CN112252973A - 一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法 - Google Patents

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CN112252973A CN202011079712.9A CN202011079712A CN112252973A CN 112252973 A CN112252973 A CN 112252973A CN 202011079712 A CN202011079712 A CN 202011079712A CN 112252973 A CN112252973 A CN 112252973A
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贾秋东
黄晓庆
董鹏英
王杰
唐波
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Abstract

本申请涉及一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其包括如下步骤：步骤一、布管：两个PE实壁管的端面进行热熔连接；步骤二、定向钻孔：制作工作坑和接收坑，采用定向钻机钻进成孔；步骤三、回扩施工：采用逐级扩孔的方式扩孔形成管道；步骤四、回拉管材：采用拉管器拉管；步骤五、检查井制作：在有效管段的两侧开挖基坑，安装预制检查井，将所述预制检查井与PE实壁管做防水连接，随后回填所述基坑和预制检查井周边。本申请只需在地面开挖工作坑和接收坑，在工作坑和接收坑位置进行钻孔、扩孔和拉管操作，可以避免管道明挖施工带来的施工技术工序多、大量路面破坏、阻碍交通等环境影响。

Description

一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法
技术领域
本发明涉及管网建设的技术领域，尤其是涉及一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法。
背景技术
近年来，随着国民生活水平不断提高，思想观念不断发生转变，提出对环保的重视，部分城市加大对环境的治理力度，开展污水处理工程项目。
在市政污水管网施工过程中，一些地下管线众多、地质条件错综复杂的施工点，采用明挖的管道施工方式会造成施工技术工序多、交通拥堵、路面破坏严重等问题，给居民日常出行造成极大的影响。
发明内容
为了改善现有的市政污水管网施工过程中的施工技术工序多、路面破坏严重、交通拥堵等问题，本申请提供一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法。
本申请提供的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法采用如下的技术方案：
一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、布管：将两个PE实壁管的端面正确对中，将熔焊设备的加热板插入两个所述PE实壁管的端面之间，以指定压力推进压紧，采用精准对位装置进行固定，加热完成后迅速拆除所述加热板，以指定压力推动两个所述PE实壁管的端面结合，再次用所述精准对位装置固定，随后对熔焊位置冷却，使用高精度温控仪、压力表、计时器全程监控一次成型；
步骤二、定向钻孔：设计导向轨迹，制作工作坑和接收坑，在管道中心线延伸的起始位置安装定向钻机，按照地层条件调节所述定向钻机的推进力，钻进成孔；
步骤三、回扩施工：采用逐级扩孔的方式扩孔，形成管道，扩孔后所述管道的直径为设计管道直径的1.3倍-1.5倍；
步骤四、回拉管材：采用拉管器拉管，拉管保持匀速；
