小转接工法.docx
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小转接工法
土压平衡盾构机小转接施工工法
中铁十九局集团轨道交通工程有限公司第一工程公司
1.前言
目前在我国地铁隧道已普遍使用盾构法施工。
盾构机始发通常是利用已经建好的车站和专为盾构始发而修建的竖井,前者看起来充分利用车站结构而节省投资,但实际上区间隧道和车站不能同时施工,相应延长了总体工程的工期,从而扩大工程总体投资;后者虽然增加始发竖井结构投资,但区间隧道和车站能够同时施工,几乎同时竣工,缩短总体工程的工期,节省工程的总体投资。
本课题以苏州广济路地下火三区间盾构小转接施工技术研究作为课题研究所依托的工程,探讨如何在车站长度不够的情况下,采用盾构后续台车小转接的施工方法,以及有效的管理体系、及时的应急措施来科学分析指导施工,确保盾构顺利始发。
从而形成一整套在城市中心环境下的盾构施工转接控制体系,并为今后相似车站的其他地方盾构始发施工提供了技术支持。
2.工法特点
1.针对性较强,适用盾构机始发台车布置,便于有效组织施工。
2.简单实用、操作可控性易掌握;最大限度利用盾构机原有设备,减少对原设备不必要的改造。
3.方案优化性
盾构机小转接和大转接施工方法比较表如下表2-1所示。
项目
小转接
大转接
概述
始发时,台车平行布置;横向平移;正常推进状态
始发时,台车置于地面;多次吊运;正常推进状态
安全性
风险小,一次性吊装成型,稳定性高
多次垂直吊运,风险大
操作性
简单易行,使用一些小型机具即可
操作复杂
国内外现状
苏州2号线火三区间2台盾构机始发转接成功应用
有成功地建设地铁车站的工程实例
施工
组织
仅在底板施工,便于有效组织施工
地面地下结构配合施工,组织协调性要强,人材机需求量大,效率不高
工期
盾构始发掘进距离长,工期拖延较长
盾构始发掘进仅30m,工期短
经济性
管路改造费用大
管路改造费用相对较小
优点
安全风险小,操作易行,便于施工组织,效率高
适合无车站的竖井中,充分利用地面场地
不足
车站若不足以并排堆放2节时需破除上反梁,后期需修复,初期掘进过程中出渣的效率低
多次吊运,操作复杂,风险大
4.安全可靠性
小转接风险小,一次吊装即可,安全上易控;大转接施工多次吊运组装,控制面广,不易掌控。
5.进度可控性
小转接最大限度利用车站空间,减少对原有设备不必要的改造,仅对台车管路进行延长,并且掘进一段距离就可以横向平移台车,方便有效,缩短工期,对下一步工序衔接提供有利保障。
3.适用范围
本工法适用于车站长度不足的盾构机始发应用。
4.工艺原理
该工法的施工原理是利用盾构机的局部改造满足始发车站的空间和材料垂直运输的要求,有利于盾构机的下井安装及盾构掘进,从经济及能耗的角度考虑尽量减少井下台车与台车之间连接管线长度,快速完成始发阶段掘进,减少占用地面必要的工作面,利用原有设备,做到节能增效。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1小转接施工工艺流程
小转接施工工艺流程见图5-1
图5.1-1小转接施工工艺流程图
5.2施工阶段划分
根据现场实际场地限制情况,利用现有人力、设备资源,最大化减小经济损耗,做到经济性、安全性、实用性与节点工期要求的完美结合。
本工法根据盾构小转接施工的总体施工流程、结构特点、选用的施工方法及现场条件,将本工程划分为5个施工阶段:
5.2.1盾构机下井组装调试
本阶段的主要内容是对盾构机盾体及台车吊装下井,管线改造后组装调试。
5.2.2管路改造阶段
在现场具备施工条件后,进行设备的管路改造,以便于盾构推进。
5.2.3平台铺设施工阶段
在测量人员辅助下,计算出平台铺设满足施工要求的标高,加工所需的型钢数量,及铺设移动平台所需要的钢板面积。
