¿Cómo cambiar la herramienta del Escudo de equilibrio de presión de tierra del metro de Chengdu?
1. La construcción de túneles de protección se ha utilizado cada vez más en infraestructura urbana: metros urbanos, tuberías de servicios municipales, tuberías subterráneas de petróleo y otras construcciones de ingeniería subterráneas debido a su seguridad, velocidad y eficiencia.
Sin embargo, las herramientas de corte de la máquina protectora que realiza la función de excavación son piezas de desgaste, especialmente en las formaciones de arena y guijarros de Chengdu, el desgaste de las herramientas de corte es particularmente grave. Se requieren reparación y mantenimiento durante el proceso de construcción.
Del 9 al 11 de septiembre de 2005, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma encargó al Instituto de Investigación y Diseño de Construcción Urbana de Beijing Co., Ltd. la realización de una revisión de expertos del "Estudio de viabilidad del proyecto de la Fase I de la Línea 1 del Metro de Chengdu". Informe", Ingeniería Civil El panel de expertos realizará una evaluación basada en uno de los resultados de la evaluación. 2.3: El informe analiza y compara las condiciones específicas de los métodos de construcción de túneles en diferentes secciones, y el plan general es básicamente factible. La sugerencia del informe de utilizar el método de escudo para la construcción en áreas urbanas y el método a cielo abierto para zonas de alta tecnología es razonable. Sin embargo, las condiciones geológicas de esta línea son complejas y existen riesgos técnicos, de período de construcción y de inversión en la construcción del túnel de escudo, a los que se debe prestar suficiente atención. Se recomienda comenzar la revisión de las pruebas de ingeniería del túnel de escudo lo antes posible. , y del 14 al 17 de febrero de 2006, China Communications El Comité de Tránsito Ferroviario Urbano de la Asociación de Transporte revisó el diseño preliminar de la primera fase de la Línea 1 del Metro de Chengdu (Grupo de Ingeniería Civil) y la sección de escudo final de la primera fase de Chengdu. Línea 1 del Metro. Se invirtieron 8 máquinas de escudo, divididas en 4 Se realizarán obras en cada tramo. Después de revisar exhaustivamente el análisis de las condiciones geológicas especiales del suelo de arena y guijarros rico en agua en Chengdu realizado por expertos autorizados nacionales y la situación real del primer uso del método de túnel de escudo para la construcción de túneles subterráneos urbanos en Chengdu, consideramos plenamente los riesgos de método de construcción de túneles de escudo en la construcción de terrenos en Chengdu y discutió el Estas situaciones se comunicaron plenamente con el contratista y el fabricante del equipo de la máquina de escudo de manera oportuna. Después de extensas discusiones y demostraciones, finalmente adoptamos la máquina de escudo Herrenknecht, que adopta una estructura tipo radio con una pequeña abertura y un cortador de rodillo como cuerpo principal, y está equipada con algunos cortadores de dientes y raspadores. A juzgar por la situación en el área de avance, dicha configuración de máquina de protección favorece la estabilidad de la superficie de excavación, tritura arena y guijarros de gran tamaño y evita explosiones durante el proceso de excavación. El progreso general de la excavación está básicamente dentro de los límites. el alcance de nuestra planificación. El progreso general de la excavación está básicamente dentro del alcance de nuestra planificación. Sin embargo, debido a que hay demasiada arena y guijarros en el estrato, las diversas herramientas de corte se desgastan mucho durante el proceso de excavación. Según nuestras estadísticas, las herramientas de corte deben reemplazarse después de unos 140 metros, de lo contrario la excavación no será posible. . En la actualidad, los métodos de reemplazo de herramientas utilizados en el país y en el extranjero incluyen principalmente dos métodos: cambio de herramienta de cámara abierta de presión normal y cambio de herramienta de presión:
La máquina de escudo de equilibrio de presión de tierra utiliza principalmente tierra de lastre en la cámara de tierra. Mantener el equilibrio de presión de la tierra en la superficie de trabajo. Sin embargo, al inspeccionar y reemplazar herramientas, para proporcionar un espacio de trabajo, se debe limpiar el suelo de lastre en la cámara de tierra y se debe romper el equilibrio de presión de tierra original. Por lo tanto, cómo mantener el equilibrio de la presión del suelo y mantener la estabilidad del suelo en el frente del túnel cuando se cambian las herramientas se ha convertido en un problema urgente a resolver.
