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石武客专沉降测试方案

石家庄至郑州铁路客运专线

石家庄至武汉(河北段)

SZ1标

DK318+627.25至DK351+100

沉降变形观测实施方案

 

编制:

审核:

监理:

 

中铁二局集团机筑工程有限公司石武客运专线

二分部项目部

二00九年四月六日

测试目的

国内外高速铁路客运专线成功和失败的经验教训都告诉我们:

路基,特别是过渡段的工后沉降的控制和预测是决定高速铁路客运专线建设成败的关键因素之一,因为他不仅影响着行车的安全、速度、舒适及人们对客专的整体评价,影响客专使用性能和运输效益的发挥,同时也影响车辆的使用寿命,严重的可导致交通事故的发生。

因此,如何采取合理的地基处理措施避免和减少工后沉降的发生是路基(过渡段)设计和施工的主要任务之一。

高速铁路客运专线路基作为变形控制十分严格的土工构筑物,除了采取合理有效的地基处理方法、保证施工质量外,施工中应进行沉降变形动态监测,根据变形监测数据,采取合理的预测方法,预测可能发生的工后沉降,根据预测结果指导预压时间及确定无碴轨道结构施工和铺轨时间。

为正确评估预测京石客专铁路路基(含过渡段)、桥梁、涵洞等线下工程最终沉降量和工后沉降,合理确定无砟轨道铺设时间,确保铺设质量,制定本沉降观测实施方案,。

11 工程概况

11.1 工程内容

新建铁路石家庄至武汉客运专线(河北段)北起河北省石家庄市,南至河北河南省界,沿线经过石家庄市、邢台市、邯郸市,线路全长202.683Km。

中铁二局石武客运专线SZ—1标段工程包括正线DK287+700~DK351+100(63.8km)、石家庄枢纽南西上行疏解线DK285=667.32~南西联DK7+263.496(=DK292+320)(6.696Km)线下、线上工程,并包括河北段其他标段轨道铺设、河南段DK490+248~DK601+100正线长轨铺设。

二分部管段线下工程起止里程为DK318+627.24~DK351+100,全长32.4Km,主要工程数量包括:

路基长21.7Km(含高邑西车站);正线桥梁长12.52Km(其包括桥梁11座,其中正线特大桥11881.9m/5座,大桥475.4m/3座,中桥165.9m/4座),管段内重点桥梁工程主要有5座特大桥:

西福村姊河大桥、忠信村午河大桥、西照庄特大桥、上庄头特大桥、北孟屯小槐河特大桥等桥梁;大桥三座为陈村沟大桥、忠信沟大桥、东洞大桥;中桥三座分别为成照沟中桥、梁村沟中桥、跨梁村公路中桥。

管段内桥梁上部结构梁型以32米双线整孔简支箱梁为主,并少量有24米、20米双线整孔简支箱梁,采用梁场预制,共预制511孔;西福村姊河特大桥跨393省道处(32+48+32)m连续梁一联。

涵洞84座,管段内新建车站1处(高邑西车站)制梁场一处(高邑梁场)整个线下工程由下属四个工区及梁场组织施工。

管段内桥梁下部结构墩台;一般均采用圆段型桥墩,带顶帽托盘。

个别墩身较低时采用实体桥墩,墩身较高时采用变截面实心墩。

桥梁基础均为陆上钻孔桩基础,桩径采用

1m,

1.25m两种规格。

11.2 工程地质及水文地质

11.2.1 工程地质特征

⑴地形地貌

线路位于太行山东麓的冲洪积平原以及黄河冲积平原,地形平坦开阔。

地势总体上由西向东倾斜。

石家庄至卫辉地处山前冲积、洪积平原,由西向东倾,地面高程在40~80m之间,其中高邑至内丘部分地段为丘陵缓坡,地形稍有起伏;

⑵地层岩性

沿线表覆第四系地层,其成因类型可分为冲洪积层(Qal+pl)、冲积层(Qal)、冲积残积层(Qal+el)、冰积层(Qgl)黏土、粉质黏土、粉土、砂类土及碎石类土;局部地段下伏上第三系上新统(N2)半岩化黏土、砂类土、碎石类土和泥岩、砂岩、砾岩等;城镇及道路分布层厚不等的人工堆积层(Qml)素填土、填筑土,局部为杂填土。

典型断面地址剖面图见附图1.

