DE1409904A1

DE1409904A1 - Verfahren zum Herstellen von Ausbruechen in wasserfuehrendem Erdreich mittels eines Vortriebschildes

Info

Publication number: DE1409904A1
Application number: DE19621409904
Authority: DE
Inventors: Lorenz Dr-Ing Hans
Original assignee: LORENZ DR ING H
Current assignee: LORENZ DR ING H
Priority date: 1962-04-12
Filing date: 1962-04-12
Publication date: 1968-10-17
Also published as: US3260054A

Description

Professor Dr.Ing.Hans L05SKZ
Berlin-Charlottenburg. 9

>j ens burner Allee 7

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Verfahren zum Herstellen von Ausbrüchen in wasserführendem 3rdreich mittels eines yortriebsscnildes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Ausbrüchen in wasserführendem Erdreich mittels eines Vortriebsschildes· Im lunnel-und Stollenbau stellt es ein seit langer Zeit bekanntes und bewährtes Verfahren dar, den Ausbruch für die zu erstellenden Bauwerke in nicht standfestem Gebirge mittels eines Vortriebsschildes herzustellen, der in seinem vorderen Teil eine Arbeitskammer enthält, in der das Erdreich von Hand oder im maschinellen Betrieb gelöst wird. VIe nn in der Arbeitskammer jeweils ein genügend großer Hohlraum geschaffen ist, so wird der Vortriebsschild um ein entsprechendes Maß vorgepreßt. Am hinteren Schildende folgt der Ausbau des entstandenen Ausbruches mit dem jeweiligen Vortriebsmaß. In wasserführendem Erdreich wird'der Schild meist unter Anwendung von Druckluft vorgetrieben, die in die Arbeitskammer eingeführt wird und das Wasser aus dieser und dem an der Ausbruchsbrüst anstehenden Erdreich verdringt.

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Bei Anwendung von Druckluft wird jedoch die Arbeitsdurchführung erheblich aufwendiger und langsamer, da die Arbeitskammer nur über Druoicluftsclileusen zugsjiglich ist, die zu» saimnen mit den ebenfalls notwendigen. Materialschleuse-·?, eine besondere Gcnildausbildung erfordern und den Betrieb verlangsamen. Ja nach der Arbeitstiefe können dabei sum :üin.- and Auaso~iileu.seη von Personen sehr lange bchleusungsseiten erforderlioh werden. Außerdem ist die Arbeitsweise mit Druckluft einerseits nur bis zu bestimmten Arbeitstiefen zulässig, bei denen der anzuwendende Betriebsdruck für die in der !Lämmer arbeitenden Personen nicht ge3undheitssu..._J.L.dlich ist. Andererseits erfordert sie eine erhebliche Lberdeckun;· der 3c_iild-Oberkante axt. Erdreich, damit das .Ausblasen von Druckluft Verhindert wird*

In msnj/ien Fällen ksnn der ochilavortrieb in r/asserfLlnrendem 3rdreich auch unter Anr/endun-j einer Grundwasserabsenkung dai'chgef L-irt werden^ Aber auch diene'Bauweise ist wegen der Förderleistung der Pumpen an beoti-'i-.ite größte Arbeitstiefen gebunden und ksnn sehr aufwendig sein.

Durch die vorliegende lürfi^dung soll ein l/erfahren geschaffen werden, das ermöglicht, Ausbrüche fMr [Dunkels, Stollen oder ühnliclie Bauwerke in. uas.jerf Ehrendem JCrdrsiah auch bei größerer ,ir ce its tief e ο an 3 Anwendung- von Druckluft oder Grundwasserabsenkung in einfacher ^T„^rei.ae und mit großer -jichei'-heit durchsufuhren,, Die irfindung geht zur Lösung dieser Aufgabe davon aus, daß es im Grundbau besannt ist, thixotrope Flüssigkeiten zur Stabilisierung und Abdichtung im Erdreich

