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桐子林水電站地下連續(xù)墻安全監(jiān)測(cè)

文檔作者：劉家齊馬林艷文檔來源：中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月13日
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22 劉家齊，馬林艷．桐子林水電站地下連續(xù)墻安全監(jiān)測(cè)
文章編號(hào)：1006-2610(2011)S1—oo22—04
桐子林水電站地T 連續(xù)墻安全監(jiān)測(cè)
劉家齊，馬林艷
(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都610072)
摘要：桐子林水電站地下連續(xù)墻作為導(dǎo)流明渠下游護(hù)坦區(qū)底板及導(dǎo)墻的基礎(chǔ)在中國(guó)尚屬首次，是水利水電行業(yè)在
深厚覆蓋層基礎(chǔ)處理措施上一次創(chuàng)新。文章主要介紹了桐子林水電站地下連續(xù)墻的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與初期監(jiān)測(cè)成果。
關(guān)鍵詞：地下連續(xù)墻；安全監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)成果
中圖分類號(hào)：TV61；TV698．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Safety monitoring of underground continuous wall，tongzilin hydropower project
LIU Jia—qi，MA Lin—yan
(HydroChina Chengdu Engineering Corporation，CHECC，Chengdu 610072，China)
Abstract：In Tongzilin Hydropower Project，it is the first time in China that the underground continuous wall is‘dpplied for the base slab
of apron area at downstream of the open diversion channel and the foundation of guide wall，．It is an innovation on~undation treatment
of deep and thick overburden in hydropower engineering field．The paper introduces the safety monitoring design and initial monitoring re—
suits of the underground continuous wall，Tongzilin Hydropower Project．
Key words：underground continuous wall；safety monitoring；monitoring results
l 工程概況
桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)
的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游最末一級(jí)梯級(jí)
電站。電站由河床式發(fā)電廠房、左右岸擋水壩及泄
洪閘等建筑物組成，電站總裝機(jī)為600 MW，壩頂軸
線長(zhǎng)度為440．43 m，壩頂高程1 020．O0 m，最大壩
高71．30 1"i"1，最大閘高66．50 m。
電站施工期導(dǎo)流建筑物為導(dǎo)流明渠，自上而下分
別由進(jìn)口段、閘室段、護(hù)坦區(qū)及出口段組成。護(hù)坦區(qū)
樁號(hào)0+215 m～0+326．481 m段基礎(chǔ)為深厚覆蓋層，
