摘要：广州某高速公路特长明挖下穿隧道紧邻河流，在建设过程中出现了大量的渗漏水。通过对隧道施工缝、变形缝、衬砌表面不规则裂缝、结构表面缺陷出现渗漏水的原因分析，采用水泥基类特种灌浆材料进行背后回填灌浆、改性环氧树脂结构胶进行结构渗漏水处理、KT-CSS变形缝渗漏水治理工法相结合，有效地处理了隧道内的渗漏水问题。同时，根据治理情况对后续工程提出了相应的施工建议，防止再次出现类似问题，以期起到良好的借鉴意义。
关键词：高速公路 明挖隧道 渗漏水 综合治理
Discussion on The Treatment Scheme of Leakage Water in A Super Long Tunnel Under Open Excavation in Guangzhou
Li Xiaobo
(Guangzhou Expressway Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510000, China)
Abstract: A super long open cut underpass tunnel of a highway in Guangzhou is close to the river, and there are a lot of water leaks in the construction process. Based on the analysis of the causes of leakage of tunnel construction joints, deformation joints, irregular cracks on the lining surface and structural surface defects, the back filling grouting with cement-based special grouting materials, structural leakage water treatment with modified epoxy resin structural adhesive, and leakage water treatment with kt-css deformation joints are used to effectively deal with the leakage of water in the tunnel. At the same time, according to the treatment situation, the corresponding construction suggestions are put forward for the follow-up project to prevent similar problems from appearing again, so as to play a good reference.
Key words: expressway; open-cut tunnel; water leakage; comprehensive control
1 工程概况
1.1 工程概述及防排水设计
广州某高速公路设置一座明挖隧道，该隧道全长3012m，里程范围K7+468~K10+480，其中暗埋段长2512m，里程范围K7+738~K10+250。该隧道采用暗埋结构断面，建设规模：双向八车道，双洞单向行车，明挖隧道为单箱双室结构，设计时速100km/h。
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表1 隧道情况表
隧道防水：本隧道工程防水等级为二级，防水遵循“以防为主、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。主体结构自防水（含泵房）采用钢筋混凝土强度等级为C40，抗渗等级P8.混凝土内添加适量防渗抗裂微膨胀剂。施工缝防水采用镀锌钢板止水带，镀锌钢板宽度30cm，厚度3mm。变形缝防水为结构防水全局的关键部位，采用中埋式橡胶腻子止水带和迎水面外贴式复合型橡胶止水带防水措施，并在外贴式止水带外敷贴防水卷材。外包防水卷材采用4mm厚湿铺法橡胶沥青防水卷材。
