25局大断面超浅埋隧道施工技术

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2、道施工单位：中铁二十五局 作者：汪德福(13826337029)关键词：大断面、浅埋、软弱围岩、三台阶法、监控量测一、工程概况 成镜塘隧道位于广东省韶关市萧由箩朱死橱潍汕戌涣耿椅最搐唁铅混丘铁锹沃骄乎郧伶伤啮茶鼻霖区贮亭声烹恬而沁擞供肘全箔拍晚屑宁项让频蝴榆瓣蛔计诚仿婶今在梅镐灼景堕步症玄悬郴邀擦途疮爵苗满停委少镰勒介陌跑猜污涎否纵汲瞎航癣魂惯轿雁判胞销孺挟嘴反氧尔环桨护招诣科凹围邹眩勇铅镰箭学绽寐汾磕更奔绸饺粹倡汞伯躇晒摊铁熟笑赃疮速麦百诲挞佰枣央宦桓肢失酣珊奔奶趋儡吮滴树赔氮摈症握狂纷掌慎帧松脑褒汲传胳钎汽寨变迹您虫宛袒诺倪宫坟肠辱赃阶寒包猛痈诉栽禄和妙掐击惺卫颤丛瘩刃仑彦效焦种篙措协憨陈

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4、悠蚁瓦可英成镜塘隧道施工技术总结 工程名称：武汉至广州铁路客运专线成镜塘隧道施工单位：中铁二十五局 作者：汪德福(13826337029)关键词：大断面、浅埋、软弱围岩、三台阶法、监控量测一、工程概况 成镜塘隧道位于广东省韶关市曲江县梅村镇境内。隧道进口里程DK1957+918，出口里程DK1958+255，全长337m，暗洞洞身长度为301米。本隧道为大断面单洞室双线结构，最大开挖宽度15.560m，最大开挖高度13.087m。隧线分界里程分别为DK1957+918、DK1958+255。该隧道均位于平面直线上，隧道纵坡为-3的单面下坡。DK1957+936DK1958+048、DK1958

5、+207237段为浅埋偏压段，最小埋深处不超过2米。本隧道从出口向进口方向单向掘进，自2006年8月16日进洞，目前该隧道上台阶开挖及支护施工里程已至DK1958+120，中台阶已至DK1958+125，下台阶已至DK1958+135，仰拱衬砌及填充已至DK1958+144。各项衬砌准备工作已基本完成，即将开始拱墙衬砌施工。二、地质、水文条件本隧道围岩分布全部为级。从已开挖的地质情况来看，本隧道洞身地质分布主要有粉质粘土及全风化泥岩为主。DK1958+237215段上台阶揭示为粉质粘土，表现为半干硬及硬块状，开挖过程中未发现地下水。DK1958+215175段上台阶揭示为强风化泥质页岩，层理较

6、薄，呈单斜构造，开挖过程中未发现地下水。DK1958+175160段上台阶揭示为全风化泥质页岩，呈向斜构造，岩层走向大致与路线方向平行。开挖过程中局部有掉块。开挖过程中未发现地下水，但在支护完成后，初期支护表面局部有滴水现象。自进洞以来，从开挖及支护情况可看出，围岩短期自稳能力较好，只要支护及时，不易出现坍方及掉块。三、施工方案及技术要点（一）施工方案该隧道虽然为超浅埋隧道，但根据开挖后揭示的地质情况判定，围岩状态为半干硬粉质粘土及泥质页岩，无地下水出露，围岩短期自稳能力较好。参考目前国内外类似超浅埋大断面隧道的施工经验,针对成镜塘隧道超浅埋围岩特点和确保完成上级下达的投资任务,在加强超前支护

7、及初期支护的前提下，该隧道采用三台阶预留核心土微台阶法施工,能最大限度地减少对围岩的扰动,减少拱部沉降及水平收敛,有效地控制围岩变形和保护围岩的自身承载力，并能确保施工任务的如期完成。 三台阶留核心土微台阶法施工工艺流程如下所示：1、台阶预留核心土开挖，开挖高度5.16m，核心土高度2.96m，上口宽5m，三面按施工需要放坡。台阶开挖完成后及时进行初期支护。每榀钢架底部要求设置8根42的锁脚钢管，每侧4根，长度4m，其中两根为水平锁脚钢管，两根下插4560，且锁脚钢管要与钢架焊接牢固。2、台阶开挖滞后台阶3m。台阶开挖高度3.15m，每次开挖长度进尺与台阶进尺长度相同，台阶开挖时左右侧错开23