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anzuwenden, wail sie aar oh ihren Flüssigke its druck: und ihre filmbilaende Eigenschaft dem Erd- und Wasserdruck den notwendigen Y/iäer stand bieten. Ihixotrope flüssigkeiten werden sowohl bei der Absenkung offener als auch geschlossener Senkkästen, aber auch bei der sogenannten -Schiitabauweise verv.^Tendet, box der es darauf ankommt, einen prismatischen Hohlraum im Erdreich dauernd oder· vorübergehend zu stabilisieren, bie der Hohlraum z„B. durch eine tragende './and ausgefüllt ist.

Die vorliegerde Erfindung verbindet die Anwendung von thixotropen Flüssigkeiten mit der bekannten Schildbauweise in neuartiger und vorteilhafter Veise und besteht zur Lösung der angegebenen Aufgabe darin, daß im vorderen Schildende zwischen der Ausbruchsbrust und einer Querwand des Schildes ständig ein Kissen aus t/iixo±roper flüssigkeit aufrechterhalten wird und das Erdreich an der Ausbruciisbrust bei ständiger Sicherung durch die thixotrope Flüssigkeit unter Ausnutzung des vor dem Kissen herrschenden Wasserdruckes, allein durch Selbstspülung oder unterstützt durch vor der thixotropen Flüssigkeit arbeitende Geräte gelöst und über Durchlässe in dem thixotropen blasen und der Querwand in den drucklosen Schildraum hinter üer Querwand gefördert wird.

Bei einem Verfahren mit diesen laerkmalen wird der Boden- und v/asserdruck an der Aasbruchsbrust ständig von der

I^- thixotropen Flüssigkeit und der das thixotrope Kissen nach hinten begrenzenden Querwand des Schildes aufgenommen, ohne -'

. ' daß letzteres besonders kräftig und mit besonders dichtem -

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Anschluß an den Schildmantel ausgebildet sein müßte.· Jeglicher Wassereinbrueh von der Ausbruchsbrust her ist dabei infolge der abdichtenden Wirkung der thixotropan Flüssigkeit mit Sicherheit vermieden. Außerdem wird der Schildmantel im -Be-•reich des thixotropen Kissens von radial wirkenden Druckkräften entlastet, da diese Kräfte von der thixotropen Flüssigkeit aufgenommen werden. Wenn das anstehende Erdreich stark wasserhaltig und rollig ist, entfällt jeglicher Aufwand für das Lösen und Fördern des Erdreiches bis in den drucklosen Sehildraum, da gemäß der Erfindung der Druck vor dem thixotropen Kissen dazu ausgenutzt w±rd, das Erdreioh in* eine oder mehrere Rohrleitungen, die an dar tiefsten Stelle des Schildes anzuordnen sind, zu spülen und durch diese in den drucklosen Baum des Schiidee hinter der Querwand zu fördern. Ein solches Förderrokr ©der auch mehrere solche Rohre können vorzugsweise in dar Querwand des Schildes längsverschiebbar gelagert sein, um die Grenzfläche zwischen Erdreioh und thixotroper Flüssigkeit naeit Wunsch beeinflussen zu können. Die Abdichtung einer solchen längsverschiebbaren Lagerung macht keinerlei Schwierigkeiten^ da sie mit größter Sicherheit von der thixotropen Flüssigkeit übernommen wird.