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图1 隧道横断面图
排水设计：本工程是该隧道的配套工程。隧道内的排水采取压力管排放方式排水，在隧道最低点设排水泵房，并通过在隧道两侧设置排水边沟，将雨水收集至排水泵房集水池。最后由泵抽水至地面应急池，雨水经过应急池净化后排到地面河流。为避免地面道路雨水流入隧道，在隧道起点位置设置截水沟，将雨水拦截排入地面排水边沟。
1.2 地形地貌
隧址区在地貌上属于广花平原冲积平原，总地势平坦，地面标高在13.1~20.60m之间。进口位于花都区花东镇李溪村附近，出口位于白云区人和镇汉塘村新庄附近。
1.3 气温气候
本地区属于南亚热带海洋性季风气候，终年气候比较温和，夏长无酷暑，冬短无严寒，年平均气温在20℃~23℃之间。全年最热月多为7月，平均气温在28℃以上，8月为次高峰，9月开始缓慢下降；年内最冷月份为1月，月平均气温在12℃~15℃；极端最高气温在36℃~40℃之间，极端最低气温在-3℃~3℃之间。2月至4月多为阴雨天，5月至9月天气炎热。常年温度高，日夜温差小，极端气温变幅不大。
本区冬春季风向主要为北东方向，夏季东南风盛行，平均风速为2.7m/s。常受热带气旋侵袭，每年的5~9月热带气旋盛行，热带气旋风力一般在10级以上，甚至超过12级。每年5~10月常受台风侵蚀，风力在8级以上。
本地区年平均降水量在1300毫米~2100毫米之间，地区差别颇大，降水量的年内分配很不均匀，主要集中在汛期4~9月，共1400毫米左右，占全年降水量的81.7%，尤以6月最多，而10月至翌年3月的降水量只有308毫米，降水特点是春夏以锋面雨为主，7~9月多台风雨。多年平均相对湿度78%，多年平均蒸发量1598.4mm。
1.4 围岩地质
根据勘察的钻探、地质调绘等资料，场区内出露的地层主要为第四系表土层素填土、杂填土层、残坡积层以及石炭系石蹬子组等地层组成。
1.5 水文水质
水系：该隧道区主要水系为流溪河，属珠江水系，次为水沟及鱼塘，地表水水量丰富，受大气降水和季节影响显著。
地表水：隧址区内水文地质条件比较复杂，河网发达，隧道平行流溪河走向，距流溪河约95m，有多条灌溉渠流经，地表水丰富。隧道区分别穿过3条较大的灌溉渠、鱼塘等。
地下水：隧址区内地下水主要为第四系冲洪积砂土层中的潜水和基岩中的裂隙水，含水量丰富，主要受河流的侧向补给和大气降水的补给，水位较浅，埋深一般在1~3m，水位随季节性变化。根据初勘时在钻孔CSZK7内所采取的地下水及地表水样，以及本次勘察时在钻孔SSZK18、SSZK105内所采取的地下水样的室内分析成果，并依据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）中有关地下水腐蚀性的判别标准进行判别，隧址区地下水在直接临水或强透水层中对混凝土弱腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋弱腐蚀性；在弱透水层中对混凝土微腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋微腐蚀性。宜采取相应的防护措施。
2 渗漏水原因分析
主体结构总体渗水量不大，裂缝较多，出现渗漏水的部位主要在结构薄弱处如施工缝、变形缝、结构裂缝及砼缺陷部位等，其渗漏水主要原因分析如下：
2.1 变形缝、诱导缝渗漏水
（1）结构沉降或变形不均匀导致内外止水带被撕裂，以及搭接头焊接不牢固、施工时遭破坏穿洞、地表的水压力太大超出设计止水带能承受的压力等，如遇外防水也存在隐患而失效，就会造成诱导缝、变形缝漏水。这个主要涉及对结构外的围岩基础的稳定性和坚固性考虑措施不够充分和重视，而造成沉降，还有对结构和围岩之间的空腔，存水和积水，没有注意考虑回填灌浆的步骤，而造成积水形成水压，对橡胶止水带造成破坏；
（2）止水带一侧的混凝土未振捣密实，会在其周围形成渗水通道；
（3）在夏季高温季节浇筑混凝土时，昼夜温差较大，由于结构收缩而导致变形缝处止水带一侧出现空隙，从而形成渗水通道，导致漏水；
