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【摘要】介绍了低埋深大坡度排水管施工工法特点、施工工艺、主要材料及机具、质量控制措施，该施工方法根据低埋深大坡度排水管施工特点提出了合理的施工工艺，通过轴线控制工艺、纠偏控制抗浮、抗浮控制工艺、减阻工艺四个方面使低埋深大坡度排水管质量获得保证。
【关键词】低埋深大坡度排水管；轴线控制；纠偏控制；抗浮控制；减阻
【中图分类号】TU473
【文献标识码】A
Analysis on safety control of high template support construction
Zhu Kui1，Ye Chang-qing2
（1.Construction Safety Supervision Station of OuhaiWenzhouZhejiang325000；
2.Wenzhou Huajie construction companyWenzhouZhejiang325000）
【Abstract】The characteristic， construction craft， main material， machines and quality control measure of low buried and large slope drainage pipe are introduced. Reasonable construction technique is put forward in accordance with characteristics of low buried and large slope drainage pipe， four aspects including axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control make the quality of low buried and large slope drainage pipe guaranteed.
【Key words】Low buried and large slope drainage pipe， axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control.
1. 前言
排水管坡度較大时会给顶管后座、导轨的排布、动力系统的设置以及轴线控制测量方法上提出新的要求。低埋深情况下由于上覆土层压力较低容易造成顶管过程中管道上浮的风险，并且若发生管道上浮的现象，往下纠偏比较困难。管道穿越软弱土层，土层承载力差时，压缩性高，土层受力时容易发生压缩变形，在顶管纠偏时不易形成纠偏反力，对顶管纠偏带来不利影响。
2. 工法特点
2.1有效地控制顶管轴线的水平偏差和高层偏差，简化了操作程序，提高了工效。
2.2可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，避免管道上浮。
2.3工具管纠偏段长度较小，纠偏抵抗力较低，纠偏灵活。
3. 施工工艺
3.1工艺原理。
3.1.1轴线控制工艺原理。
首先使经纬仪望远镜轴线与排水管轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据排水管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线与排水管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置，在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
3.1.2纠偏控制工艺原理。
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力，以达到纠偏的目的。
3.1.3抗浮控制工艺原理。
（1）排水管纠偏时尤其是在上下纠偏时按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。
（2）在排水管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
3.1.4减阻工艺原理。
采用工具管尾部同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻。同步注浆孔布置于工具管尾部，在后续管段上每隔20m布置一道补浆孔，每道补浆环有独立的阀门控制。
施工时首先在工具管尾部注浆孔注入触变泥浆减阻，在顶进过程中，应根据后座顶力的大小在后部补浆孔补浆。
3.2工艺流程。
工艺流程采用如下：测量放线→工作井施工→导轨安装→装配式后背墙安装→主顶千斤顶安装→排水管顶进辅助设备安装→管道顶进→纠偏→出洞
3.3操作要点。
3.3.1测量放线。
布设临时水准点和管道轴线控制桩，在检查井处应设置中心桩，必要时应设置控制桩。根据管位轴线，用石灰粉划出工作井的位置。
3.3.2工作井施工。
（1）打设密咬口钢板桩，选用12米30#C型槽钢，沉桩时，不能倾斜、扭曲、凹凸不平，要保证精度，垂直度控制在1%，板桩轴线偏差控制在±10mm，同时，板桩镶接要密缝，防止渗水。支撑围檩采用两根槽钢并在一起或圆钢管支撑。
（2）在工作井上口预留槽口内安装钢筋砼预制板，槽口内要座浆饱满，板缝要按规定勾缝。在预制板预留口处砌砖墙，所有砖要浸透水，砌筑时应满铺、满挤，上下搭砌，水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度应均匀，不得有竖向通缝。 3.3.3导轨安装。
在大坡度頂管情况下，由于管道出洞初期纠偏困难，若水平出洞，在顶进初期轴线偏差已经相当大，无法保证顶管按照设计轴线顶进。在考虑到以上因素后，按照设计轴线铺设活动导轨，即导轨铺设后其导轮平面与顶管设计轴线平行，导轮高度应保证顶管中心在穿墙管处与设计轴线重合。
3.3.4装配式后背墙安装。
装配式后背墙采用型钢和钢板等组装，在钢板桩与钢板之间浇筑50CM厚C30砼，待其混凝土达到95%以上强度后方可进行顶管的顶进工作。组装后的后背墙应有足够的强度和刚度；壁面应平整，并与管道顶进方向垂直。
3.3.5千斤顶安装。
（1）后座千斤顶作用面与顶管设计轴线垂直，千斤顶轴线与设计轴线平行。
（2）千斤顶固定在支架上，其合力的中心点在管道中心线的平行线上；千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。
（3）千斤顶安装除保证推力作用方向外，还必须考虑推力合力中心位置，由于工具管重量较大，为防止排水管出洞后发生“磕头”现象，千斤顶安装时使千斤顶合力中心位于排水管直径的下部1/3～2/5位置。
3.3.6顶管辅助设备安装。
（1）油泵设置在千斤顶附近，油管宜顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并有备用油泵；油泵安装完毕，进行试运转。顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
（2）纵向顶铁中心线与管道轴线一致，顶铁上有锁定装置，顶铁放置时应能保持稳定，顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫，当顶力接近排水管的允许抗压强度时，管端应增加环形顶铁。
（3）顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常迹象。
