洞身开挖施工方案新天心山隧道进口.docx

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洞身开挖施工方案新天心山隧道进口

赣龙铁路GL-5标段隧道工程

隧道第五项目部新天心山隧道进口段

新天心山隧道进口开挖专项技术方案

 

编制:

复核:

审核:

中铁五局赣龙铁路工程指挥部隧道第五项目部

二零一零年十一月

新天心山隧道进口开挖专项技术方案

一、编制依据及范围

1.1.编制依据

本方案主要参考如下规范、标准编制:

(1)赣龙铁路扩能改造工程施工招标文件、新天心山隧道施工图;

(2)《铁路工程基本作业施工安全规程》(TB10301-2009)

(3)《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010)

(4)《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417-2003)

(5)《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007)

(6)《高速铁路隧道工程施工技术指南》(铁建设[2010]241号)

(7)《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304-2009)

(8)现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料;

(9)我公司拥有的技术装备力量、机械设备状况、管理水平、工法、科技成果和多年积累的长大隧道工程施工经验;

(10)国家及地方关于安全生产和环境保护等方面的法律法规。

(11)新天心山隧道实施性施工组织设计。

1.2.编制范围

本方案的编制范围如下:

(1)新天心山隧道进口DK253+840~DK256+094段洞身开挖。

二、工程概述

2.1.工程概况

新天心山隧道位于福建省龙岩市新罗区大池镇及小池镇境内,进口位于大池镇大东坑村,出口位于小池镇南山村,起点里程DK253+840,终点里程DK258+348,全长4508m。

隧道洞身最大埋深367.52m,洞身最浅埋深为65.72m。

隧道进出口均有乡间便道,交通较为方便。

既有天心山隧道在K273+062里程处与新天心山隧道交于DK256+305里程,交角为10°22′19″,新天心山隧道DK256+305里程内轨顶面标高为538.071m,既有天心山隧道K273+062里程内轨顶面标高为490.34m,新天心山隧道与既有隧道内轨顶面高差约为47.731m。

通过地层岩性为全风化~弱风化粉砂岩、石英砂岩夹粉砂岩、花岗岩、Ⅱ级围岩占43%,Ⅲ级围岩占39%,Ⅳ级围岩占9%,Ⅴ级围岩占9%。

2.2.工程地质

隧址区内地层主要为燕山期(r52)花岗岩,泥盆系上中统第一段(D2a-3)粉砂岩、石英砂岩夹粉砂岩、第二段(D2b-3)石英砂岩夹粉砂岩、第三段(D2c-3)石英砂岩夹粉砂岩、第四段(D2d-3)粉砂岩。

此外零星分布有第四系坡残积层。

施工中把超前地质预报纳入施工工序,建立以地质工作为先导、以量测为依据的信息化施工管理体系,根据预报结果采取相应的处理措施,制定可靠的处理方案和技术措施,发现围岩级别与地下水状态与设计不符时,及时提出设计变更,确保施工安全和不留隐患。

三、质量目标

质量目标:

分项工程一次验收合格率100%,工程质量零缺陷;无质量大事故及以上等级事故;质检资料真实可靠,规范齐全。

四、工期计划

隧道施工工期计划为19个月。

于2011年1月26日开工,于2012年8月26日竣工。

五、技术要求

本隧道软弱围岩施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破(或不爆破)、强支护、勤量测、早封闭”的原则,硬质围岩施工遵循“紧支护、勤量测、早封闭”的原则。

隧道开挖前,首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。

洞口土方采用挖掘机配合装载机自上而下分层施工,大型自卸汽车运输,并及时做好坡面防护,开挖一段(台阶)防护一段(台阶)。

洞口明洞采用明挖法施工,开挖至明暗分界线后,先施做护拱混凝土,然后施做暗洞超前大管棚,随后立即做好明洞衬砌,随后进入暗洞施工,待明洞混凝土达到设计规定的强度后及时进行明洞洞顶回填。

