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白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)工作探討

2016-12-06 08:55孫廣輝洪望兵
中國(guó)水能及電氣化 2016年9期
關(guān)鍵詞:洞室隧洞圍巖

孫廣輝 王 鵬 洪望兵

(浙江華東建設(shè)工程有限公司,浙江杭州 310014)

白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)工作探討

孫廣輝 王 鵬 洪望兵

(浙江華東建設(shè)工程有限公司,浙江杭州 310014)

本文結(jié)合白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)工作和主要工程地質(zhì)問(wèn)題,探討了施工地質(zhì)工作思路與工作流程。梳理總結(jié)了地質(zhì)巡視與觀(guān)測(cè)、地質(zhì)編錄與測(cè)繪、地質(zhì)預(yù)報(bào)與建議、取樣與專(zhuān)項(xiàng)勘探、內(nèi)業(yè)整理等地質(zhì)工作主要方法。介紹了施工地質(zhì)工作的技巧,包括合理利用地質(zhì)記錄卡片、引入管理思維、巧用手電筒、利用Excel和GeoStation等工具進(jìn)行分析、內(nèi)業(yè)工作的合理分類(lèi)與編碼等。供隧洞施工地質(zhì)從業(yè)者參考。

施工地質(zhì);工作思路;工作流程;工作方法;工作技巧

施工地質(zhì)是一種增值服務(wù),對(duì)消除地質(zhì)隱患、優(yōu)化設(shè)計(jì)、選擇合理的施工方法、保證工期、控制投資和保證工程正常運(yùn)行具有重要意義[1]。施工地質(zhì)是檢驗(yàn)前期勘查成果、深化對(duì)工程地質(zhì)條件和問(wèn)題的認(rèn)識(shí)過(guò)程,也是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程。水電施工地質(zhì)自工程籌建施工起至竣工驗(yàn)收止,貫穿于工程施工全過(guò)程[2]。工作周期長(zhǎng),內(nèi)容繁雜,為了有效、快速地開(kāi)展工作,應(yīng)在相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上形成一套完備且適應(yīng)工程自身情況的流程和標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游河段,為四個(gè)梯級(jí)水電站中的第二級(jí),工程規(guī)模為大(1)型。電站地下洞室異常復(fù)雜龐大,包括主廠(chǎng)房、主變洞、尾閘室、尾調(diào)室4大地下洞室,導(dǎo)流洞、泄洪洞、引水洞、尾水洞等水工隧洞,交通洞、施工支洞、灌排洞、錨固觀(guān)測(cè)洞、出線(xiàn)豎井及平洞、通風(fēng)豎井及平洞等輔助洞室,大大小小的地下洞室上百條。地下洞室高度最大為116m(尾水調(diào)壓室),最小為3.75m,寬度最大為49m(尾水調(diào)壓室),最小為3m。斷面形狀以城門(mén)洞形為主,交通洞以三心圓形為主。

施工地質(zhì)規(guī)范中明確了施工地質(zhì)工作的主要內(nèi)容,包括地質(zhì)巡視、地質(zhì)編錄、試驗(yàn)和測(cè)試、地質(zhì)預(yù)報(bào)、圍巖評(píng)價(jià)、支護(hù)措施建議、圍巖驗(yàn)收等[1-2]。

白鶴灘水電站地質(zhì)條件復(fù)雜,工作面多,工作內(nèi)容多,為切實(shí)有效地開(kāi)展工作,自項(xiàng)目籌建以來(lái),在人員管理、標(biāo)準(zhǔn)化流程、溝通交流制度等方面形成了一套相對(duì)有效的工作體系,滿(mǎn)足了工程建設(shè)的需要。

2 隧洞主要工程地質(zhì)問(wèn)題

白鶴灘水電站屬于中山峽谷地貌,巖層為單斜地層,地下洞室遇到了圍巖變形、圍巖破壞和滲水三大主要地質(zhì)問(wèn)題。

圍巖變形是洞室開(kāi)挖后由于應(yīng)力釋放,在洞室頂板、邊墻產(chǎn)生彈性及塑性變形,如果應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度,則會(huì)產(chǎn)生塑性變形。高邊墻部位產(chǎn)生的變形要大于頂拱的變形。此類(lèi)問(wèn)題主要在深埋隧洞中,地下廠(chǎng)房區(qū)4大洞室及尾水洞、導(dǎo)流洞中圍巖變形現(xiàn)象比較突出。

