要由石炭系上统太原组,中统本溪组新生界第四系松散堆积物组成。

现由新至老的地层叙述如下:

(1)第四系上更新统(Q2αl+pi)

主要以粉土,粉质粘土为主。

分布在K9+671〜K10+253路基段范围内,埋深6.8m〜24.5m,平均15.6m。

(2)石炭系上统太原组(C3t)

主要为采空区内地层,岩性主要为砂岩、石灰岩、砂质泥岩、泥岩、15#煤层构成;与下伏本溪组呈整合接触。

主要分布在K9+155〜K9+851段,K9+155到花沟大里程桥台K9+441段均有12#煤层出露。

下伏约40m〜45m可见15#煤层。

下部为山西式铁矿(或硫铁矿)和G层铝土矿,上部为铝土质页岩、炭质页岩夹薄煤层和不稳定薄层灰岩。

厚度为9.0〜23m,平行不整合于下伏奥陶系峰峰组之上。

主要岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩及铝质泥岩、铝土岩组成。

(3)石炭系中统本溪组(C2b)

主要分布在K9+851〜K10+170路基段,岩性主要以砂质页岩、铝质泥岩,铁铝岩为主。

含三层石灰岩,其中前两层不稳定,容易缺失,钻探均无揭露,第三层香炉石灰岩个别钻孔有所揭露。

1.2.3地形地貌

拟建桥址区地貌单元属碳酸盐裸露为主的中低山区,冲沟发育,桥梁跨越沟,沟内无常流水,沟底最低标高约825.9m,桥台标高857〜858.6m。

沟底标高825.9m,最大相对高差32.7m。

路基段地势起伏不大,穿越村庄。

1.2.4采空区治理范围剩余空洞体积

序号

起点

终点

影响长度(m)

埋深(m)

影响宽度(m)

采厚

(m)

回采率(%)

剩余孔隙率(%)

剩余空洞体积(m3)

1

K9+155

K9+484.9

362.4

35

86.9

3

30

35

9920.2

2

K9+484.9

K9+668.5

183.6

23

88.8

3

30

35

4226.6

3

K9+668.5

K9+847.5

179

25

107.1

4

30

35

6548.2

4

K10+170

K10+350

180

17.3

72

3

30

35

4082.4

5

合计

24777.4

1.2.5主要工程量估算

(1)帷幕孔89个,注浆孔114个,钻孔总数203个,按平均埋深27.8m计,钻孔总进尺5639m。

(钻孔总进尺根据平均值计算,实际完成注浆孔孔深可能与设计孔深有一定出入,工程计量以实际完成注浆孔孔深为准。

(2)注浆量21341.7m³。

(水:

13872.1吨;水泥:

4994吨;粉煤灰:

11652.6吨;速凝剂:

99.9吨;碎石:

106.7m³。

(3)浇筑注浆管:

水泥浆浇筑体积19.9m³,注浆管长度2352m。

1.3总体施工组织布置及规划

1.3.1施工组织机构

根据项目部的要求成立采空区治理专业施工队,设立工程技术组、后勤材机组、试验安质组、综合办公室。

确保按期、优质、安全完成本工程施工任务。

1.3.2施工准备工作

(1)技术准备

在施工之前用全站仪进行线路导线复测,根据设计文件提供的孔位坐标进行孔位放样,并设立明显标记加以保护直至完工。

熟悉施工图纸、施工规范、检验标准。

施工用水、水泥、粉煤灰、碎石、速凝剂、注浆管、压力表等送检、标定。

(2)现场准备

施工现场要求达到“三通一平”,即水通、电通、道路通和场地平整。

为了保证施工用水,在浆站修建容量不小于100m³的蓄水池一个,施工两台水车不间断运输。

就近选择动力电源不小于120KW的输电电路至施工现场。

施工便道现场修建两条。

拟在K9+600处红线外设浆站一处。

1.3.3工期安排

本工程计划开工日期2012年5月10日,计划交工日期2012年7月10日,计划工期2个月。

1.3.4劳动力组织、施工机械设备及主要材料供应

(1)本工程作业班组分为两组,钻孔组负责成孔、封孔,劳动力安排12~16人;注浆组负责灌注,劳动力安排16~20人。

(2)机械设备

采空区主要机械设备表

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

钻机

XY-150/180

8

2

泥浆泵

BW-250/600

4

3

拌和机

15m³/h

6

4

挖掘机

90型

1

5

装载机

ZL50

1

6

装载机

ZL20

1

7

水车

10吨

2

8

注浆管

m

2500

9

测斜仪

1

10

全站仪

莱卡

1

11

对讲机

5

12

试模

12

13

现场试验仪器

1

(3)主要材料:

施工用水采用桃叶坡村用水,符合《混凝土拌合用水标准》,使用泵吸,水车运输至蓄水池;水泥选择合格的32.5级矿渣硅酸盐水泥;粉煤灰选用附近热电厂的产品,通过取样做烧失试验,烧失量不超过12%,粉煤灰不应有结块现象,不含其它硬质杂物,符合注浆工程要求,采用汽车运输;速凝剂选用一般的水玻璃,其模数为2.4~3.4,浓度50Be以上。

 

第二章主要项目的施工方案、施工方法和技术措施

2.1治理方案

本采空区采用全填充压力注浆法治理。

钻孔总进尺5639m,总注浆量21341.7m³。

2.1.1钻孔布设

灌浆孔采用均匀布置方法。

分帷幕孔和注浆孔。

帷幕孔为场区边缘孔,孔距15m;注浆孔布设在场区内,梅花形布置,孔距20m。

2.1.2钻孔结构与技术要求

(1)注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩4m-6m处变径,终孔孔径不小于91mm。

(2)取芯孔的数量应为注浆孔、帷幕孔总数的3〜5%。

采空区部位岩芯采取率不应小于30%;其它部位岩芯采取率不应小于70%。

(3)钻孔深度为地表至采空区底板以下1m。

(4)注浆孔口管选用φ50mm钢管,注浆管长度为地面之上0.5m至完整基岩下0.5m处。

(5)充填率:

桥梁工程充填率≥90%,路基工程充填率≥75%。

2.1.3止浆

宜采用似法兰盘简易止浆法或止浆塞、套管等方法止浆,似法兰盘简易止浆法见图浇筑孔口管示意图。

当在钻孔过程中易塌孔、缩径堵孔的钻孔,或在注浆过程中需投放骨料时,采用套管止浆。

2.1.4配合比设计

根据设计文件和施工经验,注浆浆液为水泥粉煤灰,其水固比为1:

1.0~1:

1.4(浆液的浓度由稀到浓)。

水泥占固相的30%,粉煤灰占固相的70%;帷幕孔根据具体情况,采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的2%的速凝剂,使注入采空区的浆液尽快凝固,以形成帷幕,防止浆液流失。

浆液配合比表

水固比

材料重量配合比

结石率(%)

充填率(%)

抗压强度(MPa)

水泥

粉煤灰

7天

28天

1:

1

10

3

7

80

75

0.4

0.81

1:

1.1

9.09

3

7

80

0.55

1.02

1:

1.2

8.33

3

7

80

0.78

1.10

1:

1.3

7.69

3

7

80

0.93

2.8

1:

1.4

7.14

3

7

80

1.23

2.91

2.2主要施工工艺及技术要求

2.2.1工艺流程:

施工注浆孔——建立注浆站——注浆系统试运行并对注浆管路做耐压试验——钻孔冲洗与压水试验——制浆注浆——观测与记录——注浆过程和结束后压水——关孔口阀,拆洗孔外注浆管及设备等——打开孔口阀,提取止浆塞或再次注浆——封孔——分析检查注浆效果

2.2.2采空区注浆一般施工工艺流程表

说明:

1、本工程孔位布置见后附《注浆孔布置图》。

2、防止钻孔偏斜的措施见本章2.2.2节《注浆孔钻进防斜与纠偏措施表》。

3、本工程注浆孔开孔直径130mm、进入完整基岩4~6m处变径。

注浆孔布置图

注浆孔钻进防斜与纠偏措施表

说明:

1、本工程浆液配合比详见本章2.1.4节《浆液配合比表》。

2、本工程注浆不分段。

2.2.4本工程施工工艺及技术要求

2.2.4.1注浆系统构成及配置要求

注浆系统由料场、一级搅拌池、二级搅拌池、供水系统、注浆泵、压力表、封孔装置、注浆管道和投砂漏斗组成。

(1)料场:

堆放材料的料场场地要平整,运料车能正常通行,且紧邻搅拌机,使材料便于运输、搬运,设有防潮、防雨措施。

(2)搅拌机:

必须能够满足正常施工要求,搅拌后的浆液应均匀。

浆液配比符合设计要求,一次搅拌量应大于或等于1.5m³。

(3)搅拌池:

修建的搅拌池应满足正常施工要求,池为圆柱体,中间设置搅拌机,使得搅拌后的浆液均匀。

(4)蓄水池:

根据本工程施工注浆总量需要,在注浆站修建一个蓄水池,容量不小于80m³。

(5)注浆泵:

采用250型注浆泵,注浆泵压力大于注浆最大设计压力的2~4倍,一般不小于10MPa。

(6)压力表:

注浆孔压力表最大指数应大于10MPa。

帷幕孔压力表最大指数应大于最大设计压力的3~5倍。

(7)封孔装置:

采用直径50mm钢管注浆,在管子前端20~30cm处焊接一圆形法兰托盘(托盘直径在120~130mm之间),下入孔内变径处。

(8)注浆管:

采用直径50mm钢管,丝扣连接。

(9)投砂漏斗:

附有筛网和球形阀,对于空洞较大部位投入适量的砂或石屑。

 

注浆站平面布置图

注浆站剖面结构图

2.2.4.2施工工艺及技术要求

(1)定点:

注浆孔采用全站仪、皮尺进行实地测量放样,钻孔实际位置与设计位置的偏差原则上不应大于0.5m。

因受地形影响,钻孔不能在设计位置时,应视具体情况在设计代表和工程监理的认可下予以调整。

(2)成孔工艺:

钻孔均在地表施工。

用φ130mm钻头开钻,钻至完整基岩4m后,下入φ114mm套管或焊接护壁,然后变径为φ91mm。

在第四系卵、砾石层的钻探过程中采用跟管钻进。

用φ89mm钻头,钻至煤层采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下1m。

(3)钻探技术要求:

布置3~5%的钻孔进行全取芯,以便指导钻探和注浆施工。

对于全取芯孔,采空区冒落带部位岩芯采取率不应小于30%,其他部位岩芯采取率不应小于60~70%。

做好钻探原始记录和岩芯编录及拍照工作。

钻孔施工过程中,如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其耗水量、深度和层位。

(4)孔口管浇筑:

浆一端带有φ120~130mm法兰托盘的φ50mm注浆管下入孔内变径处,孔内放入少量砾石,以堵塞大的缝隙,然后放入少量粘土,防止浆液大量渗漏。

最后灌入水固比1:

1.5~1:

2的水泥泥浆。

(5)注浆材料的配制:

浆液配制按设计配合比进行,并随机抽查浆液的各项指标。

水用水表或定量容器计量;水泥按袋计量;粉煤灰用定量容器计量。

每次搅拌时间不少于3分钟。

制浆工艺见下图:

清水

速凝剂

一级混合

搅拌机池

水泥粉煤灰

水泥粉煤灰

二级混合

搅拌机池

钻孔

注浆泵

一级混合

搅拌机池

检测合格

清水

(6)注浆工艺及其有关参数

1)施工顺序:

按采空区的倾斜方向,先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔及构造物工点处的注浆孔,再沿倾斜方向由低到高、由边部向中心展开施工。

2)注浆:

注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法,注浆开始后,要定时观测泵的吸浆量和泵压,记录注浆过程中发生的各种现象,收集原始数据,并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。

注浆时,避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆,当注浆量较大时,应采用间歇式注浆法施工,或在孔口加一漏斗状的投砂器,用浆液将砂或石屑带入孔内,或在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。

3)注浆过程:

①注浆及间歇注浆前必须用清水冲洗钻孔,压水时间不得小于10分钟。

②帷幕孔注浆时,均应先从稀浆(1:

1.0~1:

1.2)、低流量(≤90L/min)开始,当孔口压力≥0.6MPa时,可逐渐提高流量。

③当孔口压力>1MPa时,要降低流量,当注浆量达到单孔平均注浆量的30%时,应使用稠浆(1:

1.3~1:

1.4)。

④当单孔注浆较大(需要加1%~3%)的速凝剂),且达到单孔平均注浆量的150%,孔口压力≤0.6MPa,注浆泵量≥90L/min,要求间歇,间歇时间≥12h。

⑤间歇后的注浆过程中,在注浆孔口加装投砂器,用浆液将砂或矿渣石粉带入孔内。

⑥间歇后的注浆不得用稀浆。

⑦帷幕孔注浆时,必须加1~3%的速凝剂。

⑧注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时,应采用间歇式注浆,或减小泵量及地表充填裂隙的措施,阻止浆液从地面大量流失。

⑨稀浆灌注量取单孔注浆量的30%为宜。

4)注浆结束标准:

单孔注浆结束标准:

在灌浆孔的注浆末期,泵压逐渐升高,当泵量小于50L/min时,根据结构物类型和采空区特征,孔口压力在1.0~2.0MPa,稳定10~15分钟,可结束该孔的注浆过程。