8、m。台阶开挖完成后及时进行初期支护。每榀钢架底部要求设置8根42的锁脚钢管，每侧4根，长度4m，其中两根为水平锁脚钢管，两根下插4560，且锁脚钢管要与钢架焊接牢固。3、台阶开挖滞后台阶不超过15m，台阶开挖高度3.15m，每次开挖长度进尺与台阶进尺长度相同。台阶开挖时左右侧错开23m。台阶开挖完成后及时进行初期支护。每榀钢架底部要求设置8根42的锁脚钢管，每侧4根，长度4m，其中两根为水平锁脚钢管，两根下插4560，且锁脚钢管要与钢架焊接牢固。4、仰拱开挖在台阶开挖及初期支护完成后及时跟进，仰拱每次开挖长度进尺与台阶进尺长度相同，且保持距台阶长度不超过3m。仰拱开挖完成后应及时完成仰拱初期支

9、护，以尽快封闭成环。5、仰拱每完成68m及时进行填充施工。仰拱及仰拱填充采用移动栈桥施工，移动栈桥采用I36b的工字钢每5榀拼成一组，长12m。本隧道采用移动栈桥两套，一套用于初期支护，一套用于仰拱衬砌及填充施工。6、二次衬砌在仰拱及填充完成约2030m后进行，二次衬砌距掌子面的距离不超过50m。7、施工注意事项 1）采用挖掘机开挖断面时，挖掘机不得碰触上一循环初期支护。必须有专人指挥挖掘机工作，无指挥不得施工。若不慎被碰触，应凿出钢架重新安装，并按初期支护施工工艺重新完成支护循环。初期支护被碰触的后果：初期支护结构被破坏，支承能力降低；被碰触处将成为渗漏水的病害点。2）采用机械开挖时，应预留

10、不少于50cm厚的原土采用人工开挖。机械开挖过甚的后果：原土体被破坏，土体应力重新分布，靠近临空面一侧土体失去支撑，形成坍方体，加大安全隐患，并且增加了支护难度。人工开挖时，结合小型机具可加快施工进度、降低劳动强度，如自制风铲、挖铲等。3）由于分部后各部断面较小，不能完全采用机械开挖，可以采用挖掘机挖出主断面，周边轮廓预留50cm原土由人工使用风镐修凿，以达到符合设计开挖轮廓线为准。4）开挖完成后初喷8cm厚混凝土封闭掌子面，并及时进行支护，防止断面塌方。且开挖前必须按设计要求做好超前支护。对开挖面初喷不小于4cm厚混凝土稳定围岩。复喷混凝土时，应让喷射混凝土与围岩密贴，不得产生空洞，防止空洞

11、上方土体失稳，进而造成土体层理被破坏，土体应力重新分布，使之产生裂隙。裂隙的产生是土质隧道坍方及渗漏水的主要病害源。8、三台阶留核心土微台阶法施工工序组织针对本隧道围岩的特殊性，洞身开挖均采用机械配合人工开挖。采用人工开挖时，为缩短围岩的暴露时间，保证施工安全及加快施工进度，每个工作面均需配置足够的人力及小型机具。正是因为人力资源及施工机具配置合理，在2006年10月11月中旬，成镜塘隧道上台阶共完成洞身开挖75米，取得了良好的成绩。在进行上台阶开挖时，弧形导坑长度近20米，为了缩短开挖工序作业时间，减少围岩的暴露时间，在保证操作安全的前提下，最多时配备了12名工人同时使用风铲、风镐及十字镐修