5.2.4转接施工阶段
利用卷扬机挂住台车2侧,水平平移台车。
台车平移过程中很容易导致台车变形或平移平台损坏,因此需配备专人看管,并跟踪丈量两侧平移的距离,保证成功平移。
5.2.5正常掘进阶段
台车平移后恢复管线原有状态,更改后复查设备运转情况正常后,进入正常掘进状态。
5.3施工工艺
5.3.1盾构机就位、组装及调试
盾构机本身自重约260T,分解为5块(刀盘、切口环、支撑环、盾尾2块),最大块重约96T。
综合考虑吊车的起吊能力和工作半径,安排1台500T和1台200T汽车吊进行吊装任务。
1准备工作
1)测量控制点从地面引到井下底板上。
2)在盾构始发井下安装钢制托架;在始发井后的52m车站内铺设盾构机台车行走钢轨,并将钢轨延伸至托架上。
3)准备好10T气动葫芦、手动葫芦若干、两台100T液压千斤顶及泵站、电焊机、气割等盾构安装辅助工具。
4)地面吊车将盾体各部分运输到位。
5)200T和500T吊车在始发井端头就位。
2站台内铺轨
台车轨道间距2.439m,电瓶车轨道间距0.96m,轨道采用43kg/m钢轨,钢轨采用螺栓连接,轨道间采用型钢焊接固定,轨枕间距控制在0.9m内。
3安装盾构机后续台车
1)将盾构机第五节后配套台车吊入始发井,放置在始发托架的钢轨上,拖入车站主体内,再按同样的程序将第四节台车拖入车站主体内。
2)依次吊入第三节、第二节、第一节台车与连接桥,相互联接,将连接桥前端用H钢制作的临时支撑撑住。
受车站后续4#和5#台车平行布置影响无法使用皮带机出土,做临时小土箱1.5×3×2以便在盾构初期掘进时从车站主体后部临时出土孔出土、进料。
3)拆除始发托架上铺设的台车行走钢轨,校准始发托架位置。
4吊装盾构机盾体
1)利用500T和200T吊车将中盾体翻身,由500T吊车将中盾体吊入盾构井,放置在始发托架上。
2)利用500T和200T吊车将前盾体翻身,由500T吊车将前盾体吊入盾构井,放置在始发托架上,利用液压千斤顶前移中盾,与前盾连接并安装。
3)利用500T吊车将刀盘吊入盾构井内。
在吊车配合下,前移前盾与刀盘连接并安装。
4)前移盾体及刀盘,将刀盘顶入距内衬墙1.1m处,方便洞门破除。
5)吊入管片拼装机导轨,与支撑环连接。
6)吊入管片拼装机,依次套入拼装机导轨上,并拆除导轨下方V形梁。
7)吊盾尾下井,摆放在始发托架上。
8)推出螺旋输送器,利用吊车与气动葫芦、手动葫芦配合,将螺旋输送机插入前盾内;安装拼装机V形梁。
9)利用液压千斤顶后移盾体,与盾尾连接。
10)安装盾构机发射反力架,后移盾构机与反力架贴近,依次安装负环管片,将盾构机前移。
4组装
1)联接盾体各部分之间的连接管线。
2)联接后配套台车、连接桥之间的连接管线,其中台车因4#和5#在车站内平行布置导致皮带机无法正常运转使用,只能对设备管线临时改造。
3)盾体与后配套设备之间用管线连接,进行盾构机始发前调试。
5调试
盾构下井分为井底空载调试、负载调试。
空载调试主要目的是检查盾构各系统和设备是否能正常运转从而检查各系统运行是否按要求运转,速度是否满足要求,对于不满足要求的及时查出原因并及时校正。
负载调试主要目的是检查各种管线及密封设备的负载能力,对空载调试不能完成的调试工作进一步完善,以使盾构的各个工作系统及其辅助系统达到满足正常施工要求的工作状态。
5.3.2盾构机台车上管线改移
1、回路与设备的连接,连接要紧密可靠,接线需以相关电路图为依据;
2、接线时保证线鼻或压接线头的紧固,电缆端头须用电工绝缘胶布进行包扎,防止漏电。
3、小转接的盾构机安装与完整始发安装基本一样。
4、考虑增加的连接管线应与原设备规格型号一致,所增加的管线考虑到台车平行布置的宽度、始发阶段掘进距离、台车在井下的摆放方式,增加每条管路的长度约20m。