Erforderlichenfalls kann aber das Lösen des Erdreiches durch vor dem thixotropen Kissen arbeitende Geräte, z.B. mechanische Gerätö, wie Schnecken mit Sehneidkopf» unters-tützt werden. Derartige Geräte können in einem Förderrohr umlaufen, •wobei sie* so anzuordnen sind*, daß 2.B. der"Söhnei«ik©f>£ ntir i ** Eä*de und Wasser fördert. In einem solchen I¹SlIe kann ebenso ·

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.f wie feel der Anwendung von Förderrohren für reine Selbst- . " spülung -die thixotrope Flüssigkeit dazu ausgenutzt werden, die Förderrohre innerhalb des thixotropen Kissens in jeder beliebigen Stellung zu unters tut zen„ Es besteht daher die

Möglichkeit, solche Förderrimre an der Querwand des Schildes unter gelenkigem Anschluß an die nach hinten anschließende Rohrleitung gelenkig, gegebenenfalls auch noch zusätzlich längsverschiebbar zu lagern, etwa derart, daß die vordere Öffnung eines Förderrohres bzw. ein an dieser angebrachter Schneidkopf zur Bildung einer kalottenförmigen Ausbruehsbrust bewegt werden kann. Infolge ihrer großen Dichte hält die thixotrope Flüssigkeit ein solches bewegliches Forderrohr in jeder Lage, sodaß besondere Unterstützungen für solche Rohre nicht notwendig sind. Auch ist es nicht erforderlich, die Gelenkstellen besonders kräftig oder dicht auszubilden, da sie durch das auskragende Förderrohr nicht belastet und im übrigen durch die thixotrope Flüssigkeit abgedichtet - werden.

Die Förderrohre können in dem drucklosen Schildraum hinter der Querwand mit Schiebern oder ähnlichen Verschlüssen zum Absperren bzw. Öffnen versehen sein.

Die thixotrope Flüssigkeit wird durch eine oder mehrere Rohrleitungen, die vorzugsweise am oberen Rand der Querwand das Sohildas angeordnet werden, zur Bildung und. Aufrechterhaltung des Kissens eingepreßt. Wenn durch das lösen und ' Abfördern des Erdreiches duroh das oder die Förderrohre genügend Raum zum Vorpressen des Schildes -geschaffen ist, ' so erfolgt das jeweilige Vorpressen unter Abzug der

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überschüssigen thixotropen Flüssigkeit bis zu einem bestimmtan Mindestinhalt des Kissens. Zur geregelten Zu- und Abführung der thixotropen Flüssigkeit können die Hohrleitungen mit entsprechenden Ventilen, Schiebern od. dgl. versehen sein.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Durohfünrungsform des . Verfahrens näher erläutert.

In der Zeichnung ze igen s

Fig. la, Ib, lc, ld und la sehematische Längsschnitte an der Ausbruchsbrust,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Yortriebssohild in vergrößerter schematischer Darstellung» und

Fig. 3 einen Querschnitt kurz hinter der Querwand des Schildes nach Fig. 2.

In Fig. la ist die Lage des Schildes 1 zu Beginn der Vortriebsarbeiten ersichtlich. Bas Erdreich 4 füllt den . Schildraum vor der durch ein an sich bekanntes" Brust schild gebildeten Querwand 12 voll aus. Etwa an der tiefsten Stelle dieser Querwand ist, wie auch aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, eine Rohrleitung 2 durch die Querwand 12 hindurchgef ührt, die als Förderrohr für die Abbeförderung des im Schild 1 zu lösenden Erdreiches dient. Die Bobrleitung 2 ist vorzugsweise in der Querwand 12 in bestimmten grenzen längsbeweglich geführt, damit sie mit ihrem vorderen Ende z.B. aus der Stellung nach Fig. la bis in die Stellung nach Fig. Id verschoben werden kann. Anstelle der einen Rohrleitung 2 können auch mehrere solcher Förderleitungen angebracht sein. Am oberen