暗洞开挖根据围岩情况Ⅴ级地段主要采用三台阶临时仰拱法施工及短台阶留核心土法;Ⅳ级主要三台阶临时仰拱法施工、短台阶留核心土法及三台阶法;Ⅲ级主要采用台阶法施工,Ⅱ级主要采用全断面法施工。

六、施工准备

6.1.施工人员安排及组织机构

施工分为4个班组,开挖施工班组、支护施工班组、综合班、机械运输班。

开挖施工班人数为40人;支护施工班工班人数为35人;综合班工班人数为10人;主要负责施工场地清理;机械运输班工班人数8人,现场技术、安全、试验人员对施工过程进行实时监控,建立如下页的生产组织机构:

 

6.2.施工机械设备

根据现场施工需求,安排如下设备进行洞口施工,施工机械设备表详见下图

机具名称

数量

型号

备注

空压机

2台

28m3/min

YT28风钻

20台

风镐

4台

10把

活动爬梯

2个

监控量测用

混凝土湿喷机

2台

TK500

发电机

1台

100Kw

装载机

1

挖掘机

2

PC200

防水照明灯

2个

低压36V,100W

电焊机

2台

多功能开挖台车

自制

2

多功能作业台架

自制

2

内燃发电机

400KW

2

变压器

S9-800/KVA

2

水泵

2台

自卸汽车

2辆

砼罐车

3台

切割机

1台

6.3.材料及试验

所有施工需要材料都报指挥部物质部,物质部统一采购报检合格后才能使用,混凝土通过搅拌站供应,按照规范要求,现场试验人员制作试件并进行养护。

6.4.测量放样

洞口加密点已进行布置,水准点已经引测至洞口,所有加密控制必须报总站审批才能使用,施工过程中严格按照测量规范要求控制洞口平面位置及高程。

七、施工工艺流程图及施工安排

7.1.施工工艺流程图

施工工艺流程图详见下页图。

7.2.施工安排

洞口位置红线内征地已逐步到位,洞口即可以进行施工。

新天心山隧道出口地质情况较差,首先对仰坡上的危石、树木进行清除,消除不安全因素。

按设计坡度放样边仰坡开挖线和洞顶截水沟位置,待截水沟砼浇筑完成后,进行洞口边仰坡开挖,同时埋设监控量测点,分层开挖边仰坡,同时及时进行边仰坡防护,边坡在开挖到洞顶开挖拱顶位置后,对洞口导向墙基础部位前方土体进行拉槽开挖并预留核心土,然后施工导向墙,待强度达到规范要求后,进行洞口长管棚钻孔、注浆;然后进行正洞段上台阶开挖施工工作,开挖施工根据新天心山隧道设计图中工法严格按照《新天心山隧道正洞衬砌与施工辅助一览表》进行开挖工作,《新天心山隧道进口正洞围岩级别与衬砌类型一览表》见第6页图。

八、洞身开挖施工方法

8.1.总则

本隧道软弱围岩施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破(或不爆破)、强支护、勤量测、早封闭”的原则,硬质围岩施工遵循“紧支护、勤量测、早封闭”的原则。

软弱围岩洞身开挖采用松动爆破配合人工风镐进行施工,硬质围岩采用钻爆法开挖,应用光面爆破技术。

光面爆破应综合地质条件、开挖断面、开挖进尺及

 

合理选择爆破器材等方面进行设计,选用乳化炸药,塑料导爆管非电起爆,毫秒微差有序起爆,电雷管引爆。

采用人工手持YT28风动凿岩机钻孔,采用挖掘机配合装载机装碴,自卸汽车出碴。

隧道施工的方法应根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备、周围环境的需要、综合经济效益等因素而确定。

本管段隧道开挖全部采用新奥法原理组织施工,隧道开挖采用光面爆破。

针对不同的围岩、不同的地段,开挖按下述施工方法进行:

隧道洞口采用明挖法施工,本隧道有三台阶临时仰拱法、短台阶留核心土法、三台阶法、台阶法及全断面法。

新天心山隧道进口正洞围岩级别与衬砌类型一览表

序号

起讫桩号

长度(m)

围岩类型

衬砌类型

施工方法

加宽(cm)

备注

1

DK253+840

DK253+859

19

V

帽檐式缓冲结构

明挖法

0

 

2

DK253+859

 

DK253+875

16

V

V级围岩路堑偏压式明洞

明挖法

0

 

3

DK253+875

 

DK253+922

47

V

V级围岩路堑偏压式明洞

明挖法

0

 

4

DK253+922

 

DK253+938

16

V

V级围岩路堑偏压式明洞

明挖法

0

 

5

DK253+938

DK253+975

37

V

Vb

三台阶临时仰拱法

0

 

6

DK253+975

DK254+055

80

IV

IVa

三台阶法

0

节理密集带

7

DK254+055

DK254+120

65

Ⅲb

台阶法

0

 

8

DK254+120

DK254+200

80

Ⅲb

台阶法

0

 

9

DK254+200

DK254+572

372

Ⅱa

全断面法

0

 

10

DK254+572

DK254+577

5

Ⅱ级下锚

全断面法

0

 

11

DK254+577

DK254+620

43

Ⅱa

全断面法

0

 

12

DK254+620

DK254+720

100

Ⅲb

台阶法

0

 

13

DK254+720

DK254+725

5

Ⅲ级下锚

台阶法

0

 

14

DK254+725

DK254+745

20

IV

Ⅳb

三台阶临时仰拱法

0

F1断层

 

DK254+745

DK254+765

20

V

Ⅴb

三台阶临时仰拱法

0

16

DK254+765

DK254+800

35

IV

Ⅳb

三台阶临时仰拱法

0

17

DK254+800

DK254+950

150

IVa

短台阶留核心土法

0

 

18

DK254+950

DK255+185

235

Ⅲc

台阶法

0

 

19

DK255+185

DK255+205

20

IV

Ⅳb

三台阶临时仰拱法

0

F2断层

20

DK255+205

DK255+240

35

V

Ⅴb

三台阶临时仰拱法

0

21

DK255+240

DK255+260

20

IV

Ⅳb

三台阶临时仰拱法

0

22

DK255+260

DK255+350

90

Ⅲb

台阶法

0

 

23

DK255+350

DK255+672

322

Ⅱa

全断面法

0

 

24

DK255+672

DK255+677

5

Ⅱ级下锚

全断面法

0

 

25

DK255+677

DK255+820

143

Ⅱa

全断面法

0

 

26

DK255+820

DK255+825

5

Ⅱ级下锚

全断面法

0

 

27

DK255+825

DK255+916

91

Ⅱa

全断面法

0

 

28

DK255+916

DK256+094

178

Ⅱa

全断面法

0

 

合计

2254m

 

8.2.全断面开挖法

整体性较好的Ⅱ级围岩地段采用全断面开挖,开挖进尺3.0m~3.5m,多功能作业台架配合手持风钻钻孔,楔形掏槽,光面爆破。

采用装碴机装碴,自卸汽车运碴。

用多功能作业台车钻锚杆孔,人工安装锚杆并进行锚固或注浆,采用湿喷机进行湿喷砼支护。

(1)全断面开挖法工艺流程图如下:

 

(2)开挖示意图如下:

 

(3)工艺原理:

在岩体整体性很好情况下采用大断面一次开挖,采用光面爆破技术,可以有效控制开挖轮廓,发挥大型机械施工能力实现机械化施工,加快开挖进度。

(4)施工技术要点

1)使用光面爆破,注意掏槽形式的选择,由于断面大,宜采用斜眼掏槽的形式,可以减小炸药用量,提高开挖效率。

2)开挖中注意开挖轮廓线控制,尽量减小超欠挖。

8.2.台阶法

(1)III级围岩台阶法工序横断面示意图见下图。

 