5、将电缆和油压管路分开放置,在掘进过程中及时延放4#、5#台车之间的连接管线,防止拉断管线。
5.3.3平台架设
1、确定施工型钢高度,提前加工。
2、测量人员组织施工监测台车轨道标高,测定实际值,并及时监测真实数据以便调整。
3、在队长的指引下,用龙门吊先吊下备好的钢板,再由电瓶车运输到台车横向平移位置。
4、施工人员在队长指挥下,利用手动5T和10T葫芦把钢板铺平。
5、电焊工焊接钢板与型钢的接触点,防止平移时钢板水平移动。
6、测量人员符合标高高程,满足施工要求后,准许进入下一步施工。
5.3.4转接施工
1、平移前准备工作,在4号台车后,架设型钢并高于轨面。
2、盾构始发掘进20m,充分考虑盾构掘进实际距离,保证装上台车车架,便于井口出土,即可开始平移;
3、将5#台车并排摆放至4#台车水平位置上,利用卷扬机牵引管片车时要采取有效的防溜车措施。
4、利用卷扬机把台车一前一后水平勾住,初步加力保证钢丝绳不弯曲。
5、千斤顶把台车顶起,脱离轨道面;并用千斤顶纠偏器保证顶起轨道面的平整度。
千斤顶校正器见图5.3.4-1、图5.3.4-2
图5.3.4-1千斤顶校正器图
图5.3.4-2小转接施工示意图
6、台车整体平移,利用卷扬机有序的平移5#台车,必须保证台车整体平移,并随时观测同步平移的尺寸,及时调整,及时纠正,慢移动,勤测量,保证水平方向整体平移顺利。
7、电器工程师及电工负责有关管线的保护,防止因下一步平移,导致管线破裂及拉断。
8、在技术负责人的监督下,顺利摆放到位,转接施工平移台车,逐步平行于4#台车到5#台车归于导轨中完成,转接完成后管线统一恢复原样。
5.3.5正常掘进施工
1、转接成功后,安质部一起对最终成型的成果做最后的检查,全面检查台车轨道是否到位、电缆线有无损坏等,检查并排除隐患。
2、盾构司机与电气工程师一起对盾构机试运转,对发生的异常情况及时处理及时修理。
3、确定合理的施工参数,如掘进速度控制在3cm/min、推力控制在2000KN以内和侧滚控制在1度以内。
4、盾构掘进30m后,将5号台车移到右线始发侧,恢复盾构机原有设备,进入正常掘进。
5.4组织机构及分工
项目经理对始发工作全面负责,项目副经理、项目总工负责始发现场工作、技术方案;下设物资设备部负责始发物资设备的进场准备;财务部负责财务管理;技术部负责盾构转接技术方案准备、现场实施工作;安全质量部确保现场安全、控制施工质量。
5.5测量措施
5.5.1目的
准确布置型钢位置,为台车平移对接做准备。
监测仪器:
S1级水准仪、铟钢尺。
5.5.2方法:
建立地面水平控制监测网,即在现场布置平行于盾构掘进轴线的监测点,按二等水准测量的标准进行精确测量。
以基点为标准水准点进行标高监测,确保起算点的准确。
5.5.3监测精度
监测精度:
0.1mm。
5.6劳力组织
劳动力组织安排表见表5.6-1
表5.6-1劳动力组织安排表
劳力组织见劳动力安排表
序号
工种级别
人数
1
起重工
2
2
队长
1
3
盾构司机
1
4
电工
2
5
电器工程师
2
6
杂工
4
合计
12
6.材料与设备
6.1平台的布置及主材数量
平台材料数量见表6-1
表6.1-1平台材料数量
序号
材料
规格
单位
数量
1
型钢
250*125*6*9
m
60
2
钢板
2cm
m2
80
3
钢管
33*5
m
20
6.2设备选择
1、转接设备功能一览表见表6-2
表6.2-1转接设备一览表
设备名称
规格
数量
设备作用
性能
土压平衡盾构机
日本小松
φ6340
1台
盾构区间施工
良好
200吨汽车起重机
LG-1200
1台
吊装盾构机盾体
良好
500吨汽车起重机
LTMI500
1台
吊装盾构机盾体
良好
卷扬机
10T
2台
牵引运输
良好
千斤顶
ZH-500
6个
顶撑
良好
矫正器
LTMI500
