采空区施工组织设计-

新泰市翟良路上跨磁莱铁路立交桥工程采空区治理施工组织设计

院长院总工程师

中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院

文件编制单位中铁工程设计咨询集团济南设计院设计

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目录

一、工程概况 (1)

二、依据规范规程及参考资料 (1)

三、工程地质特征 (1)

（一）地形地貌 (1)

（二）气象特征 (1)

（三）地层岩性 (2)

（四）地质构造 (2)

（五）地震动参数 (2)

四、水文地质特征 (3)

（一）地表水 (3)

（二）地下水的类型、埋藏情况及其变化特征 (3)

（三）地表水、地下水对混凝土等建筑材料的腐蚀性 (3)

五、设计原则 (3)

六、施工组织机构及施工准备工作 (4)

（一）施工组织机构 (4)

（二）施工准备工作 (4)

七、钻孔成孔工艺及技术要求 (5)

八、浆液材料及配合比 (6)

九、注浆施工工艺及方法 (7)

十、单孔注浆设计 (9)

十一、施工质量控制 (10)

十二、安全管理 (11)

十三、环保措施 (12)

新泰市翟良路上跨磁莱铁路立交桥工程

采空区治理施工组织设计

一、工程概况

该桥位于新汶站的北侧，良庄煤矿附近，为上越磁莱铁路的公路桥。上跨方案的桥式为16-20m预应力混凝土箱型连续梁跨线桥，桥跨磁莱铁路的中心里程为K59+736。桥址区北侧分布古空区及近代采空区。

二、依据规范规程及参考资料

1、国家和交通部有关标准、规范和验收标准；

2、《注浆技术规程》（YBJ44-92）；

3、《公路环境保护设计规范》（JTJ/T 006-98）；

4、设计文件，包括设计图纸、资料等；

5、现场调查所了解的有关情况和通过调查掌握的有关资料及信息；

6、新泰市良庄煤矿13、15煤采掘工程平面图（1：2000）。

三、工程地质特征

（一）地形地貌

该区宏观地貌单元为汶河阶地，地形平坦开阔，地势南高北低，桥址两侧为村庄、电厂和煤矿。桥北侧约400米处为柴汶河。

（二）气象特征

测区属于暖温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，春季干燥多风，雨雪量少，夏季气温较高，雨水多集中，秋季秋高气爽，有时干旱，冬季长而寒冷，雨雪量小。根据新泰市气象局提供气象资料如下：气温：年平均气温12.4℃，最低气温-21℃，最高气温39.5℃。

降水量：根据气象站1954～2006年资料，历年平均降雨量为725mm，最大降水量1395.4mm，最小降水量450.2mm，年降水量有68%集中在6月

下旬至9月上旬，春季占全年降水的13%，冬季仅占全年降水的4%。

蒸发量：历年平均蒸发量为1837.5mm，约为降水量的2.5倍，六月平均蒸发量为290.7mm，约为该月降雨量的3.3倍。

湿度：年平均相对湿度65%，一年中7、8月份湿度最大为80%，1～5月份湿度最小，平均为57%。

风向和风速：全年盛行东南风，春季多西南风，夏季多南风，秋季多东北风，冬季多西北风，年平均风速2.4m/s，瞬时最大平均风速为42m/s。

最大积雪深度29cm。

（三）地层岩性

桥址区地表分布第四系全新统（Q4 ml）人工填土，包括杂填土和素填土，第四系全新统冲积（Q4 al）粉质黏土、砂类土、碎石类土，第四系地层厚约5.1～10.8m，下伏古生界石炭系上统（C3）砂岩、页岩、石灰岩夹煤层，奥陶系中统（O2）石灰岩，全风化～中风化。