（4）前施工队伍不正确的施工，造成缝内污染严重，防水失效；
（5）车辆通行的时候对结构有一定的震动扰动，造成变形缝变形量大且频繁，止水带疲劳造成功能失效，需要优化现有防水堵漏设计。
2.2 施工缝、冷缝渗漏水
（1）结构混凝土浇筑前纵向水平施工缝面上的泥砂清理不干净；
（2）纵向水平施工缝凿毛不彻底，积水未排干；
（3）施工缝处钢板止水带未居中或接头焊接有缺陷；
（4）施工缝混凝土浇筑时漏浆或振捣不密实；
（5）现浇衬砌施工缝止水带安装不到位，振捣造成止水带偏移。
2.3 表面不规则裂缝渗漏水
现浇衬砌也会因各种原因出现结构裂缝，如材料使用不当（原材料质量差、配比不合理），施工质量存在缺陷（拆模早、养护不及时、混凝土离析），外界环境（温度、湿度）不良影响等因素，都有可能引起混凝土裂缝发生。
2.4 结构面混凝土缺陷渗漏水
结构面的混凝土缺陷，主要是：1、由于振捣方法不当或者模板质量缺陷等导致混凝土浇筑不密实而引起；2、大体积混凝土浇筑，温度收缩裂缝；3、冬季施工，温差大造成的裂缝；4、材料引起的裂缝；5、收面时机不确当造成的浅表裂缝；6、结构稳定期，存在稳定期正常沉降造成的裂缝。当外界水压大于此处混凝土抗渗压力时，就出现渗漏水现象，主要表现为点渗漏和面渗漏。
另外，设备安装件的管头、钢筋头、拉筋孔等预埋件处防水密封处理不好，也常出现渗漏。
3 整治的基本原则
1、方案和施工要符合确保质量，技术先进，经济合理，安全适用的要求；
2、方案和施工遵循“以防为主、以排为辅，防、排、截、堵相结合，刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则；
3、方案和施工要采用经过试验、检测和鉴定，并经实践检验质量可靠的新材料，行之有效的新技术、新工艺，也应符合国家现行的有关强制性规范标准规定；
4、汽车通过的时候对结构有一定的震动扰动和荷载扰动，对此动态震动环境下地下结构工程堵漏，要充分考虑材料的抗振动扰动性和耐久性，并且材料性能必须高于国家和行业现行标准要求。在抗震动扰动方面增加了高弹性高粘接力的填塞型环氧改性聚硫类防水密封膏、非固化橡胶灌缝胶（液体橡胶）。在灌浆材料的选择上采用耐潮湿低粘度改性有韧性的环氧树脂结构胶灌浆材料（符合国家行业标准《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》JC/T 1041-2007、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728-2011）、橡胶非固化灌浆材料和抗震动扰动比较好的结构加强的水泥基无收缩灌浆材料，水中不分散混凝土（符合国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T 50448-2015）、聚合物砂浆（符合国家行业标准《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2011）、丙烯酸盐（符合《丙烯酸盐灌浆材料》JC/T 2037-2010）；
5、方案和施工必须符合环境保护的要求，并采取相应措施，确保化学灌浆材料的固化体无毒无污染；
6、在治理渗漏水过程中，不破坏原结构，尤其不得大面积凿除混凝土和凿深槽。防水堵漏的同时，将永久防水和补强加固有机地结合到一起。
4 治理目标
按照设计图纸的要求为二级防水：结构总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000；任意100㎡防水面积上的湿渍不超过3处，单个湿渍的最大面积不大于0.2㎡。
完成后应达到标准：混凝土表面光洁平整，颜色协调一致，无裂缝和渗漏水。
5 针对性方案
根据裂缝不同的形成原因和造成渗漏的原因，结合地下结构的不同使用功能和使用环境，采用不同的方法、工艺和材料进行综合整治。
5.1 结构背后回填灌浆