由上部含漂砂卵礫石層(厚8～13 m)和下部青灰色
粉砂質(zhì)黏土層(厚10～25 m)組成，青灰色粉砂質(zhì)黏
土層承載力低，具中等壓縮性，抗沖性能很差，不宜作
為地基。該段基礎(chǔ)采用地下連續(xù)墻，置于砂頁(yè)巖之
上。砂頁(yè)巖巖體弱風(fēng)化弱卸荷，較松弛，變形模量
收稿日期：2011-08-25
作者簡(jiǎn)介：劉家齊(1964一)，男，四川省墊江縣人，工程師，從事
安全監(jiān)測(cè)工作．
= 2～4 GPa，通過對(duì)表部松弛巖體作適當(dāng)清除，對(duì)頁(yè)
巖及煤線夾層采取必要工程處理后可滿足連續(xù)墻基
礎(chǔ)要求。結(jié)構(gòu)共布置12道橫河向地下連續(xù)墻，整體
呈放射狀，3道順河向地下連續(xù)墻，間距分別為10 m
和17．5 1TI，出口最末端靠河側(cè)布置有1個(gè)地連墻“耳
朵”。地下連續(xù)墻厚度為i．2 m，最大深度為40．85
m。十字槽段結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)樁式結(jié)構(gòu)，由2．5 nl的節(jié)點(diǎn)
樁連接。地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)平面布置示意圖見圖1，本
文中所述地下連續(xù)墻編號(hào)均參見圖1。
框格式地下連續(xù)墻作為深基礎(chǔ)施工的有效手段
在高層建筑、地鐵及各種大型地下設(shè)施中已被廣泛
使用，成功案例包括日本青森大橋、寧波北侖港電廠
二期工程循環(huán)泵房地下墻、岳城水庫(kù)溢洪道末端防
沖墻、大北窯地鐵車站十字樁、天津?yàn)I江商廈工程二
期基坑、天津市中國(guó)銀行綜合樓基坑工程等。桐子
林水電站采用框格式地下連續(xù)墻作為導(dǎo)流明渠下游
護(hù)坦區(qū)底板及導(dǎo)墻的基礎(chǔ)在中國(guó)國(guó)內(nèi)尚屬首次，是
水利水電行業(yè)在深厚覆蓋層基礎(chǔ)處理措施上一次創(chuàng)
新，對(duì)類似地質(zhì)條件的水利水電工程基礎(chǔ)處理具有
借鑒和參考價(jià)值。
西北水電·201 1年·增刊 23
2 地下連續(xù)墻安全監(jiān)測(cè)目的
根據(jù)桐子林水電站地下連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地
質(zhì)條件，對(duì)地下連續(xù)墻開展針對(duì)性安全監(jiān)測(cè)，其主要
目的包括：
(1)及時(shí)掌握連續(xù)墻安全工作狀況，為工程安
全施工及運(yùn)行管理服務(wù)
提供用于為控制和顯示各種不利情況下對(duì)工程
性能的評(píng)價(jià)和在施工期及運(yùn)行期對(duì)工程安全進(jìn)行連
續(xù)評(píng)估所需要的資料；及時(shí)了解地下連續(xù)墻各階段
的工作狀況，并根據(jù)所處階段的工況及內(nèi)外部因素
聯(lián)系分析，判斷連續(xù)墻內(nèi)部可能發(fā)生的問題以及引
起的后果，以便于適時(shí)調(diào)整施工方法，及時(shí)消除工程
缺陷，保證工程施工及運(yùn)行安全。
(2)配合工程科學(xué)研究，檢驗(yàn)和完善設(shè)計(jì)理論
與方法
地下連續(xù)墻工程設(shè)計(jì)是根據(jù)巖土、材料特性和
結(jié)構(gòu)性能的保守假設(shè)來進(jìn)行的。這些假設(shè)是用來規(guī)
定設(shè)計(jì)中的“未知數(shù)”或不定值。研究監(jiān)測(cè)資料將
有助于對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，并通過觀測(cè)數(shù)據(jù)與理
論上和試驗(yàn)中預(yù)測(cè)的工程特性指標(biāo)進(jìn)行比較，了解
設(shè)計(jì)的合理程度，減少這些“未知數(shù)”，從而可以進(jìn)
一步完善和改進(jìn)分析技術(shù)及工程試驗(yàn)，使后期的各