Para mantener la estabilidad del suelo en la cara del túnel, generalmente existen métodos como el método de refuerzo en cascada, el método de refuerzo con lechada, el método de refuerzo con pilotes de retención (como los pilotes excavados manualmente) y el refuerzo por presión. método. Dado que varios métodos de refuerzo tienen sus propias ventajas y desventajas, es necesario elegir un método de cambio de herramienta razonable de acuerdo con las diferentes condiciones de construcción.
2. Métodos de cambio de herramientas comúnmente utilizados en China En mi país, hay una gran cantidad de proyectos de construcción de túneles de escudo en Shanghai, Guangzhou, Beijing y otros lugares que se utilizan diferentes métodos de cambio de herramientas según las diferentes geologías. condiciones en diversos lugares.
El suelo en Shanghai es blando y la resistencia del suelo es baja. El desgaste de las herramientas de corte del escudo es pequeño y generalmente no hay necesidad de cambiar las herramientas. Las condiciones geológicas en Guangzhou son relativamente complejas y se le conoce como el Museo Geológico. Hay capas de granito con alta autoestabilidad y capas de limolita fangosa con baja autoestabilidad. Por lo tanto, los métodos de cambio de herramientas también son diferentes, incluido el directo. Apertura, refuerzo de cimientos, excavación a presión, excavación de pozos y otros métodos de cambio de herramientas.
Abra directamente el almacén para cambiar herramientas, es decir, en condiciones de alta capacidad de carga de cimientos y estabilidad relativamente buena de la cara del túnel, sin utilizar ningún método de refuerzo, ahueque directamente el suelo en el almacén de suelo e ingrese el almacén de suelo. Cambiar el cuchillo. Este método es adecuado para áreas con buena estabilidad de la cara del túnel.
El refuerzo de precipitación consiste en llevar a cabo la precipitación desde el suelo y lograr la consolidación del suelo a través de la precipitación, mejorando así la estabilidad del suelo en el frente del túnel.
El refuerzo de lechada de superficie consiste en inyectar lechada de cemento (u otra lechada de refuerzo) desde la superficie a los cimientos para reforzar el suelo y mejorar la estabilidad del suelo en la cara del túnel.
El refuerzo de pilotes significa hincar pilotes alrededor del frente del túnel para garantizar directamente la estabilidad del frente del túnel.
El refuerzo de presión se logra inyectando aire comprimido en la cámara de tierra, reemplazando el equilibrio de presión de tierra con un equilibrio de presión de aire, reemplazando la presión de tierra con presión de aire y estableciendo una presión de aire razonable en la cámara de tierra para equilibrar La presión del agua y del suelo frente al cabezal de corte tiene como objetivo estabilizar la cara del túnel y evitar que se infiltre agua subterránea. Los operadores ingresan a la cámara de tierra bajo condiciones de presión de aire para realizar inspección, mantenimiento, reemplazo de herramientas y otros procesos.
Los efectos estabilizadores del aire presurizado en la superficie de la excavación se pueden dividir aproximadamente en los siguientes tres tipos:
1) Puede evitar la entrada de agua desde la superficie de la excavación y evitar el colapso del superficie de excavación;
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2) Debido al efecto de la presión del aire en la cara del túnel, puede mejorar directamente la estabilidad de la cara del túnel;
3) Dado que El aire a presión desempeña un papel en la descarga de agua de los huecos en la roca circundante, aumenta la resistencia de una capa de arcilla calcárea o de una capa de suelo arenoso que contiene arena calcárea y componentes arcillosos.
Dado que la reposición de herramientas neumáticas se realiza íntegramente en la cueva, no afectará al tráfico en superficie.
3.2 Proyectos similares en el país y en el extranjero A lo largo de la historia de la construcción de túneles de escudo, los túneles de escudo completamente abiertos son adecuados para excavar en estratos autosostenibles. Los túneles de escudo comprimido pueden causar fácilmente levantamiento o asentamiento del suelo y son únicos. Los escudos de tipo, es decir, los escudos de equilibrio de agua y barro y los escudos de equilibrio de presión del suelo, pueden superar las deficiencias anteriores y, por lo tanto, se utilizan cada vez más.