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Rand de'r Querwand 12 ist eineRohrleitung 3 angeordnet _s die zum Einpressen von thixotroper Flüssigkeit in den Schildraum vor der Querwand 12 dient. Bei der dargestellten Ausführungs-" form dient die Rohrleitung 3"amM zum Zurückpressen von thixotroper Flüssigkeit ass diesem Baum in den drucklosen Schildraum 13 beim Vortreiben Tbzm. Vorpressen des Schildes 1. Zum Zurückpressen von thixotroper Flüssigkeit kann aber auch eine besondere Rohrleitung angeordnet sein« Auch, können zum Bin- und Zurüokpressen dea? Flüssigkeit am oberen land der Querwand 12, wie in Fig_t 3 angedeutet oder auch an änderen Teilen der Querwand meiirere Eonrleituaagen 3 angebracht sein«. Alle Rohrleitungen 2 und 3 sind mit nicht dargestellten Sohiebern zum Absperren oder Freigeben der leitungen versehen» Die Arbeitsweise mit dem Vortriebsschild gestaltet sich wie folgt: .:.-■ -

Bei der Stellung des SoMldas 1 naoh Fig. la wird damit begonnen, durch die Rohrleitung 3 thixotrope ELüssigkeit in den Schildraum vor der Querwand 12 einzupressen« Biese Flüssigkeit füllt allmählich, "den Saum 6 in der in äen Fig.- Ib₁ Ic und Id ersichtlichen Weise aus, wobei zugleich das duroh die thixotrope Flüssigkeit verdrängte Scäreicli, das infolge seiner Wasserführung entweder selbstflieBsnd ist oäer mittels besonderer in einem Förslerroiir 2 oder einem oder mehreren anderen nicht darge stellten Bohren umlauf emier Werkzeuge oder duroh den Druck dar eingepreßten thixötropen flüssigkeit gelöst wird, infolge das vor der thixotropen Flüssigkeit herrschenden Überdruck ilurah die Rohrleitungen 2 !heraus in den drucklosen .Schildraum 13 gepreßt wird« Hier kann es durch

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Arbeitskräfte, die bei normalen Druckbedingungen, also ohne

weiter gepumpt oder

jeden Überdruck arbeiten können, oder/auch maschinell-in andere Förderrichtungen umgeladen und abtranportiert werden. Während des Einpressens der thixotropen Flüssigkeit wird diese durch ein über der Mündung der Rohfleitung 2 an der Querwand 12 befestigtes Sperrblech 7 od. dgl? daran gehindert, in die vor der Querwand 12 offene Rohrleitung 2 einzudringen.

Bei dem in Pig. lc dargestellten Zustand ist der mit thixotroper Flüssigkeit gefüllte Raum 6.so groß* wie er durch die erdstatischen Verhältnisse (Böschungslinie) werden kann, In diesem Zustand wirkt sich besonders ein aus Plastik oder einem anderen elastischen, gegebenenfalls auch starren Material bestehender Schutzstreifen 5 aus, dessen Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß die thixotrope Flüssigkeit aus dem Raum 6 des Schildes 1 an der oberen Sohildschneide austritt. Dieser Schutzstreifen 5 liegt zunächst bei dem Zustand nach Fig. la infolge-des Einpressens des Sohildes dicht an dessen Innenfläche und wird dann bei den Bauzuständen nach Fig. Ib, Ic usw. durch die thixotrope Flüssigkeit an die Ausbruchsbrüst gepreßt. Bei dem nächsten Zustand kann es zweckmäßig sein, die Rohrleitung 2 etwas weiter in den vorderen Schildraum vorzustrecken, um den von der thixotropen Flüssigkeit gefüllten Raum.6 unten etwas zu vergrößern. Dies ist aus Fig. Id, welche das Endstadium der ^ushubphase darrstellt, ersichtlich. Ist diese Phase erreicht, so wird die i

! Entnahme von Erdreich aus der.Rohrleitung 2 durch Absperren mittels eines Schiebers eingestellt. Der Absperrschieber kann auch bei den früheren Bauzuständen betätigt werden,um ·

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zu vermeiden, daß mehr Erdreich entnommen wird, als durch. ' die' Leitung 3 an thixotroper Flüssigkeit zugeführt wird, denn die 'thixotrope Flüssigkeit muß stets mit einem kleinen Überdruck gegenüber dem hydrostatischen Druck wirken.