对于地面冒浆孔,间歇次数不得超过3次,每次间歇时间≥12h;当第三次注浆又发生冒浆时,要停止注浆。

注浆过程中,当1.5MPa>孔口压力>1.0MPa,注浆量≤90L/min或≤50L/min时,稳定15分钟,要终止注浆。

2.3注浆过程中的施工管理

2.3.1在施工过程中对水泥每个批号的产品进行检测化验,相同批号的产品超过200吨时,每200吨检测化验一次。

鉴于注浆工程的特殊性,施工时水泥材料以7d的检测化验为准。

当注浆量为2000m³左右时,必须抽检一组样,检测浆液的密度、结石率、初凝和终凝时间等参数。

每孔所注入的浆液每班做密度、结实率等参数的测定。

2.3.2钻机、搅拌系统、注浆设备等机具定期进行检测和维修,以保证注浆施工连续进行。

压力表经常进行检查和标定,不合格的和已损坏的压力表严禁使用。

设专人对邻孔水位埋深、串浆及地面冒浆等进行观测,以便及时处理。

2.4釆空区工程质量检测

工程质量检测包括施工过程中的质量监测和施工结束后的处治效果检测。

2.4.1施工过程中的工程质量监测

施工技术人员必须掌握采空区处治工程的目的、加固原理、技术要求和质量评定标准等。

施工中应有专人负责质量控制,并做好施工记录。

施工单位的自检。

原材料检验,包括水泥、粉煤灰、砂或细骨料的检验,原材料的出厂检验单、每批量的检验等。

每班对浆液配合比、浆液参数如结石率、粘度进行测试和试块制作。

监理单位进行全方位的监督和管理,不定期进行抽检,对原材料用量、浆液各种指标和工艺等进行控制和管理。

业主进行检查和现场指导。

检查施工单位是否严格按设计文件进行施工,对严重不符合设计或对工程存在危害的施工方法进行制止或下停工令,并对施工单位进行整改,加大管理力度。

2.4.2施工结束后处治效果检测

采空区工程类型与检测方法

序号

工程类型及重要程度

检测方法

1

桥梁重要工程

钻孔取芯检测和孔内波速测井,

孔内电视摄像,注浆检测,

地表物探〔瞬变电磁法、高密度电法)、弹性波CT、

开挖等综合评价采空区处治效果。

2

路基一般工程

钻孔取芯检测和钻孔孔内波速测井,

评价采空区处治效果。

采空区处治结束6个月后,按下表选择适宜的检测方法,进行采空区处治效果检验、评价(见下表)。

钻探检测法。

检查孔位置一是考虑布置在有代表性的采空区位置,二是施工过程中出现异常情况的部位。

路基采空区检查孔数不小于处治注奖钻孔数的2%。

桥梁采空区处治是检测的重点,检测孔可适当加密,桥梁每墩台应有1个检测孔,路基每200~300m宜考虑布设1个检测孔,并应在小型构筑物处布置钻孔。

检查孔深度为地表至采空区底板的深度,终孔直径89mm,全孔取芯,钻孔的岩芯采取率应大于90%。

通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况,岩芯的完整程度、循环液的漏失量大小,釆空区冒落裂隙带漏失情况等,观察并描述采空区冒落裂隙带浆液结石体的充填程度、裂隙闭合情况等,判断浆液对采空区充填胶结程度,确定岩石质量指标(RQD),观察结石体的颜色,用锤击结石体的声音,手捏结石体的感觉,指甲或小刀是否能刻划等等物理性质,并结合钻探过程中循环液的漏失渗孔壁的稳定性等评价注浆质量,对岩芯进行编录、拍照、保管和存档。

并对浆液结石体进行室内抗压强度试验,检验其强度是否满足设计要求。

路基采空区结石体抗压强度应大于等于0.3MPa,桥梁采空区结石体抗压强度应大于等于0.8MPa。

物探检测法。

物探检测主要方法是孔内波速测井,在钻孔内进行孔内波速测试,处治后采空区岩体横波波速应大于160m/s。

 

第三章质量管理体系及保证措施

3.1质量管理体系

工程质量是百年大计,同时关系到施工单位的生存。

为此,我单位从项目经理到每个工人大家齐心共管,从开工到竣工交验的每个环节都不放松,形成一个具有组织、制度、设备、办法、措施、手段的一整套保证体系。

3.2质量保证措施

各工程施工队在每一道工序过程及完成后,由质检员按设计图和技术规范要求严格进行自检,对自检合格工程报送现场(驻地)监理工程师申请检验,请监理工程师检查验收,唯有监理工程师的检验合格后,方可进行下一工序的施工。