（四）地质构造

该区处于沂沭断裂带的西部，鲁西旋卷构造群中，位于新泰～蒙阴凹陷的边沿，蒙山凸起部位即穿越蒙山单断凸起至平邑凹陷。桥址区无活动断裂通过。

（五）地震动参数

历史上新泰市曾多次发生地震，据记载：自1524年至1649年曾多次发生地震，1668年郯城发生8.5级巨震,波及新泰，史书记载新泰“地震如雷，房毁人没”。新泰地区近300年间，地震约14次，大于2.0级为多，5级一次，1985年6月25日，放城乡发生4.1级地震，1987年3月14日太平山顶发生3.1级地震，两次地震均引起上级地震部门的重视；沂沭断裂带是一条经历了多次活动的断裂带，它若复活对新泰会有一定影响。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306－2001）及《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89），该区建筑抗震设防烈度为７度，设计基本地

震加速度值为0.10g。地震动反映谱特征周期为0.45s。

四、水文地质特征

（一）地表水

该区地表水为柴汶河水系，柴汶河走向为南东～北西，流入汶河。桥址区有一条小河，两次流经区内，向北流入柴汶河。该河常年有水，雨季水量较大。

（二）地下水的类型、埋藏情况及其变化特征

该区地下水类型为第四系壤中潜水及基岩裂隙水，勘察期间（2011.3～4）地下水埋深0.5～14.2m，标高154.99～165.43m。地下水主要受大气降水的补给，并受河水的影响，水位随季节变化而变化。由于煤矿开采排水致使地下水位大幅下降，仅在雨季第四系地层中有少量存水，水量较小。据良庄煤矿人员介绍，现在井下采煤区每天向外排水约40m3/天。

（三）地表水、地下水对混凝土等建筑材料的腐蚀性

根据取地表水及地下水水质分析，按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）地表水对混凝土结构无腐蚀；地下水对混凝土结构具弱硫酸盐腐蚀，对混凝土结构中的钢筋具弱氯盐腐蚀。按《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），地表水对混凝土结构无腐蚀；地下水对混凝土结构具结晶类腐蚀的弱硫酸盐腐蚀。

五、设计原则

采空区的治理设计应充分考虑当地的环境特点、工程地质条件、材料分布与供应、资源规划与工期要求等因素，治理方法技术先进、经济合理。应坚持一次根治，不留后患的原则，同时遵守投资合理、效益高、保护环境、合理利用与保护矿产资源的原则。治理后的采空区地基工后沉降应满

足桥梁的变形要求。

六、施工组织机构及施工准备工作

（一）施工组织机构

项目部负责该项工程的施工管理，确保工期、优质、安全完成。项目部设工程部、安质部、机物部、计财部、试验室、综合办公室，下设采空区处治施工队，负责管段内采空区钻孔、原材料进购、注浆等工作。（二）施工准备工作

1、技术准备

熟悉施工图纸、施工规范、检验评定标准。施工用水已经进行检测合格。测量人员进行孔位放样，为钻孔作好准备。

2、现场准备

（1）征地拆迁：根据设计图纸临时征地范围，组织人员进行征地拆迁工作，征地拆迁是前期准备工作的重点之一，是保证施工能展开的先决条件。

（2）场地平整：用机械清除原地面表土及杂物并挖填成整成平地，作为钻机及注浆用工作平台。

（3）施工用电：就近架设高压电线至施工现场。

（4）施工用水：为了保证施工用水，在注浆区修建两个蓄水池（1个不小于60m3、1个不小于15 m3），并每天雇佣拉水车从水源点拉水至蓄水池。

3、工期安排

施工工期安排注浆治理施工应安排在桥梁施工前进行，有效工期为3 个月。

4、劳动力组织、施工机械设备及主要材料供应

（1）人员准备：为了满足采空区工程按期完工，保证工程质量，我院拟上一个采空区治理施工队，拟定施工全面展开队伍人员配置为：管理

人员3人、技术工人3人、安全人员1个、钻孔工人32人，水电工1人，司泵24人，负责本合同段内的采空区钻孔、材料供应、注浆等工作。

（2）机械准备：各种施工机械及设备已经准备就绪，设备机具配置表见下表。

采空区治理主要施工机械设备表

（3）材料准备：施工材料由技术人员指定详细的工程材料需求计划表，就近采购，并在较短时间内完成开工材料的储备工作，同时提前作好所需材料的取样检验工作，为以后大规模进料做准备。