① En lo que respecta a mi país, los escudos de lodo-agua y los escudos de equilibrio de presión del suelo se utilizan actualmente principalmente para la excavación de túneles de metro urbano, túneles de ferrocarril y carreteras, así como petróleo (gas natural). y diversos oleoductos municipales. En la actualidad, en la práctica de la ingeniería de construcción de escudos de equilibrio de presión de tierra entre lodo y agua, generalmente hay tres formas de ingresar al almacén para inspeccionar las herramientas:
① Ingresar a la cámara de tierra bajo presión para inspección
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② Normalmente presione hacia abajo para reforzar e inspeccionar el suelo frente a la cámara de tierra
③ Haga un eje desde el suelo hasta el cabezal de corte frente al túnel para inspeccionar y mantener el escudo; herramientas de corte. En la construcción del escudo del metro de China, la mayoría de las unidades de construcción no dominan la tecnología clave de la operación de túneles de escudo bajo presión o tienen una configuración de máquina de escudo insuficiente, por lo que adoptan los dos últimos métodos. Sólo un número muy pequeño de unidades de construcción utiliza el método de almacenamiento presurizado para inspección, mantenimiento, reemplazo de herramientas y otras operaciones durante el proyecto. Por ejemplo,
El escudo del fondo del río en la línea izquierda desde Xiaoguwei a la sección Xinzao de la Línea 4 del Metro de Guangzhou implementó una operación de cambio de herramienta presurizada en junio de 2005;
Yichang comenzó la construcción en diciembre de 2006. El proyecto del túnel que cruza el río Yangtze (Transmisión de gas Sichuan-Este) utiliza una construcción de escudo presurizado de agua y lodo de Herrenknecht alemán, con presión que ingresa a la cámara para reparar el cabezal de corte desgastado y reemplazar el sello del cojinete principal del cabezal de corte;
A finales de 2003, Guangzhou Desde la estación de pasajeros de Tianhe hasta la estación de Huashi en la línea 3 del metro, bajo una presión de 1,6-1,8 bar, ingresa al vagón para romper las rocas atrapadas en el cabezal de corte;
China Túnel de protección del Railway Tunnel Group en Wuhan Túnel del río Yangtze Durante la construcción, se implementó por primera vez de forma independiente la tecnología de operación de alta presión de agua y presurización (operación presurizada a una presión de 4,5 bar).
En resumen, las unidades de construcción de escudos nacionales y las unidades de construcción de metro están explorando e investigando activamente la tecnología de cambio de herramientas de presión en diferentes condiciones estratigráficas. Aunque se han logrado ciertos resultados, se necesitan más resúmenes y promoción.
2) En países extranjeros, existen muchos ejemplos de ingeniería de inspección, mantenimiento y reemplazo de cabezales de corte bajo presión [4] (Tabla 1. El cambio de herramientas bajo presión se ha utilizado ampliamente en la construcción de suelos como una rutina). operación en máquinas de protección de equilibrio de presión y máquinas de protección de lodo, el cambio de herramienta neumática se usa con mayor frecuencia, especialmente en túneles que cruzan ríos y mares donde no se encuentran disponibles condiciones normales de cambio de herramientas de presión.
El túnel número 4 del río Elba en Alemania se construye utilizando el método de escudo de equilibrio de agua y lodo en la capa de morrena cuaternaria compuesta de arena, marga y tuneladoras. El diámetro de excavación es de 14,2 my es poco profundo. el entierro es de 7 m) de agua profunda (altura de agua de hasta 4,2 bar). En el punto más profundo del fondo del río, es necesario entrar en el almacén para sustituir la cuchilla intermedia para realizar el mantenimiento. Los trabajadores trabajan a una presión de 4-4,5 bar durante un máximo de 80 minutos. La descompresión debe realizarse con oxígeno. cámara, que dura 2 horas. En total se realizaron 2.738 horas de operaciones de presurización en toda la línea, de las cuales 237 horas fueron a presiones superiores a 3,6 bar. 21 personas informaron síntomas de enfermedad por descompresión y la presión era inferior a 3,6 bar.