種設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇更加趨于經(jīng)濟(jì)、合理。
圖1 地下連續(xù)墻平面布置示意圖
3 地下連續(xù)墻有限元計(jì)算主要成果
導(dǎo)流明渠具體導(dǎo)流程序?yàn)椋簩?dǎo)流工程開工后，首
先進(jìn)行一期縱向枯水圍堰的堆筑，完建導(dǎo)流明渠；然
后進(jìn)行二期主河道截流，完建二期圍堰，進(jìn)行廠房壩
段、河床5孑L泄洪閘段的土石開挖和混凝土澆筑；三
期在導(dǎo)流明渠內(nèi)堆筑三期上、下游圍堰，進(jìn)行明渠內(nèi)
2孔泄洪閘改建及右岸擋水壩段的施工。
地下連續(xù)墻有限元計(jì)算工況主要包括二期圍堰
完建期、二期圍堰運(yùn)行期、三期圍堰運(yùn)行期及永久運(yùn)
行工況等，計(jì)算模型采用三維槽段模型，而計(jì)算的范
圍為順河向的3個(gè)完整框格以及上下游兩側(cè)的各一
個(gè)半格(即相當(dāng)于4格完整框格的范圍)。主要計(jì)
算斷面為二期下游圍堰斷面、三期下游圍堰斷面
(河道中覆蓋層被流水淘空狀態(tài))以及永久運(yùn)行期
代表斷面(河道中覆蓋層被流水淘空狀態(tài))。有限
元模型主要參考斷面(左導(dǎo))0+268．43 m，計(jì)算模型
采用三維槽段模型。計(jì)算成果中墻體編號(hào)見圖1，
各工況運(yùn)行下的應(yīng)力與變形計(jì)算成果如下：
(1)在各種工況下，地框墻的土體中應(yīng)力均比
較小，塑性區(qū)主要在斷層及兩側(cè)與地框墻交界面附
近。
(2)二期圍堰完建期
地框墻最大水平位移約3．6 mm，最大垂直沉降
約5．58 mm，不均勻沉降最大約3 mm。
地框墻順河向A墻河道方向外側(cè)與導(dǎo)墻底板
連接的局部位置產(chǎn)生約0．74 MPa的垂直拉應(yīng)力，導(dǎo)
墻底板與明渠底板之間的分縫位置，底板厚度方向
的中間部位產(chǎn)生約0．75 MPa左右的垂直拉應(yīng)力；導(dǎo)
墻及地框墻最大壓應(yīng)力產(chǎn)生于A墻底部，約3．66
劉家齊，馬林艷．桐子林水電站地下連續(xù)墻安全監(jiān)測(cè)
MPa。橫河向最大水平拉應(yīng)力產(chǎn)生在A與B墻之間
的橫河向隔墻嵌巖端，約1．75 MPa；水平拉應(yīng)力產(chǎn)
生在導(dǎo)墻底板與明渠底板分縫附近，約0．5 MPa；地
框墻上的橫河向水平剪應(yīng)力最大約2．6 MPa，出現(xiàn)
于A，B之間的橫河向隔墻嵌巖端施工接頭處。順
河向水平拉應(yīng)力產(chǎn)生在A墻河道方向外側(cè)墻中間
附近，約6．03 MPa。
(3)二期圍堰運(yùn)行期
最大水平位移約3．5 mm，最大垂直沉降約5
mm，不均勻沉降最大約3 mm。
地框墻在A墻河道方向外側(cè)與導(dǎo)墻底板連接
的局部位置產(chǎn)生約0．94 MPa的垂直拉應(yīng)力，導(dǎo)墻底
板與明渠底板之間的分縫位置，底板厚度方向的中
間部位產(chǎn)生約0．69 MPa的垂直拉應(yīng)力，導(dǎo)墻及地框
墻最大壓應(yīng)力產(chǎn)生于A墻底部，約3．47 MPa。橫河
向最大水平拉應(yīng)力產(chǎn)生在A與B墻之間的橫河向
隔墻嵌巖端，約1．96 MPa；水平拉應(yīng)力產(chǎn)生在導(dǎo)墻
底板與明渠底板分縫附近，約0．5 MPa；地框墻上的
橫河向水平剪應(yīng)力最大約2．9 MPa，出現(xiàn)于A，B之
間的橫河向隔墻嵌巖端施工接頭處。順河向水平拉
應(yīng)力產(chǎn)生在A墻河道方向外側(cè)墻中間附近，約6．32
MPa。
(4)三期圍堰運(yùn)行期
在這個(gè)工況下，導(dǎo)墻在明渠方向受到比較大的
三期圍堰土壓力作用，河道方向受到比較深的水壓
力的作用。同時(shí)，考慮到河道中的覆蓋層被水淘空，
由于明渠中荷載比河道中荷載大，所以使得導(dǎo)墻的
變形趨勢(shì)發(fā)生改變，整體向著河道方向側(cè)移。
地框墻最大水平位移約2．74 113133，最大垂直沉
降約8．7 mm，不均勻沉降最大約3．9 mm。