七、钻孔成孔工艺及技术要求

1、定点

对采空区治理设计中每个钻孔要明确孔位坐标及每个孔具体的深度，并对每个孔进行编号。孔位钻孔深度为地面至采空区底板 1m 处，注浆孔的灌注长度为采空区最上部岩层至采空区底板。

注浆孔应用经纬仪或全站仪进行实地测量放样，钻孔实际位置原则上不应超过设计位置0.1m。确因地形影响，钻孔不能放在设计位置时，可视具体情况予以调整。鉴于煤矿开采和塌陷变形的复杂性，通过有限的勘探钻孔尚难以精确查明地下的全部情况，如出现与设计不符的情况时，其它孔位将据此对原设计进行适当的调整。

2、安装钻机

平整场地，设置机台，安装100型钻机，调平机架、机体，因地物、管线影响时移动不宜超过 0.1米。准备钻具：备好中套管、钻头以及钻杆、岩心管等设备。

3、开孔

开孔孔径不小于130mm，采用φ130mm钻头、岩芯管开孔。第四系土层采用干钻。钻至基岩下 2-10m后（视地层情况而定），嵌入套管，孔口止浆。然后，变径为110mm ，终孔孔径不小于 91mm ，然后钻至采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下 1m 终孔。

4、钻基岩：待水泥砂浆初凝后，继续基岩钻过，孔内一般采用清水循环钻进，如遇灰岩改用金刚石等钻进工艺。

5、终孔

钻至设计孔深度，经专业工程师自检后。请监理工程师检查同意方可提钻。用清水洗孔直至返清水。如不返水，冲洗时间不少于 30 分钟。孔底残留渣厚度不大于30cm。然后拧孔口盖准备压浆。

6、技术要求

每百米孔斜度不应超过2度,终孔时应测孔斜度。5％的注浆孔要求全取芯。对于全取芯孔，详细记录土层疏松带、基岩冒落带、裂隙带、弯曲带和采空区地质情况、钻探情况，并进行拍照。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深度、层位和耗水量。对于不取岩芯孔，应尽量在预计采空区位置之上15-20m处至采空区底板1m范围内,提取岩芯,以判断采空塌陷程度,指导注浆施工。

八、浆液材料及配合比

1、浆液材料

浆液材料主要由水、水泥、粉煤灰等组成，水泥为 425 普通硅酸盐水泥，其质量应符合国家 GB175 要求标准；粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰，速凝剂为水玻璃。施工搅拌用水应符合《混凝土拌合用水标准》。

2、浆液配合比

注浆浆液为水泥粉煤灰浆，水固比为 1 : 1，水泥在固相中约占40 % ，粉煤灰约占固相 60 % ，在浆液中掺加水泥重量 2％的速凝剂，使灌入采空区的浆液尽快凝固，防止浆液流失。

3、注浆系统配置

3.1注浆系统构成

注浆系统由：料场、一级搅拌池（机）、二级搅拌池（机）、供水系统、注浆泵、注浆管道、封孔装置等组成。

3.2 注浆系统配置要求

料场：堆放材料的料场场地要平整，运料车辆能正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运、要求设有防潮、防雨措施。搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀，符合设计要求，一次搅拌量宜大于等于1.5m3。搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一次搅拌量宜＞1.5m3。水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立数个水池，以保证正常施工，水池建筑规模及要求视工地具体情况而定。注浆泵：宜采用变档定量泵，其额定排浆量不小于 250L/min ，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力的1.5倍。

压力表：注浆用压力表最大指数应小于10MPa 。

封孔装置：采用卡盘法或孔口套管止浆法。

注浆管：采用 50mm钢管，丝扣联接。

九、注浆施工工艺及方法

1、注浆工艺流程

2、浇铸孔口管

采用孔口套管（也是注浆管）止浆，其方法是：开孔孔径进入基岩2-8m ，然后，灌注水泥浆，其水泥浆柱高度不小于5m ，接着下入注浆管至孔底，待水泥浆终凝或 24h 后再变径钻至煤层采空区设计深度。套