1个
调整台车高度
良好
小土斗
1.5×3×2
1个
出土
正常
手动葫芦
10T
2个
牵引、吊装
良好
手动葫芦
5T
2个
牵引、吊装
良好
2、转接管线一览表见表6.2-2
表6.2-2转接管线一览表
电缆标识
电缆现在的位置
电缆的输入位置
备注
26WP1
5#
4#
380V电源线
26WC1
4#
5#
电机控制线电源
27WC1
AP05
HV
变压器控制线/急停
146WC1
AP05
AP01
控制线
39WC2
AP05
AP01
PLC控制的开关线
149WC1
AP05
AP01
急停信号线
30WC1
AP05
变压器电源线
气管
与原设备同
30m
泡沫、气动阀
驱动油管
与原设备同
30m
驱动刀盘、螺旋输送机
控制电缆
与原设备同
30m
控制盾构机各种设备
7.质量控制
7.1导轨控制要求
1、利用前期场地布置,导轨位置把台车纠正到位,导轨标高按要求误差控制在1cm以内。
2、台车水平间距误差规定不能超过2cm。
7.2台车管路改造要求
1、为保护管路安全,管路线路的富于长度不易短于5m。
2、管线质量符合规范规定要求值,防止断裂。
3、管路接头采用可拆卸式接头,方便平移后恢复管路,节省时间。
7.3平台铺设控制要求
1、千斤顶顶起台车的误差在+1cm。
2、千斤顶变位纠偏器校正规范在+5mm。
3、千斤顶顶起台车,底部平铺钢板及抹上润滑剂。
4、测量复测平移平台的高程,使平台误差控制在+5mm。
8.安全措施
8.1风险识别的目的和意义
近年来,隧道及地下工程的施工风险研究已经引起了人们的高度重视。
对隧道及地下工程建设中的特点,对风险的定义、风险发生的机理、目前国内外研究进展、当前实施风险管理中存在的主要问题以及风险管理研究的发展等进行了讨论。
并指出有关部门在隧道及地下工程领域内应给出明确的风险评估和风险管理的程序。
从目前的研究现状看,研究的重点主要集中在对隧道及地下工程的风险定义、风险评估以及风险辩识的方法上。
而目前,隧道及地下工程建设风险管理最缺乏的是没有可资利用和借鉴的法律和法规,没有可以利用和指导应用的风险管理手册和指南。
8.2安全措施保障
8.2.1台车自身稳定性保障
1、台车落位时必须垫实,如有高差,采用钢板插入垫实,确保处于水平位置。
2、平移过程中,操纵必须平稳,速度均匀,避免起升和变幅引起钢丝绳所受冲击力造成突变。
3、确保盾构台车管线无漏电情况下作业施工。
8.2.2盾构机吊装安全性保障
1、作业前应进行详尽的安全技术交底,对吊车性能、工况、操作工艺、程序和过程控制方面要交代清楚,力求使所有施工人员都能清楚的理解,交底要求全员参加,并有书面见证资料。
2、大型吊车站位应与方案相吻合,路基板铺设应规整,吊车支腿要牢靠。
3、吊机水平支腿应尽量伸足,路基箱下必须垫实,如有高差,采用砂石垫平压实处理,吊机应确保处于水平位置,支腿应处于路基箱中心位置,轮胎离地。
4、吊件起升过程中,操纵必须平稳,速度均匀,避免起升和变幅钢丝绳受冲击力。
5、确保盾构垂直起吊,严禁斜吊。
6、禁止任何非指挥人员参与指挥,参加作业的人员必须持有相应的上岗证。
7、施工中所用的机索具应满足相关规程要求,吊装所用的全套机索具应有质保书、产品合格证,机索具设置要合理,每次吊装前均应进行严格检查,确保其完好。
8、重物起吊前应进行试吊,吊绳套挂牢固,起重机缓慢起升,将吊绳绷紧稍停,起升不得过高。
试吊中,信号工、司索工、驾驶员必须协调配合。
如发现吊物重心偏移或与其他物件粘连等情况时,必须立即停止起吊,采取措施并确认安全后方可起吊。
9、控制吊装距离,专人观察,保证施工安全。
10、吊装过程中应有统一的指挥信号,并配备对讲机,以便各方协调操作。
11、在作业区应设置吊装警戒线,关键位置安排专人看守,非工作人员严禁进入吊装区域。