(2)III级围岩台阶法施工工艺流程见下图。

 

(3)台阶法施工工序说明

1)开挖①部台阶,施作②部洞身结构的初期支护。

2)上台阶施工至适当距离后,开挖②部台阶,施作洞身结构的初期支护。

3)灌筑该段内Ⅲ部底板(或仰拱)。

4)利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅳ部二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。

(4)台阶法施工注注意事项:

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

2)开挖方式采用弱爆破,爆破时严格控制炮眼深度及装药量。

3)台阶长度宜控制在10m~50m之内;围岩稳定较差时,控制在3~10m。

4)下台阶断面开挖应两侧交错进行,下台阶开挖后仰拱应紧跟。

施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题,下部应减少对上部围岩、支护的拢动。

5)施工中,应按有关规范及标准图的要求,进行监控量测,及时反馈结果,分析洞身结构的稳定,为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。

6)上台阶施作钢拱架时,采用锁脚锚杆等措施,控制围岩和初期支护变形。

7)下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖,当岩体不稳定时需缩短进尺,必要时分下台阶左右两部开挖,并及时施作初期支护和仰拱。

8)下台阶施工时要保证初支钢架整体顺接平直,螺栓连接牢靠。

8.3.三台阶法

(1)Ⅳ级围岩三台阶法工序横断面示意图如下图所示。

 

三台阶法工序横断面示意图。

(2)三台阶法施工工艺流程图

三台阶法施工工艺流程图如下页图所示

(3)三台阶法施工工序说明

1)上台阶:

a、在拱部超前支护施工后,沿隧道开挖轮廓线开挖①部台阶。

 

三台阶法施工工艺流程图

b、施作①部洞身结构的初期支护,即初喷4cm后混凝土,架立钢架。

c、钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2)上台阶施工至适当距离后,开挖②部台阶,接长钢架,施作洞身结构的初期支护,可参见工序1进行。

3)a、开挖③部台阶,及时封闭初期支护,可参见工序2进行。

b、灌筑该段内IV部仰拱。

c、灌筑该段内V部隧底填充。

4)利用衬砌模板台车一次性灌筑VI部二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。

(4)施工注意事项:

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

2)如有超前支护等辅助施工措施,应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕,再开挖。

3)开挖方式采用弱爆破,爆破时严格控制炮眼深度及装药量。

4)锁脚小导管根据设计设置,以确保下台阶施工的安全。

5)各步台阶一次开挖长度宜控制在2~3m之内,第3部台阶开挖后仰拱应紧跟。

6)施工中,应按有关规范及标准图的要求,进行监控量测,及时反馈结果,分析洞身结构的稳定,为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。

7)施工时根据现场情况,必要时在临时仰拱中增设钢架。

8.4.三台阶临时仰拱法

(1)三台阶临时仰拱法工法工序横断面图见下图

 

三台阶临时仰拱法工法工序横断面图

(2)三台阶临时仰拱法工序纵断面图

三台阶临时仰拱法工序纵断面图见下页图

 

(3)三台阶临时仰拱法施工工序平面图

三台阶临时仰拱法施工工序平面图见下图

 

(4)三台阶临时仰拱法施工工艺流程见下图

 

(5)三台阶临时仰拱法施工工序说明

1)a、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护;b、开挖1部台阶;c、施作1部洞身结构的初期支护,即初喷4cm厚混凝土,架立钢架,并设锁脚锚(管)杆;d、钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度,底部架立临时钢架封闭,则在掌子面喷10cm混凝土封闭。

  

2)上台阶施工至适当距离后,开挖2部台阶,接长钢架,施作洞身结构的初期支护及封底,参照工序①进行。

3)中台阶施工时台阶长度不宜大于15m,开挖完成后应立即对边墙进行初喷支护,底部采用C25喷射混凝土封闭,形成临时仰拱,厚度为10cm,然后下接钢架,采用Φ42锁脚钢管固定型钢脚,采用C30喷射混凝土复喷。