（4）设备安装完毕后应对全套顶进设备做一次系统调试，在确定顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。
3.3.7管道顶进。
（1）在拆除封门后，应立即开始顶进机头。机头初入土时，因机头在轨道上没有足够抵抗力矩，使刀盘转动时机头易产生旋转，故在入土的初始2m时，顶进速度控制在5mm/min以下，以防止机头旋转，并不间断地观测机头倾角和旋转角，倾角发生变化用纠偏装置调正。
（2）在工作井内顶管轴线延长线上设置固定的经纬仪支架，支架高度应保证经纬仪望远镜转轴处中心与该处顶管轴线位置重合。测量时在支架上架设经纬仪，对中整平经纬仪后转动望远镜，对准设置于工作井内壁上的后视点，将经纬仪水平度盘调至零，然后根据预先计算的水平角转动经纬仪镜头，使经纬仪望远镜轴线与顶管水平轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘。上下转动经纬仪镜头使镜头气泡居中，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据顶管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线方向与顶管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
（3）当顶进中发现管位偏差达3mm时应立即校正，纠偏应缓慢进行，使管节逐渐复位。可采用工具头进行纠偏，每次调整幅度为3mm，根据激光经纬仪测得偏差仍未减小，则可加大纠偏力度，否则可保持原力度继续顶进。
（4）顶管速度控制在30～50mm/min，前20m和纠偏时用低速，之后视出土搅拌等情况适当加快顶进速度。下管时，在机头停止顶进状态下，在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门。
（5）工具管工作过程中所挖掘的土，最后垂直吊运至地面存土场，定期外运。
3.3.8纠偏。
（1）低埋深情况下容易造成管道上浮，轻则造成顶管轴线偏差超过允许值，重则造成管道大幅度上浮，影响工程和施工人员的安全。在上下纠偏时，应按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。在顶管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
（2）工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。
（3）根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力。
（4）顶管纠偏应遵循“勤测勤纠”的原则进行，坚持小角度纠偏，控制顶管管段在设计轴线附近小范围内波动。
3.3.9出洞。
（1）检查洞口橡胶止水圈的安装是否牢固，尺寸是否准确，是否能完全封堵机头与洞口的空隙。
（2）机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后应立即开始均匀压注触变泥浆。在管节出洞5m范围内，检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高等施工参数逐渐调整至正常状态。
4. 主要材料及施工机具
4.1主要材料。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、CMC。减阻泥浆物理性能指标：比重1. 05～ 1. 08g/cm3，粘度为30～40S，泥浆套厚度为2～3mm。
4.2主要施工机具。
全套设备包括：工具管、纠偏装置、液压千斤顶、油泵、导轨、顶铁、控制系统、皮带运输机、螺旋输送机、加泥系统、激光经纬仪。
配套设备有：电瓶运输车辆、泥土卸载系统、拌浆注浆系统。
工具管采用无铰型网格式钢顶管工具管，头部增加气闸段稳定开挖面，增加排水管施工安全系数。
5. 质量控制
5.1施工过程质量控制。
5.1.1顶进轴线的控制。排水管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制，其偏差不得超过50mm的要求。
5.1.2管底高程控制。初顶进施工，严格控制前5m管道的顶进偏差，其高程以及轴线偏差不得大于3～5mm。在顶进过程中一旦顶管出现上抛现象，不宜采取降低地面土压力、增大出土量、过量向下纠偏等动作。在顶进时应将机头高程始终控制在负值，使在机头下沉较大时，以后每结束顶进一节排水管，必须复测管底高程，使管底高程偏差控制在+40～-50mm范围内。
5.1.3采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。
5.1.4顶进前应将千斤顶逐台调试好，采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致。
5.1.5加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
5.1.6当工具管停止作业时，一定要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其在出洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
6. 结论
本工法通过合理的测量方法掌握了顶管施工动态，确保顶管施工时顺利纠偏，不但保证了工程质量，而且简化了操作程序，提高了工效。并采用有效技术措施避免了低埋深情况下排水管上浮的现象，保证了在软土层中低埋深情况件下排水管施工的安全。泥水输送弃土的作业连续不间断，故施工进度较快。本工法在轴线控制工艺、纠偏控制抗浮、抗浮控制工艺、减阻工艺四个方面可以保证工程质量与安全、提高功效、加快进度，具有明显的社会效益和经济效益。
【关键词】低埋深大坡度排水管；轴线控制；纠偏控制；抗浮控制；减阻
【中图分类号】TU473
【文献标识码】A
Analysis on safety control of high template support construction
Zhu Kui1，Ye Chang-qing2
（1.Construction Safety Supervision Station of OuhaiWenzhouZhejiang325000；
2.Wenzhou Huajie construction companyWenzhouZhejiang325000）
【Abstract】The characteristic， construction craft， main material， machines and quality control measure of low buried and large slope drainage pipe are introduced. Reasonable construction technique is put forward in accordance with characteristics of low buried and large slope drainage pipe， four aspects including axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control make the quality of low buried and large slope drainage pipe guaranteed.
