隧道瓦斯施工专项方案.docx
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隧道瓦斯施工专项方案
xx隧道高瓦斯工区施工专项技术方案
1编制依据
1.1两阶段施工图设计第四册相关内容。
1.2《铁路瓦斯隧道施工技术规范》、《公路隧道施工技术规范》、《煤炭科学研究总院重庆研究院编制公路瓦斯隧道安全作业规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》(煤炭工业出版社2009)、《煤矿安全规程》(煤炭工业出版社2011)、《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2007)、《煤矿安全监控系统通用技术要求》(AQ6201-2006)、中华人民共和国煤炭行业标准(MT/T955-2005)《石门揭穿煤与瓦斯突出煤层程序技术条件》、中华人民共和国煤炭行业标准(MT/T958-2005)《石门揭穿突出煤层震动爆破技术条件》、《高速公路瓦斯隧道施工技术指南》。
1.3项目部目前的劳动力、施工机械设备能力、技术管理和现场实际调查情况。
2编制原则
2.1严格遵守中国公路工程咨询集团有限公司瓦斯测试及涌出量评价报告提出的各项要求。
2.2合理安排施工工序,各工序紧密衔接,避免不必要的重复工作,以保证施工连续地、均衡地、有节奏地进行。
2.3重视施工各项准备工作,使施工安全技术方案建立在可行的基础上。
2.4由于xx隧道进口端定性为高瓦斯隧道,其施工期间必须严格按照隧道瓦斯等级进行分级管理。
对于瓦斯隧道中的非瓦斯工区可以按照原批准的施工方案执行,对于其中的瓦斯工区必须严格按本方案施工。
3工程概况
3.1地质情况
xx隧道位于六枝县岩脚镇xx村至六枝县岩脚镇群峰村境内,该隧道属于长隧道,为分离式隧道,采用电光照明,机械通风。
隧道左线里程:
ZK80+210~ZK81+481,全长1271米,六盘水端和六枝端洞门型式均为端墙式,路面纵向坡度-2.5%;右线里程:
YK80+235~YK81+461,全长1226米,六盘水端和六枝端洞门型式均为端墙式,路面纵向坡度-2.5%,最大埋深215m。
隧道区属剥蚀峰从中低山沟谷地貌区,地貌特征为山体呈脊状山,走向近北西展布,延伸较远。
山体主要由二叠系上统龙潭组(P2l)煤系地层和三叠系下统夜郎组(T1y)粉砂质泥岩、灰岩等地层构成。
隧道轴线经过处地面标高1416.62~1680.05m,相对高差约263.43m。
隧道经过的山体较高大,连绵延伸,地形起伏较大,自然坡度一般30°~50°。
隧道轴线与山脉走向基本正交,隧道洞身主要穿越低山丘陵,地表植被繁茂,灌木、松木为主,杂草丛生。
根据钻探、物探及地质调绘,隧道区地层岩性由新至老为第四系全新统坡残积(Q4dl+el)粉质粘土、角砾,三叠系下统(T1y)泥质粉砂岩、灰岩,二叠系上统龙潭组(P2l)煤系地层组成。
隧道区地表水溪沟水,位于隧道进口冲沟内,汇集周边山体雨水,常年流水,水流量一般不大,强降雨后水量明显增大,雨季水流量迅猛;隧道出口冲沟内,汇集周边山体雨水,为季节性流水,水流量小,强降雨水量增大,旱季干枯。
地下水主要为第四系松散土层中的孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶裂隙和构造裂隙水。
隧道区山体由泥岩、粉砂质泥岩、灰岩等构成,属软~较硬岩。
据地质调绘、物探及钻探揭露表明,遂道址区不良地质主要为岩溶和采空区。
3.2瓦斯来源
隧道进口及浅埋二叠系上统龙潭组地层含煤层,煤层分布于该组地层的粉砂质泥岩中,呈层状,根据附近黑塘煤矿资料,该地层含8层煤,在SDK47孔取得煤样,测瓦斯含量为0.14m3/t,瓦斯压力为0.01MPa,由于钻探揭露煤层地表,暴露时间长,氧化程度高,为三级瓦斯地段,参考黑塘煤矿煤样试验资料,为高瓦斯煤层。
