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2011届工程测量技术专业

毕业设计

论文题目

沉降观测变形控制与评估

班级测量3092班

姓名谢磊

学号04302090228

指导教师段虎荣

年月日

 

一、编制依据…………………………………………………1

二、人员要求及配置…………………………………………4

三、测量的基本要求…………………………………………4

四、基准网的建立……………………………………………5

五、桥涵地段变形观测技术要求……………………………6

六、路基地段变形观测技术要求……………………………13

七、沉降观测前提工作………………………………………21

八、外业观测…………………………………………………23

九、内业资料的处理…………………………………………24

十、沉降评估…………………………………………………40

 

一、编制依据

沉降变形观测做为中国客运专线一种新实施起来的事物,在其萌芽阶段一直处于摸索发展的,尤其是刚刚接触沉降变形观测这一工作时,往往前期工作一直在朦朦胧胧中进行的。

沉降变形观测目的主要是预测客专铁路路基(含过渡段)、桥梁、涵洞、等线下工程最终沉降量和完工后沉降,确保后续工程能有序、有质的完成。

沉降观测编制依据如下:

(1)《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设[2006]158号);

(2)《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》(铁建设[2006]189号);

(3)《国家一、二等水准测量规范》(GB12897—2006);

(4)《建筑沉降变形测量规程》(JGJ/T8-2007);

(5)《铁路客运专线竣工验收暂行办法》(铁建设[2007]183号);

(6)《客运专线无砟轨道铁路施工技术指南》(TZ216-2007);

(7)《工程测量规范》(GB50026-2007)

(8)《客运专线无砟轨道铁路设计指南》(铁建设函[2005]754号);

(9)《京石客专铁路线下工程沉降变形观测技术方案》;

二:

人员要求及配置

沉降观测做为一项冗长而且很单调乏味的工作,对于测量人员必须具备吃苦耐劳的精神,要有很强的责任心,要有一种积极的心态去面对这项工作;再次对于测量人员必须要固定,不得随意更换。

一般情况下,人员配置由组长及组员组成,组长由工程部部长担任,组员包括:

测量工一名,跑尺员两名,资料员一名。

测量工负责日常的司镜测量,资料员负责内业资料的整理及汇总。

三:

测量的基本要求

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。

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。

电子水准仪与铟瓦钢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、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≤1m,前后视距累积差≤3.0m,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。

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

5、每一测段必须为偶数测站结束。

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。

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。

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。

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。

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。

四:

基准网的建立

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。

对于构筑物沉降变形监测(墩台监测),一般情况下工作基点埋设于8~10个墩台为宜,同时也要根据现场埋设工作基点,可以适当扩大或减少墩台的联测个数;对于路基的变形监测,在填筑期间控制点一般设在临时马道边,这样可以方便控制点的高程传递,也为测量工作减少不少麻烦,在路基填筑完成后,控制点可以转移到路基两端桥台的CPIII点上,无论是在测量时间还是在工作基点的稳定上都可以得到一定的优化。

五、桥涵地段变形观测技术要求

1、桥涵变形监测标志的设置

桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力混凝土梁的徐变变形为主,涵洞除应进行自身的沉降观测外,尚应进行洞顶填土的沉降观测。

(1)桥梁

为满足桥梁变形观测的需要,应在梁体及每个桥梁承台及墩身上设置观测标。

观测标具体埋设原则如下:

1)承台观测标为临时观测标,当墩身观测标正常使用后,承台观测标随基坑回填将不再使用。

承台观测标分为观测标C1、观测标C2,承台观测标C1设置于底层承台左侧小里程角上;承台观测标C2设置于底层承台右侧大里程角上。

2)墩身观测标埋设,当墩全高大于14m时(指承台顶至墩台垫石顶),需要埋设两个墩身观测标;当墩全高小于等于14m时,埋设一个墩身观测标。

墩身观测标一般设置在墩底部高出地面或常水位0.5m左右的位置;

(2)涵洞

涵洞变形观测包括涵洞自身及涵顶填土沉降观测两部分组成。

涵洞自身沉降观测需要在涵洞边墙两侧布置沉降观测点,测点数量不少于6个。

涵顶填土沉降观测参照路基地段沉降观测点布置方式,采用在涵顶线路中心位置埋设沉降板进行观测的方式。

2.桥涵观测标规格

各种沉降观测标图示及安装说明如下:

3、观测标的安装保护要求:

(1)各类观测标应按照附图所示标样制作和安装,并进行点号编排,各工程项目部应组织专门的部门,进行观测标的埋设、测量和保护工作。

(2)各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行,确保各类观测标不因人为、自然等因素而破坏。

4、观测时间及频次要求

1)桥梁

每个桥梁墩台承台施工完成后开始进行首次沉降观测,以后根据表4-12中要求的时间间隔进行观测。

墩台沉降观测频次

观测阶段

观测频次

备注

观测期限

观测周期

墩台基础施工完成

设置观测点

墩台混凝土施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

承台回填时,测点应移至墩身或墩顶,二者高程转换时的测量精度要求不应低于首次测量要求

预制梁桥

架梁前

全程

1次/周

预制梁架设

全程

前后各1次

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

桥位施工桥梁

制梁前

全程

1次/周

上部结构施工中

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程

前后各1次

至少进行2次通过前后的观测

桥梁主体工程完工~无碴轨道铺设前

≥6个月

1次/周

岩石地基的桥梁,一般不宜少于2个月

无碴轨道铺设期间

全程

1次/天

无碴轨道铺设完成后

24个月

0~3个月

1次/月

工后沉降长期观测

4~12个月

1次/3月

13~24个月

1次/6月

2)涵洞

每个涵洞基础施工完成后开始进行首次沉降观测,以后根据表4-14中要求的时间间隔进行观测。

涵洞沉降观测频次

观测阶段

观测频次

备注

观测期限

观测周期

涵洞基础施工完成

设置观测点

涵洞主体施工完成

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

观测点移至边墙两侧

涵顶填土施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程

前后

至少进行2次通过前后的观测

涵洞完工~无碴轨道铺设前

≥6个月

1次/周

岩石地基的涵洞,一般不宜少于2个月

无碴轨道铺设期间

≥6个月

1次/天

无碴轨道铺设完成后

24个月

0~3个月

1次/月

工后沉降长期观测

4~12个月

1次/3个月

13~24个月

1次/6个月

 

六、路基地段沉降观测技术要求

(一)、路基沉降监测剖面布置说明:

路基沉降监测断面根据不同的地基条件,不同的结构部位等具体情况设置。

沉降监测断面的间距一般不大于50m,对于地势平坦、地基条件均匀良好、高度小于5m的路堤或路堑可放宽到100m;对于地形、地质条件变化较大地段应适当加密。

路堤与不同结构物的连接处应设置沉降监测断面,每个路桥过渡段在距离桥头5m、15m、35m处分别设置一个沉降监测断面,每个横向结构物每侧各设置一个监测断面。

2、观测断面类型及组成

(1)路堤均采用堆载预压。

路堤地段采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型监测断面,Ⅱ型断面仅在桥头布置,一般每间隔3个Ⅰ型监测断面设置一个Ⅲ型监测断面。

(2)Ⅰ型监测断面包括沉降监测桩和沉降板。

沉降监测桩每断面设置5个,施工完基床底层后,预压土填筑前,距左、右线中心4.7m处于基床底层顶面埋设2个沉降监测桩,其余3个于基床表层施工完成后布置于双线路基中心及距两侧路肩1m处的基床表层顶面上;沉降板位于路堤中心,基底铺设碎石垫层的地段埋设于垫层顶面,基底设混凝土板地段置于板顶面,随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管。

(3)Ⅱ型监测断面包括沉降监测桩和定点式剖面沉降测试压力计。

沉降监测桩每断面设置5个,埋设方法同Ⅰ型监测断面;定点式剖面沉降测试压力计位于路堤中心,基底铺设碎石垫层的地段埋设于垫层顶面,基底设混凝土板地段置于板顶面。

(4)Ⅲ型监测断面包括沉降监测桩、沉降板和剖面管。

沉降监测桩每断面设置3个,布置于双线路基中心及距两侧路肩1m处的基床表层顶面上;沉降板位于路堤中心,底板埋设于基床底层顶面上,随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管,横剖面管埋设于路堤基底碎石垫层顶面处。

3、路堤与横向结构物过渡段,于横向结构物顶部沿横向结构物的对角线方向铺设剖面沉降管。

横向结构物两侧外边缘各2m处设置一个I型观测断面,平面布置见Ⅳ型。

4、路堑地段均采用堆载预压,采用Ⅴ型监测断面,分别于路基中心,距两侧路肩1m处各设1根沉降监测桩,路基中心设沉降板,底板至于基床底层顶面,观测路基面的沉降。

(二)、监测元件埋设说明:

1、沉降监测桩:

桩体选择Φ20mm不锈钢棒,顶部磨圆并刻画十字线,底部焊接弯钩,待基床表层级配碎石施工完成后,通过测量埋置在监测断面设计位置,埋置深度0.3m,桩周0.15m用C20混凝土浇筑固定,完成埋设后按二等水准标准测量桩顶标高作为初始读数。

2、沉降板:

由底板、金属测杆(φ40mm镀锌铁管)及保护套管(φ75mmPVC管)组成。

底板尺寸为50cm×50cm,厚5cm。

按二等水准标准测量沉降板标高变化。

(1)沉降板埋设位置应按设计测量确定,埋设位置处可垫10cm砂垫层找平,埋设时确保测杆与地面垂直。

(2)放好沉降板后,回填一定厚度的垫层,再套上保护套管,保护套管略低于沉降板测杆,上口加盖封住管口,并在其周围填筑相应填料稳定套管,完成沉降板的埋设工作。

(3)按二等水准标准测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数,随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管,每次接长高度以0.5m为宜,接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。

金属测杆用螺丝套扣连接,保护套管用PVC管外接头连接。

3、定点式剖面沉降测试压力计:

定点式剖面沉降测试压力计底板采用沉降板底板,埋设位置应按设计测量确定;埋设位置处可垫10cm砂垫层找平,埋设时确保底板水平,填土至0.6m高度碾压密实后开一小凹坑将压力计放入坑内,用细粒土将坑填平后,继续施工路基填土。

埋设完成后,将压力计监测线沿水平方向甩到坡脚后,在坡脚处设C20素混凝土保护墩(0.5m×0.5m×0.95m),墩内预埋剖面管管材,监测线从管内穿出;墩旁设监测桩,监测桩采用C20素混凝土灌注,断面采用0.5m×0.5m×1.6m,并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头,监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。

待上部一层填料压实稳定后,连续监测数日,取稳定读数作为初始读数。

4、剖面沉降管:

路基基底剖面沉降管在地基加固及垫层施工完毕后,填土至0.6m高度碾压密实后开槽埋设,开槽宽度20~30cm,开槽深度至地基加固垫层顶面,槽底回填0.2m厚的中粗砂,在槽内敷设沉降管(沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳),其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。

Ⅳ型断面中剖面管在涵顶填土0.6m厚开槽施工埋设,原则同基底剖面管埋设方法。

沉降管埋设位置挡土墙处应预留孔洞。

沉降管敷设完成后,在两头设置0.5m×0.5m×0.95mC20素混凝土保护墩。

并于一侧管口处设置监测桩,监测桩采用C20素混凝土灌注,断面采用0.5m×0.5m×1.6m,并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头,监测桩用钢筋混凝土保护盒保护。

待上部一层填料压实稳定后,连续监测数日,取稳定读数作为初始读数。

(三)、路基监测频度

路基沉降监测的频次不低于下表中的规定。

监测阶段

监测频次

填筑或堆载

一般

1次/天

沉降量突变

2~3次/天

两次填筑间隔时间较长

1次/3天

堆载预压或路基施工完毕

第1个月

1次/周

第2、3个月

1次/2周

3个月以后

1次/月

无砟轨道铺设后

第1个月

1次/2周

第2、3个月

1次/月

3~12个月

1次/3月

(四)、元件保护要求:

(1)各工程项目部应成立专门试验小组,进行元器件的埋设、测量和保护工作,小组人员分工明确,责任到人。

(2)元件埋设时应根据现场情况进行编号,有导线的元件应将导线引出至路基坡脚监测箱内。

(3)凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压,不得采用大型机械推土及碾压,并配备专人负责指导,以确保元器件不受损坏。

(4)各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行,确保元器件不因人为、自然等因素而破坏,元器件埋设后,制作相应的标示旗或保护架插在上方。

路堤填筑过程中,派专人负责监督监测断面的填筑。

七:

沉降观测前提工作

1、限差设置

对于沉降观测前提工作,限差设置是很重要的,因为限差设置的正确与否,直接影响到测量的精度,在测量过程中电子水准仪会自动提醒本站内测量数据是否合格,如果数据超出限差,根据仪器的提示重新测量本站;数据合格,可以进行下站测量。