導(dǎo)墻及地框墻上不存在垂直拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)
力約5．8 MPa，橫河向水平拉應(yīng)力最大約2．0 MPa；
地框墻上的橫河向水平剪應(yīng)力最大約3．722 MPa，
總體來說各個(gè)橫河向隔墻應(yīng)力均比較大。順河向剪
應(yīng)力相對(duì)比較小，最大只有1．4 MPa，由于框墻中的
土壓力及滲透水壓力之和比河道側(cè)水壓力大，A墻
右側(cè)上下方向的中部位置(縱橫隔墻交界位置兩側(cè)
約2．3 113．的范圍)產(chǎn)生約1．84 MPa的順河向拉應(yīng)
力。
(5)永久運(yùn)行期
在該工況下，河道及明渠的水位均非常高，而且
考慮了河道中的覆蓋層被水淘空；而由于兩側(cè)均受
水的作用，與三期圍堰運(yùn)行中明渠土水壓力綜合作
用相比，此工況的位移均偏小，最大水平位移約1．35
mrn，最大垂直沉降約5．54 111113，不均勻沉降最大約2
m m 。
地框墻上不存在垂直拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力約
4．47 MPa，產(chǎn)生于A墻嵌巖端附近。橫河向水平拉
應(yīng)力產(chǎn)生于A與B墻之間的橫河向隔墻的中間位
置約1．43 MPa；地框墻各個(gè)接頭處橫河向水平剪應(yīng)
力均比較大，最大約1．97 MPa；順河向剪應(yīng)力較小，
最大只有1．1 MPa；由于框墻中的土壓力與滲透水
壓力之和比河道側(cè)水壓力大，A墻明渠內(nèi)側(cè)上下方
向的中部位置(縱橫隔墻交界位置兩側(cè)約2．3 m的
范圍)產(chǎn)生順河向拉應(yīng)力約1．45 MPa。
4 安全監(jiān)測(cè)布置
根據(jù)桐子林水電站導(dǎo)流明渠段的地質(zhì)特點(diǎn)，針
對(duì)地下連續(xù)墻部位結(jié)構(gòu)特征，在導(dǎo)流明渠地下連續(xù)
墻段布置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，樁號(hào)分別為左導(dǎo)0+223．85
m、左導(dǎo)0+268．43 m和左導(dǎo)0+310．50 m，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
包括變形、應(yīng)力、土壓力和滲透壓力。圖2為典型斷
面左導(dǎo)0+268．43 nl監(jiān)測(cè)布置圖。文中所述連續(xù)墻
編號(hào)參見圖1。
4．1 變形監(jiān)測(cè)
在連續(xù)墻的每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面導(dǎo)墻頂部分別布置1
個(gè)觀測(cè)墩和l套測(cè)斜管，觀測(cè)墩以右岸邊坡工作基
點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)斜管底深入連續(xù)墻底部，進(jìn)行墻體
和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)。
4．2 壓力及應(yīng)力監(jiān)測(cè)
明渠0+223．85 Ill斷面：A墻靠圍堰側(cè)上、下各
圖2 典型斷面左導(dǎo)0+268．43 113監(jiān)測(cè)布置圖
西北水電·201 1年·增刊 25
安裝1支土壓力計(jì)，B墻與2號(hào)橫河向墻交接處底
部安裝1支土壓力計(jì)，節(jié)點(diǎn)JDZ1上、下端，節(jié)點(diǎn)
JDZ2下端各安裝一對(duì)鋼筋計(jì)。框格AB 1，2號(hào)中心
與明渠底板接觸面布置1支土壓力計(jì)。
明渠0+268．43 m斷面：A墻靠圍堰側(cè)上、中、下
部各安裝1支土壓力計(jì)，B墻、C墻與6號(hào)橫河向墻
交接部位上、下部各安裝1支土壓力計(jì)。節(jié)點(diǎn)
JDZ11上、中、下端，節(jié)點(diǎn)JDZ12，JDZ13下端各安裝