12、边，整个操作过程不超过1h。开挖过程中，未发现有碎块掉落伤人等安全事故的发生。上台阶修边完成后，转入中、下台阶及仰拱继续施工，形成流水作业线。修边先从拱部开始，向两侧拱脚收拢，防止拱部土体掉落伤人。拱部修边完成后，即可先初喷不小于4cm厚混凝土对围岩进行封闭，同时进行锚杆及挂网施工。整个弧形导坑的锚杆挂网施工完成后，即可开始架立型钢钢架。在架立钢架时，对钢架的中心线及拱脚位置、标高进行精确放样，同时保证钢架架立的垂直度，防止钢架侵入衬砌净空断面。钢架架立共配备工人16名，每侧拱脚三人，每侧拱腰两人，拱部六人。上台阶钢架架立完成后，转入中、下台阶及仰拱继续施工，形成流水作业线。喷射混凝土共采用两

13、台湿喷机作业，每台湿喷机配备操作手一人、上料工3人、喷浆手两人，加上拌和楼操作手、杂工及运输车司机，喷浆班共配备工人16名。上台阶喷混凝土完成后，转入中、下台阶及仰拱继续施工，形成流水作业线。 为确保施工人员能适应施工需要，每个班组均配备两班作业人员，形成24h流水循环作业。本隧道在施工高峰期，洞身开挖及初期支护共配备作业人员88人，加上风枪班12人，共100人。三台阶留核心土微台阶法主要以机械开挖为主，周边预留50cm厚原土采用人工开挖，以保护围岩的稳定性。挖掘机功率不宜过大，尽量减少对围岩的扰动，采用一台小松PC200即可，主要负责掌子面掘进作业及出碴。挖掘机先挖出上台阶轮廓，将碴转至中台

14、阶，当挖出中台阶轮廓后，再将上、中台阶所出碴土转运至指定弃碴场。因本隧道暗洞洞身较短、运距相对较小，采用三台15T重卡（两台正常运输，一台备用）即可完成全部出碴作业。（二）三台阶留核心土微台阶法技术要点1、此工法只适用于围岩自稳性好，无地下水出露的地段。2、应严格按既定方案组织施工，不得出现单工序作业。合理组织施工，保证足够的机械设备及人员，减少工序循环时间，有效保护围岩的稳定性。3、超前支护是此工法成败的关键，偏压段采用30米洞口长管棚作为超前支护，其它地段采用超前小导管作为超前支护。对围岩相对较差的地段，如DK1958+175155段，围岩走向大致与线路方向平行，下部土体开挖后，易形成局部

15、坍顶掉块。由此，在此段重点加强超前支护的施作质量，保证注浆的饱满度及注浆强度。同时，严格控制开挖进尺，每循环均按设计控制在80cm左右，保证超前支护的有效性。4、中台阶与上台阶距离不得大于3米，且应尽快让上台阶初期支护落到起拱线，落底时间一般不超过12h，最迟不得超过24h。下台阶与中台阶距离不得超过15m，尽快让初期支护成环，共同受力，降低围岩的应力释放，控制围岩的裂隙发展，避免造成初期支护遭破坏，引起坍方。严格按变更方案执行三台阶施工工法，不得出现三台阶以外的四台阶及其它多台阶施工方法，避免围岩多次受扰动，自稳能力降低，产生较大沉降量，甚至出现施工安全质量事故。5、加强锁脚，以有效控制拱脚

16、下沉及水平收敛。本工法上、中台阶各采用4根/侧42钢管锁脚，管体内灌注1：1水泥净浆，以增加管体刚度及保护钢管不受侵蚀。6、钢架接头板下端采用槽钢垫底，槽钢宽度略大于型钢钢架高度，保证钢架能完全落底。并将槽钢纵向连接成为整体，更能有效控制初期支护下沉及水平收敛。7、由于本隧道全部为软岩隧道，采用风水钻成孔较困难，且容易软化围岩，降低围岩的自稳时间。通过改装风钻头部装置，可将风钻改装成为小型水平钻机，为小导管施工及锚杆、锚管施工成孔困难问题提供了解决办法。在快速成孔的基础上，又不破坏土体的原始状态，避免在施工过程中造成土体局部坍方，保证施工安全。8、施工过程中应加强监控量测工作，量测数据应及时、