12、当阵风风速超过10.8m/s(六级)时禁止进行吊装作业。
13、在设备吊装的整个施工过程中,应特别强调个人的自身保护意识和安全部门的专业监督,避免发生意外事故。
8.2.3卷扬机性能保障
严格审查卷扬机性能,台车侧翻等意外伤亡事故,必须引起施工的高度重视。
8.2.4端头井加固效果的好坏是吊装的安全前提
三轴搅拌桩加固土体洞口远处B区28天无侧限抗压强度不得小于0.5Mpa,进、出洞口近处A区28天无侧限抗压强度不得小于1Mpa。
强度要求0.5Mpa的部位水泥掺入量取15%,强度要求1.0Mpa的部位水泥掺入量取20%,空桩水泥掺入量7%。
设计承载力140KPa/m2。
9环保措施
严格执行环境保护法和当地环保部门的有关规定,会同有关部门组织环境监测,调查和掌握环境状态,督促全体职工自觉做好保护工作,并认真接受环保部门的监督指导,同时建立相应的管理体系。
9.1大气污染的防治措施
加强对建筑施工工地和建材运输车辆的管理。
现场设置2.5m高的围墙,同时对工地内可能散发粉尘的堆料等必须采取覆盖或撒水等防护措施,运输粉状物料的车辆必须密封等。
工地出口处还要设置洗刷设备或水槽,以确保车辆不带泥土驶出工地,采用商品砂浆,防止砂浆搅拌时的烟尘、粉尘污染。
9.2水污染的防治措施
在施工现场必须对生产用水和生活用水排放的控制。
施工排水须经过沉淀后方可排入就近市政雨水窨井内,并制定措施方案(包括设置沉淀池),确保排水通畅。
污水排入化粪池,浴室淋浴设施,保持清洁,排水畅通,有专人管理。
9.3固体废物的防治措施
对环境有污染的城建渣土和商业固体废物,必须经过处理后方可外运;工程竣工后,认真清理沿线杂物,拆除临建,并将上述垃圾弃至指定地点。
9.4噪声污染的防治措施
对于施工工地边界离居民住宅楼100m以内的重点控制夜间时段施工作业的高噪声作业机具设备,原则上应停止使用,必须使用的应采取临时性隔声措施。
工地边界离居民住宅楼50m以内的,原则上夜间时段停止施工作业。
除因特殊工艺需要夜间连续施工的,应向当地环保部门办理夜间施工许可证申请,并由工程指挥部协当地街道、里委,共同做好社区居民安抚工作。
周边有人口密集的居民区,其等效声级,施工噪音必须控制在75分贝以下;早晚必须控制在60分贝以下;深夜必须控制在55分贝以下。
10.效益分析
10.1环境效益分析
通过本工法研究,根据地勘报告、设计图纸、建筑物关系调查多方面模拟进行风险预控的方案,再在施工当中利用先进的监测手段进行比对分析,对平移进行合理的设定和调整,研究出了盾构小转接施工技术研究的控制方法与对策。
将环境影响降至最低,成功地保证了盾构始发的节点工期及安全,并对施工技术进行总结,提出了一整套在探讨如何在车站长度不够的条件下盾构机小转接施工的技术。
10.2经济效益计算
盾构小转接施工工法产生的经济效益。
名称
大转接
小转接
比较结果
管路类别
盾尾油脂管路、润滑油脂管路、注浆管路、电缆、空压机管路等
电缆、空压机管路
管路改造项目少,长度少,工期节约16天,资金节省55万
变化长度
各类管路均100m
各类管路均30m
进入正常掘进所需时间
20天(台车全部进入隧道距离,总75m,按每天4.5m计算,1天吊运,2天恢复调试管路)
4天(2节台车长度共15m)
造价(含吊装平移、管路改造费用)
70万(盾构机设备折旧27万/月)
10万(盾构机设备折旧27万/月)
小转接施工工法主要体现在对保证盾构始发工期紧,较大转接始发技术方案,节约工期,为项目节约资金。
11.应用实例
11.1工程背景简介
鉴于苏州轨道交通2号线广济路地下火三区间车站采用明挖顺做法施工,车站标准段基坑深度约为15.8m,宽度27.7m;盾构井段深为17.4m,宽度29.65m。