首先对混凝土结构背后进行灌注水泥类特种灌浆料浆，对结构背后的存水空腔进行回填灌浆和固结结构背后的回填土层和粉质粘土层和砂石层。让背后没有存水的通道，加固结构背后的围岩结构。对变形缝两块相邻模板，采用钻孔法（钻直径为28～32 mm的孔），钻透结构层，钻到结构的背后去，向结构深层注浆，深度根据情况6-9m，以水泥类灌浆材料（符合国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T 50448-2015）和丙烯酸盐、建筑结构胶水、水泥基无收缩灌浆材料等材料、超细水泥、水泥基渗透结晶（智能水泥）灌浆材料为主，使结构背后存水的空洞、孔隙全部密实，采用KT-CSS螺杆灌浆泵灌牙膏状水泥浆，水灰比高达：1:3，一般在1:1到1:2灌注浓浆，采用活塞泵灌注丙烯酸盐和建筑胶水类灌浆材料、水中不分散混凝土材料，两种灌浆方法根据情况一起或单独使用，尽量使衬砌背后不存在有水的空洞或孔隙、固结围岩；KT-CSS螺杆泵拥有多线螺旋技术，折线螺旋技术，纳米抗磨技术，可调式定子技术，万向传动技术等多项先进技术。它可以高压力的灌注各种大浓度的、高黏度的、强磨损的流态及膏状浆液，从根本上保证浆液的水灰比、含砂量、泌水率、饱满度和密实度。通过设立观测孔和泄压孔，观测和控制注浆的范围，采用速凝剂来控制注浆材料的流失和扩散范围，以灌浆时5分钟内进浆量小于0.01立方米为灌浆饱满停止灌浆。采用KT-CSS低压、慢灌、快速固化、间隙性控制灌浆工法，加强灌浆时候结构的监控和检测，防止结构因为灌浆造成抬升超标准。
通过KT-CSS系列控制灌浆工法-低压、慢灌、快速固化、分序间隙性灌浆，灌浆饱满度好还能修复钻孔对防水层的破坏和原来被破坏的防水层作用，灌浆固化后的材料相当于把防水层浇筑在灌浆的混凝土内，不存在窜水的问题，就修复了防水层破损的问题。
把主体结构和维护结构之间的存水空腔充填满，把空腔水变裂隙水，把压力水变成无压力水或微压力水，这个工序对结构加固和从根本上把漏水的来源控制，起到决定性的作用，可以把70%-80%的渗漏水堵住。
5.2 变形缝渗漏水处理
步骤一：清理变形缝，使用聚合物修补砂浆临时封闭变形缝。两侧钻孔到变形缝深层，灌注KT-CSS系列特种聚氨酯发泡胶（油性胶和水性胶的混合胶液，比例3:1，凝胶后为弹性体，起到临时封堵的作用）。
步骤二：清理变形缝，深度60-80mm，采用聚合物防水型修补砂浆将变形缝临时封闭或采用遇水膨胀橡胶临时封闭，形成密闭的空间，以便后期注胶的效果；待材料固化后，垂直钻孔，打到中埋止水带，孔径16-22mm之间，间距30-50cm。采用现场浇非固化沥青橡胶（俗称：灌液体橡胶）（橡胶止水带相当于预制成品的止水带，我们灌注的液体橡胶相当于是现场浇筑的橡胶止水带，橡胶类密封胶，单组分材料，加热到80℃的时候液化，常温的时候变成膏状的橡胶类密封胶，可以在有水的环境下与混凝土、钢板等材料粘接，立面不垂挂），安装注浆嘴，向内灌注液体橡胶（俗名），学名称为：非固化沥青橡胶单组分持粘高分子防水涂料；
步骤三 ：在变形缝两侧打孔，打到中埋止水带，采用KT-CSS控制灌浆工法，确保灌浆的效果，灌注高弹性耐潮湿改性环氧结构胶（KT-CSS-8，专利配方的弹性环氧，延伸率在20%-25%），灌注进钢边止水带和混凝土结构之间的渗水通道；
步骤四：待固化后，电镐和切割机拆除或凿除临时封闭在变形缝的材料，深度为30~50mm，清理内部，变形缝两侧的角钢侧边，打磨污染和锈蚀等到原来的钢板基层，涂刷改性环氧胶（KT-CSS-1016底涂，可以防止角钢打磨后的生锈，并且是一种界面剂材料，专利配方产品），用吹风机加热槽内温度，填塞非固化填塞型密封胶（KT-CSS-1019，专利配方类密封胶），采用棍棒捣实，将密封胶和槽内侧表面压实，确保材料完全与槽密贴，并且加热再压实和压密贴。再刷环氧类专用界面剂（KT-CSS-1016底涂，是一种界面剂材料，专利配方产品）在槽内侧，配制环氧改性聚硫密封胶，采用刮板涂刮，填平变形缝；
步骤五：钻孔打穿主体结构，采用 Φ14mm 钻头，沿变形缝两侧，间距1-2m左右，安装注浆嘴和闸阀，向壁后灌注超细的水泥基无收缩自流平自密实高强度灌浆材料，并且有2%左右的微膨胀率，其中掺入2%结构自防水母料添加剂、3%水泥基渗透结晶母料添加剂的混合灌浆材料，从下向上，从一侧向另外一侧，注浆压力控制在 0.2~0.3Mpa，最高不超过 0.5Mpa，充填背后存水空腔，这个空腔主要是拔出钢板桩等造成的存水空腔，把空腔水变成裂隙水，把压力水变成微压力水，把无序水变成有序水，把分散水变成集中水。