天宝电子水准仪限差设置:

在主界面下选择第二项:

配置;在配置菜单下,进入限差/测试

第一页水准线路限差:

最大视距〈50m〉,最小视距高〈0.5m〉,最大视距高〈3.0m〉;

第二页水准线路测试限差:

选择〈一个测站〉,最大限差〈0.0004m〉;第三页水准线路最大距离限差:

单站前后视距差〈1.0m〉,水准线路前后视〈3.0m〉

2、观测过程中点号输入

观测点的编号是观测点的标识,简洁明了的反映该观测点所在里程、观测点的类型、观测点位置。

里程采用7位阿拉伯数字,前4位为公里标,后3位为百米标(取整);测点类型编码采用1位英文字母;测点位置编号采用1位阿拉伯数字;测点编号共计9位。

因天宝电子水准仪不支持9位点号输入,只能在电子水准仪中输入的简化点号。

中间所有转点均以“Z”字母表示,水准平差软件默认的是转点不参与平差计算。

表1测点类型英文字母编码及测点位置编号表

测点类型

测点类型编码

测点位置及其对应的测点位置编号

沉降板

L

基底

(1)、路基面

(2)

观测桩

G

(1)、右

(2)、中(3)

分层沉降观测点

F

(1)

位移边桩

W

(1)、右

(2)

剖面管

P

基底

(1)、基床底层顶面

(2)

承台观测标

C

观测标1

(1)、观测标2

(2)

墩身观测标

D

(1)、右

(2)

桥台观测标

T

观测标1

(1)、观测标2

(2)、观测标3(3)、观测标4(4)

梁体徐变观测标

X

左1

(1)、右2

(2)、左3(3)、右4(4)、左5(5)、右6(6)

涵洞观测标

H

左1

(1)、左2

(2)、中3(3)、中4(4)、右5(5)、右6(6)

例如,野桥营1218#墩身,中心里程为DK123+300.00的右侧观测标的测点编号为:

0123300D1。

因为仪器不支持9位点号输入,在测量过程中可以输入其墩号1218,来作为其简化点号。

八:

外业观测

外业测量严格按照国家二等水准要求进行测量,采用闭合水准路线方法实测,每次测量必须要经过两个以上的工作基点,一方面可以保证测量的精度,另一方面也可以检验工作基点是否发生不均匀沉降,这就要求我们的工作基点埋设于稳定区域,在观测期间不发生变化。

如果在测量过程中出现闭合差超限现象,这就要从测量数值上认真分析,较前几次测量数值相比较,得出是测量误差原因,还是人为原因,还是工作基点发生了变化。

如果是工作基点发生变化,这就要求我们测量人员对这一段工作基点的高程,重新联测平差。

所以工作基点的稳定性及精度对于沉降观测很重要,这就要求:

1、埋设位置远离线路50米,避免重车碾压,埋深1.2~1.5米。

2、工作基点每三个月联测平差一次,保证其使用精度。

外业测量时,实行“五固定”原则即“固定水准基点、工作基点、固定人、固定测量仪器、固定监测环境条件、固定测量路线和方法”,以提高观测数据的准确性。

其中固定水准基点、工作基点及测量线路尤为重要,可以减小观测中的系统误差,提高观测精度。

在测量过程中往往一般会遇到以下几个小问题:

1、仪器无法读取尺面读数;

当观测环境太亮,照准部位的尺面磨损时,仪器会显示无法读取。

这就要求观测时尽量避免阳光直射电子水准仪或尺面,尺面磨损,可以调整架设仪器的高度,避免照准在此部位。

2、太大的亮度变化;

当仪器照准部位的尺面半明半暗,或尺面突然变亮或变暗时,仪器会显示太大的亮度变化,这时只要点击“确定”重新观测即可。

3、尺间隔不均匀,是否中断测量;

一般仪器出现这种情况时,只要点“否”就可以了,它并不影响测量的精度。

4、标准偏差太大,是否中断测量;

出现这种情况说明这站测量数据超出限差要求,本测回要重新测量,直至合格为止。

5、补偿器超出标准偏差;

在仪器未整平或者仪器旋转太快,气泡未居中时就测量时,会出现补偿器超出标准偏差这种情况。

在沉降观测过程中,出现以上几种情况是很正常,也是很常见的,只要认真细心,有耐心各种问题都会迎刃而解的。

九:

内业资料的处理

沉降观测工作的冗长乏味不单单体现在外业测量上,内页资料的整理更为枯燥,每天几乎要花费一半以上的时间来处理及汇总资料。

首先处理资料的软件是中国中铁二院工程集团有限责任公司研发的电子水准仪数据处理及平差软件,是专为我国高速铁路线下沉降观测评估而设计的电子水准仪数据处理与高程平差计算软件。

对于沉降观测资料的文件管理及格式要求,沉降观测实施细则上已经有明确规定了,施工单位由测量队负责处理观测数据形成文件,并上报给标段项目部。

具体要求及形式如下:

1、文件管理

施工单位提交的文件夹执行以下命名规则:

一级文件夹以标段号命名:

“二标段”。

二级文件夹以观测时间命名,如包含09年08月到09年09月

数据,则命名为“0908-0909”。

三级文件夹以分部号命名,分别命名为:

“三分部…”。

四级文件夹以测量队命名,分别命名为:

“一测队、二测队…”。

五级文件夹按测量日期命名,如2009年3月4日观测则命名为

090304;五级文件夹内包含电子水准仪的原始观测数据文件和控制点高程文件,以及观测数据处理过程中生成的观测手簿文件、高差文件、平差文件、高差闭合差统计文件、平差计算表文件、平差成果文件,测点编号与简化点号对应文件,说明文件。

2、格式要求

1)电子水准仪原始观测数据:

(.DAT文件)

以电子水准仪直接导出,不需要人工干预。

仪器导出原始数据格式示例如图

2)控制点文件:

(.BM1文件)

点号1,高程1

点号2,高程2

点号3,高程3

控制点文件格式示例如图

3)测点编号与简化点号对应文件:

(.DYB文件)

简化点号1,测点编号1

简化点号2,测点编号2

简化点号3,测点编号3

测点编号与简化点号对应文件格式示例如图

4)高差文件:

(.HDF文件)

高差文件格式示例如图

5)平差文件:

(.IN1文件)

控制点1,高程1

控制点2,高程2

……

点号1,点号2,高差12,距离12

点号2,点号3,高差23,距离23

点号3,点号4,高差34,距离34

平差文件格式示例如图

6)高差闭合差统计文件:

(.GCO文件)

高差闭合差统计文件格式示例如图

 

7)平差计算文件:

(.OU1文件)

平差计算文件格式示例如图

8)平差成果文件:

(.OUR文件)

平差成果文件格式示例如图

9)观测手簿文件:

(.XLS文件)

观测手簿文件格式示例如图

以上九个文件,前三个文件是必不可少的文件,也是软件需要读入的文件:

仪器原始观测数据(.DAT文件),控制点文件:

(.BM1文件)

测点编号与简化点号对应文件:

(.DYB文件);其余六个文件都是软件自动生成的文件。

3、数据处理经常遇到的几个问题

1)原始数据录入

电子水准平差软件对数据格式要求很严格,如果格式不正确一般情况下会出现:

输入字符串的格式不正确

例如:

当然如果不对原始数据修改的话,也不会出现以上情况,示例中是其中一个数字被替换为英文字母;按理说修改原始数据,是绝对不允许的,但是在现场测量过程中难免会出现一些点号输入错误的情况,需要对原始数据进行改动,也许在内业资料处理时,由于不小心而出现上述情况。

2)高差闭合差超限情况

这种情况一般分为两种:

第一种点位变化,引起的闭合差超限;

第二种是人为原因引起的闭合差超限;

对于前者通过对工作基点的往返侧或者联测多个工作基点,来判定是不是工作基点的变化,而引起的闭合差超限。

第二种人为原因,如果通过往返测工作基点满足限差要求,那就是在测量过程中,尺垫被动了,或者是前后尺读反了。

如果在软件平差过程中出现超限情况,首先必须保证外业测量满足限差要求,而且这种超限很大,

例如:

现场完成一段8站的水准测量,测段距离0.2353Km,限差要求1.94mm,现场测得闭合差为:

0.33mm,远小于限差要求,但在软件中平差得出结果为:

高差复核差为80.57mm,测段距离也不对:

0.143Km。

仔细分析

其原始数据如图:

发现点号1224重名,造成平差超限。

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