城市高压电力隧道常用施工方法技术经济比较

城市高压电力隧道常用施工方法技术经济比较中国论文网 g[zns HSg
李 猛 陈志宏 赵立丰 高 鹏中国论文网"dv5aq
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（河北省送变电公司 石家庄 050051；河北省电力公司 石家庄 050051）
4o7|xT {(}0【摘要】介绍几种城市高压电力隧道的常用施工方法，主要包
%Li7fY`E6]v'W
oG0括暗挖法、人工顶管和机械顶管法。介绍了主要的施工工艺、施工
[-} D5t/?:ts0步骤和注意事项。对几种常见施工方法进行技术经济比较，论述了
hWL4IMh#O8A0各自的优缺点，并对各自的适用范围给出了建议性意见。中国论文网#S [ sx}
【关键词】电力隧道；施工；方法；技术经济中国论文网C"R/l|-?Bu
0. 前言中国论文网 hab!m,w6ul.{
随着我国城市用电负荷的不断增加，迫切需要在城市中心建设中国论文网 o'GkD5[y/c
高电压等级变电站及相应的高电压输电线路，各大中城市相继采用
w8n@&a,Quu8b0了地下敷设电缆结合城市中心变电站的方式进行城市供电，由于中国论文网w4Y!r:_[
220kV 及以上的高电压等级长电缆不适合直埋敷设，所以普遍采用
6c6b-P.q\0了隧道敷设的方式。电力隧道的断面相对较小，一般断面面积在中国论文网Dbhz];H6T
3-8m2 之间，个别电缆接头间位置断面面积可达到近20m2，一般采中国论文网#l _3{dR
用明挖、暗挖、人工顶管和机械顶管四种方法。本文主要介绍常用中国论文网9F3B5g5R2~-HZ\&\(M%M
的暗挖、人工顶管和机械顶管三种方法。
x3v7O#bQ~01. 施工方法简介
)GoB(It2g01.1 暗挖施工。一般适合在土质地层、砂质地层中应用。施工
YR {3S.ko\/g ~0时，要先开挖施工竖井，达到设计深度和土质要求后，进行横向开
jIq~V-X [0挖，采用人工挖土、人工运输、竖井机械提升的施工工艺。施工中
Z!L5~
d5g0严格控制地表沉降，遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封中国论文网(Qw P+n,SnP@
闭、勤量测的原则进行施工。中国论文网+~8H(d%Ih[ t W
1.2 人工顶管。人工顶管适合在土层中使用，是最早发展起来中国论文网3d$i:D%MX]
yA3V
的一种顶管施工工艺，由于它采用了一定的辅助措施后便具有施工中国论文网.U%Bgo"?
O.CoD+z
操作简便、设备少、施工成本低、施工进度快等优点，所以目前还
Y$xL/^J)E-XN:l0具有一定的应用价值。人工顶管时先建立一个工作井和接收井，工中国论文网t8Y y9Yw1r7I@BJ kK
作井中在浇底板时同时布设导轨，在井面安装一个支架式的起重设
k,g]!?r0备以做出土用。中国论文网)SSHeY#p,Qv
1.3 机械顶管。机械顶管适合在土层中或穿越河道、公路时使
Z&}Yv6J;if0用，通过泥水平衡顶管掘进机、等推力油缸、汽车吊液压动力站、中国论文网WC%N8Iq6H&j
液压注浆泵、污泥泵等机械的作用，运用传力顶铁和导向轨道，用中国论文网3\NTBeV.`
支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走
r [H^#{GS0管正面的泥土。
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dN(N02. 施工技术指标分析中国论文网)I\\Iy.z#Zny-L
2.1 暗挖施工
$J;[j/Y&l3p02.1.1 暗挖法隧道施工原则。根据地质情况，编制合理的施工
5n,PlRY
\!ys8A0技术措施和计划，控制地表沉降，最大限度减少对地表建筑物及地
,]t$O-fb_q4X0下构筑物的影响。严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、
Z7U"}4Ykk0快封闭、勤量测”十八字施工原则，施工组织严格遵守暗挖法施工