步骤五、检查井制作：在有效管道的两侧开挖基坑，安装预制检查井，将所述预制检查井与PE实壁管做防水连接，随后回填所述基坑和预制检查井周边。
通过采用上述技术方案，只需在地面开挖工作坑和接收坑，在工作坑和接收坑位置进行钻孔、扩孔和拉管操作，可以避免管道明挖施工带来的大量路面破坏，阻碍交通等环境影响，由于是在地下管线众多、地质条件错综复杂的施工点，可以减少施工技术工序，减少施工周期；同时采用预制检查井制作检查井，可以减少砌砖砌井、抹灰施工所需大型机械租凭、人工、材料等成本，经济效益显著；使用高精度温控仪、压力表、计时器全程监控一次成型，避免局部出现熔瘤、熔接圈凹凸不均现象。
优选的，在所述步骤一中，每天收工后，须对所述PE实壁管的管末进行封口。
通过采用上述技术方案，在PE实壁管还未敷设在管道内部以及检查井与PE实壁管还未连接完毕之前，每天收工都需要对PE实壁管的管口进行封口操作，以防止地下水、雨水或泥浆进入管内。
优选的，在所述步骤一中，所述精准对位装置包括机体、固定设置于机体的无杆气缸、固定设置于机体的固定法兰卡扣和滑动设置于机体的滑移法兰卡扣，所述固定法兰卡扣和滑移法兰卡扣分别套设于相互对接的两个PE实壁管外壁，所述无杆气缸的滑套与滑移法兰卡扣固定连接，所述固定法兰卡扣和滑移法兰卡扣均包括固定于机体的主扣和端部通过锁紧组件可拆卸固定于主扣端部的副扣。
通过采用上述技术方案，两个PE实壁管的端面相互对接时，滑移法兰卡扣固定套设于其中一个PE实壁管外壁，固定法兰卡扣固定套设于另外一个PE实壁管外壁，无杆气缸驱动滑动移动，滑套可以带动滑移法兰卡扣靠近或远离固定法兰卡扣移动，从而可以操作两个PE实壁管的端面相互靠近贴合或相互远离，降低PE实壁管的对接难度，保证对接精准度，从而提高施工效率。
优选的，所述锁紧组件设置为一端与主扣转动连接的加固螺杆，所述副扣的端部延伸设置有连接块，所述连接块开设有与加固螺杆卡接的U形槽，所述加固螺杆远离主扣的一端螺纹连接有限制加固螺杆滑出U形槽的螺帽。
通过采用上述技术方案，在精准对位装置上可以对PE实壁管进行安装操作，主扣和副扣相互拼接时，加固螺杆卡入U形槽内部，拧紧螺帽，使加固螺杆不能脱离U形槽，将主扣和副扣固定；拆除时，旋松螺帽，将加固螺杆脱离出U形槽，主扣和副扣可以相互脱离，PE实壁管可以从主扣的缺口位置脱离，拆装过程操作简便，便于施工。
优选的，所述固定法兰卡扣和滑移法兰卡扣均设置有两个。
通过采用上述技术方案，固定法兰卡扣和滑移法兰均设置两个，可以加强对两个PE实壁管的固定，使两个PE实壁管的端面可以平整对接，避免由于PE实壁管的自身重力作用两端发生起伏。
优选的，在所述步骤二中，控制所述定向钻机的钻杆在入土端的角度为8度-30度，控制所述定向钻机的钻杆在出土端的角度为4度-20度。
通过采用上述技术方案，控制钻杆在入土端和出土端的角度，可以保证接管和拖拉质量，避免在管道入土端和出土端造成浪费的PE实壁管比较长。
优选的，在所述步骤三中，所述逐级扩孔方式具体为以下步骤：在所述管道内用Φ450回扩头进行回扩施工，然后用Φ470的泥切进行切泥，再用Φ504的回扩头进行回扩拉泥一次，Φ490的泥切再进行切泥，最后用Φ504的回扩头再回扩拉泥一次。
通过采用上述技术方案，采用逐级扩孔的方式，可以减少孔径的收缩率，减少跨孔现象，提高管道成孔质量。
优选的，在所述步骤四中的拉管操作之前，在所述管道的入土端和出土端开挖成U型口以供拉管施工。
通过采用上述技术方案，在管道的入土端和出土端做优化设计，通过开挖成U型口施工，可以减少端头对拖拉塑料管PE实壁管的质量影响，以保证接管和拖拉的质量，在管道的入土端和出土端减少塑料管不必要的浪费。
优选的，在所述步骤五中，所述预制检查井包括有井盖、垫层和井室，所述垫层和井室依次放入基坑内部，所述井室开设有与PE实壁管相连接的预留孔，在所述PE实壁管的下部涂抹防水砂浆，随后用所述防水砂浆填满伸入预留孔内部的PE实壁管上部以及左右两侧，所述井盖与井室采用水泥砂浆连接。