管采用外径 13Omm 无缝钢管或PVC管。在孔口管上安装注浆用的三通管即可注浆。在地面采用小面积混凝土或方形钢板固定套管（护壁管），保证套管（护壁管）在下一注浆段钻探、注浆过程中仍能正常使用。

3、注浆材料的配制

浆液配制应按设计浆液配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。原材料：水用水表或定量容器计量；水泥按袋或按定量容器（散装水泥）计量；粉煤灰用定量容器计量。搅拌过程：高速搅拌机每次搅拌时间不得少于 3min ；低速搅拌机每次搅拌时间不得少于5min 。

4、注浆

注浆采用装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。为便于注浆质量控制，实际注浆时，每孔可选稀、稠两种配比的浆液进行灌浆，稀装灌注量取单孔注浆量的20 ％为宜，但平均水固比不宜低于 1 : 1.2。当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法施工，或在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。

5、施工顺序

注浆孔施工顺序为先两侧，再中间，先倾斜采空区下山方向，再由下山方向向上山方向展开。两侧的注浆孔施工时采用间歇式注浆，每次注浆时间一般不要超过10小时。注浆孔、帷幕孔分二序间隔成孔，二序孔可兼作检查孔，施工时按一、二序孔顺序施工。

十、单孔注浆设计

1、单孔注浆量计算：

进行单孔注浆设计时，其注浆量宜根据以下公式计算：Q单＝A·π· R2· m·△V·K·η/C 式中 Q 单一单孔注浆量（ m3) ; A-单孔注浆量浆液损耗系数，取值在 1.0- 1.5之间； R-浆液有效扩散半径，按孔距的一半计算（ m ); m—采空区煤层厚度（m) ;△V—采空区剩余空隙率:即煤层被采出后，原空间经塌陷冒落岩块充填后剩余的空隙，其取值在 0.2-1之间。K—煤层采取率。一般通过矿山实际情况调查确定。η-注浆充填系数，取值在 0.75-0.95 之间。该值宜根据公路工程的性质确定，取值在 0.75-0.85 之间。C-浆液结石率，取值在 0.7-0.95之间。

单孔注浆设计时，对第一序次钻孔，其注浆量可根据钻孔资料，按上述理论计算量的 1.3-1.5倍考虑。

2、孔口注浆压力计算：

按该采空区现场施工确定。可按以下公式计算：

Pb = P-(Hcρc-Hρw）/10×0.1MPa

式中 Pb—孔口注浆压力（MPa );P—钻孔有效全压力（MPa),该值可随注浆深度增加而增大,一般依据现场钻孔内具体情况确定，取钻孔内含水层静水压力的1.5-2倍；Hc—受注层段1/2处至孔口压力表的浆液柱高度（m ) ; Pc—浆液相对密度; Hw—静水位至受注层段 1/2 处的水柱高度(m); Pw—水的相对密度。

3、单孔注浆结束标准

单孔注浆结束标准按该路段现场试验确定，在未确定单孔注浆结束标准前，暂按以下要求控制：在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当孔口注浆压力在 1-3MPa ，20分钟内单位时间注浆量小于10L/min，即可终止注浆。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，或减小泵量的措施，阻止浆液从地面大量流失。

鉴于煤矿采空区的复杂性，在施工过程中，注浆孔的深度、注浆量的大小与设计量可能存在一定的差距，应根据现场的实际情况确定。

4、注浆过程中施工管理

（1）、注浆浆液及配制

在注浆工程施工过程中应对水泥每个批号的产品检测化验一次。相同批号的产品超过300t时，每3O0t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。在注浆工程施工过程中，当注浆量为 2000 m3左右时必须抽检一组样，检测浆液的密度、结石率、初凝和终凝时间参数。在注浆施工过程中，每孔所注入的浆液每班应做密度、结石率等参数的测定。在配制过程中应用磅秤抽查水泥、粉煤灰等材料的数量，称量误差应小于5％。