In Fig. Ie ist gezeigt, wie der Schild nunmehr vorgepreßt wird, wodurch der mit thixotroper Flüssigkeit gefüllte Raum bzw. das diesen Raum einnehmende Kissen aus thixotroper Flüssigkeit verkleindert wird, während die überschüssige thixotrope Flüssigkeit aus dein Kissen, durch die Rohrleitung 3, ggf. weitere Rohrleitungen, nach innen abgezogen wird. Dabei bleibt aber das Kissen in der aus Flg. Ie ersichtlichen Blindestgröße immer erhalten und die Ausbruchsbrust stets von thixotroper Flüssigkeit,"oedeckt, sodaß sie durch diese stabilisiert wird. Nachdem am hinteren Scliildehde der Einbau» von Aussteifungsringen bzw» der Ausbau des Ausbruches um das Vorpreßmaß des Schildes vorgezogen ist und die Pressen wieder in die Anfangslage zurückgebracht -vorden sind, werden die Vorgänge gemäß Fig. Ib bis Id wiederholt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine etwas genauere Darstellung des Schildes in zwei Schnitten und lassen zusätzlich zu der bereits erläuterten Ausbildung noch angeschweißte Bleche 8 etwa in der Mitte des Schildes 1 erkennen, deren Aufgabe darin besteht, zu vermeiden, daß die thixotrope Flüssigkeit an der Innenfläche des Schildmantels quer zu dessen Längsachse vordringt, statt einen Flächendruck' auf das gesamte Erdreich an der Ausbruohsbrust auszuüben und dieses in die Abzugsleitung zu fördern. In .¹¹Xg. 2 sind auoh ein Schieber in der Rohrleitung 2 sowie Pressen IO angedeutet, die den

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Vortrieb des Schildes 'bewirken. Ferner ist aus i^?ig. 2 der zuletzt eingebaute Aussteifungsring ersiohtlioh, der Diit 11 bezeichnet ist.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung' lcönnen die ErdreiclivTasser- und Druclcveriiältnisse durch. Vortreiben von raechßnisoh wirkenden Sonden oder durch Anwendung geophysikalischer Methoden oder durch Dichtemessungen mittels radioaktiver Isotopen ermittelt und aufgrund der LJeßergebnisse die Arbeitsvorgänge und insbesondere der Brück und die iienge aer das Kissen bildenden thixotropen Flüssigkeit den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden.

Jt^ater>tansprüciie :

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Claims

Pa t ent ansprüche ;

1. Verfahren zum Herstellen von Ausbrüchen in wasserführendem Erdreich mittels eines Vortriebsschildes, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Scliildenäe zwischen der Ausbruchs brüst und einer an sich !Dekanaten Querwand des

' Schildes ein Kissen aus thixotroper Flüssigkeit gebildet und aufrechterhalten wird und das Erdreich an der Ausbruchsbrüst bei ständiger Sicherung bzw. Stabilisierung durch die thixotrope Flüssigkeit unter Ausnutzung des vor dem Kissen herrschenden Wasserdruckes allein durch Selbstspülung oder unterstützt durch vor dem Kissen arbeitende Werkzeuge gelöst und über absperrbare Durchlässe in dem Kissen und der Querwand in den drucklosen Schildraum hinter der Querwand ge- * fördert wird. ·

2. . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen aus thixotroper Flüssigkeit bei stillstehendem Schild entsprechend dem abschnittsweise erfolgenden Vorpressen des Schildes durch xJaohpressen von thixotroper Flüssigkeit in einer dem jeweiligen Vorpreßmaß des"Schildes entsprechenden Menge vergrößert, dabei das jeweilig verdrängte Erdreich durch die Durchlässe des Kissens und der Querwand des Schildes entnommen und anschließend der Schild unter Zurückpressen

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der überschüssigen thixotropen Flüssigkeit in den drucklosen Baum hinter der Querwand um das Vorpreßmaß vorgetrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch l,oder 2, dadurch gekennzeichnet., daß das Kissen aus thixotroper Flüssigkeit ständig unter einem geringen überdruck gegenüber dem hydrostatischen Druck gehalten wird.