⑶地质构造

从大地构造单元划分,线路位于一级大地构造单元中期准地台上,穿越了二级构造单元山西断隆和华北断拗,三级构造单元经过太行拱断束、临清台陷、内黄台拱、汤阴断陷、济源至开封凹陷。

各构造单元之间均以区域性的断裂为界,在新生代主要表现为断块呈不同程度的下降运动,在下降的过程中堆积了厚层~巨厚的新生代堆积物,厚度可达数百甚至超过千米。

11.2.2 水文地质特征

(1)地表水

二分部沿线沿线主要河流自北向南有子牙河系的泲河、午河、泜河等。

(2)地下水

沿线地下水类型可分为第四系上层滞水、第四系孔隙潜水,基岩裂隙水三种。

①第四系上层滞水

第四系上层滞水水位埋深5.0~8.0m,仅分布在邯郸附近,其水位随季节变化较大,主要含水层为上部的粉土、粉细砂,水量不大,接受灌溉水和大气降水补给,蒸发和补给潜水是该类型地下水的主要排泄方式。

②第四系孔隙潜水

第四系孔隙潜水主要含水层为砂类土、碎石类土,冲洪积平原和冲积平原区地下水水位埋深存在差异,并由于城镇大量开采地下水,引起地下水埋深变化更大,总体上潜水位埋深与人工开采地下水的程度相吻合。

冲积平原区第四系孔隙潜水埋深一般1.0~5.0m,局部地段地下水水位埋深达9.0~12.0m。

冲洪积平原区第四系孔隙潜水埋深变化较大,起点~邯郸东站前地下水埋深一般大于15.0m,受石家庄及赵县降水漏斗影响,石家庄至柏乡段地下水水位埋深在25m左右,最大埋深大于45m;磁县(DK470)以后,地下水埋深逐渐变浅,至安阳(DK505)以后,地下水水位一般埋深小于10m。

第四系孔隙潜水主要接受大气降水及地表水补给,浅部地下水以人工采掘及蒸发排泄为主,深部以侧向径流排泄,水位年变化幅度2.0~5.0m。

③基岩裂隙水

基岩裂隙水主要分布于丘陵缓坡地带,地下水主要赋存于第三系砂岩、砾岩裂隙和砂类土中,仅有微量基岩裂隙水,埋深较大。

经取水样做水质分析,沿线局部段落地表水及地下水对混凝土具硫酸盐侵蚀性,环境作用等级多为H1,局部为H2。

11.3 各区段分布及施工方法

根据二分部的施工任务情况,二分部下设四个工区,负责二分部管段内的具体工程实施工作,具体划分情况详见下表1:

表1二分部各工区施工任务划分表

工区名称

管辖里程范围

任务情况

备注

第一工区

DK318+627.24~DK328+621.25

全长9.994Km,其中路基长9.792Km(含高邑西车站),桥梁长0.202Km,框架涵41座

 

第二工区

DK328+621.25~DK333+213.4

全长4.592Km,其中桥梁长4.592Km,箱梁预制场1座,制梁511孔

经理部与

二工区合建

第三工区

DK333+213.4~DK341+766.18

全长8.553Km,其中路基长7.389Km,桥梁长1.164Km,框架涵27座

 

第四工区

DK341+766.18~DK351+100

全长9.334Km,其中路基长2.769Km,桥梁长6.565Km,框架涵12座

 