根据煤层分布、瓦斯浓度及压力,进口至ZK80+732段、进口至YK80+781段位高瓦斯工区,按高瓦斯隧道设计。
3.3瓦斯影响范围
根据中国公路工程咨询集团有限公司钻探结果,xx隧道瓦斯涌出影响范围为ZK80+220~ZK80+735段、进口至YK80+245~YK80+770,瓦斯含量为0.14m3/t,瓦斯压力为0.01MPa。
隧道出口暂未发现瓦斯,将根据隧道进尺深度逐一排查瓦斯,确定影响范围。
3.4隧道周边情况
隧道进口洞口位于一冲沟内,线路右侧为xx村,临近隧道右线中心100m范围内有25户人家,靠的最近的离左洞中心线10m。
洞顶为水稻田,稻田内淤泥较厚,经现场探测约6m。
洞内开挖渗水量大,碰到煤层自由掉块严重。
4施工准备
4.1施工人员安全培训教育
针对瓦斯隧道施工我项目部将利用一个月时间对施工人员进行施工前的安全培训,首先由项目经理召集项目经理部和施工队长进行管理层施工安全培训,其次由安质部长和施工队长对其管辖范围内管理人员,施工作业队班组长进行瓦斯安全培训,然后由专职安全员和班组长对专业施工人员进行安全培训,并邀请相关专家对我部施工人员进行安全培训和考核,尤其是瓦斯检测人员,爆破员、安全员、电工,钻孔工人,监控系统安全技术人员必须经考核及格,方可上岗。
经过以上安全培训工作,做到:
施工人员安全培训普及率达100%以上;全体施工人员了解瓦斯隧道施工基本情况,清楚施工特点及注意事项,明确施工方法,做到心中有数。
4.2水、电、电器设备、机械设备准备
4.2.1施工用电
xx隧道瓦斯段施工期间用项目部已安装2台630KVA变压器,所有电压变压成380V后作为施工用电,洞内采用铠装铅包纸绝缘电缆或不延燃橡套电缆,引至掌子面,移动式或手提式电气设备的电缆以及开挖面电缆全采用铜芯电缆,每个洞在掌子面配备2台移动式QBC83-80移动防爆开关给钻机施工和掌子面照明使用,另外配备防爆两项按钮1台给钻机或混凝土喷射机使用,配备2台QBC-225移动防爆开关给二衬台车及混凝土输送泵用。
电缆线应悬挂,悬挂点间的距离不得大于6m,且电缆不与风、水管敷设在同一侧,当受条件限制时,电缆必须敷设在管子的上方,其间距应大于0.3m,且电缆不得遭受淋水或滴水。
高压电缆与低压电缆敷设在同一侧时,高低压电缆相互间距离应大于0.1m。
沿线每隔一定的距离设置不同直径电缆的接线盒。
电缆与电气设备连接,加设与电气设备防爆性能相符合的接线盒。
已衬砌地段的固定照明灯具,采用ExdⅡ型防爆照明灯,每隔10m装设一盏,开挖工作面附近的固定照明灯具,采用施工ExdⅠ型矿用防爆照明灯,每隔6m装设一盏,架设高度不小于2.5m,移动照明必须使用防爆矿灯,开关设在送风道或洞口。
同时配备2台300KW发电机作为备用电源,确保停电时通风机24小时运转和必要的照明。
4.2.2施工用水
距隧道洞口约230m处有一冲沟,沟内水流主要为四周山体坡面汇水,此水可作为施工用水,xx村进村右侧有一水源,可作为生活用水。
在右洞右侧及两洞间设置两处水池,一处为空压机及洞内用水蓄水池,一处为空压机循环冷却水池。
水管采用φ150mm高压镀锌钢管铺设,法兰盘连接,每隔100m设置一个阀门。
接至离掌子面30m处,然后采用φ13mm的软管接至掌子面。
考虑瓦斯工区施工超前探孔、掘进时必须采用湿式钻眼、喷射混凝土用水量较多以及干旱时水沟水流量较小,不能满足施工要求,另外采用φ50mm钢管铺设300m管路从xx村入村口蓄水池抽水,确保施工用水。
4.2.3施工通风
xx隧道采用压入式通风,整个隧道都作为回风流,考虑到洞内有电器设备,工作面还有后部工序作业,故隧道内风速必须将瓦斯浓度稀释在0.5%以下。