一對(duì)鋼筋計(jì)。框格AB 6，7號(hào)、BC 6，7號(hào)中心與導(dǎo)
流明渠底板接觸面各安裝1支土壓力計(jì)。
明渠0+310．50 m斷面：A墻靠圍堰側(cè)上、中、下
部各安裝1支土壓力計(jì)，B墻、C墻與10號(hào)橫河向
墻交接部位上、下部各安裝1支土壓力計(jì)。節(jié)點(diǎn)
JDZ23上、中、下端，節(jié)點(diǎn)JDZ24，JDZ25下端各安裝
一對(duì)鋼筋計(jì)?？蚋馎B 10，11號(hào)、BC 10，11號(hào)中心
與導(dǎo)流明渠底板接觸面各安裝1支土壓力計(jì)。
選擇節(jié)點(diǎn)JDZ27，JDZ28，JDZ29進(jìn)行鋼板應(yīng)力
監(jiān)測(cè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)接頭鋼板分上、中、下3層布置，共布
置33支鋼板計(jì)。對(duì)接頭部位的鋼板應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
4．3 滲壓監(jiān)測(cè)
每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面順河向地下連續(xù)墻后安裝1支滲
壓計(jì)，共布置8支，用于滲壓監(jiān)測(cè)。
5 監(jiān)測(cè)成果分析
桐子林水電站地下連續(xù)墻于2010年1月27日
開始混凝土澆筑；2010年4月28日，桐子林水電站
地下連續(xù)墻完工；2010年6月，導(dǎo)流明渠基坑過水；
2010年l0月底，開始進(jìn)行明渠基坑抽水清理，二枯
施工開始；2010年12月24日，導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻澆
筑至頂高程；2011年3月23日，明渠過流驗(yàn)收；
2011年6月初，導(dǎo)流明渠過流。
地下連續(xù)墻共埋設(shè)鋼板計(jì)33支、鋼筋計(jì)26支、
滲壓計(jì)8支和土壓力計(jì)22支。安全監(jiān)測(cè)儀器隨施
工安裝埋設(shè)，并開始觀測(cè)。在2010年6—10月基坑
過水期間，對(duì)地下連續(xù)墻已安裝監(jiān)測(cè)儀器電纜掩埋
保護(hù)，直到基坑抽水清理后重新開始監(jiān)測(cè)。圖3～5
為各監(jiān)測(cè)儀器實(shí)測(cè)過程線。
圖3土壓力計(jì)實(shí)測(cè)過程線顯示，A，B墻之問連
續(xù)墻底部的E8目前工況下承載壓力較其他部位相
對(duì)較大，最大值0．28 MPa，在設(shè)計(jì)允許承載范圍內(nèi)，
其余部位均較小，明渠過流后，各部位土壓力均有不
同程度增大。
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圖3 左導(dǎo)0+268．43 rtl斷面土壓力計(jì)實(shí)測(cè)
過程線(受壓為正)圖
滲透壓力 a [ ~ P3 —)( P4— o P5
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圖4 左導(dǎo)0+268．43 m斷面滲壓計(jì)實(shí)測(cè)
過程線(受壓為正)圖
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2010-02-20 2010-05_30 2010-09-06 20ll-12-14 20l1．03-23 2011—O6_30
圖5 左導(dǎo)0+268．43 in鋼筋應(yīng)力實(shí)測(cè)過程線
(受拉為正)圖
圖6 JDZ28鋼板應(yīng)力的實(shí)測(cè)過程線(張拉為正)圖
圖4滲壓計(jì)實(shí)測(cè)過程線顯示，明渠過流后，各墻
與墻之間的滲透水壓力有逐漸增大的趨勢(shì)，目前最
大滲透壓力0．07 MPa。
(下轉(zhuǎn)第70頁(yè))
m m n 加如 ∞
70 郭成。段亞輝．碾壓混凝土拱壩破壞形式有限元仿真分析
5 結(jié)語