r:r&ZDUCK,u}0原则，并做到先加固、后开挖，加固一段、开挖一段，封闭一段。
'Z2K3~ZGCE02.1.2 超前支护施工。隧道初衬支护采用格栅钢架、纵向连接筋、
aLY*GY*l0挂钢筋网片、喷射防水混凝土和超前支护采用超前小导管对掌子面
0a/A+CX6g0土体进行支护，并且根据现场实际地质情况进行加密加固，土层注中国论文网
Tr,f9Ji[1x
浆预加固相结合。小导管选用φ32 长3000mm钢花管，外倾角8 ～ 10
L6tQ i6Y0度，纵向水平搭接长度1000mm ；小导管一般间距为300mm，钢筋
B+Z2e%?-u%y/x|0网φ6 ＠ 100mm×100mm（φ6 ＠ 120mm×120mm），格栅间距为
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F0500mm。超前小导管注浆施工包括吹孔、安设小导管、注浆、固砂
5oV&_}+S0（砂土）效果检验等工序。
r'Cy/^!_3R7de:b.x02.1.3 隧道土方开挖。隧道开挖时一定要做好隧道施工的监控中国论文网)m.ch*_/p)}
量测及超前注浆工作，确保开挖地层周边围岩的稳定。土方开挖采中国论文网H)kC7RJ'{%T]
取人工掘进，在开挖作业中现场施工人员要观查周边围岩的地层变
[5A'\?6m,T[0化情况，对地面建筑物及附着物进行监控量测，并检查超前支护的中国论文网s Y6fvd/mJK#\5I
注浆效果，信息要及时反馈，并确保施工安全。中国论文网*U'p'd)s2|
2.1.4 格栅钢架加工制作及安装。格栅钢架在加工厂冷弯分段
*xjN.R?oLl0B0制作，钢架各段之间采用连接板、高强螺栓连接，在组装前应在地中国论文网)U1vtC0|$[
面进行试拼并捡查各部尺寸，合格后方可使用，组装后应在同一
?e o,r&DS,hp'Lf0个平面内，拼装后允许偏差为：周边拼装允许误差为+30mm，平
5T5}XP |G0面翘曲小于20mm。格栅钢架安装使用激光导向仪控制其轴线及高
l_G2V+Uh|0程，应架设在与隧道轴线垂直的平面内，允许偏差为：安装间距
n:x`'UPR U M0±50mm，高程±50mm，倾斜度±2°。安设正确后，纵向必须用中国论文网 q8X(R#ScC8W
纵向连接筋连接牢固，格栅钢架保护层厚度40mm，其背后喷射混中国论文网{v2|!G'rT5ht.v
凝土应密实。中国论文网I+I2hD@m-K+e!w
2.1.5 初衬砼喷射（早强C30P8）。喷射混凝土的原材料进场均中国论文网V9hZwV*A
应进行速凝效果的试验，确定速凝剂的品种和最佳掺量，要求初凝
Oi3}1[:S&U8@r5{Y0不超过5min，终凝不超过10min。喷射作业前应检查开挖断面尺寸、
1QtKX.`"r0b3C4s0清除松动的浮石、土块和杂物，清除基脚下的堆积物，用高压风吹中国论文网v9ovGKv+_
净，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，调整好锚喷机的风压、水压。
vN6M-j;qK0喷射作业分段、分层进行，喷射顺序由下而上，对悬挂在网筋上的
W3N@bR3i hgtk;e#M0混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实。
*I |;tG$J02.2 人工顶管中国论文网9h3Ra`OC:q R
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2.2.1 人工顶管的施工顺序为：工作井施工→后背墙制作与安中国论文网&N!zIJ}"P}-?4l)ul9h
装→顶进设备安装调试→吊装砼管→连接好工具管→装顶铁→开启中国论文网*ZE$s `G1@.A
油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管
ulsX+u EZ02.2.2 导轨安装。在工作井底板浇注砼，将导轨直接放置在工中国论文网hL6[ gQ
k]\T-s6L
作井的底板上。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中