根据这一要求,通风方面利用xx隧道左、右线洞外30~50m安装2*110KW通风机,该通风机额定风量最大为2400m3/min,风压2080Pa,风筒布全部采用抗静电、阻燃风筒,每次掘进后确保风管出风口到开挖面的距离小于5m,风管百米漏风率应不大于2%,配备同性能的通风机并保持良好的使用状态。
施工时实施24小时不间断通风,为了确保通风机正常运转,隧道内供电采用双电源线路,一条线路来自于洞外的变电站,另外一条来自于自备两台300KW柴油发电机。
图一
隧道正洞进口施工均按无轨运输,采用巷道通风,隧道正洞通过风筒压入式向工作面通风。
开挖断面。
正洞一般情况下采用上下台阶开挖,上台阶开挖后的断面为65m2,下台阶约为35m2,仰拱施作后最大有效通风断面为87m2,周长为36m;
(1)一次爆破最大耗药量。
正洞采用上下台阶开挖时,计算掌子面爆破时最大同时起爆炸药量A=q×S×L×K修正=160kg。
(q取0.8,K去1,每循环进尺按2m计。
)
(2)洞内作业人数60人,供给每人的新鲜空气按4m3/min。
(3)爆破后通风排烟时间t<30min。
(4)管道百米漏风β=1.5%。
(5)风管内摩擦阻力系数λ=0.0078。
正洞压入式风机风量计算及设备选型
正洞方掌子面施工时采用压入式通风,正洞所需风量计算见下表1。
表1正洞所需风量计算
计算项目
计算公式
参数选择
计算结果
备注
洞内最小允许风速
Q1=60SV小
最小风速V取0.25m/s;开挖断面面积S取105m2
1575m³/min
根据以上计算结果,取最大值1827.5m³/min为隧道正洞所需风量
洞内同一时间最多人数
Q2=4KN
安全系数K=1.45;正洞人数N=60人
348m³/min
瓦斯绝对涌出量
Q3=KQ绝/(Bg-Bg0)
Q绝按最大总瓦斯涌出量5m3/min计;Bg取0.5%;Bg0取0;K取1.5
1300m³/min
同时爆破的最多炸药量
Q4=5Ab/t
A取160kg;b取40m3/kg;t取30min
1066m³/min
稀释和排炮烟所需风量
Q5=7.8(A(SL)²)
A取160kg;S为65m2,L按525m考虑;t取30min
1216m³/min
机械车辆燃油需风量
Q燃=40m3/min
装渣时按4辆载重汽车、二台挖掘机考虑,平均每分钟燃油所消耗空气量约为40m3
漏风
考虑人机及瓦斯稀释同时存在即最大Q=Q2+Q3+Q燃==1688m3/min;β取1.5%;L按525m考虑
1827.5m³/min
表2正洞通风设备选型计算
计算项目
计算公式
参数选择
计算结果
备注
风筒直径确定
D=2(Q供/(πV))½
D为风筒直径(m);Q供为计算需供风量(m³/min);V为设计风筒内风速(m/min)
1.12m
风筒内摩擦阻力计算
h摩=λL/D×ρV²/2
λ取0.0078;L取525m;D取1.2m;ρ取0.96kg/m³;V取30m/s
1474Pa
风机选型
Q供正=1.1Q供;H机=1.1h总
1955m³/min;1621Pa
正洞通风设备选型计算见表2:
SD-12.5/2×110型隧道轴流式通风机电机功率为2×110kW,额定风量最大为2400m3/min,风压2080Pa。
因此采用2台SD-12.5/2×110型隧道轴流式通风机(其中一台备用),可满足正洞施工通风要求。
当瓦斯压力位于0.15Mpa~0.74Mpa时或瓦斯涌出量>0.3m3/min时,将启动备用风机加强通风,同时增设瓦斯排放孔25~30个,当瓦斯压力>0.74Mpa或单孔瓦斯涌出量>0.5m3/min时,将停止施工封闭掌子面另做专门处理。
4.2.4施工高压风