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图2 顶板变形缝处理示意图
变形缝保守法施工（对于底板铺装好沥青路面，渗漏不是太严重的变形缝）：
1、第一序①-①/①-②，垂直钻孔，离缝15cm左右，左右错开，每米5-6个针头，深度30-35cm，灌注改性环氧结构胶。
2、第二序②-①/②-②，左右错开，离缝20cm，斜打深孔50-70cm，间距20cm，灌注液体橡胶（锢水胶），需加热，每米5-6个针头。
3、第三序③，在变形缝上垂直钻孔，间距25cm，钻透中埋止水带，继续灌注液体橡胶，每米5-6个针头。
4、第四序④-①/④-②，左右错开，离缝10-15cm，斜打孔，深度30cm左右，灌注改性环氧KT-8/KT-18，每米7-8个针头。
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5.3 施工缝渗漏水处理
用微损的办法——针孔斜侧钻孔法灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料（符合《 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》JC/T 1041-2007、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728-2011标准要求），堵漏的同时补强加固。新钻孔和原来注浆导管都安装注浆嘴，灌浆材料采用KT-CSS-8系列专利配方特种改性环氧灌浆料，这些材料耐潮湿、固化快、无溶剂、黏度低，并有很强的粘结强度,固化后具有20%-25%的延伸率的弹性改性环氧，适应通车后的震动扰动和荷载扰动，让有裂缝处的衬砌混凝土恢复形成一个整体，防止因震动扰动变形再重新出现裂缝，修复填充进钢边止水带和混凝土结构之间的渗水空隙和细小通道，达到粘接钢边止水带和堵住渗水通道的作用。
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图5 顶板施工缝处理示意图（底板、侧墙参照顶板处理）
5.4 不规则裂缝渗漏水处理
采用针孔法化学灌浆，灌KT-CSS系列环氧树脂结构胶；对麻面坑洞，凿除松动的部分，并用聚合物修补砂浆或环氧砂浆进行修补。先用切割机沿缝切成‘V’型槽，宽度20mm，深度20mm，并清理干净后嵌填封闭特种胶泥，然后沿着缝的两边，打注浆孔至1/3～1/2处，植筋，灌注特种改性环氧注浆材料（KT-CSS-4F/KT-CSS-18专利配方的改性环氧结构胶，耐潮湿、固化快、无溶剂、黏度低，并有很强的粘结强度，固化后具有3%-5%的延伸率的韧改性环氧，适应通车后的震动扰动和荷载扰动），确保灌浆饱满度超过国家《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013要求的85%，采用KT-CSS控制灌浆工法：低压、慢灌、快速固化、间隙性分序分次灌浆工法，可以达到饱满度95%左右的行业内高标准。
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5.5 结构不密实缝渗漏水处理
（1）渗漏水较大时，先灌注水泥基超细高强复合无收缩胶凝灌浆材料和水中不分散水泥基灌浆材料到结构背后止住水（粗灌、精灌）；然后再对结构补充灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料（精细灌），作补强加固，（KT-CSS-4F/KT-CSS-18专利配方的改性环氧结构胶），确保灌浆饱满度超过国家《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013要求的85%，采用KT-CSS控制灌浆工法：低压、慢灌、快速固化、间隙性分序分次灌浆工法，可以达到饱满度95%左右的行业内最高标准。