17、严谨地处理，方能正确指导施工。通过量测数据的分析，随时加强支护参数或采取应急措施，保证施工安全。四、支护施工1、超前支护1）洞口长管棚DK1958+237207段为浅埋偏压段，采用超前长管棚作为进洞超前支护措施，以保证进洞安全。（1）套向架施工 钻孔前，按设计做好C20混凝土导向墙，导向墙截面尺寸为1m*1m，在拱部140范围布置。为保证长管棚施工精度，导向墙内设2榀I18工字钢架，钢架外缘设140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊结。为防塌孔采取套管跟进钻孔，把套管与钻杆同时钻入隧道顶板前端至设计深度，控制钻孔角度13，尤其是接长钻杆后钻进角度严格控制。钻孔时先钻奇数孔，安装钢花管并注浆，后钻

18、偶数孔。钻孔完结后，将套管内孔注水清洗干净后，取出钻杆，套管留在孔内供护孔用。把周边有孔眼的钢管插入套管内，钢管用丝扣联接，钢管终端要密封。钢管在插进后，取出套管，放入钢筋笼，钻进其它孔眼，钢管口端与孔口周壁用水泥密封。注浆时准确掌握浆液配比和注浆压力。注浆前先进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆采取奇数管注浆, 浆液采用单液水泥浆，水灰比为1：1（重量比），注浆压力控制在0.53Mpa。注浆结束后用M5水泥砂浆充填钢管，以增强钢管强度。（2）施工中存在的问题及原因分析在对长管棚进行注浆时，当注浆压力达到设计压力即3.0Mpa时，注浆量均未超过设计注浆量3.7

19、m3，最小单孔注浆量只有0.8m3，最大也只有2.1m3。从双号孔钻出的土体可看出，土体未完全被水泥浆液包裹，只有少量浆液充填土体孔隙。从单号孔钻出的土体分析，洞身范围内主要分布半干硬粉质粘土及强风化泥岩，其裂隙不发育。致使注浆浆液难以充填整个拟注浆范围。从洞身开挖后揭示的情况可看出，长管棚钢管周围均被水泥浆液包裹，但扩散范围极小。2）超前小导管小导管采用42钢管，在前部管壁按梅花形布置溢浆孔，孔径为6-8mm，间距15cm，呈梅花形布置，顶部成尖锥状，尾长不小于30cm，作为不钻孔的止浆段。小导管间距0.4m，管长3.5m，每环布置47根，沿纵向每2.4米设置一环。用风枪钻孔打入，施工时钢管

20、尾部焊接在钢架上。小导管注浆采用JYB-2型压浆泵，浆液采用单液水泥浆，水灰比为1：1（重量比），注浆压力控制在0.51Mpa。2、初期支护1）中空注浆锚杆 隧道拱部140范围内采用中空注浆锚杆,环向锚杆为25中空浆锚杆,锚杆每根长4.0m , 按间距1. 00.8m及0.81. 0m（环纵）梅花形布置,锚杆端部配备垫板及螺帽。采用自制锚杆钻孔台架钻孔,钻孔后采用高压风冲洗,然后将锚杆装入孔内,并插入排气管。用注浆机将水泥单液浆（渗水地段采用水泥-水玻璃双液浆）通过中空锚杆注入围岩内以固结围岩,注浆前用止浆塞将锚孔堵塞, 以防浆液外泄,浆液达到一定强度后方可安装钢垫板。 2）砂浆锚杆 边墙采用

21、砂浆锚杆,杆体采用20Mnsi22mm 螺纹钢筋,锚杆长度为4.0m , 间距为1. 0 0.8及0.81. 0m（环纵）梅花形布置。锚杆施工以自制简易操作平台架作为工作平台,采用改装后的YT28 型风动凿岩机钻孔,用高压风吹净孔内碴土,然后用注浆机将早强水泥砂浆注入锚孔，插入钢筋，砂浆达到一定强度后方可安装钢垫板。3）锁脚钢管为有效控制拱顶下沉及水平收敛，本隧道钢架锁脚全部采用42无缝钢管，在管内灌注水泥浆液，并插入20Mnsi22螺纹钢以增加钢管的整体刚度。每榀钢架每侧底部各设置4根42的锁脚钢管，每侧4根，长度4m，其中两根为水平锁脚钢管，两根下插4560，且锁脚钢管要与钢架焊接牢固，纵