zu1^y Or7C0心及高程能符合设计要求，严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管中国论文网.y @(|o1Bhi Y
道纵坡一致。导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度2~3m，间距可中国论文网&N;Y;Af;K%~3z
根据管径要求做相应调整，一般以便于测量为宜。中国论文网&_a
^w1f1{*R"G
2.2.3 后背墙的制作与安装。顶管顶进作业时，顶力反作用于中国论文网:t.Sf:k'g |
后背及工作井后背土体，这就要求后背墙强度和刚度必须满足顶进中国论文网r1?MxmXN
控制的最大允许顶力，并在施工、安装过程中应保证力的传递均匀中国论文网$LPjO U"|a"^
和整体受力，以避免发生安全事故、影响周围环境和顶进。装配式中国论文网-y.M'[RrI
后背墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，底端宜在工作坑底以下且中国论文网,j[.`6D%h6D5f*l:x(V
不小于50cm，组装构件应规格一致、紧贴固定，后背土体壁面应
)S\3|5V1Q&\0与后背墙贴紧，有孔隙时应采用砂石料填塞密实；利用已顶进完毕中国论文网
B J:r0m$L Zh
的管道作后背时，待顶管道的最大允许顶力应小于已顶管道的外壁中国论文网]-`hKQx
摩擦阻力，后背钢板与管口端面之间应衬垫缓冲材料，并应采取措
R1No9Y!X{4J(@MW~0施保护已顶入管道的接口不受损伤。后背墙平面与掘进轴线应保持
'r$I+QTn*T8{o0垂直；表面应坚实平整，能有效地传递作用力。中国论文网Jt']x2d0H
2.2.4 千斤顶和顶铁的安装。千斤顶宜固定在支架上，并与管
%s2R(n9RbO0道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；当
gw+uI4bwa&L/Km0千斤顶多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同，当规格不同时，
5e c eLO4z"Q0其行程应同步，并应将同规格的千斤顶对称布置；千斤顶的油路应
{$zs9p^Q0并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统；顶铁单排使用长度
sRy\;cTh'tX9N2fd0不大于1.5 米，双排使用不大于2.5 米，顶进时顶铁必须与后背垂直。中国论文网^c^&rd+ut
2.2.5 施工工艺。设备安装完毕后即可进行试顶，首先校测设中国论文网mX([yQ
备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，
,P]zv;_F0然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调中国论文网J_:Ag;vsij
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整各项参数后即可正常顶进施工。顶进施工时，主要利用人工在前

S,D&^aq LU1c0面取土，一般的粘性土可用铁锹挖土，遇到较硬的土层时，可用空
.A~(V9K m ~"h0气压缩机加风镐作为挖土设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出中国论文网1}0c ^;Ke q4I
土设备，千斤顶出镐在后背不动的情况下向前顶进。在施工过程中，
,S'Vg'h)?,[0做到勤挖勤顶勤测，加强监控。中国论文网X3aoul2BrMp)w
2.3 机械顶管中国论文网 q.x
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2.3.1 机械顶管的施工工序为：工作井施工→装配式后背墙安中国论文网%U~ }:u5vSI
装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施中国论文网6h.qK]&ky Y;x~