圍巖破壞可以細(xì)分為應(yīng)力控制型和結(jié)構(gòu)面控制型。其中應(yīng)力控制型破壞包括巖爆、片幫、破裂破壞、松弛垮塌,主要發(fā)育在深埋隧洞中,破壞后果嚴(yán)重;結(jié)構(gòu)面控制型破壞包括塊體破壞、沿結(jié)構(gòu)面塌落等,分布廣泛,最為常見(jiàn),各類(lèi)洞室內(nèi)均有發(fā)育。

滲水問(wèn)題也是隧洞中普遍存在的問(wèn)題。主要沿?cái)鄬雍蛯娱g、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶等結(jié)構(gòu)面發(fā)育。表現(xiàn)為股狀涌水、線(xiàn)狀流水,以及滲、滴水等。

3 施工地質(zhì)工作思路

地質(zhì)工作是從點(diǎn)到線(xiàn)再到面,利用已知條件推導(dǎo)未知條件,從局部推整體,將今論古的過(guò)程。施工地質(zhì)工作的核心思想是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、消除地質(zhì)隱患。按地質(zhì)的歸納推理思維方式,結(jié)合定量計(jì)算的演繹推理思維方式,找出其科學(xué)的規(guī)律性[3]。在收集前期勘查資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)隧洞實(shí)際揭露的各種地質(zhì)現(xiàn)象,輔以其他勘探手段,評(píng)價(jià)隧洞的圍巖類(lèi)別,分析可能發(fā)生的地質(zhì)問(wèn)題,與工程各參與方協(xié)商溝通,確保工程順利開(kāi)展。

施工地質(zhì)工作過(guò)程中可以利用Excel表快速進(jìn)行圍巖類(lèi)別的復(fù)核,采用地質(zhì)三維軟件(GeoStation)分析結(jié)構(gòu)面的出露位置,引入管理思維,組建QC工作小組,解決工作中的問(wèn)題,實(shí)施周例會(huì)制度,協(xié)商處理工程問(wèn)題。

4 施工地質(zhì)工作流程

規(guī)范[1]中規(guī)定施工地質(zhì)工作遵循的基本流程如下:編制施工地質(zhì)工作大綱,地質(zhì)巡視,地質(zhì)編錄或測(cè)繪,地質(zhì)觀(guān)測(cè)、取樣、試驗(yàn)及專(zhuān)項(xiàng)勘查,編寫(xiě)施工地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào),提出地質(zhì)預(yù)報(bào)與建議,參加地基、圍巖、邊坡處理方案及與地質(zhì)條件相關(guān)的安全監(jiān)測(cè)方案的研究,參加與地質(zhì)有關(guān)的驗(yàn)收,資料整編與技術(shù)成果編制。

根據(jù)白鶴灘水電站的特點(diǎn),施工地質(zhì)工作增加周例會(huì)和技術(shù)交流工作。修改了規(guī)范[1]中施工地質(zhì)工作流程圖,見(jiàn)下頁(yè)圖。

施工地質(zhì)工作流程可以在整個(gè)工程內(nèi)循環(huán),也可在單項(xiàng)工程或施工中某一部位,針對(duì)某一問(wèn)題進(jìn)行循環(huán)、反復(fù)進(jìn)行[2]。

在編制施工地質(zhì)工作大綱前,應(yīng)收集可研階段勘查資料,熟悉建筑物的布置、類(lèi)型、功能等,針對(duì)可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題,提出重點(diǎn)工作方法和應(yīng)對(duì)策略。

施工地質(zhì)工作流程圖

工程(技術(shù))負(fù)責(zé)人召集有關(guān)人員根據(jù)工作大綱內(nèi)容,選取代表性樣本進(jìn)行學(xué)習(xí),統(tǒng)一認(rèn)識(shí),制定適合該工程的各類(lèi)地質(zhì)卡片、標(biāo)準(zhǔn)化圖件等,統(tǒng)一工作流程以及內(nèi)外業(yè)工作內(nèi)容等;現(xiàn)場(chǎng)工作前需做好準(zhǔn)備工作,檢查各類(lèi)工具是否齊全,包括地質(zhì)錘、地質(zhì)羅盤(pán)、放大鏡、手電筒、相機(jī)、紙筆、巡視卡以及其他檢測(cè)設(shè)備等。

5 施工地質(zhì)工作方法

白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)的工作方法同規(guī)范中規(guī)定的方法一致,主要包括地質(zhì)巡視與觀(guān)測(cè)、地質(zhì)預(yù)報(bào)與建議、地質(zhì)編錄與測(cè)繪、試驗(yàn)與專(zhuān)項(xiàng)勘探、內(nèi)業(yè)整理等[1-2,4]。

5.1 地質(zhì)巡視與觀(guān)測(cè)