4)开挖下台阶时必须先完成锁脚钢管的施作,随后将C单元型钢下接至设计标高;隧底开挖后仰拱紧跟,及早封闭成环。

5)根据量测结果分析,待初期支护收敛后,利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。

(6)三台阶临时仰拱法施工要求

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

2)上台阶每循环开挖支护进尺:

V、VI级围岩不应大于1榀钢架间距,IV级围岩不得大于2榀钢架间距,上台阶长度不得大于15m。

3)边墙每循环开挖支护进尺不得大于两榀钢架间距,中台阶长度不得大于15m。

4)隧底开挖后初期支护应及时封闭成环,IV、V、VI级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。

5)锁脚小导管根据设计要求设置,以确保下台阶施工的安全。

6)仰拱施作应紧跟,仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆,仰拱每循环开挖进尺不得大于3m;

7)施工中,应按有关规范及标准图的要求,进行监控量测,及时反馈结果,分析洞身结构的稳定,为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。

8.5.短台阶留贺核心土法

(1)短台阶留核心土法工序横断面图见下图

 

(2)短台阶留核心土法施工工序透视图

 

(3)短台阶留核心土法施工工序纵断面示意图

 

(4)短台阶留核心土法施工工序纵平面示意图

短台阶留核心土法施工工序纵平面示意图见下页图

 

(5)短台阶留核心土法施工工艺流程

短台阶留核心土法施工工艺流程见下图

(6)短台阶留核心土法施工工序说明

1)利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。

弱爆破分部开挖①部,同时,每循环进尺一次,掌子面喷5cm厚混凝土封闭。

分部施作①部导坑周边的初期支护,即喷射4cm厚混凝土,架立钢架.施作锁脚钢管。

钻设系统锚杆、挂网后复喷混凝土至设计厚度。

2)在滞后①部一段距离后,弱爆破左右交错开挖②、③部。

并喷射5cm厚混凝土封闭掌子面。

导坑周边部分初喷4cm厚混凝土,施作钢架,并设锁脚钢管。

锁脚钢管采用每侧设置6根,钻设系统锚杆、挂网后复喷混凝土至设计厚度。

3)在滞后于③一段距离后,弱爆破左右开挖④、⑤部。

导坑周边部分初喷4cm厚混凝土,施作钢架。

钻设系统锚杆挂网后复喷混凝土至设计厚度。

4)分台阶开挖⑥部。

5)开挖⑦部。

隧底周边部分喷4cm厚混凝土,施作钢架,然后复喷混凝土至设计厚度。

6)灌筑Ⅷ部仰供及隧底填充Ⅸ(仰供及隧底填充应分次施作)。

7)根据监控量测结果分析,待初期支护收敛后,利用衬砌模板台车一次

 

性浇筑IX部衬砌(拱墙衬砌一次性施作)。

(7)短台阶留核心土法施工要求

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

2)开挖方式均采用弱爆破或人工开挖,爆破时严格控制炮眼深度及装药量。

3)导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排适当调整。

4)工序变化处之钢架应设锁脚钢管,以确保钢架基础稳定。

5)钢架之间纵向连接钢筋应及时施作连接牢固。

6)各步开挖循环进尺0.6~1.2m,预留核心土的长度在3~5m为宜。

7)应注意开挖过程中初期支护结构及核心土的稳定性,必要时应利用核心土加设全断面环形临时支撑。

8.6.隧道钻爆设计

8.6.1技术控制

(1)钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出碴能力等因素综合考虑。

(2)爆破开挖一次进尺应根据围岩条件确定,开挖软弱围岩时应控制在1—2m之内,开挖坚硬完整的围岩时应根据周边眼的外插角及允许超挖量确定。

(3)根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼最小抵抗线。

围岩软弱、破碎,周边眼间距取小值,E/W取小值。

(4)严格控制周边眼装药量,并使药量沿炮孔长度合理分布。

周边眼宜用小直径药卷和低爆速炸药,可借助传爆线实现空气间隔装药。

周边眼雷管应与内圈眼雷管跳段使用。

(5)周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上,保证开挖面平整,但掏槽炮眼应比辅助炮眼眼底深10cm。