通过采用上述技术方案，该预制检查井吊装放入基坑内部时，预先对垫层进行安装，随后对井室进行安装，井室的预留孔与PE实壁管通过防水砂浆连接，起到防水效果，随后将井盖与井室相连接，相比于砌砖砌井、抹灰施工的检查井制作，该施工步骤较少，操作简便。
优选的，所述防水砂浆为聚氨酯和水泥砂浆按1:2的质量比例混合而成。
通过采用上述技术方案，防水砂浆采用上述配置，可以获得防好、连接强度大的防水砂浆，对检查井和PE实壁管的连接起有效防水功能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 只需在地面开挖工作坑和接收坑，在工作坑和接收坑位置进行钻孔、扩孔和拉管操作，可以避免管道明挖施工带来的大量路面破坏，阻碍交通等环境影响，由于是在地下管线众多、地质条件错综复杂的施工点，可以减少施工技术工序，减少施工周期，同时采用预制检查井制作检查井，可以减少砌砖砌井、抹灰施工所需大型机械租凭、人工、材料等成本，经济效益显著，使用高精度温控仪、压力表、计时器全程监控一次成型，避免局部出现熔瘤、熔接圈凹凸不均现象；
2. 两个PE实壁管的端面相互对接时，滑移法兰卡扣固定套设于其中一个PE实壁管外壁，固定法兰卡扣固定套设于另外一个PE实壁管外壁，无杆气缸驱动滑动移动，滑套可以带动滑移法兰卡扣靠近或远离固定法兰卡扣移动，从而可以操作两个PE实壁管的端面相互靠近贴合或相互远离，降低PE实壁管的对接难度，保证对接精准度，从而提高施工效率；
3. 在管道的入土端和出土端做优化设计，通过开挖成U型口施工，可以减少端头对拖拉塑料管PE实壁管的质量影响，以保证接管和拖拉的质量，在管道的入土端和出土端减少塑料管不必要的浪费；
4. 该预制检查井吊装放入基坑内部时，预先对垫层进行安装，随后对井室进行安装，井室的预留孔与PE实壁管通过防水砂浆连接，起到防水效果，随后将井盖与井室相连接，相比于砌砖砌井、抹灰施工的检查井制作，该施工步骤较少，操作简便。
附图说明
图1是本实施例中的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法的定向钻孔施工示意图；
图2是本实施例中的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法的布管施工示意图；
图3是本实施例中的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法的回扩施工示意图；
图4是本实施例中的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法的回拉管材施工示意图；
图5是本实施例中的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法的检查井安装施工示意图；
图6是本实施例中的检查井的剖面结构示意图。
附图标记说明：1、PE实壁管；2、管道；21、造斜段；22、有效管段；3、工作坑；31、入土端；311、U型口；4、接收坑；41、出土端；5、定向钻机；51、钻杆；52、回扩头；53、拉管器；6、加热板；7、精准对位装置；71、机体；72、无杆气缸；721、滑套；73、固定法兰卡扣；74、滑移法兰卡扣；741、主扣；742、副扣；7421、连接块；7421a、U形槽；8、加固螺杆；81、螺帽；9、预制检查井；91、井盖；92、井室；921、预留孔；93、垫层；10、基坑。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例结合具体施工案例，公开一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，适用于市政污水管网建设工程，尤其适用于建筑群密集、人流量大的乡镇地区市政管网施工。选用某一污水处理厂及管网工程项目中，属于暴雨高发区，三面环山呈扇形结构，中间低洼，外临海域，项目所处位置地质情况复杂，参照图1，具体的施工方法包括如下步骤：