巡視與觀(guān)測(cè)的內(nèi)容為隧洞基本地質(zhì)條件、主要工程地質(zhì)問(wèn)題、存在的安全隱患等。地質(zhì)巡視與觀(guān)測(cè)應(yīng)跟蹤開(kāi)挖進(jìn)程進(jìn)行,視項(xiàng)目性質(zhì)(永久主體工程、永久輔助工程、臨時(shí)工程)和工程地質(zhì)條件安排不同的巡視周期,地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí),加密或有針對(duì)性地進(jìn)行巡視、觀(guān)測(cè),直至地質(zhì)條件和問(wèn)題全部查清。

5.2 地質(zhì)編錄與測(cè)繪

地質(zhì)編錄與測(cè)繪工作,宜隨開(kāi)挖過(guò)程逐塊(段)進(jìn)行,分層開(kāi)挖的大型洞室應(yīng)分層進(jìn)行。對(duì)建筑物開(kāi)挖形態(tài)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷、水文地質(zhì)、圍巖類(lèi)別、工程處理措施實(shí)施情況等內(nèi)容翔實(shí)記錄,對(duì)各類(lèi)不利地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象(包括圍巖松動(dòng)及變形、失穩(wěn)、塌方、片幫、巖爆、彎曲等)重點(diǎn)描述,關(guān)鍵部位應(yīng)進(jìn)行攝像或錄像,并整理歸檔。

5.3 地質(zhì)預(yù)報(bào)與建議

根據(jù)施工地質(zhì)工作獲取的資料,進(jìn)行圍巖類(lèi)別劃分,預(yù)測(cè)下段圍巖類(lèi)別及可能出現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題,如遇地質(zhì)條件變化需修改設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí),或可能出現(xiàn)新的不良地質(zhì)因素而影響建筑物安全時(shí),應(yīng)及時(shí)編制施工地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào),并提出處理建議。緊急時(shí)也可先簽署施工備忘錄,后補(bǔ)充簡(jiǎn)報(bào)。

例如:左岸地下廠(chǎng)房頂拱含集塊角礫巖的分布范圍預(yù)測(cè),導(dǎo)流洞巖爆地質(zhì)預(yù)報(bào)及處理建議,2號(hào)公路隧洞用水特征及處理建議,隧洞層間錯(cuò)動(dòng)帶地質(zhì)預(yù)報(bào)及處理建議,隧洞坍塌段原因及處理建議等。

5.4 試驗(yàn)與專(zhuān)項(xiàng)勘探

施工過(guò)程中可根據(jù)具體情況,對(duì)影響建筑物及洞室圍巖穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面和軟弱巖土體的物理力學(xué)性質(zhì),在初步分析基礎(chǔ)上,向業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位提出需要試驗(yàn)要求。

施工揭示的地質(zhì)條件與前期不一致且對(duì)設(shè)計(jì)方案或施工安全有重大影響,或出現(xiàn)新的工程與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題時(shí),應(yīng)提出專(zhuān)項(xiàng)勘查建議。

例如:層間錯(cuò)動(dòng)帶C2對(duì)左岸地下廠(chǎng)房影響重大,施工期揭露的C2與可研勘查略有差別,地質(zhì)進(jìn)行取樣,并對(duì)其工程特征和力學(xué)參數(shù)進(jìn)行復(fù)核。

矮子溝排水洞進(jìn)口為基巖,施工至164m時(shí),隧洞揭露覆蓋層,對(duì)施工安全有重大影響,啟動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)地質(zhì)勘探,查明了覆蓋層的成因機(jī)制及分布范圍[5]。

5.5 內(nèi)業(yè)整理

施工地質(zhì)編錄、試驗(yàn)等資料是工程重要的原始資料,是工程運(yùn)行期間出現(xiàn)異?,F(xiàn)象時(shí)分析和查找原因的重要依據(jù),因此,施工地質(zhì)人員應(yīng)將收集的資料、施工地質(zhì)日志、施工地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào)、地質(zhì)編錄和測(cè)繪的圖紙、單項(xiàng)工程驗(yàn)收資料、長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)資料、設(shè)計(jì)開(kāi)挖支護(hù)修改通知單、上級(jí)批文、會(huì)議紀(jì)要、照片及標(biāo)本等進(jìn)行整理和歸檔。

6 施工地質(zhì)工作技巧

施工地質(zhì)是一項(xiàng)繁雜、零碎的工作[4],要想提高工作效率,就需要一些工作技巧。

6.1 地質(zhì)巡視工作技巧

巡視工作中往往遇到隧洞中爆破、出渣、噴漿等作業(yè)導(dǎo)致地質(zhì)工作無(wú)法進(jìn)行,或因單次巡視工作面較多、時(shí)間倉(cāng)促等原因?qū)е碌刭|(zhì)信息記錄不全,出現(xiàn)返工的現(xiàn)象。