工及密封→管道顶进→出土→测量→纠偏。中国论文网4\` y1{]T'w!Y
2.3.2 装配式后背墙安装。装配式后背墙采用方木、型钢和钢
Q\)?"W M5RKbR0板等组装（或采用现浇钢筋混凝土，后背前再放置钢板），组装后中国论文网S%uKgZ&e7E
的后背墙应有足够的强度和刚度；后背土体必须均匀密实，壁面应
G8Su5y;knc6@ S9|0平整，并与管道顶进方向垂直；后背土体壁面应与后背墙紧贴，有
9Mr Dc5fbprp0孔隙时应采用砂石料填塞密实。装配式后背墙的底端在工作坑底以中国论文网[_5c&Q;f6o0YVY
下500mm，从而使后千斤顶着力中心高度不小于后背方木高度的中国论文网nQ^PeL`#k
1/3，这样能使着力点与墙后被动土的合力点保持一致，有助于减
"Rk0a"I*S AGX0少后背的倾斜。装配式后背墙垂直度允许偏差为0.1% 装配式后背
eN0~"i%n$i0墙高度，水平扭转度允许偏差为0.1% 装配式后背墙长度。
{%s"D2KC ?(wB02.3.3 导轨安装。作坑底部采用200mmC20 混凝土垫层，选中国论文网0R2?0[;[ R+^ mY
用8 根20×200mm 方木做轨枕，导轨采用钢导轨安装时和工作井中国论文网5J1b/PT8m4DM
底板预埋钢板焊牢，并用型钢支撑或用混凝土围牢。导轨安装前
BGro5J%Q0要先复核管道中心位置，确保导轨的高程、轴线位置准确。导轨中国论文网.J&Kvd&t9~7cE6G3n
定位必须稳固，在顶进中承受各种负荷时不位移、不变形、不沉中国论文网x4I+t?*U/O
降。导轨必须符合中线、高程的要求，且在安装后和顶管前，其轴
;`8O u5OeGB~0线位置、高程等必须进行验收，轴线位置偏差不超过3mm，顶面中国论文网8[V6h+S_j
高程偏差不超过3mm，两轨内距偏差不超过2mm。导轨端不能距中国论文网5W"?IQO@
工作壁太远，一般应控制在500mm 左右，导轨安装时预留缝高度
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p0以100 ～ 150mm 为宜，导轨以水平安装为佳，特别在软土中顶进，
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`.a^)av0不能带坡操作。
8y9xM+t ouz02.3.4 主顶千斤顶安装。千斤顶必须符合中线和水平要求，且
j-lEUHSAI9c|I0要以管道中心线为轴对称布置。主顶油缸架安装要定位准确，保证
+\~!o%Q!iki)J0油缸受力点的位置正确，其高程和平面安装误差应控制在3mm 以中国论文网VV0M ZK gT
内。安装在油缸架上的油缸中心误差控制在3mm 以内。千斤顶固
q;q-CY&Y3bd#Tk
l0定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路应并
a X(bW0G,mi0联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。千斤顶的位置宜位于中国论文网8{%w[v(K6I6z-t5Fq
管道垂直直径的1/3 ～ 1/4 处，使千斤顶合力位置和顶进抗力的位中国论文网9]n c&m-z'jx;~
置在同一轴线上，避免产生顶力偶，使管道发生高程误差。中国论文网2T$K?!J _G)oP
2.3.5 顶铁安装。单行纵向顶铁中心线与管道轴线一致；双行
f I0EZ#F9I6R0纵向顶铁的两条中心线要平行，并与管轴线距离相等，且要垂直于
Z8B.I"?o0管端平面。顶铁的相邻面互相垂直，顶铁上有锁定装置，顶铁放置
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[c0时应能保持稳定。纵向顶铁与管端面相接触时，必须使纵向顶铁着
C:r)MqUu? dj&V0力点高度位置位于外直径1/3 ～ 1/4 处，以防止着力点太高造成前中国论文网Dn(KY&y
管低头。当顶力较大时，管端面应加弧形顶铁钢板，以增大管端的中国论文网?J!_R?