4o Verfahren .naoh einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt von thixotroper Flüssigkeit aus dem Kissen im oberen Bereich der Schildschnä.ide und damit Nachbrüche des Brdreiches durch flexible oder starre Schutzstreifen verhindert wird, die beim jeweiligen Vorpressen" des Schildes" von diesem mitgenommen werden und sich beim Lösen und Abfördern von Brdreich auf die'Ausbruehsbösohung auflegen. ·

5. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Form der Brdwandung an der Ausbruchsbrust, das jeweilige ¥ortriebsmaß des Schildes sowie der Druck und die Menge der das Kissen bildenden thixotropen Flüssigkeit aus Meßergebnissen bestimmt werden, die durch. den Vortrieb von mechanisch wirkenden Sonden oder auf geo- * physikalischem Wege oder durch Dichtemessung mittels radioaktiver Isotopen gewonnen werden. ·

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6. Vortriebsschild aur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,. dass er einen an sich be kannten,durch eine Querwand ge-

durch den z. B.

bildeten Brustschild (12) auf v/eist /an dessen tiefster Stelle eine oder mehrere absperrbare Rohrleitungen (2), die als lörderrohre zur Abförderung von vor dem Brustschild (12) gelöstem Erdreich ausgebildet sind,und an dessen 'oberem Handbereich eine oder mehrere absperrbare Rohrleitungen (3) zum Einpressen von thixotroper Flüssigkeit

•in den Schildraum (6) vor dem; Brustschild(12)durch diesen hindurchgeführt sind«

7«, Vortriebsschild nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet ,dass das oder die i'¹örderrohre(2) in -dem Brustschild (12j längsverschiebbar gelagert sind.

8β Vortriebsschild nach Anspruch 6 oder 7,dadurch gekennzeichnet,dass das oder die Eörderrohre (2) mit ihrem aus dem Brustschild (12) nach vorn herausragenden Teil schwenkbar an dem Brustschild gelagert sind.

9. . . Vortriebsschild nach einem der Ansprüche' 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass an dem Brust₌schil.d (12) eine oder mehrere Vorrichtungen zum Lösen und gegebenenfalls Abfördern von Erdreich angeordnet sind,die von' dem drucklosen Sohildräum aus bedienbar sind. · .

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ΙΟ. Vortriebsschild nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet ,dass die Vorrichtung oder die Vorrichtungen zum Lösen von Erdreich an dem Brustschild (12) schwenkbar und längsverschiabbar angeordnet sind,,

11» Vortriebsschild nach Anspruch 9 oder 1C,dadurch ge kennzeichnet,dass die Vorrichtungen zum Lösen von Brdreich mit ihrem beim; !Betrieb des Schildes in einem vor dem Brustschild erzeugten und aufrechterhaltenen Kissen aus thixotroper "Flüssigkeit liegenden Teil in Schutzrohren angeordnet sind.

12o . Vortriebsschild nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet ,dass die Schutzrohre durch die Fördorrohre (2) gebildet sind₀

13e Vortriebsschild nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet ,dass in jedem Schutzrohr eine i^l or der schnecke angeordnet ist,die an ihrem vorderen Ende einen Schneidkopf trägt.

14o Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass an der oberen Schildschneide ein flexibler oder starrer Schutzstreifen (5) oder mehrere solche Schutzstreifen angebracht sind,die nach dam Brustschild (12)zu gerichtet sind und am Schild (1) auf-und abklappbar befestigt sind.

Der PatJHitapwalt: 0 3/0^9^-,,.
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