為解決這些問(wèn)題,首先需與監(jiān)理和承包商協(xié)調(diào)溝通,了解現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)、照明、樁號(hào)標(biāo)示等情況,其次應(yīng)規(guī)劃好工作路線(xiàn),節(jié)省工作時(shí)間。為解決地質(zhì)現(xiàn)象記錄不全問(wèn)題,可采用統(tǒng)一的地質(zhì)記錄卡,包括地質(zhì)巡視卡、裂隙描述卡、斷層描述卡等。為更好地開(kāi)展巡視工作,還可以引入質(zhì)量管理思維,針對(duì)某一問(wèn)題或多個(gè)問(wèn)題開(kāi)展QC小組活動(dòng),采用頭腦風(fēng)暴法和專(zhuān)家會(huì)議法等,切實(shí)有效地解決問(wèn)題。

6.2 地質(zhì)編錄工作技巧

白鶴灘水電站地下洞室數(shù)量龐大、類(lèi)型繁雜,如大小洞室一起抓,沒(méi)有主次,勢(shì)必造成人員緊張,沒(méi)有重點(diǎn)。需要對(duì)洞室進(jìn)行分類(lèi)處理,如輔助洞室,包括施工支洞、交通洞等臨時(shí)建筑物以地質(zhì)巡視為主,不進(jìn)行系統(tǒng)編錄,僅對(duì)重點(diǎn)部位,如封堵段、主要構(gòu)造出露部位、交叉口段進(jìn)行編錄;過(guò)水隧洞和永久洞室進(jìn)行全洞系統(tǒng)編錄。

目前地質(zhì)編錄的趨勢(shì)是基于近景攝影測(cè)量原理的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法[6-7]。但新方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件要求比較苛刻,有時(shí)難以做到,工程中仍以傳統(tǒng)工作方法為主。

對(duì)于大型洞室,由于隧洞跨度大、高度高,主要構(gòu)造在一側(cè)邊墻發(fā)現(xiàn),在另一側(cè)邊墻不宜查找,在頂拱軌跡線(xiàn)有時(shí)也不宜判別,可巧用手電筒予以解決。因白鶴灘水電站為單斜地層,地質(zhì)構(gòu)造多以平直為主,可利用手電筒在揭露點(diǎn)位置,根據(jù)構(gòu)造走向照射至另一側(cè)洞壁,在光源附近查找、定位,根據(jù)其視傾角照射頂拱部位,快速確定起拱線(xiàn)處揭露點(diǎn),從而最終確定構(gòu)造軌跡線(xiàn)。

對(duì)于Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)圍巖,由于洞室成型差,設(shè)計(jì)往往要求及時(shí)支護(hù),承包商每循環(huán)進(jìn)行支護(hù),地質(zhì)人員如果每循環(huán)進(jìn)行地質(zhì)編錄往往做不到。通常采用掌子面編錄法,間隔在5m左右,重點(diǎn)關(guān)注順洞向的陡傾角裂隙和緩傾角裂隙,以及規(guī)模較大的地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)掌子面的地質(zhì)信息反推構(gòu)造的軌跡線(xiàn)。這種方法適用于規(guī)模較小的排水洞和通風(fēng)洞。

6.3 地質(zhì)預(yù)報(bào)工作技巧

地質(zhì)預(yù)報(bào)分為長(zhǎng)期和短期地質(zhì)預(yù)報(bào)兩類(lèi),常用的方法有地面地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)預(yù)測(cè)法和TSP等儀器探測(cè)法[8]。白鶴灘水電站可研做了大量勘查工作,主要地質(zhì)問(wèn)題基本查清,地質(zhì)預(yù)報(bào)主要以斷層參數(shù)預(yù)測(cè)法為主。

依托地質(zhì)巡視和地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)資料,參考周邊洞室主要構(gòu)造的揭露點(diǎn),采用GeoStation軟件,生成三維面,再利用軟件集成的剖面剖切工具就可以快速確定斷層在隧洞中的出露位置。

對(duì)于高應(yīng)力破壞的地質(zhì)預(yù)報(bào)主要根據(jù)前期勘查經(jīng)驗(yàn),包括圍巖破壞發(fā)生時(shí)隧洞埋深、構(gòu)造、巖性等條件,結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算,進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。如洞室埋深大于300m洞段,層間錯(cuò)動(dòng)帶下盤(pán)20~40m范圍內(nèi)洞段、洞室軸向與大主應(yīng)力垂直洞段、洞室靠江側(cè)拱肩與靠山側(cè)拱腳等均易發(fā)生應(yīng)力型破壞。為進(jìn)一步分析破壞的發(fā)展趨勢(shì),進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè),采用定期鉆孔成像技術(shù),比較直觀(guān)地進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