受力面积，改善其受力情况，防止管子在顶力过大时损坏。
6Qdju2yD-EDq02.3.6 施工工艺。设备安装完毕后应做一次系统调试，在确定中国论文网q{)@
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顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。长距离顶进时，为减少
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XWLc;|kN ib0顶进阻力，在洞门处制作密封圈以使灌入的触变泥浆发挥减阻效果。中国论文网$bA4M$h:bu1JuFT
出洞过程中采用井内外封门的形式，以便于在井内拔除封门和封堵中国论文网VtOK:KM-CZ
建筑空隙，在井内封门外侧安装一只方形钢箱，使其包络内封门所中国论文网PI#`0bTeBHz
有双榀[16 ＃，两侧焊接在内封门外缘双榀[16 ＃上，上部开口，中国论文网GY^C%G/w&p@]
以拔除双榀[16 ＃，下部与底板预埋件相连接固定。方箱上设一预
#z$Xxb&x8r0留孔。在方形钢箱外侧安装一只圆形钢套，钢套与方形箱采用焊接中国论文网){(\3i:W]*vn'k
方式连接可靠。其内布置有三道盾尾钢刷，并在相应两道钢刷之间中国论文网H#L;tl7pKv-P
沿外圈各布置球阀。另外，在钢套后部安装两道钢环板，以安装帘
xf hm4?qc6{p X0布止水橡胶带。为了确保顶管机正常出洞，防止润滑泥浆浆液及切
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o0口泥水后窜至井内，利用圆形钢套上所预留的压注孔在三道钢刷之
7FUX,LEpS0间充分压注油脂，并且在顶进过程中不断地加注。由于泥水平衡式中国论文网%}8\%\"A.qoo!l
顶管机必须具备正常的泥水压力后才能正常施工，所以洞门内一定
e;A TQ xUw~f0要填充粘土，并具备一定的土压力，以形成正常的泥水平衡系统。中国论文网eiF9C {/Lj`I&qG s
3. 施工经济技术指标分析中国论文网Va0`K]$fy'c
3.1 暗挖施工
l BGPI}b\hE:K_03.1.1 施工成本高。常规暗挖隧道地质情况良好时，每个工作
&D(EQ!LB:H'Au0面最快日进尺为两个循环，砂层、含砂量较高的土层、粉细砂层、中国论文网;Tn.g-r!p4ML*j@
杂填土砂层每个工作面的日进尺最快为一个循环；工人劳动强度大
5{uV.}g2G0使身体极易疲劳；隧道本体断面较小，采用的通风设施无法将钢筋中国论文网:r8?H j Jdn
焊接及锚喷混凝土时产生大量灰尘排出，致使工作环境较差；需要中国论文网:WjS;cG3v9W.H
大量混凝土和钢筋等材料，对于劳动力的需求也很高。
6\y `BB03.1.2 工作竖井较大。工作竖井占地较大，每座工作竖井现场中国论文网3q
Q*A"N*A-^g
面积不小于450m2，并且竖井施工完成后可利用性很小，浪费大量
0Ps_$I)b#c:o0钢筋及混凝土。每座工作井现场及竖井完成工期平均为45 天，拆
u;y2zxA HvSn0除工作井现场产生大量的渣土及垃圾。但是其选择工作竖井的范围中国论文网B4eD.sn`
较广，可以在对交通无影响的地点选择工作竖井，以保持交通顺畅。中国论文网Q.`&z~rBv2M
3.2 人工顶管中国论文网4d i:}%I(M&w g
3.2.1 施工成本低。仅需要少量设备，依靠几个劳动力便可完
W&^%j;V&BM4V0]0成顶管施工。中国论文网4ok'ds~V!V'g
3.2.2 工作井及接收井占用场地小。顶进设备及配套设备少，
GZnR2Se"s[ J0占用场地小，并且工作井及接收井要求的尺寸小，所以对市政交通
bb2dR6eX0的无很大影响，可保证社会车辆便利通行。中国论文网IhkO5yilFv
3.2.3 容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必要中国论文网`d1AE}%])\
的损失。由于市政工程地下管线复杂，还可能出现高架桥桩基础及