步骤一、施工准备：
1.1选用抗外压强、柔韧性好、单位质量轻的PE实壁管1，PE实壁管1的环刚度大于或等于12.5kN/m2，内壁光滑平整，无刮伤、毛刺等缺陷，PE实壁管1端面应平整且与管中心轴线垂直，管接口外径与管材外径一致，在本实施例中，优选为DN400、DN600公称内径的PE实壁管1。
1.2根据现行国标《岩土工程勘察规范》GB50021及《城市地下管线探测技术规程》CJJ61的规定进行工程勘察，取心钻孔的平面位置和深度应符合以下条件。
1）勘探孔的设置应在管道2轴线两侧3m距离内，勘探后灌浆、封堵；
2）钻孔数量的确定按照每节长度及地层的复杂性决定，沿非开挖轨迹方向进行，间距为50m-100m，在地址复杂和地质构造不能保持连续性的地层上布孔，应按非开挖设计要求加密勘探孔，穿越公路、地表障碍物宜在其两侧布孔，数量宜大于或等于2个，穿越河谷、河谷两岸及河床应布置勘探孔，数量宜等于或大于3个；
3）勘探孔的深度控制在待敷设管道2埋深以下6m，钻进遇到有砂层或卵砾层时应穿过。
1.3测量及复测：做好现场交接导线点和水准点的复测工作，在运输设备到现场前，对现场进行检查，包括路面的坡度、高程的变化、地下设施的标记、土层的种类和条件以及管线定位探测的可能干扰源。
1.4根据工程所在的各土层土质密度和坚硬程度，选用公式W=[2P(1+Ka)+Po]F1，经计算选用的定向钻机5小于或等于10T，扭矩小于或等于2100N•M，钻杆51为Φ73mm、长度3m。
步骤二、布管：沿作业带将PE实壁管1顺序摆放且首尾错开，PE实壁管1连接处表面应清理干净，采用对接融化焊接头连接法进行组对连接。
具体地，参照图1和图2，使用双面修整机修整两个焊接接头端面，拆除修整机具，通过推进器使两个PE实壁管1的管端相接触，保证管端正确对中。在两个相对接的PE实壁管1端面之间插入210℃的加热板6，以指定压力推进PE实壁管1，使管端压紧在熔焊设备的加热板6上，在两个PE实壁管1的管端周围形成一致的熔化束，利用精准对位装置7连接固定，使用高精度温控仪、压力表、计时器全程监控一次成型，避免出现局部出现熔瘤、熔接圈凹凸不均现象。
一旦完成加热后，拆除精准对位装置7，迅速将加热板6移出，避免加热板6与PE实壁管1熔化端摩擦，再次以指定压力将两个PE实壁管1的管端推进至结合，形成一个双翻边的熔化束，再次用精准对位装置7进行固定控制，随后对熔焊位置进行冷却，冷却时间不少于30min。
此外，在布管施工过程中，为防止地下水、雨水进入管内，每天收工后，必须对PE实壁管1的管末封口，防止泥浆、雨水、杂物等进入管内。
具体地，精准对位装置7包括机体71、两个无杆气缸72、两个固定法兰卡扣73和两个滑移法兰卡扣74，固定法兰卡扣73和滑移法兰卡扣74分别套设于两个相互对接的PE实壁管1外壁，固定法兰卡扣73固定安装于机体71上，滑移法兰卡扣74滑动安装于机体71上。两个无杆气缸72均相对固定于机体71上，无杆气缸72滑动穿设于两个滑移法兰卡扣74，无杆气缸72固定穿设于固定法兰卡扣73，无杆气缸72的滑套721与两个滑移法兰卡扣74固定连接，无杆气缸72上预留有供两个滑移法兰卡扣74移动的间距。无杆气缸72启动时，滑套721可以带动滑移法兰卡扣74靠近或远离固定法兰卡扣73，从而控制两个PE实壁管1的端面靠近贴紧或相对脱离加热板6。
固定法兰卡扣73和滑移法兰卡扣74均包括相对围合成环形设置的主扣741和副扣742，主扣741固定安装于机体71，主扣741的两端通过锁紧组件分别与相对应副扣742的两端可拆卸连接，锁紧组件设置包括加固螺杆8和螺帽81，副扣742的两端背向PE实壁管1的轴线延伸有连接块7421，连接块7421背向PE实壁管轴线的位置开设有U形槽7421a，U形槽7421a贯穿连接块7421的相对两端面。加固螺杆8的一端与主扣741的端部转动连接，加固螺杆8卡接于U形槽7421a内部，加固螺杆8远离主扣741的一端与螺帽81螺纹连接，螺帽81拧紧以限制加固螺杆8脱离U形槽7421a，使主扣741和副扣742固定套设于PE实壁管1的外侧。