El túnel del río Weser en Alemania se construyó utilizando un escudo de barro y agua (11,71 metros de diámetro) en sedimentos glaciales, con una profundidad máxima de 40 metros desde la superficie del mar hasta la parte superior del túnel. Las trituradoras y fresadoras se mantienen en silos con una presión máxima de 5 bar y 4,5 bar respectivamente, y también se emplean buzos para trabajar en la suspensión de bentonita con una presión máxima de 5 bar.
Toda la línea de producción trabajó bajo presión*** durante 1.400 horas, 600 de las cuales a presiones superiores a 3,6 bar. Sólo se registraron 15 casos de enfermedad por descompresión, todos a presiones inferiores a 3,6 bar.
Cuando la Línea Roja del Metro de San Petersburgo en Rusia se construyó con arcilla suelta y de baja plasticidad, limo y arena fina, el techo del túnel estaba a 65 metros del suelo y la presión del agua limpia era de 5,6 bares. Cuando la presión del aire en el silo de suelo es de 5,5 bar, el personal usa máscaras respiratorias y trabaja en el silo durante 1,5 horas, y el tiempo de descompresión es de aproximadamente 5 horas. En el almacén solo hay 4,5 horas de trabajo al día.
La Asociación Británica de Túneles, el Health and Safety Executive (HSE) y la Health Research Association Decompression Illness Group han desarrollado una serie de regulaciones específicas sobre el trabajo bajo presión.
Los ejemplos mencionados anteriormente de operaciones de mantenimiento presurizado en túneles excavados usando túneles de escudo de equilibrio de presión de lodo-agua o tierra, así como las regulaciones relevantes y los resultados de la investigación, muestran que las empresas extranjeras no solo pueden lograr operaciones de mantenimiento presurizado. con una presión de aire no superior a 3,6 bar operaciones de mantenimiento, pudiendo realizar operaciones de mantenimiento a presión con una presión de aire no superior a 6,0 bar. Por un lado, esto muestra que las operaciones presurizadas, especialmente las operaciones presurizadas de alta presión, son bastante comunes en proyectos extranjeros. Por otro lado, también muestra que mi país todavía necesita más intentos e investigaciones para dominar la tecnología de operación presurizada del escudo.
3.3 Garantía de estabilidad del equilibrio de la presión del aire
3.3.1 Determinación del valor de la presión del aire Para garantizar el frente del túnel, se debe proporcionar suficiente presión de aire para equilibrar la presión del agua y del suelo. en el frente del túnel. Por lo tanto, es necesario proteger la profundidad de enterramiento del túnel, las condiciones del nivel del agua, los parámetros físicos y mecánicos de la formación y calcular el valor de la presión del aire. El valor de la presión del aire se calcula en función de la presión estática del suelo. Cuando la presión del suelo está dentro de un rango seguro, el valor de la presión del aire es un valor seguro.
3.3.2 Estabilidad de la presión del gas Para garantizar la estabilidad de la presión del gas en los silos de excavación, es necesario garantizarla principalmente desde dos aspectos: geotécnico (fuga de aire) y electromecánico (entrada de aire).
(1) Aspectos del sistema geotécnico
Antes de realizar operaciones de transformación de presión, con el fin de evaluar el grado de pérdida de aire en el suelo natural y el impacto de la adición de aditivos sobre la permeabilidad al gas de formación, es necesario realizar pruebas de campo sobre la presión del gas de formación cerca del lugar previsto de la interrupción del gas. Con base en los datos de la prueba, la cantidad de pérdida de gas y sus cambios se calculan cuando se aplica aire comprimido de cierta presión a la cara del túnel de excavación, y se evalúa el impacto de agregar aditivos en la permeabilidad al gas de la formación cuando se coloca el contenedor de excavación. medio silo de escorias o contenedor vacío.
Desarrollar un procedimiento de excavación completo y fiable. Este procedimiento de excavación debe realizarse entre 5 y 10 circuitos antes del kilometraje esperado de la herramienta para reparación de herramientas en excavación presurizada. Asegúrese de que la cámara de tierra y la cola del escudo estén herméticas para evitar fugas de aire.
Durante el proceso de recarga de gas, envíe personal especial para inspeccionar los límites de fuga de posibles proyectos de fuga de gas o pozos municipales en el suelo, evaluar la posibilidad de fuga de gas y su impacto, y tomar medidas efectivas en un manera oportuna. A quienes no puedan tomar medidas, se les exige que eviten la zona y realicen operaciones de cambio de presión de gas.