11.3.1 路基施工方法

挖方采用“纵挖法”或“横挖法”或两种方法结合使用的“混合式”开挖法,土质路堑挖方采用挖掘机开挖,自卸汽车运输。

清理表土采用推土机配合装载机或挖掘机装土,自卸汽车运至地表土清理堆放场堆放。

地基加固的主要工程措施为CFG桩、强夯等,均采用人工配合机械施工的方案。

地基加固施工优先安排缺口段(包括涵洞工程基底),分别沿着线路纵向向前后两个方向推进,以利于桥台和横向结构物的尽早开工及邻近路堤填筑与过渡段填筑的同步进行。

路堤填筑采用“水平分层平铺法”每层填料不超过30cm,具体填层厚度经工艺性试验确定。

借土利用线路附近的干枯河床合格砂石料作为A、B类填料,以挖掘机挖装,自卸汽车运往现场填筑,填料摊铺使用推土机进行初平,再用平地机进行精平,振动压路机碾压密实。

级配碎石用自卸汽车从拌合站运往现场填筑;过渡段级配碎石采用推土机和平地机摊铺,摊铺厚度为20cm;基床表层级配碎石的摊铺采用摊铺机进行,分两层填筑到位,摊铺厚度为20cm。

路基附属工程中的其它挡护工程均采用“分段砌筑法”的施工方案,挡墙混凝土采用大块定型钢模板立模,由混凝土拌合站提供混凝土,泵送或串筒或梭槽入模。

砂浆均采用强制式搅拌机现场进行拌制。

小型预制构件采取集中统一预制,汽车运输至施工现场,人工进行安装。

路肩上的电缆槽与声屏障、接触网立柱基础、线间横向排水管、电力(信号)过轨钢管、综合接地线等的综合布设及相互干扰问题我们将通过各专业的内外协调,安排合理的施工顺序,在施工中一次解决。

1)路基施工试验段

根据施工图到位及现场征地情况,拟将DK338+600~DK338+800段作为为路基工程试验段,在试验段施工取得成功经验后在全管段推广实施。

在试验段路基施工中,着重收集CFG桩采用螺旋钻施工成桩的工艺试验;桩板、桩帽施工试验;A、B组填料和路、涵过渡段、路桥过渡段的填筑试验;基床表层填筑试验。

通过试验取得CFG桩的施工工艺参数,指导大面积施工;通过填筑A、B组土取得压实工艺,以确定不同压实机械、不同施工含水率的控制范围、适宜的松铺厚度和相应的碾压遍数、最佳的机械配套和施工组织。

2)过渡段施工

过渡段设计类型有:

桥路过渡段和路基与横向结构物过渡段。

在路基施工中,桥路、横向结构物和路过渡段地基加固先行,涵洞基础处理提前开始,完成后尽快施工涵洞框架和涵洞附属工程;桥台钻孔桩和路基地基加固同时进行,桥台施工紧跟其后,为过渡段与相邻路基同步施工创造条件。

若结构物完成较晚,则预留过渡段缺口,缺口长度不小于50m,缺口相邻段路基挖成台阶,台阶宽度不小于1.0m,高度为0.3m,待结构物完成达到设计要求强度后,再填筑缺口。

过渡段填筑前,要准备足够的填料,并在验收合格的路堤基础面用石灰水划分出不同填料的区域,分别填筑不同的材料,与相邻的路堤及锥体同时平整、碾压。

11.3.2 涵洞施工方法

⑴、基础垫层

框构基础开挖后,首先对基础面的承载力进行检查。

基底处理完成后,在结构物外侧设置集水坑排水以保证垫层混凝土的施工质量。

⑵、钢筋施工

⑶、模板安装

⑷、混凝土施工

①、混凝土浇筑分为二次,第一次浇筑底板及竖直的50cm边墙,第二次浇筑剩余边墙和顶板混凝土。

②、主体结构选用混凝土,具备缓凝、早强、高流态的特点,以适应结构混凝土灌注工艺需要和确保结构混凝土质量。

⑸、施工缝处理

施工缝是结构防水防渗最薄弱环节,因此施工缝要加强防水防渗处理。

为此,两次混凝土浇灌之间的混凝土结构的施工缝用一次性模板处理,即在先施工的分段结构端头设置凹口,后施工与之相接的分段结构端头设置锯形凸口,凹口和凸口相互嵌接,后施工分段结构凸口的形成无须设置模板,直接将结构混凝土灌注于凹口上。