步骤三、定向钻孔：对导向轨迹进行设计，制作工作坑3和接收坑4，在管道2中心线延伸的起始位置安装定向钻机5，利用锚杆锚固对定向钻机5固定，工作坑3位于靠近定向钻机5的一侧，工作坑3作为钻杆51的入土端31，接收坑4作为钻杆51的出土端41。定向钻机5开动后，钻杆51在工作坑3的入土端31钻进，入土端31角度控制在8度-30度，造斜段21曲线钻进时，应按地层条件调定推进力，严禁钻杆51发生过度弯曲，钻进过程采用低泵压匀速钻进，控向经纬仪轴线每钻进20m复核一次，钻孔的轨迹偏差不得大于终孔直径，钻杆51从接收坑4的出土端41伸出，出土端41的角度控制在4度-20度，钻进成孔，以保证后续接管与拖拉的质量。
步骤四、回扩施工：参照图3，采用逐级扩孔方式形成管道2，在首道扩孔时做到高转速、低拉力，具体地，用Φ450回扩头52进行回扩施工，然后用Φ470的泥切进行切泥，再用Φ504的回扩头52进行回扩拉泥一次，Φ490的泥切再进行切泥，最后用Φ504的回扩头52再回扩拉泥一次。结束后，用冲洗方法检查证实扩孔没有跨塌现象，管道2孔径收敛小于2%，扩孔后管道2的直径为设计管道2直径的1.3-1.5倍。
步骤五、回拉管材：参照图4，采用拉管器53拉管，将事先焊接并检验合格后的待铺PE实壁管1连接到拉管器53的拉管头，拉管时要求匀速向前，中间严格停顿，一次完成成管敷设，再取下拉管头，将管头堵牢，防止杂物进入管内；
具体地，为了减少端头对PE实壁管1的质量影响、保证后续接管与拖拉的质量，入土端31和出土端41根据现场实际环境及土质类型、土质均匀程度采用拓孔加固技术措施，拉管前在管道2的入土端31和出土端41开挖成U型口311施工，减少PE实壁管1在入土端31和出土端41产生的损失。
步骤六、检查井制作：
6.1参照图5和图6，在有效管段22的两侧开挖基坑10，采用预制检查井9进行安装，预制检查井9包括井盖91、井室92和垫层93，井室92底部预留有直径大于PE实壁管1管径1.5倍且呈U形设置的预留孔921，利用吊装设备将垫层93和井室92依次装入基坑10内部，垫层93以及各井室92拼块垂直方向的拼接处由防水砂浆做密封，防水砂浆由聚氨酯和水泥砂浆按1:2的质量比例混合而成，安装时注意井室92垂直，且预制检查井9的井室92预留孔921轴线与管道2轴线相符合；
6.2预制检查井9与PE实壁管1的连接采用管顶平接，在PE实壁管1伸入井室92前，在PE实壁管1下部120度范围内用防水砂浆做涂抹，挤压PE实壁管1使防水砂浆与PE实壁管1连接密实，将井室92预留孔921内的PE实壁管1两侧和上部分别以防水砂浆填满，插捣防水砂浆，直至全部饱满，最后抹出三角状防水砂浆，宽度保持在5cm-6cm，在做好闭水试验的前提下，基坑10和预制检查井9周边按设计要求及规范回填，井盖91与井室92采用M10水泥砂浆座浆连接，造斜段21和管道2外壁须注浆充填密实。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、布管：将两个PE实壁管(1)的端面正确对中，将熔焊设备的加热板(6)插入两个所述PE实壁管(1)的端面之间，以指定压力推进压紧，采用精准对位装置(7)进行固定，加热完成后迅速拆除所述加热板(6)，以指定压力推动两个所述PE实壁管(1)的端面结合，再次用所述精准对位装置(7)固定，随后对熔焊位置冷却，使用高精度温控仪、压力表、计时器全程监控一次成型；
步骤二、定向钻孔：设计导向轨迹，制作工作坑(3)和接收坑(4)，在管道(2)中心线延伸的起始位置安装定向钻机(5)，按照地层条件调节所述定向钻机(5)的推进力，钻进成孔；