利用xx隧道进口已配置5台22m3/min压风机,隧道高压供风系统的风管采用φ150mm高压无缝钢管铺设,分风道φ75mm的无缝钢管,布置于隧道的一侧,管路前端至掌子面保持30m距离,分风器至掌子面风管采用φ25mm软管。
图2-2xx隧道洞内管线布置
4.2.5隧道瓦斯监控系统准备工作
在xx隧道内各布置一台瓦斯自动监控系统,配备6名安全监测专业技术人员,洞外设安全控制室,配置专用电源,开关设在洞外专人负责控制。
人员由瓦斯专门培训,经考试合格并有合格证后方可持证上岗。
主要对开挖工作面和回风流中的瓦斯浓度进行连续监测并及时分析,确保开挖掌子面施工安全。
4.2.6应对事故的紧急救援预案准备工作
在瓦斯隧道施工前编制应对事故的紧急救援预案,成立工地救护组,对相关人员进行培训,并组织演练,确保预案的可行性和有效性储备必要的抢险救援物质、设备,指定专人保管,经常保持其良好状态。
在洞内设置灭火器洞外设置消防水池和消防用砂,并随时与医院120保持联系。
应急救援领导小组
5主要工程机械配置
由于xx隧道进口段属于高瓦斯工区,瓦斯溢出浓度较大,且瓦斯需向洞外排放,瓦斯工区电气设备及固定设备和照明采用防爆型,行走机械加装甲烷断电仪。
详见机械设备配置表
6劳动力组织安排
本高瓦斯工区劳动力组成主要有管理人员、工程技术、瓦斯检测、安全员、开挖工班,钢筋工班、模板工班、钻孔工班、砼工班、运输司机、电工等。
详见《劳动力组织表》(表3)。
表3劳动力组织表
工种
人数
工种
人数
管理人员
5
装载机司机
4
工程技术人员
4
空压机司机
2
安全监测专业技术管理人员
6
开挖工班
25
专职安全员
2
专职电工
3
钢筋工班
10
砼工班
14
模板工班
12
瓦斯隔离板工班
6
瓦斯检测员
12
运输司机
12
专职爆破员
4
钻孔工班
10
喷锚班
14
机械修理工
3
挖掘机司机
4
普工
10
主要设备配备
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
挖掘机(加装甲烷断电仪)
225
台
2
三一重工
2
柴油轮式装载机(加装甲烷断电仪)
柳工ZLC50
台
3
广西龙工
3
自卸汽车(加装甲烷断电仪)
340马力
台
6
陕西德龙
4
混凝土罐车(加装甲烷断电仪)
10m³
台
4
5
混凝土输送泵(加装甲烷断电仪)
HBT60
台
2
6
防爆液压二衬台车
9m
台
2
7
防爆专用钻机
ZT-30
台
32
8
双液注浆机
FBY-50/70
台
2
9
防爆型喷锚机
台
6
10
防爆型超前地质钻机
ZDY-1250
台
2
11
光干涉甲烷检定仪
CJG102
台
4
12
便携式甲烷检测报警仪
AZJ-2000型
台
28
13
便携式全量程智能甲烷检测报警仪
CJB100(A)型
台
8
14
瓦斯安全监控系统
KJ90-B
台
2
15
WTC
瓦斯参数检查
台
4
16
瓦斯压力测定仪
套
1
17
安全扫描仪
MD-3003B1
只
2
18
地质罗盘
DQY-1型
个
2
19
分体式风速计
TM826
个
2
20
发电机
300KW
台
4
21
矿用隔爆型综合保护装置
ZBZ-400/660(380)M
台
4
22
矿用隔爆型煤电钻综合装置
ZBZ-4.0/660(380)Z
台
12
23
矿用隔爆型真空电磁起动器
QBZ-80/660(380)
台
8
24
矿用隔爆型真空电磁起动器
QBZ-120/660(380)
台
4
25
矿用隔爆馈电开关
KBJ(DW80)-400
台
8
26
矿用隔爆馈电开关
KBJ(DW80)-350
台
20
27
手控隔爆开关
QBC11-380
台
10
28
防爆照明灯
ExdⅡ
个
150
按需增补
29
矿用防爆照明灯
ExdⅠ
个
50
按需增补