⑹、防水层及沉降缝

防水层及沉降缝的材料规格及设置办法按设计要求施工。

11.3.3 桥梁工程施工方案

1)桩基

根据桥位处的地质情况特点,桩基采用冲击钻机和旋挖钻机成孔的方案,跨越水沟以及鱼塘的地段,采用钢板桩围堰或围堰筑岛的方案施工,其它墩承台,采用就地平整场地法钻孔施工。

2)承台

对位于河流中及靠近既有铁路、公路的承台采用钢板桩支护开挖,其它承台均采用常规陆地放坡开挖法施工。

承台开挖时,采取挖集水井抽水降水的方案施工。

钢筋、砼施工:

承台底钢筋网在基坑内绑扎完成,其余钢筋采用钢筋加工厂内加工,坑内绑扎成型的方法,并按要求预埋接地钢筋。

采用组合钢模板,输送泵输送砼入模的方法;承台砼分层灌筑,每层厚度50cm。

3)墩(台)身(帽)

为了保证浇注后砼外观质量,低于10米的桥墩(台)采用整体式钢模板一次浇注,分层浇注砼的方案施工。

高于10米的分节浇注。

4)连续梁

二分部管段内共有(32+48+32)m连续梁1联,采用挂篮悬臂浇注。

基础、墩身施工完成后,开始0#段施工,0#段采用支架法施工,一联连续箱梁悬浇段采用2对挂篮同时对称悬浇施工,合拢段采用吊架施工,连续梁按先边跨后中跨的顺序合拢,边跨现浇段采用落地支架施工。

各梁段施工线型控制采用计算机监控梁部挠度变化,并将理论计算值和现场实测值进行比较分析,以有效指导现场施工。

0#块施工完后,连续梁须先将箱梁临时固结形成“T构”后再连续的悬浇施工,然后各T构合拢,体系转换后形成连续梁。

箱梁的砼由砼输送泵输送至浇筑工作面。

箱梁施工过程中的钢筋吊装、挂篮拼装、其它材料及小型机具等均采用吊车吊装到位,人员通过平台上钢管搭设的之字形踏板上下。

12 观测组织机构及人员配置

沉降观测工程是个庞大的系统工程,跨越时间较长,需要各方面组织协调、严格的测试制度和责任到人的人员配置才能完成。

为了满足石武客运专线SZ1标段的监测工作的需要,拟定整个项目由李政华总工任总体技术负责人,由李朝刚、曾荣任作为分项技术负责人,其中曾荣任担任专职测量对队长,共同完成本项目的各项任务。

为本项目设置12个组,即路基沉降观测组、桥梁墩台沉降观测组,各负其责,在项目负责人和技术负责人的管理下分别开展现场测试、数据分析及报告编写工作;同时,铁道部路基组专家岳祖润教授将作为顾问参加指导监测工作。