z},i4d$\2ja'[0城市供水管等情况，而人工顶进可第一时间发现管线，并做相应的中国论文网.L(c1A5L.L J5g z
处理措施。
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s%Y/^7D/L03.2.4 对土质要求高。由于土方开挖由人工进行，对于较于坚
ih jj9eLV0硬的土壤或山石人工很难顺利施工，所以人工顶管对于土壤类别要中国论文网;I.MG1L6d
求较高。
-CcWM!|8k ?@03.2.5 施工进度较快。由于顶管管材厂家预置成品，进入施工中国论文网__m)c-g:Ai$oE
现场可进行简单处理后直接下井进行顶管施工，工序简单，进度较中国论文网|l4^`hK0w8zbh]
快。
?.x`g a03.2.6 安全性高。由于人工顶管需要人员及工种少，并且随掏
VV9g$a#N
s5rU|2i*`0挖随顶进，支护非常及时，因此安全性能高。中国论文网/AE#^o8O
3.3 机械顶管中国论文网+FVS iZ8F
3.3.1 施工成本高。机械顶管不但顶管机及相应配套设备贵，
Tp|1SnKJ0而且折旧费及损耗也很高。
O/m F5H:~Mv| Z}f3B03.3.2 工作井及接收井占用场地较大。对机械顶管，由于顶进
2f.bn6VO
m0设备及配套设备多，占用场地大，并且工作井及接收井要求的尺寸中国论文网 ?x_5\E,h;A+K
大，对市政交通影响不言而喻，有时甚至会造成整条道路交通瘫痪。
TllB:lC
F7Rr03.3.3 不容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必中国论文网Lq\0FS:g
要的损失。机械顶管在顶进过程中无法分辨地下管线，而且容易将
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Cl1j7X-K4L0现有的管线破坏，有时损失还不小，尽管目前可在顶进前可做管线
ur;eJ#k:J&e5B0探测，但一般只能探出金属管，对混凝土管等非金属管则无法探测中国论文网:Y2i.hU9Ji}0t+H
出来。中国论文网^fma6]~-G
3.3.4 对土质要求低。机械顶管施工土方开挖机械化，在坚硬
R4zS:yg.p Uc @G2@ n0的土质和砂石顶进亦轻而易举。
h6x hd(}{`1D/T04. 各种施工方法的推荐适用范围
0W\'vQ ~iU04.1 暗挖施工。暗挖适用于体失圆的异形，岩石或姜石较多的中国论文网O qFj n:Y$U
地区，暗挖法施工对地面影响较小，但埋置较浅时可能导致地面沉
2In8lBM4I)b0陷。中国论文网c"~&v U } wZB
`
4.2 人工顶管。人工顶管存在施工成本低、对交通影响较小、
+w&C2h3]7x0清楚的辨别地下管线及施工过程简单等优点。人工顶管的经济效益
[A,Z"F uvX)h2@K%W0可观，对土质较好的地方或较贫困地区，在能保证施工人员安全的中国论文网"N t8Q5q&v9y?5~
前提下，人工顶管在很大程度上还有其发展空间和应用。中国论文网SAp,m-aan[
4.3 机械顶管。机械顶管的现代化的技术水平可解决很多人力中国论文网Gv d4R"CI _(~h
难以企及的方面如坚硬土质、快速的顶进速度、较高的施工精度和
~h'^%s3wn;p2S0较小的安全隐患等等。但其机械的高成本和折旧费是制约机械顶管中国论文网__*d4D,Rx9~n
发展和应用的主要因素。中国论文网t,`O:k$e
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5. 结语
v V*p"@w6|0在进行施工过程中具体应用那种方式，还需要结合土质情况，中国论文网Ir4vv
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地质情况，周围环境以及结合工程实际情况，那种更加经济高效，
1] s|VuN? |~0合理选择适合工程的方式。
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