车站一期部分全长51.9m;最大难点为盾构后续台车的小转接,根据图纸确定后续台车并排几节台车,否则考虑不细致易进行盾构二次始发,增加成本,影响工期。
因此,本课题以苏州广济路地下火三区间盾构小转接施工技术研究作为课题研究所依托的工程,探讨如何在车站长度不够的情况下,采用盾构后续台车并排始发的施工方法,有效的管理体系,及时的应急措施来科学分析指导施工,确保盾构顺利始发。
从而形成一整套在城市中心环境下的盾构施工转接控制体系,并为今后相似车站的其他地方盾构始发施工提供了技术支持。
11.1.1车站位置、规模
广济路地下空间人防配套设施工程(火车站至三医院区间隧道)土建工程,三医院站位于广济路与桃花坞大街的交叉路口的半圆公园和苏州罐头食品厂下,平行于广济路南北向布置,为地下二层。
车站双柱三跨的钢筋混凝土箱型结构,车站采用明挖顺做法施工,车站标准段基坑深度约为15.8m,宽度27.7m;盾构井段深为17.4m,宽度29.65m。
车站一期部分全长51.9m。
三医院站小转接平面布置见下图:
图11.1.1-1三医院站平面布置图
11.1.2工程地质、水文地质及对施工的影响分析
车站穿越地层主要为粉细砂④层:
褐黄色、密实、湿、低压缩性土;圆砾⑤层:
杂色、密实、湿~饱和低压缩性土;中粗砂⑤:
褐黄色、密实、湿~饱和、低压缩性土;粘土⑥层:
棕黄色、硬塑、中压缩性土,局部夹粉土薄层或透镜体;粉土⑥层:
褐黄色、潮湿密实,属中低~低压缩性土,局部夹粘性土薄层或透镜体。
结构顶部位于粉土③层与粉细砂④层交界处,潜水水位以上,底板基本位于粉质粘土⑥层和粉土⑥层,承压水位以下。
隧道范围内土体自稳性差,易发生流砂甚至塌方。
地下水对混凝土结构无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
11.1.3周边环境
苏州第三人民医院急诊部为4层楼,3m深条形基础,区间左线斜穿大楼,隧道与建筑基础底净距为6.22m。
离车站的主体结构和工作井较近,施工对这些建筑物产生一定的影响,必须确保安全。
邻近建筑物情况表见下表:
表11-1火三车站邻近建筑物情况
编号
建筑物
名称
单位名称
距线中(m)
地下
层数
地上高度(m)
基底埋深(m)
结构
类型
基础
类型
1
急诊部
苏州第三人民医院
23
0
17
15.0
框架
筏基
11.2方案比选
由于车站属于半个车站长度仅为51m,而盾构机总长为64.35m,车站的结构尺寸不能满足盾构机正常始发的要求。
根据现场实际情况,可以采用的始发方案有两种。
其一是采用大转接方案。
即只把盾构机主体吊入工作井内,其它后续台车放在地面。
待盾构机主体进入隧道的长度可以满足盾构机后续台车的尺寸及出土要求后,台车解体并按照5~1号台车的顺序依次吊入井内,再进行二次组装。
其二是采用小转接方案。
即根据实际车站净宽尺寸,后续台车并排摆放,待盾构机掘进尺寸可以满足并排摆放的台车长度后,台车平移至原有轨道。
1、盾构机大转接始发工法施工繁琐及造价高难满足工期要求
表11-2盾构机盾体及台车长度
盾构机构造
长度/m
盾构机构造
长度/m
盾体
7.65
4#台车
8.2
连接桥
17
5#台车
7.5
1#台车
8.3
盾构机总长
64.35
2#台车
7.5
3#台车
8.2
盾构机大转接根据后续台车长度和各台车上的主要设备考虑,因3#台车之前部分是主要设备,理应将3#台车至盾体部分下井,4#、5#台车放置在地面,这样技术改造比较简单且改造费用较少,但考虑到始发井只有51m长。
从设备改造增加的费用和满足盾构机正常始发的条件下综合考虑:
在右线线始发时,我们采用将l#台车至盾体部分下井,2#~4#台车放置在始发井左侧,取消5#台车,这样的大转接始发方案最理想。
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