（2）钻机、注浆施工管理

钻机安装就位后，应检查孔位的准确性，并保证开孔钻具的垂直度。注浆施工管理：搅拌系统、注浆设备及机具等必须进行定期检测和维修，以保证注浆施工连续进行。压力表应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。在注浆施工过程中，应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。

5、注浆治理工程临时占地和施工便道注浆治理工程临时占地是指采空区注浆施工所占用的除路线设计永久征地范围以外的用地。

6、组织管理

鉴于该采空区工程地质条件复杂、工程隐蔽性强等特点，为了保证治理工程的质量，应对治理施工过程进行科学的组织与管理。我院采空区注浆治理工程成立了专门的施工队，施工队伍具备采空区施工的丰富经验和熟练的钻孔注浆施工技术。

十一、施工质量控制

1、开工前，由技术主管以书面的形式向监理工程师上报施工工艺和施工准备情况，在征得监理工程师同意后才实施该工程的施工。工区安设现场标示牌，标示牌上注明单位工程名称、所在里程、主要工艺、质量要求、创优目标、施工及质量负责人姓名等。

2、搞好技术交底，坚持按章操作。开始前由专业工程师或质检工程师会同工班长对作业人员进行详细的技术交底，交清设计要求、规范要求、质量要求和操作工艺标准，作业人员严格按照技术交底要求和标准施作，

质检工程师和工班长随时进行自检，并纠正违规行为。孔的平面布置位置及数量应符合设计要求。

3、施工前应仔细检查机械设备、电气设备、阀门的密封性和可靠性；

4、施工实施阶段：控制源头，把住材料采购关，施工用水泥及外加剂的品种、规格、质量应符合设计要求。各种材料到达工地必须由质量工程师进行验收，投入使用前必须按规范进行试验并将材料的质量检验结果报送监理工程师审查并在审查认可后方准投入使用

5、在施工工艺中，我们优先考虑使用新技术、新工艺、新材料、新设备“四新”技术，达到节省材料、提高工效、提高工程质量的目的，并在规模施工运用前经监理工程师同意后用于试验段和试验工序中，运用成熟并经监理工程师同意后才推广运用于规模施工中。施工过程监督及检查：建立健全经理部监督检查和工区、班组自检的质量监督检查制度，强化以项目质量检查工程师为核心的工程质量监察系统，确保系统运行正常。

6、主要工序工程质量保证措施

采取质量检查员、工区长、质检工程师、总工程师、项目部经理负责制。注浆工序采用跟班作业的方法，控制质量通病的发生。对业主、监理在施工过程中提出的质量问题、管理问题，由项目经理负责，并及时采取纠正和预防措施。施工进场落实注浆材料源后，按照设计配合比进行施工。施工时因受水文地质条件的影响，应及时调整混合比例。注浆过程中严格按照试验配比控制水泥浆比例，以免发生堵孔现象，影响注浆质量。

7、质量检测

施工完后，采用钻探取芯、物探、压浆验证、浆液结石体岩芯无侧限抗压强度试验，与注浆前资料对比，观察岩芯裂隙浆液充填情况，检查钻孔岩芯采取率不小于90%，如不能满足必须进行补充施工。质量检测在施工完成28天后进行。

十二、安全管理

1、安全目标

在本分项工程施工中，将认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针。

安全目标是：杜绝重伤以上人身伤亡事故，杜绝一切机械设备重大损失事故，杜绝交通运输重大责任事故，杜绝一切火灾事故，创“安全生产、文明施工的标准化工地”。

2、安全生产管理组织机构

为了工程施工安全，我单位将建立完善的安全生产管理机构，健全施工安全保证体系。公司项目经理部成立“安全施工领导小组”，以项目经理为组长，总工、副经理为副组长，技术人员为组员的安全领导小组。负责安全管理、安全措施的制定、实施、监督、检查。项目部设安质环保部负责日常安全管理检查工作；各施工队设安全环保副队长和专职安全员，工班设兼职安全员；实行岗位责任制，明确分工，责任到人，做到齐抓共管。