步骤三、回扩施工：采用逐级扩孔的方式扩孔，形成管道(2)，扩孔后所述管道(2)的直径为设计管道(2)直径的1.3倍-1.5倍；
步骤四、回拉管材：采用拉管器(53)拉管，拉管保持匀速；
步骤五、检查井制作：在有效管段(22)的两侧开挖基坑(10)，安装预制检查井(9)，将所述预制检查井(9)与PE实壁管(1)做防水连接，随后回填所述基坑(10)和预制检查井(9)周边。
2.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：在所述步骤一中，每天收工后，须对所述PE实壁管(1)的管末进行封口。
3.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述精准对位装置(7)包括机体(71)、固定设置于机体(71)的无杆气缸(72)、固定设置于机体(71)的固定法兰卡扣(73)和滑动设置于机体(71)的滑移法兰卡扣(74)，所述固定法兰卡扣(73)和滑移法兰卡扣(74)分别套设于相互对接的两个PE实壁管(1)外壁，所述无杆气缸(72)的滑套(721)与滑移法兰卡扣(74)固定连接，所述固定法兰卡扣(73)和滑移法兰卡扣(74)均包括固定于机体(71)的主扣(741)和端部通过锁紧组件可拆卸固定于主扣(741)端部的副扣(742)。
4.根据权利要求3所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：所述锁紧组件设置为一端与主扣(741)转动连接的加固螺杆(8)，所述副扣(742)的端部延伸设置有连接块(7421)，所述连接块(7421)开设有与加固螺杆(8)卡接的U形槽(7421a)，所述加固螺杆(8)远离主扣(741)的一端螺纹连接有限制加固螺杆(8)滑出U形槽(7421a)的螺帽(81)。
5.根据权利要求4所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：所述固定法兰卡扣(73)和滑移法兰卡扣(74)均设置有两个。
6.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：在所述步骤二中，控制所述定向钻机(5)的钻杆(51)在入土端(31)的角度为8度-30度，控制所述定向钻机(5)的钻杆(51)在出土端(41)的角度为4度-20度。
7.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述逐级扩孔方式具体为以下步骤：在所述管道(2)内用Φ450回扩头(52)进行回扩施工，然后用Φ470的泥切进行切泥，再用Φ504的回扩头(52)进行回扩拉泥一次，Φ490的泥切再进行切泥，最后用Φ504的回扩头(52)再回扩拉泥一次。
8.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：在所述步骤四中的拉管操作之前，在所述管道(2)的入土端(31)和出土端(41)开挖成U型口(311)以供拉管施工。
9.根据权利要求1所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：在所述步骤五中，所述预制检查井(9)包括有井盖(91)、垫层(93)和井室(92)，所述垫层(93)和井室(92)依次放入基坑(10)内部，所述井室(92)开设有与PE实壁管(1)相连接的预留孔(921)，在所述PE实壁管(1)的下部涂抹防水砂浆，随后用所述防水砂浆填满伸入预留孔(921)内部的PE实壁管(1)上部以及左右两侧，所述井盖(91)与井室(92)采用水泥砂浆连接。
10.根据权利要求9所述的一种用于管道埋设通道的非开挖定向钻进施工方法，其特征在于：所述防水砂浆为聚氨酯和水泥砂浆按1:2的质量比例混合而成。
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