【Key words】Low buried and large slope drainage pipe， axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control.
1. 前言
排水管坡度較大时会给顶管后座、导轨的排布、动力系统的设置以及轴线控制测量方法上提出新的要求。低埋深情况下由于上覆土层压力较低容易造成顶管过程中管道上浮的风险，并且若发生管道上浮的现象，往下纠偏比较困难。管道穿越软弱土层，土层承载力差时，压缩性高，土层受力时容易发生压缩变形，在顶管纠偏时不易形成纠偏反力，对顶管纠偏带来不利影响。
2. 工法特点
2.1有效地控制顶管轴线的水平偏差和高层偏差，简化了操作程序，提高了工效。
2.2可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，避免管道上浮。
2.3工具管纠偏段长度较小，纠偏抵抗力较低，纠偏灵活。
3. 施工工艺
3.1工艺原理。
3.1.1轴线控制工艺原理。
首先使经纬仪望远镜轴线与排水管轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据排水管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线与排水管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置，在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
3.1.2纠偏控制工艺原理。
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力，以达到纠偏的目的。
3.1.3抗浮控制工艺原理。
（1）排水管纠偏时尤其是在上下纠偏时按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。
（2）在排水管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
3.1.4减阻工艺原理。
采用工具管尾部同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻。同步注浆孔布置于工具管尾部，在后续管段上每隔20m布置一道补浆孔，每道补浆环有独立的阀门控制。
施工时首先在工具管尾部注浆孔注入触变泥浆减阻，在顶进过程中，应根据后座顶力的大小在后部补浆孔补浆。
3.2工艺流程。
工艺流程采用如下：测量放线→工作井施工→导轨安装→装配式后背墙安装→主顶千斤顶安装→排水管顶进辅助设备安装→管道顶进→纠偏→出洞
3.3操作要点。
3.3.1测量放线。
布设临时水准点和管道轴线控制桩，在检查井处应设置中心桩，必要时应设置控制桩。根据管位轴线，用石灰粉划出工作井的位置。
3.3.2工作井施工。
（1）打设密咬口钢板桩，选用12米30#C型槽钢，沉桩时，不能倾斜、扭曲、凹凸不平，要保证精度，垂直度控制在1%，板桩轴线偏差控制在±10mm，同时，板桩镶接要密缝，防止渗水。支撑围檩采用两根槽钢并在一起或圆钢管支撑。
（2）在工作井上口预留槽口内安装钢筋砼预制板，槽口内要座浆饱满，板缝要按规定勾缝。在预制板预留口处砌砖墙，所有砖要浸透水，砌筑时应满铺、满挤，上下搭砌，水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度应均匀，不得有竖向通缝。 3.3.3导轨安装。
在大坡度頂管情况下，由于管道出洞初期纠偏困难，若水平出洞，在顶进初期轴线偏差已经相当大，无法保证顶管按照设计轴线顶进。在考虑到以上因素后，按照设计轴线铺设活动导轨，即导轨铺设后其导轮平面与顶管设计轴线平行，导轮高度应保证顶管中心在穿墙管处与设计轴线重合。
3.3.4装配式后背墙安装。
装配式后背墙采用型钢和钢板等组装，在钢板桩与钢板之间浇筑50CM厚C30砼，待其混凝土达到95%以上强度后方可进行顶管的顶进工作。组装后的后背墙应有足够的强度和刚度；壁面应平整，并与管道顶进方向垂直。
3.3.5千斤顶安装。
（1）后座千斤顶作用面与顶管设计轴线垂直，千斤顶轴线与设计轴线平行。
（2）千斤顶固定在支架上，其合力的中心点在管道中心线的平行线上；千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。
（3）千斤顶安装除保证推力作用方向外，还必须考虑推力合力中心位置，由于工具管重量较大，为防止排水管出洞后发生“磕头”现象，千斤顶安装时使千斤顶合力中心位于排水管直径的下部1/3～2/5位置。
3.3.6顶管辅助设备安装。
（1）油泵设置在千斤顶附近，油管宜顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并有备用油泵；油泵安装完毕，进行试运转。顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
（2）纵向顶铁中心线与管道轴线一致，顶铁上有锁定装置，顶铁放置时应能保持稳定，顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫，当顶力接近排水管的允许抗压强度时，管端应增加环形顶铁。
（3）顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常迹象。
（4）设备安装完毕后应对全套顶进设备做一次系统调试，在确定顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。