3、施工安全保证措施

严格按照批准的设计文件和施工方案进行施工，实施性施工组织设计包含安全技术措施，并经本单位安质部门审批，建设单位备案，实施过程中并经常向建设单位报告施工进展情况。抓管理、抓制度，盯住现场，跟班作业，抓住关键。开展“安全生产、文明施工标准化工地”建设；施工现场做到施工规范，布局合理，管线齐全，灯明路平，标志醒目、防护设施齐全；在施工现场悬挂有关施工安全标语，设立醒目警示牌。

十三、环保措施

1、环境保护目标及体系

（1）环境保护目标：施工零污染。环境保护及水土保持满足国家和地方法律法规及设计文件的要求。

（2）根据本工程施工对环境的特殊要求，项目部成立环境保护领导小组，负责本工程施工中的施工环保及生态环保工作。项目经理部负责检查、监督各工点各项环保工作的落实，并加强对施工人员的环保培训，使人人明确环保工作的重大意义，积极主动地参与环保工作，自觉遵守环保的各项规章制度。从思想、组织、检查、技术和方案五个方面建立完整的环境保护体系。

2、环境保护的保证措施

为了保护和改善生活环境与生态环境，防止施工造成的作业污染和扰民，采取以下措施：

（1）．贯彻ISO14001：环境管理体系标准，制定环境方针，确定环境管理方案，环境保护计划，并贯彻到整个施工活动中，严格执行环保的各项规定。积极推行环境“评审”或“审核”，以评定自身的环境表现。强化环境管理体系的过程，实现对整体环境表现的持续改进。

（2）．施工前对全体员工进行环境保护法规教育和学习，建立健全环境保护管理机构，成立以项目经理任组长的环境保护领导小组，配备一定数量的环保设施和环保管理人员，共同搞好环保工作。施工期间执行《中华人民共和国环境保护法》，采取有效的措施防止施工中的燃料、沥青、化学物质、污水、废料、垃圾等有害物质对河水、池塘、溪流等的污染；防止扬尘、噪音和汽油等物质对大气的污染。

（3）．施工现场设置足够的临时卫生设施，做好施工现场的卫生管理工作，生活垃圾应堆放在指定地点，按规定及时清理或处理。

（4）．防止烟、尘污染：各种运输车辆包括机车使用装有符合国家卫生标准的净化装置。施工便道等随时进行洒水或其它降尘措施。

（5）．靠近居民区的工点为了防止噪音，合理安排施工时间减少对居民的干扰。机械车辆鸣笛，采用低音喇叭，控制噪音污染。为保护施工人员的健康，合理安排工作人员轮流操作筑路机械，减少接触高噪声的时间，或穿插安排高噪声的工作。为保护施工现场附近居民的夜间休息，对居民区150m以内施工现场的施工时间加以控制。

（6）．对施工中可能遇到的各种公共设施，如埋入地下的管线电缆等，制定可靠的防止损坏或位移的实施措施，并向施工人员交底。

（7）．工程施工中如发现文物或其它有价值的物品，应暂缓施工，保护好现场，并及时向有关部门报告，按有关规定处理后方可继续施工。

（8）．水土保持

施工中开挖的弃土、弃碴运到指定弃土场堆放，弃土场弃土堆放整齐，按规定做好防护，边坡稳定平整，尽量避免破坏或掩埋路基下侧的林木、农田及其它工程设施。做好排水设施，防止水土流失及泥水流冲刷淤积周围农田和施工场地。

裸露部分要种草或植树，防止水土流失，作好施工场地竣工后的清理、绿化及复耕还田工作，保护自然环境。

行驶在既有公路上的运送散料（砂石料等）必须装载适量，严禁沿途漏洒和污染路面。运送易被风吹落的粉状料时进行必要的覆盖；雨季必须保持车辆轮胎卫生，以免污染既有道路。

（9）．施工环境破坏后的恢复措施

临时用地使用完后按地方的政策标准恢复并交付地方。