当开挖面凸凹较大时,应根据实际情况调整炮眼深度,并相应调整装药量。

(6)周边眼宜一次同时起爆,软弱围岩段或断层处必须对爆破震动加以控制时,可分段起爆。

(7)对内圈眼的爆破参数应严格控制,防止围岩过度龟裂。

(8)斜眼掏槽的炮眼方向,在岩层层理或节理发育时,不得与其平行,应呈一定角度,并尽量与其垂直。

(9)开挖断面底板两隅处,应合理布置辅助眼,适当增加药量和导向空眼,消除爆破死角。

(10)在地下水较多地段,所用爆破材料应采取防水。

(11)开挖过程中应监测围岩爆破扰动深度以及爆破对围岩的影响,及时调整钻爆方案。

8.6.2光面爆破质量保证措施

(1)实行“定人、定位、定机、定质、定量”的五岗位责任制,分区按顺序钻孔。

不钻残孔、不钻石缝、不钻软夹层、不钻破碎带的四不钻制度。

(2)严格控制周边眼间距及最小抵抗线厚度,并使周边眼尽可能打在轮廓线上。

(3)周边眼严格控制“准、直、平、齐”,利用长钻杆控制钻眼角度及错台。

(4)装药必须在技术人员的指导下由专人进行装药,并严格堵塞炮泥。

(5)工人在钻眼时,应及时将前方围岩的变化反馈给技术人员,以便技术人员及时调整炮眼间距及装药量。

(6)钻眼完成后,应按炮眼布置图进行检查并作好记录,有不符合要求的炮眼应重钻,经检查合格后才能装药爆破。

(7)装药前应将炮孔内泥浆、石屑吹洗干净。

已装药的炮孔及时用炮泥堵塞,堵塞长度周边眼不小于20cm,其它眼不小于30cm。

(8)判断拱部钻进方向的上挑角度是否适中,可通过观察钻中岩浆外流的情况来确定,在钻眼用水量合适的情况下:

1)如果岩浆顺钎杆直接流到岩机前落下时,说明上挑角度太大。

2)如果岩浆顺钎杆流出10cm左右落下时,说明上挑角度合适。

3)如果岩浆一出孔口就流下时,说明上挑角度不足。

(9)为了真正做到“石变我变”,及时准确地修正钻爆设计和调整钻爆参数,并保证光爆设计的实施,确保光爆质量,确保隧道不坍塌,作如下规定:

1)工程部必须在本钻爆循环装药前作光爆参数交底(包括周边眼间距、最小抵抗线、炮眼密集系数、周边眼装药集中度、二圈眼装药集中度、总装药量),与上一茬炮之变化也要注明,并对上一茬炮出现的问题进行注明。

2)领工员必须对自己值班范围的实际操作进行记录,包括:

炮眼布置图,装药参数,钻眼速度、围岩自稳程度。

并对值班范围光爆效果及进尺进行评定,此记录和掌子面的围岩情况将作为下一茬炮光爆参数调整的依据。

3)光爆装药参数由工程部技术人员、领工员、作业队领班人员三人集体研究,最后由工程部确定下发,在装药前由领工员、作业队领班人员对工班进行集中布置并组织实施。

(10)对工班严格实行光爆考核制度,每循环考核一次。

光爆循环考核表

交底间距

实际间距

交底数量

实际数量

差值

周边眼

内圈眼

最小抵抗线

炮眼堵塞情况

装药情况

周边眼:

内圈眼:

掏槽眼:

考核结果

周边眼痕迹保留率

%

周边眼数量

半边眼数量

炮眼利用率

%

钻眼深度

进尺

炸药单耗

Kg/m3

总装药量

开挖方量

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