3.3.7管道顶进。
（1）在拆除封门后，应立即开始顶进机头。机头初入土时，因机头在轨道上没有足够抵抗力矩，使刀盘转动时机头易产生旋转，故在入土的初始2m时，顶进速度控制在5mm/min以下，以防止机头旋转，并不间断地观测机头倾角和旋转角，倾角发生变化用纠偏装置调正。
（2）在工作井内顶管轴线延长线上设置固定的经纬仪支架，支架高度应保证经纬仪望远镜转轴处中心与该处顶管轴线位置重合。测量时在支架上架设经纬仪，对中整平经纬仪后转动望远镜，对准设置于工作井内壁上的后视点，将经纬仪水平度盘调至零，然后根据预先计算的水平角转动经纬仪镜头，使经纬仪望远镜轴线与顶管水平轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘。上下转动经纬仪镜头使镜头气泡居中，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据顶管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线方向与顶管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
（3）当顶进中发现管位偏差达3mm时应立即校正，纠偏应缓慢进行，使管节逐渐复位。可采用工具头进行纠偏，每次调整幅度为3mm，根据激光经纬仪测得偏差仍未减小，则可加大纠偏力度，否则可保持原力度继续顶进。
（4）顶管速度控制在30～50mm/min，前20m和纠偏时用低速，之后视出土搅拌等情况适当加快顶进速度。下管时，在机头停止顶进状态下，在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门。
（5）工具管工作过程中所挖掘的土，最后垂直吊运至地面存土场，定期外运。
3.3.8纠偏。
（1）低埋深情况下容易造成管道上浮，轻则造成顶管轴线偏差超过允许值，重则造成管道大幅度上浮，影响工程和施工人员的安全。在上下纠偏时，应按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。在顶管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
（2）工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。
（3）根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力。
（4）顶管纠偏应遵循“勤测勤纠”的原则进行，坚持小角度纠偏，控制顶管管段在设计轴线附近小范围内波动。
3.3.9出洞。
（1）检查洞口橡胶止水圈的安装是否牢固，尺寸是否准确，是否能完全封堵机头与洞口的空隙。
（2）机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后应立即开始均匀压注触变泥浆。在管节出洞5m范围内，检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高等施工参数逐渐调整至正常状态。
4. 主要材料及施工机具
4.1主要材料。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、CMC。减阻泥浆物理性能指标：比重1. 05～ 1. 08g/cm3，粘度为30～40S，泥浆套厚度为2～3mm。
4.2主要施工机具。
全套设备包括：工具管、纠偏装置、液压千斤顶、油泵、导轨、顶铁、控制系统、皮带运输机、螺旋输送机、加泥系统、激光经纬仪。
配套设备有：电瓶运输车辆、泥土卸载系统、拌浆注浆系统。
工具管采用无铰型网格式钢顶管工具管，头部增加气闸段稳定开挖面，增加排水管施工安全系数。
5. 质量控制
5.1施工过程质量控制。
5.1.1顶进轴线的控制。排水管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制，其偏差不得超过50mm的要求。
5.1.2管底高程控制。初顶进施工，严格控制前5m管道的顶进偏差，其高程以及轴线偏差不得大于3～5mm。在顶进过程中一旦顶管出现上抛现象，不宜采取降低地面土压力、增大出土量、过量向下纠偏等动作。在顶进时应将机头高程始终控制在负值，使在机头下沉较大时，以后每结束顶进一节排水管，必须复测管底高程，使管底高程偏差控制在+40～-50mm范围内。
5.1.3采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。
5.1.4顶进前应将千斤顶逐台调试好，采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致。
5.1.5加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
5.1.6当工具管停止作业时，一定要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其在出洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
6. 结论
本工法通过合理的测量方法掌握了顶管施工动态，确保顶管施工时顺利纠偏，不但保证了工程质量，而且简化了操作程序，提高了工效。并采用有效技术措施避免了低埋深情况下排水管上浮的现象，保证了在软土层中低埋深情况件下排水管施工的安全。泥水输送弃土的作业连续不间断，故施工进度较快。本工法在轴线控制工艺、纠偏控制抗浮、抗浮控制工艺、减阻工艺四个方面可以保证工程质量与安全、提高功效、加快进度，具有明显的社会效益和经济效益。