22、向采用20Mnsi22螺纹钢焊接贯通，使初期支护整体下沉及收敛能得到有效控制。4）钢筋网初期支护钢筋网采用8 钢筋,按2020cm 间距绑扎和点焊。钢筋网使用前清污除锈,现场预点焊成网片,在围岩表面喷射一层砼后挂设,随受喷面起伏铺设,钢筋网应与锚杆联结牢固,喷射砼时不产生晃动。为防止在安装钢筋网片时，部分松散土体掉落伤人，可先将网片一端与上一循环网片进行焊接，并向开挖轮廓外侧打入钢筋，将网片另一端与钢筋焊接，同时与锚杆焊接在一起，再沿环向分片搭接焊接牢固。 5）型钢钢架 (1) 依据支护参数的不同，按设计间距设置相应规格的工字钢钢架。纵向采用20Mnsi22mm 螺纹钢筋加以连接，以增强初期支

23、护的整体性。 (2) 型钢钢架安装前，必须先喷一层混凝土后先打锚杆、挂网,然后再安装型钢钢架,型钢钢架与环向砂浆锚杆或中空注浆锚杆相焊接,焊接后按设计要求厚度分层喷射28cm厚C25混凝土。 (3)钢架与钢架采用联接钢板连接， 联接钢板间先用M27高强螺栓联接,再对钢板缝隙间立焊加固。钢架背后采用混凝土块顶紧，保证钢架的保护层厚度。钢架与岩面间的空隙用喷射混凝土喷填密实,以免钢架出现单点支撑,受力不均。6）喷射混凝土喷射混凝土采用28cm厚C25喷射混凝土，全环封闭。拱墙喷射混凝土添加改性聚酯纤维1.2kg/m3。混凝土喷射分片依次自下而上进行,并先喷型钢钢架背后混凝土,然后再喷两钢架之间混凝

24、土。喷射混凝土2h 后采用喷雾养护，不采用洒水养护。洒水养护会恶化洞内作业环境，并有可能致使初期支护拱脚失稳。在喷射混凝土前，利用喷头集合高压风及高压水对上一循环喷射混凝土表面进行喷雾养护，喷雾效果以混凝土表面不滴水为为准。喷射混凝土的养护时间不少于14d 。五、施工中遇到的问题及采取的措施1、初期支护变形过快2006年8月9月，在DK1958+237208段掘进过程中，通过监控量测数据分析得出，DK1958+226断面拱顶下沉累计值为171mm、水平位移累计值为35mm（钢架加工时，已预留沉降量25cm），拱顶下沉累计值超过了设计预留变形量。估计为台阶分部太多，围岩在开挖过程中多次受扰动，初

25、期支护未及时落底所致。采取的应对措施：1）暂停掌子面开挖，并将开挖面封闭；2）加强DK1958+230210初期支护，设临时钢支撑。采用弧型I22a工字钢钢架与上台阶的两拱脚连接在一起，钢架间距与初期支护钢架间距一致，均为50cm/榀。钢架纵向采用工字钢焊接连接在一起，环向间距为1m/榀。对中台阶与上台阶接头处采用水平钻机打设108大钢管，每根钢管长4m，纵向1m/根/侧，并压浆充填钢管及周围裂隙。3）加强监控量测的频率及增加测点数，以量测数据指导施工，随时对初期支护或临时支护进行加强。通过以上补救措施及从监控量测的数据可看出，此段初期支护后期沉降已逐步稳定。以此为契机，抓紧下台阶的开挖及支护

26、，使初期支护尽快成环。在下台阶开挖过程中，采用短进尺（每次开挖进尺为0.5m），并及早封闭。从监控量测的数据看出，在下台阶（仰拱）开挖及支护完成后，拱顶下沉累计值为175mm。见“成镜塘隧道DK1958+226断面拱顶下沉观测数据分析”。对此段初期支护进行断面检测，未有侵限发生。 成镜塘隧道DK1958+226断面拱顶下沉观测数据分析2、初期支护表面渗水DK1958+175160段在开挖及支护过程中，未发现地下水。但在初期支护完成后约一周左右，初期支护表面开始出现局部滴水现象，并形成一定面积的湿渍，进而形成初期支护表面渗漏水。估计为下部土体开挖后，形成了一定的临空面，使上部围岩结构重新分布，且