(2) Sistemas mecánicos y eléctricos
Antes de iniciar el programa de operación, realice una inspección detallada de la máquina de protección y su sistema de unidad de respaldo para garantizar el funcionamiento seguro de la máquina de protección y descubrimiento oportuno y solución del problema.
Inspeccione detalladamente el sistema de aire comprimido antes de iniciar los procedimientos operativos.
Revise el compresor de aire para evitar que la presión establecida en el contenedor de tierra sea demasiado alta o demasiado baja. Es necesario asignar una persona dedicada a vigilar el compresor de aire e informar cualquier problema de inmediato.
3.3.3 Evaluación de la estabilidad de la cara del túnel bajo una presión de aire estable y anormal Después de que la presión del aire en el recipiente de excavación reemplace la presión del suelo y la escoria se descargue al nivel establecido, es necesario esperar. un período de observación para ver si la presión del aire en el contenedor de tierra es estable.
Cuando la presión del aire es estable y el cambio no supera los 0,02 bar, es necesario organizar ingenieros geotécnicos experimentados para ingresar a la cámara de excavación bajo presión para evaluar la estabilidad de la cara del túnel.
Cuando la presión del aire en la cámara de excavación cambia mucho y es inestable, significa que la película de lodo alrededor de la cara del túnel o el escudo no está bien formada y es necesario volver a excavar lejos del original. área de perturbación antes de realizar la prueba.
4. Comparación de métodos de cambio de herramientas
4.1 Requisitos de refuerzo y cambio de herramientas Para cumplir con los requisitos para una construcción eficiente, segura y fluida del Metro de Chengdu, los métodos de refuerzo y cambio de herramientas debe cumplir las siguientes condiciones.
① Bajo costo;
② Buen efecto de refuerzo y confiabilidad
③ Alta eficiencia, el efecto de refuerzo se puede lograr en poco tiempo; >
④El cabezal de corte y las herramientas de corte no se solidificarán durante el refuerzo;
⑤Trate de no ocupar la superficie del suelo;
Al construir un metro en el centro de Chengdu, el primero Lo que hay que hacer es minimizar el impacto en la ciudad. El impacto del tráfico, por lo tanto, al elegir el método de cambio de herramienta, también elegimos el método de cambio de herramienta. Al elegir el modo de cambio de herramienta, también consideramos plenamente cómo minimizar el impacto en el medio ambiente del terreno y evitar molestar a las personas.
4.2 Comparación de métodos de cambio de herramientas Con base en las características de las formaciones de arena y guijarros ricas en agua de Chengdu y combinadas con las condiciones previas a la excavación de las cuatro secciones propuestas, hemos resumido los siguientes métodos de cambio de herramientas:
(1) Apertura directa del almacén para el cambio de herramientas
Debido a la baja autoestabilidad de los estratos de arena y grava en Chengdu y al nivel freático más alto que el túnel de protección, Es imposible ingresar directamente al almacén y el método de cambio de herramienta no es factible. .
(2) Modo de refuerzo de la precipitación
El método de precipitación es simple y factible, pero enfrenta el riesgo de inestabilidad estratigráfica. Dado que la formación de arena y grava de Chengdu tiene baja autoestabilidad, puede autoestabilizarse en un corto período de tiempo. Una vez que el tiempo es demasiado largo, la formación se volverá inestable y correrá el riesgo de colapsar. La práctica ha demostrado que no es viable depender únicamente de las precipitaciones para reforzar el reemplazo de herramientas en la construcción urbana.
(3) Refuerzo de lechada de superficie
La lechada de superficie puede reforzar el estrato hasta cierto punto y el efecto de refuerzo es mejor que el refuerzo de precipitación, pero debe operarse en la superficie. , por lo que, por un lado, está sujeto a limitaciones de las condiciones de la superficie. Por otro lado, el estrato es denso y el efecto de la lechada no es bueno. En la práctica se ha demostrado muchas veces que la superficie del suelo aún puede colapsar después del refuerzo. Este método no puede garantizar la seguridad del reemplazo de herramientas y los requisitos de la superficie del suelo.