地質(zhì)預(yù)報(bào)還有一項(xiàng)重要工作:確定隧洞的圍巖類(lèi)別。白鶴灘水電站結(jié)合工程實(shí)際,確定了一套以定性判別為主的圍巖分類(lèi)方法。定量判別則以水電圍巖分類(lèi)為主、Q系統(tǒng)和RMR分類(lèi)為輔。采用Excel公式編輯,輸入各種參數(shù),可以快速得出圍巖類(lèi)別。

6.4 內(nèi)業(yè)整理工作技巧

施工地質(zhì)內(nèi)業(yè)整理工作包括日常收集資料整理和竣工資料整理兩大類(lèi)??⒐べY料一般都有標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)定,日常資料無(wú)統(tǒng)一的要求和格式,僅是作為中間原始資料。

日常資料繁雜,加之人員更替,如不及時(shí)進(jìn)行整理,后期整理難度將成倍增加。日常資料包括各種地質(zhì)卡片、照片、錄像、編錄圖、地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào)等。內(nèi)業(yè)整理的總體原則為及時(shí)、準(zhǔn)確、使用便捷。

各種資料應(yīng)制定統(tǒng)一的編碼規(guī)則,便于查找和使用。白鶴灘水電站內(nèi)業(yè)整理按工程部位進(jìn)行分類(lèi),巡視卡按樁號(hào)自小至大進(jìn)行整理排序;照片命名格式應(yīng)包括主要地質(zhì)信息,如:資料類(lèi)型+工程部位+樁號(hào)+日期+主要構(gòu)造或地質(zhì)問(wèn)題(ZP-左岸地下廠(chǎng)房-左廠(chǎng)0+50-20160501-C2出露、頂拱坍塌);節(jié)理裂隙外業(yè)編號(hào)以每百米為界命名,如:1-1(樁號(hào)0~100m內(nèi)1號(hào)裂隙),2-2(樁號(hào)100~200m內(nèi)2號(hào)裂隙);新增斷層、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶,以構(gòu)造類(lèi)型+洞室代號(hào)+百米數(shù)+序號(hào)命名,例如:LSx①-1-1(左岸層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶,①泄洪洞樁號(hào)0~100m內(nèi)1號(hào))。

施工地質(zhì)日志應(yīng)記錄翔實(shí),包括工作目的、存在的問(wèn)題、分析思路、結(jié)論和處理意見(jiàn)等,日志的命名也要盡量詳細(xì),便于后期查找。

7 結(jié) 語(yǔ)

a.施工地質(zhì)是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程,核心是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、消除隱患。

b.施工地質(zhì)是一項(xiàng)重要的工作,也是一項(xiàng)增值服務(wù),尤其是特大型和巨型工程,施工地質(zhì)為保障施工順利進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用。

c.施工地質(zhì)工作內(nèi)容繁雜、零碎,應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際編制一套切合實(shí)際的工作流程和方法。

d.施工地質(zhì)工作中,應(yīng)積極探索新方法、新技術(shù),吸取其他工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),引入管理思維,利用各種工作技巧,快速有效地解決工程問(wèn)題。

e.施工地質(zhì)工作中應(yīng)多與設(shè)計(jì)溝通,了解設(shè)計(jì)意圖,還需與工程各方保持交流,跟蹤施工動(dòng)態(tài),更好地服務(wù)于工程。

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[8] 劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2001.

Discussion on construction geological work of tunnel on Baihetan hydropower station

SUN Guanghui,WANG Peng,HONG Wangbing
(Zhejiang Huadong Construction Engineering Co.,Ltd.,Hangzhou 310014,China)

In the paper,construction geological work of tunnel and main engineering geological issues of Baihetan hydropower station are combined for discussing construction geological work ideas and work process.Geological patrol and observation,geological record and mapping,geological prediction and suggestion,sampling and special exploration,indoor date sprocessing and other geological work main methods are sorted and summarized.Skills of construction geological techniques are introduced,including rational utilization of geological record card,introduction of management thinking,use of flashlight,use of Excel,GeoStation and other tools for analysis,rational classification and coding of indoor operation,etc.,which are used as reference for tunnel construction geological practitioners.

construction geology;working idea;working process;working methods;working skills

TV554

A

1673-8241(2016)09-0062-05

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.09.015

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