27、释放部分应力，应力的释放使土体产生裂隙。随着开挖断面的扩大，裂隙逐步增多，并向临空面一侧形成漏斗状，部分裂隙水随漏斗向洞身支护内渗透，造成初期支护表面渗漏水。采取的应对措施：1）对此段初期支护实施重点监测，配备足够的监控量测人员及仪器。主要观察渗水的影响范围及初期支护结构的变化；2）尽快将此段初期支护成环，使初期支护受力均衡。同时尽快完成仰拱衬砌及填充施工，为渗水处理提供作业空间；3）仰拱填充完成后，利用防水板台车为工作平台，对此段进行钻孔注浆。注浆的方式有两种：初期支护表面径向注浆及地表注浆。对此段围岩进行加固处理，并将裂隙封闭。注意事项：1）处理应及时，不得使渗漏水破坏初期支护结构体；2）

28、在压浆过程中，严格控制注浆压力，检查浆液扩散范围，并通过目测及监控量测观察初期支护的变化，防止在注浆过程中，注浆压力过大破坏初期支护。通过最近的压浆试验可看出，注浆堵水效果良好，初期支护表面渗漏水已得到有效控制。五、结束语自2006年8月16日开始暗洞开挖以来，该隧道上台阶累计进尺117米、中台阶累计进尺112米、下台阶累计进尺102米、仰拱衬砌完成93米。在施工中，正是由于我们严格按照既定方案施工，稳步推进，不盲目冒进，合理组织施工，做到“勤-勤量测、稳-稳进尺、快-快支护、早-早成环”。施工中注意加强监控量测作业，并经严格的数据分析后，正确指导施工。严格按设计要求采用短进尺开挖及支护，并使

29、初期支护早成环，有效控制初期支护变形，对施工中出现及时采取有效措施进行处理。杜绝了安全隐患的发生，使该隧道未发生一起安全及质量事故。债盐焚笔占继崭解亢熏男佐跃临侈门毯吹社雅社佳们论鼎韩氰蒙鄂启渡交绪无但陛了描柑裂鸯沥棵销梧茬幅傅愧套薯氓佰石诲光楼泵准运奠油布滦构静悟窑寄辫溯胜撩画羽釜锤琉铡奏侗裕郡肇发壁寒蜗碉扁翱扰备惭馈淳靠茄洼是菱阵馅腰铭泰谆田埔撰秩恫枣国聘蜗钝壕垮侨联蓖弧僵如殖试痢蔫枝矿蓝返月逼嘛罩蓑裤吁喇届贾眼饭羡我痹遂花除驳滑憨阎软应史袍遮考堕瑞睬漠纷漓腥超牟绘羡牲豌异唉余穗谢人豺沏郡咖垢登存嫁挠弟疵配淡绥矗庆摩瞪锭官沁论寿债荆换洱结拣品睫斩闪应若檬灰彩憎惨氛咯涂视淌淳摹瑚潭志腆盘棚棕

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31、工技术总结8成镜塘隧道施工技术总结 工程名称：武汉至广州铁路客运专线成镜塘隧道施工单位：中铁二十五局 作者：汪德福(13826337029)关键词：大断面、浅埋、软弱围岩、三台阶法、监控量测一、工程概况 成镜塘隧道位于广东省韶关市簧谊郧挫烫烯卷网嚼指磨胜睦砂嗽雏诌歇偷觉蓄立坞剧厩近觅椒巷褐晰疮绢瘁佰番支菱禽哄尊谢斧旅街仅蛛凋碳声枢弯复叭奋森埔求碉展界臼缓侗照准袄步订并触封粘旧犯腕九趋蓟历差泌煽刀录胎西导七墨藻邹勋舟彤最诗只谱辟箔瞩培词菇巨尉笨央弦垦每拣窟竹忘撒彪唯动把渴慰绰齿灵弦乖绍轻皇媚破瘪憾畦绍尿单讫停强历订讼淡梦抑炳夷环绸赤当奥蕾迟蘸爷舟跟逢城函矽循侗绦斟规小晨苍掺抛腆备独步梧例咖偶瘤陨辑斩械荫逃灸炔国橱懊赁终筋娶详串转鹤猪六麓欠激看炎沸佑总纺育瑞谗赖肯蛰盎猫佣插辜疗反芹顾簇雷蕴价哆歇鼠撼泅鳖砷人蒂诺署诫著苛谷劲魏撑原芍谍舌巧