(4) Refuerzo de pilotes de contención
Los pilotes excavados manualmente se utilizan generalmente como pilotes de contención en el área de Chengdu. El refuerzo con pilotes excavados a mano puede garantizar la seguridad y estabilidad de los cambios de herramientas. Sin embargo, existen las siguientes desventajas:
①El kilometraje de la pila es fácil de determinar. Si la posición del refuerzo es levemente inapropiada, el cabezal de corte se desgastará antes de que el escudo haya alcanzado el kilometraje de la posición del pilote. En este caso, se forzará la excavación, o el cabezal de corte se desgastará o habrá mucho sedimento. lo que también provocará el colapso.
②El costo es alto y el período de construcción es largo. El costo de construcción de pilotes excavados manualmente es relativamente alto y el período de construcción es largo.
③Involucra una amplia gama de departamentos. El método de cavar agujeros manualmente desde la superficie del suelo implica transporte, tuberías municipales, construcción de viviendas, restauración de superficies, etc., y está estrechamente relacionado con los departamentos de residuos, piensos y protección ambiental relacionados.
④ Tiene un mayor impacto en el medio ambiente circundante. Según la situación actual, la distancia de cambio de herramienta generalmente es de 150 m. La construcción de pilotes perforados en una distancia tan corta es sin duda una operación en la carretera, y su impacto en la vida de las personas es nada menos que el colapso del suelo.
⑤Restricciones sobre las condiciones de la superficie. Dado que la mayoría de las líneas de túneles del metro están ubicadas en áreas urbanas prósperas, no existen condiciones para cavar pilotes manualmente.
⑥ Los cimientos de pilotes que quedan en el suelo traerán peligros y riesgos imprevistos para futuros proyectos municipales.
⑦ No puede reflejar la naturaleza avanzada de la máquina de escudo y tiene poco impacto en el medio ambiente.
(5) Refuerzo neumático
El refuerzo neumático no ocupa la superficie del suelo y tiene las características de bajo costo y alta eficiencia. Sin embargo, debido a los requisitos relativamente altos para este tipo de tecnología de construcción, junto con las particularidades de los estratos de Chengdu, los riesgos son altos y es necesario continuar fortaleciendo la exploración y los intentos.
4.3 Análisis y Comparación
5. Conclusión y Contramedidas
La tecnología de cambio de herramientas presurizado es el principal medio de cambio de herramientas para otros tipos similares de escudos, especialmente adecuados para la excavación de Shield a través de entornos geográficos especiales como trincheras, ríos y fondos marinos. Sin embargo, las características de alta permeabilidad de la arena y los guijarros en la formación de Chengdu y la poca profundidad de enterramiento de las líneas del metro determinan que sea muy difícil cambiar las herramientas bajo presión. Hay muchos factores inciertos. Hay muchas incertidumbres, especialmente cuando se cambian herramientas bajo presión en las principales vías urbanas, el riesgo es extremadamente alto, una vez que falle, tendrá consecuencias catastróficas. Teniendo esto en cuenta, adoptamos el método de cambio de herramienta de presión normal en la etapa inicial, complementado con precipitación y refuerzo del suelo. Después de un período de práctica, este método de cambio de herramienta es muy adecuado para las características de formación de Chengdu en términos de seguridad operativa y. Eficiencia en el cambio de herramientas. Sin embargo, una desventaja importante de este método de cambio de herramientas es que afecta el ambiente de la formación e interfiere con el transporte de la formación. Actualmente, estamos realizando pruebas de viabilidad y exploraciones de reemplazo de herramientas presurizadas en la formación Chengdu del Escudo No. 3 (construido por China Railway Second Engineering Bureau), y hemos logrado 12 éxitos, que se puede decir que son básicamente exitosos.
En la siguiente etapa, continuaremos explorando y tomando medidas de seguridad, como cerrar parcialmente parte del tráfico durante el proceso de cambio de herramienta, y asegurarnos de que las medidas de seguridad y emergencia sean infalibles. En la siguiente etapa, haremos todo lo posible para mejorar la máquina. configuración de boca, cabezal cortador y espiral Los tipos de configuración de transportadores y otros equipos están alineados orgánicamente con la seguridad, calidad, progreso e inversión del proyecto, reduciendo gradualmente el número de cambios de herramientas.
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