30
移动式防爆照明灯
个
20
按需增补
31
防爆配电箱
800A、400A、200A
个
16
按需增补
32
阻燃铜芯电缆
3×95+1*25
m
1400
按需增补
33
阻燃铜芯电缆
3×35+1*15
m
1400
按需增补
34
阻燃铜芯电缆
3×25+1*15
m
5600
按需增补
35
阻燃铜芯电缆
3×6+1*2.5
m
1000
按需增补
36
阻燃铜芯电缆
3×4+1*2.5
m
1000
按需增补
37
阻燃铜芯电缆
3×2.5+1*2.5
m
1000
按需增补
38
矿用防爆电话
个
6
39
移动瓦斯抽放泵及配套设备
ZWY-30/55-G
台
2
40
10KV铜芯铠装电缆
YJLV22
m
1200
按需增补
41
防爆矿灯
只
300
按需增补
42
10KV隔爆开关
PBG4050/10
个
2
按需增补
43
防爆通风机
2×110KW
台
4
44
双抗加强风筒
直径1.5m
米
2400
按需增补
45
防爆接线盒
个
180
按需增补
46
压风自救器
ZY-J
台
200
47
专用电力起爆器
台
2
48
专用起爆线
m
1200
按需增补
49
煤矿专用炸药
一级
吨
100
按需增补
50
煤矿许用电雷管
1-130ms
个
86000
按需增补
51
灭火器
个
20
按需增补
52
防静电服装
套
180
按需增补
53
防爆电圆锯
GKS235
台
2
54
防爆爬焊机
台
4
55
防爆电焊机
BX1-500铜
台
8
56
防爆水泵
7.5kw
台
8
按需增补
57
防爆局扇
30KW
台
8
7高瓦斯工区施工进度安排
详见“隧道工期计划表”
8瓦斯工区施工方法及工艺要点
本段隧道准备采用超前探孔方法,用ZDY-1250型地质钻机钻探80米探孔,探测煤系地层地段和瓦斯溢出情况(当前探钻孔未揭煤且孔内瓦斯浓度小于0.15%时,本隧道按照正常隧道施工;当前探钻孔揭煤或检测到瓦斯浓度大于0.15%时,本隧道按照专项施工方案施工);洞内设置瓦斯自动检测设备,瓦斯检测采用人工检测和自动检测相结合的检测方式;洞内供电电缆采用矿用塑料电缆,开关及灯具一律采用防爆型;洞内机械设备一律采用“瓦斯电”闭锁装置或进行防爆改装的设备;隧道掘进施工,Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法掘进施工,人工风钻(湿钻)打眼,开挖含瓦斯的围岩采用电力起爆,并使用煤矿许用电雷管、煤矿许用毫秒延期雷管和煤矿许用炸药,正向起爆;隧道通风采用压入式通风方式;初期支护采用超前小导管和锚网喷砼支护;出渣采用无轨运输;二次衬砌采用模板台车衬砌,混凝土在洞外集中拌合,混凝土运输车运输,泵送混凝土入模。
隧道开挖后立即施作初期支护,及时进行仰拱施工,尽快完成二次衬砌,及早封闭,减少瓦斯溢出量。
遵循短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌的原则稳步前进。
8.1瓦斯工区施工工艺流程
二次衬砌混凝土施工
瓦斯隧道施工工艺流程图
8.2超前地质钻孔
为准确判断前方地质情况和瓦斯浓度,对xx隧道右线和左线施行连续的超前探孔。
钻孔布置详见下图。
1、在隧道内掌子面设置钻孔,每个断面设12个孔,钻孔深度80m,前后钻孔在隧道内纵向间隔约60m(前后孔搭接20m)。
结合钻孔做瓦斯检测,判析前方开挖段是否存在煤层及瓦斯。
此方法一般使用于煤系地段(Ⅰ区)。
2、当钻孔发现前方段存在煤层及瓦斯后,隧道开挖接近含煤层前,在距地质勘测预测的煤层位置15~20m处掌子面跟1区一样打超前探孔12个,探煤层具体位置,并取岩(煤)芯;每个探孔穿透煤层并进入顶(底)板0.5m以上;孔深依煤层厚度及瓦斯存在状态而定,但必须穿透煤层全厚。