（2）对麻面渗水和不密实渗漏水，渗水量不大的，采用梅花型针孔灌浆法灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料，作堵漏和补强加固，采用（KT-CSS-4F/KT-CSS-18专利配方的改性环氧结构胶），确保灌浆饱满度超过国家《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013要求的85%，采用KT-CSS控制灌浆工法：低压、慢灌、快速固化、间隙性分序分次灌浆工法，可以达到饱满度95%左右的行业内高标准。
（3）对无法灌浆的微细缝隙(在0.1mm以下）渗漏部位，可涂刷水泥基渗透结晶型防水材料，让渗透性强的结晶体填满渗潮部位细小的渗水通道。
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用以上三种方法恢复有缺陷混凝土的密实度和结构整体性，把水挤出主体结构的裂隙和孔隙，再用水泥基类刚性抗渗砂浆喷涂或刮涂，增强结构的抗渗效果，起到防水、加固双重作用。最后在整治范围扩大30厘米的面积上用打磨机清理结构表面，涂刷渗透性环氧界面剂，建议采用环氧腻子在此面积粉刷10毫米厚度，确保这范围永久性防水。
5.6 穿墙管等预埋件渗漏水
穿墙管两侧钻深浅孔，接触到管件为止，采用Ф14的注浆嘴灌注高弹性耐潮湿改性环氧结构胶，待环氧固化后拆除针头。根部堵漏完成后，再开槽填嵌环氧砂浆和弹性密封胶。
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图10 穿墙管渗漏水处理示意图
5.7 此技术成功运用案例
1、沈阳市南北快速干道风雨坛明挖隧道变形缝渗漏水治理
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2、郑州东站北三环单向4车道双线8车道时速80公里的地下立交明挖隧道渗漏水治理（含管廊结构）
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6 在建结构预防措施
工程处于在建状态，结合已出现渗漏水和缺陷问题，提出以下针对性的预防措施，供参考：
1、水化热问题严重，在浇注混凝土之前，安装金属冷凝管，并且固定在钢筋上，采取15℃冷凝水进行热交换，降低结构内部的温度。混凝土表面带模养护10-15天，拆模以后用土工布外加防水板，用自动喷淋系统24小时不间断养护，减少裂缝生成。
2、混凝土要加入结构自防水添加剂和水泥基渗透结晶添加剂，增加混凝土抗渗等级，提升抗裂效果，从源头上减少裂缝的生成。
3、施工缝、变形缝的预留加密，建议15m左右。
4、施工缝、变形缝、矮边墙纵向施工缝止水带安装需要认真检查质量。
5、矮边墙浇注之前需要凿毛，清洗干净，喷洒涂刷厚度1-2cm的水泥砂浆，相当于界面剂，减少渗漏水的可能。
6、仰拱部分用铣刨机将表面碳化层、氧化层、污染层清理2-3cm，到坚实的基层，安装纵向和横向Ф75-100mm的透水PVC管，用土工布包裹做排水盲管，安置在施工缝和变形缝上面。要钻孔Ф100mm的泄压孔，用PVC管在端头蒙上尼龙网扎紧，防止泥沙，和排水系统相连。仰拱表面喷上厚度1-2cm的水泥砂浆，作为界面剂，之后再浇注找平层。
7、仰拱部分在浇注找平层之前，发现问题也需按照结构施工缝、变形缝、不规则裂缝等处理办法来解决。找平层也需加强养护。
8、请设计院调整优化混凝土配方，减少水化热，增加粉煤灰，提升混凝土缓凝功能。
9、成立缺陷防控整治管理小组、预防措施施工队，负责以上事项。建立相关养护台账和档案。
7 结语
通过采用水泥基类特种灌浆材料进行背后回填灌浆、改性环氧树脂结构胶进行结构渗漏水处理、KT-CSS变形缝渗漏水治理工法相结合的办法，有效地处理了明挖下穿隧道的渗漏水难题，为今后同类隧道的缺陷整治提供了良好的方案借鉴。
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作者简介：李晓博，1982年生，男，陕西宝鸡人，大学本科（工科），工程师，从事隧道工程相关工作。工作单位：广州市高速公路有限公司。