本分部沉降观测组成立了一下组织机构。

12.1 观测组分组情况及设备配置

组号

人员

监测范围

线路长/m

Ⅰ型断面/个

Ⅱ型断面/个

Ⅲ型断面/个

Ⅳ型断面/个

Ⅴ型断面/个

仪器设备

1

曾荣任、李世锋、何富祥

DK318+627.25~DK321+000

2400

50

2

10

12

拓普康电子水准仪DS1一台。

剖面观测仪一台

2

郭令军、张强、李光华

DK321+000~DK323+500

2500

55

1

4

13

3

林宁、冯伟林、李攀

DK323+500~DK326+000

2500

51

2

16

12

4

林斌、高学才、荣曲波

DK326+000~DK328+621

2621

57

1

8

10

天宝电子水准仪DS1一台。

剖面观测仪一台

5

何俊、王先彬、王傲

DK333+213.4~DK335+318

2104

46

4

10

8

6

赵国祥、王小刚、余涛

DK335+318.2~DK337+550

2231

44

3

11

8

7

刘西为、陈江山、张栗

DK337+550~DK339+650

2100

18

2

6

3

11

天宝电子水准仪DS1一台

8

袁义猛、李旭东、曹文华

DK339+650~DK341+766.18

2116

43

3

9

8

9

黎洪、李波、白鸿

DK341+766.18~DK343+891

2125

24

2

6

3

10

黄利彬、杨元锋、李延洪

DK343+891~DK346+470.4

2579

34

2

7

8

天宝电子水准仪DS1一台,剖面观测仪一台

11

杨波、杨国翔、李彬

DK328+621~DK333+213.4

4592

12

程继强、刘恩宇、苟中鹏

DK346+470.4~DK351+100

4630

40

3

9

9

12.2 测试人员职责

(1)第一组曾荣任任队长,负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

其他人员现场测试。

(2)第二组郭令军负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(3)第三组林宁负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(4)第四组林斌负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(5)第五组何俊负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(6)第六组赵国祥负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(7)第七组刘西为负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(8)第八组袁义猛负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(9)第九组黎洪负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(10)第十组黄利彬负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(11)第十一组杨波负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

(12)第十二组程继强负责资料的收集及整理、上报;仪器的日常维护及检校。

12.3 监测设备的选用

序号

设备名称

规格

单位

数量

1

水平测斜仪

 XB338-A型

2

2

水平测斜仪

XB338-B型

2

3

电子水准仪

拓普康DL-101C

2

4

电子水准仪

天宝DINI12

2

5

剖面沉降压力计测试仪

JM-910

4

12.4 监测的范围

石武客运专线(河北段)SZ1标DK318+627.25至DK351+100路段沉降变形观测工作以桥梁、涵洞、路基等结构物的垂直位移观测为主,观测该路段整个结构物在施工、预压阶段的垂直位移。

 

13 沉降变形测量

13.1 沉降观测技术依据

1.《建筑变形测量规程》(JGJ/T8-99);

2.《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》;

3.《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》;

4.《国家一、二等水准测量规范》(GB12897—2006)。

5.路基和桥梁设计文件

6.京石公司沉降观测交底《线下工程沉降观测技术方案》

7.现场踏勘调查的资料;

8.我单位类似工程的施工经验及量测设备。

13.2 测量等级及精度要求

本线沉降变形测量按三等规定执行,对于技术特别复杂工点,根据需要按二等的规定执行。

测量等级及精度要求

测量等级

垂直位移测量

水平位移观测

沉降变形点的高程中误差(mm)

相邻沉降变形点的高差中误差(mm)

沉降变形点点位中误差(mm)

二等

±0.5

±0.3

±3.0

三等

±1.0

±0.5

±6.0

13.3 变形监测网技术要求

1)垂直位移监测网建网方式:

线下工程垂直位移监测一般按沉降变形等级三等(国家二等水准测量)的要求施测,根据沉降变形测量精度要求高的特点,以及标志的作用和要求不同,垂直位移监测网用分级布网等精度观测逐级控制的方法布设。

对于技术特别复杂、垂直位移监测沉降变形测量等级要求二等及以上的重要桥隧工点,应独立建网,并按照沉降变形等级二等(国家一等水准测量)的技术要求施测或进行特殊测量设计。

二分部管段线(DK318+627.24~DK351+100)内在二等基准点的基础上沿线加密设置了加密水准点,如附图2所示。

2)垂直位移监测网主要技术要求

按下表执行:

垂直位移监测网技术要求

等级

相邻基准点高差中误差(mm)

每站高差中误差(mm)

往返较差、附合或环线闭合差(mm)

检测已测高差较差(mm)

使用仪器、观测方法及要求

二等

0.5

0.13

2

3

DS05型仪器,按《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》一等水准测量的技术要求施测。

三等

1.0

0.3

4

6

DS05型仪器,按《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》二等水准测量的技术要求施测。

注:

F–附合线路或环线长度,km

R-检测已测测段长度,km

13.4 沉降变形测量点的布置要求

沉降变形测量点分为基准点、工作基点和观测点三类,其布设按下列要求:

1)基准点。

要求建立在沉降变形区以外的稳定地区,基准点使用全线的基岩点、深埋水准点、CPI、CPII和二等水准点,增设时按国家二等水准测量的相关要求执行。

基准点标石埋设规格应符合图3.1.1的规定。

2)工作基点。

要求埋设在稳定区域,在观测期间稳定不变,测定沉降变形点时作为高程和坐标的传递点。

工作基点除使用普通水准点外,按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直位移监测需要。

加密后的水准基点(含工作基点)间距200m左右时,可基本保证线下工程垂直位移监测需要。

3)沉降变形点。

直接埋设在要测定的沉降变形体上。

点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位,不但要求设置牢固,便于观测,还要求形式美观,结构合理,且不破坏沉降变形体的外观和使用。

沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。

4)每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点。

基准点应选设在沉降变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。

5)基准点和工作基点的检测。

工作基点应选在比较稳定的位置,但由于自然条件的变化,人为破坏等原因,不可避免的有个别点位会发生变化。

为了验证监测网基准点和工作基点的稳定性,应对其进行定期检测。

本次技术方案设计垂直位移监测网的观测分为首次观测和施工过程中的定期复测,定期复测按每6个月进行1次,尽可能结合精测网复测进行。

在区域沉降地区应每3个月进行1次复测。

13.5 测量工作具体要求

3.4.1水准网的观测按照国家二等水准施测,对线下工程变形点的观测必须采用闭合或附合水准路线,严禁采用支水准路线或中视法,水准路线经过的工作基点或基准点数量不得少于两个。

3.4.2应使用DS05级及以上的电子水准仪,仪器及配套水准尺均应在有效检定期内。

水准仪与水准尺在使用前及使用过程中,经常规检校合格,水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15″。

仪器各种设置正确,其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置,并在数据采集时自动控制,不满足要求的应根据仪器的提示进行重测。

3.4.3外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫,沿同一路线进行。

观测成果的重测和取舍按《国家一、二等水准测量规范》(GB/T12897-2006)二等水准有关要求执行。

观测时,视线长度≤50m,前后视距差≤1.5m,前后视距累积差≤6.0m,视线高度≥0.5m,测站限差:

两次读数差≤0.4mm,两次所测高差之差≤0.6mm,检测间歇点高差之差≤1.0mm,观测读数和记录的数字取位:

使用数字水准仪读记至0.01mm。

3.4.4观测时,一般按后-前-前-后的顺序进行,对于有变换奇偶站功能的电子水准仪,按以下顺序进行:

(1)往测:

奇数站为后—前—前—后

偶数站为前—后—后—前

(2)返测:

奇数站为前—后—后—前

偶数站为后—前—前—后

3.4.5每一测段必须为偶数测站结束。

3.4.6观测前30min,将仪器置于露天阴影处,使仪器与外界气温趋于一致,并进行仪器预热。

测量中避免望远镜直接对着太阳;尽量避免视线被遮挡,要求遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%;观测时用测伞遮蔽阳光,仪器需装遮光罩。

3.4.7自动安平水准仪的圆水准器,严格置平。

在连续各测站上安置水准仪时,使其中两脚螺旋与水准路线方向平行,第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。

除路线拐弯处外,每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置,一般为接近一条直线。

3.4.8观测过程中为保证水准尺的稳定性,选用2.5kg以上的尺垫,水准观测路线必须路面硬实,观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。

同时观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方,如果临时有震动,确认震动源造成的震动消失后,再激发测量键。

水准尺均借助尺撑整平扶直,使标尺上的气泡居中,确保水准尺垂直。

3.4.9当相邻观测周期的沉降量超过限差或出现反弹时,应重测并分析工作基点的稳定性,必要时联测基准点进行检测。

3.4.10数据处理时,闭合差、中误差等均满足要求后进行平差计算,水准路线要进行严密平差,选用经鉴定合格的软件进行。

3.4.11元件保护要求

1各工程项目部应成立专门小组,进行元器件的埋设、测量和保护工作,小组人员分工明确,

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