通過對(duì)大壩在不同工況運(yùn)行情況下的靜、動(dòng)力
仿真計(jì)算，綜合分析有限元計(jì)算結(jié)果，可以得到碾壓
混凝土拱壩不同情況下的破壞形式：
(1)高水位情況下，不斷升高的上游水推力，致
使壩踵區(qū)和上游壩肩區(qū)域拉應(yīng)力增大，受力狀態(tài)不
斷惡化，從而最終導(dǎo)致壩踵、碾壓層面和上游壩肩局
部拉裂或者剪切破壞，壩體有局部破壞區(qū)，但破壞范
圍均較小。
(2)遇地震情況下，由于壩址地基剛度很大，懸
臂梁的底部受到很大約束而無法轉(zhuǎn)動(dòng)，引起很大的
拉應(yīng)力，部分區(qū)域超出壩體混凝土的允許抗拉強(qiáng)度。
同時(shí) 由于壩體有3個(gè)距離較近的泄洪表孔，削弱了
孔口高程范圍內(nèi)拱的作用。當(dāng)遇到地震時(shí)，順河向
動(dòng)應(yīng)力會(huì)使孔口附近出現(xiàn)較大應(yīng)力集中，拉應(yīng)力增
大，致使混凝土被拉裂，且由于碾壓層面的抗拉和抗
剪強(qiáng)度較低，被拉裂區(qū)將沿著碾壓層面向壩體兩邊
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(上接第25頁(yè))
從圖5中鋼筋計(jì)實(shí)測(cè)過程線可以看出，地框墻
A墻在明渠底板與地框墻連接處垂直方向鋼筋計(jì)
R8前期有一定的拉應(yīng)力產(chǎn)生，最大拉應(yīng)力為37．87
MPa，近期有所減弱，且遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)鋼筋承載能力。
其他部位垂直及水平方向均為壓應(yīng)力。
圖6鋼板計(jì)實(shí)測(cè)過程線顯示，鋼板受溫度降低
影響，有收縮變形趨勢(shì)，2010年基坑過水前后，部分
鋼板計(jì)應(yīng)力變化量較大，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。
根據(jù)監(jiān)測(cè)成果來看，地下連續(xù)墻目前工況下處
于穩(wěn)定狀態(tài)。
6 結(jié)語
桐子林水電站采用框格式地下連續(xù)墻作為導(dǎo)流
明渠下游護(hù)坦區(qū)底板及導(dǎo)墻的基礎(chǔ)在中國(guó)尚屬首
次，是水利水電行業(yè)在深厚覆蓋層基礎(chǔ)處理措施上
的一次成功的創(chuàng)新，針對(duì)地下連續(xù)墻的工程地質(zhì)情
況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所進(jìn)行的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，既滿足地下連續(xù)
墻的工程安全的要求，又能為今后的工程研究提供
數(shù)據(jù)支撐。目前桐子林地下連續(xù)墻已全面竣工，導(dǎo)
流明渠已過流，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示連續(xù)墻運(yùn)行正常，但由
于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，變形監(jiān)測(cè)資料目前較少，尚不能進(jìn)
延伸，進(jìn)而發(fā)生破壞。由計(jì)算成果知，正常蓄水位+
溫降+Ⅷ 度地震工況下壩體破壞區(qū)域?yàn)楸礞軱底面至
壩頂區(qū)域，從左壩肩開始直至右表孔右邊約48 ITI
處；校核洪水位+溫升+Ⅶ度地震工況下壩體破壞區(qū)
域?yàn)榭卓诟浇约翱卓诟浇哪雺簩用嬉殉霈F(xiàn)較大
范圍的貫穿，可能會(huì)導(dǎo)致壩體整體破壞。
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行全面分析，下階段將加強(qiáng)該項(xiàng)資料收取及分析研
究工作，以期進(jìn)一步反饋設(shè)計(jì)假定參數(shù)和提高應(yīng)用
水平。
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