具体措施如下:

(1)工程开工前,组织全体施工人员熟悉设计图纸,学习国家公路技术规范,逐级进行技术交底,使全体人员牢固树立“质量第一”的思想。

(2)本工程设立全面质量领导小组,下设专职质检员,专司质量检查之职。

本项目抽取一定比例的质检专项费用,实行专款专用,质检人员的工资奖金主要按工程质量进行评定。

(3)选派有多年类似施工经验的技术人员,在施工过程中采取各种有效的检测手段对施工过程进行全面控制,及时收集有关数据和信息,发现问题及时处理,并要求各技术人员如实填写《施工日志》。

(4)尊重和绝对服从监理工程师和工程师代表。

根据合同条款的要求,在监理工程师的监督和指导下施工,并如实地向监理工程师汇报工程进度和质量情况。

(5)每一批施工设备进场,需先向监理工程师报送型号及性能,征得监理工程师同意后方可进场,以避免由于施工设备而影响工程质量。

(6)各单项工程开工前,报请项目部及中心试验室对该项目所需各种原材料(含半成品和成品)进行检验,同时在使用过程中加强随机抽检,杜绝不合格材料进入现场。

对于混合型材料亦由中心试验室进行配比试验,其数据经计算机分析对比后,选择质量可靠性高的配比经监理工程师批准后,再予实施。

(7)质检员、试验人员必须跟班作业,工程关健工序及部位须经监理工程师批准,实行“三班制”施工的项目必须有质检人员守候现场。

(8)每一工序完工,经质检人员自检合格,报请监理工程师检查,经监理工程师检查合格签证后,方可进行下一道工序施工。

(9)每一工序完工后,应对施工场地进行清理,以免残留物质对下道工序产生质量影响。

(10)对于连续施工工序,交班质检人员应就本班施工质量情况以及需要注意事项向接班人员作详细说明,并认真填写交接班记录。

(11)定期检查、校正、标定检测仪器,避免由于检测仪器的误差而影响工程质量,造成不应有的损失和影响。

(12)根据规范要求制定详细的内部工程质量检测制度和工程质量检查评分办法。

质量领导小组每月至少进行一次全面质量检查和评分,并将结果予以通报,此结果将是核实各工程队工资的首要依据,工程队质量质检小组每天进行质量小结,每周进行一次自检自评,并将结果报质检部和质量领导小组,此结果亦是职工、合同工的工资、奖金的重要依据。

(13)实行质量一票否决制:

当质量与进度等发生矛盾时,必须先质量后进度。

发生质量问题,扣发当事人当月奖金并酌情赔偿一定比例的损失。

对于关键工程的工程质量必须采用双控措施,经项目总工程师同意后再报监理工程师批准。

(14)采取各种途径,提高施工人员业务素质,利用雨天和施工间隙,请监理工程师或工程师代表讲授技术规范和施工操作方法,组织技术比赛,并适当派员外出学习,及时掌握采空区治理施工中新的施工工艺和技术。

(15)如出现质量事故,由总工程师或质检部长组织有关人员对事故原因进行分析,提出缺陷修复方案和质量整改措施,报监理工程师批准后实施,对事故责任者将予以经济处罚,通报批评,直至限令其离开工地,以杜绝类似事故的再次发生。

(16)加强机械设备的现场管理,确保机械设备的完好率和使用性能,保证工程质量。

杜绝由机械设备而引起的工程质量事故。

3.3质量检验程序:

资料签认

合格

循环

合格

报监理质量检验

报监理检验

监理批准

合格(资料签认)

合格(资料签认)

自检合格

工序施工

施工方案

原材料进场实验

下一分项施工

下一工序施工

质量检验评定

分项工程检查

报监理检验

报监理检验

自检合格

 

3.4技术预控措施

整个钻孔、注浆过程严格按照设计要求执行,并根据施工经验采取多种施工质量预控制措施,从而保证工程质量。

见下表:

第四章安全管理体系及保证措施

4.1安全管理体系

4.1.1安全目标:

无因工死亡和重大伤亡事故,无机械设备大事故,无火灾事故,无重要器材设备被盗事故。

年重伤率控制在0.4‰以下。

4.1.2安全保证体系:

在施工中,定期不定期召开安全生产会议,逐级签订安全施工合同,制定好各项安全生产制度和监督检查制度,达到全员参加、全面管理的目的,充分体现“安全生产、人人有责”,确保安全生产目标的实现。

安全生产目标

 

安全生产目标:

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