按有关规定,对各个钻孔进行检测,测定煤层瓦斯的含量和压力,从而确定该段煤及瓦斯等级。
8.3高瓦斯工区掌子面开挖
8.3.1高瓦斯工区掌子面开挖施工方法
根据1号超前地质钻孔测定瓦斯浓度,如果瓦斯浓度很大需分批次爆破,如果瓦斯浓度较小时尽量采用全断面开挖,考虑到煤矿许用电雷管段数只有5段,以及高瓦斯工区增设仰拱,无法满足全断面开挖施工要求,故高瓦斯工区Ⅳ级爆破采用三次爆破,仰拱以上采用上、下分部台阶法开挖,仰拱以下一次爆破,Ⅴ级爆破采用四次爆破,仰拱以上采用上、中、下分部台阶法开挖,仰拱以下一次爆破。
裂隙带处围岩稳定较差,容易发生底鼓和底部瓦斯溢出,下部台阶开挖完以后,仰拱必须紧跟,尽量确保边墙与仰拱混凝土同时施工。
爆破完及时封闭掌子面和开挖面,具体详见钻爆设计图。
同时采用松动爆破和光面爆破技术,避免对围岩扰动,防止瓦斯因在地应力和瓦斯压力共同作用下产生瓦斯突出。
爆破打眼采用防爆型风动凿岩机湿式钻孔,压入式通风,爆破后掌子面瓦斯浓度小于0.5%,方可采用机械清除危石,用装载机向自卸汽车内装碴,自卸汽车将碴倒入弃碴场。
8.3.2钻爆设计
8.3.2.1Ⅴ级围岩爆破设计
Ⅴ级围岩爆破开挖顺序图如下:
(一)爆破参数设计
1.“1”部位爆破参数
1)炮眼直径
炮眼直径采用:
d=42mm
2)掏槽方式:
掏槽眼采用斜眼掏槽,其他炮眼采用直眼掏槽;
3)炮眼深度及角度
①掏槽眼:
深1.3m;角度75°。
②崩落眼:
深1.2m;角度90°。
③周边眼和二圈眼:
深1.2m,87°。
4)循环进尺
循环进尺为1.0m,炮眼利用率0.9。
5)掏槽眼
掏槽形式及孔网参数如下图:
掏槽孔装药量计算:
按装药系数确定直孔掏槽的炮孔装药量:
Q=ηlq1=0.50×1.3×0.8=0.52kg,取Q=0.6kg。
6)崩落孔爆破及参数参数
抵抗线:
根据经验取抵抗线W=700mm。
炮孔间距取:
ar=(0.8~1.3)W
ar=1.1×700=770mm,在实际爆破过程中取ar=750mm。
崩落孔装药量:
Q=qarwl=0.7×0.75×0.70×1.2=0.44kg,取Q=0.5kg。
7)周边孔爆破及参数
周边孔参数按经验公式计算
孔间距:
E=(8~12)d,在计算时取E=10×42=420mm,故取E=450mm。
抵抗线:
W=(1.0~1.5)E,在计算时取W=1.5×450=700mm。
装药集中度:
q=0.04~0.19kg/m,取q=0.13kg/m,
故Q=0.13×1.0=0.13kg,取Q=0.2kg。
8)炮孔堵塞长度l0的计算
l0=(0.2~0.5)W,取l0=0.3×0.7=0.21m,在实际施工中取l0=500mm。
2.“2”和“3”部位爆破参数
1)炮眼直径
炮眼直径采用:
d=42mm
2)循环进尺
循环进尺为1.6m,炮眼利用率0.9。
3)炮眼深度及角度
①崩落眼:
深1.8m;角度90°。
②周边眼和二圈眼:
深1.8m,87°。
4)崩落眼爆破参数
确定崩落眼抵抗线:
W=(15~25)d,取W=25d=25×42=1050mm,取W=1000mm。
确定崩落炮孔间距:
ar=(1.1~1.8)W,取ar=1.1×1000=1100mm,取ar=1100mm。
崩落孔装药量:
Q=qarwl=0.7×0.1×1.1×1.6=1.23kg,取Q=1.3kg。
5)周边孔爆破参数设计
周边孔参数按经验公式计算
孔间距:
E=(8~12)d,在计算时取E=10×42=420mm,故取E=450mm。
抵抗线:
W=(1.0~1.5)E,在计算时取W=1.33×450=600
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