JP4254569B2 - シールドトンネルの拡幅方法 - Google Patents

Description

この発明は、シールドトンネルの拡幅方法に関し、特に、トンネルの内部から拡幅部を構築する方法に関するものである。

道路トンネルに非常用の駐車帯を設ける場合などには、シールドトンネルの断面形状を一部変更して、シールドトンネルの側方に拡幅部を設けている。このような拡幅部の形成方法としては、拡幅部の形成予定個所の周辺の地盤改良を行い、坑内からセグメントを１ピースごとに解体して、きり広げるか、あるいは、開削作業により、中間立坑を構築して、別のシールド機を投入するなどにより行っていた。

ところが、このような拡幅方法では、都市部においては、地上占用が難しいため、地盤改良や開削作業を行うことが困難な状況にある。そこで、例えば、特許文献１には、セグメントの一部に、トンネル径方向に向かって圧入自在な拡幅用セグメントを組み込んでおき、この拡幅用セグメントをトンネルの内部から押出すことにより拡幅部を形成する方法が提案されている。しかしながら、このような従来の拡幅方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
特公昭６１−４５０３５号公報

すなわち、上記特許文献１に開示されている拡幅方法では、拡幅用セグメントを１リング毎に、個別に押出す方法なので、施工能率が低い。また、例えば、海底下に構築されたシールドトンネルの場合などでは、拡幅部の止水性も確保する必要があるが、この場合に、拡幅用セグメントを個別に押出す方法では、隣接するセグメントを順次押出すと、セグメント間同士での止水性の確保が非常に難しくなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ピース間同士での止水性を確保する必要がなく、しかも、施工能率の向上も図ることができるシールドトンネルの拡幅方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機で掘削した掘削面に、セグメントを環状に組立ててシールドトンネルを構築する際に、前記セグメントの拡幅部の形成予定個所に対応する個所に、予めトンネル径方向に推進可能な拡幅用セグメントを組み込んでおき、前記シールドトンネルを構築した後に、その内部側から前記拡幅用セグメントを地山側に向けて推進させて、前記シールドトンネルの側方に拡幅部を形成する方法において、前記拡幅用セグメントは、複数を前記シールドトンネルのトンネル軸方向に相互に隣接するように配置して、前記拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック体とされ、前記地山側に推進させる際に、前記拡幅ブロック体全体を一度に推進移動させるようにした。

このように構成したシールドトンネルの拡幅方法によれば、拡幅用セグメントは、複数をシールドトンネルのトンネル軸方向に相互に隣接するように配置して、拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック体とされ、地山側に推進させる際に、拡幅ブロック体全体を一度に推進移動させるので、１ピース毎に移動させる場合よりも施工能率が向上するとともに、拡幅ブロック体を構成する各拡幅用セグメント間の止水性を確保する必要がなくなる。

前記セグメントは、その内面側に、前記拡幅用セグメントの上下端に隣接するブラケットをそれぞれ備え、前記拡幅ブロック体を推進移動させた後に、前記ブラケットに、トンネル軸方向に貫通するＰＣ鋼線を設置して、プレストレスを導入することができる。

前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、当該拡幅ブロック体の後端側に、前記拡幅ブロック体と外形が同形状の函体を挿入設置して、前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させることができる。

前記函体には、閉塞するようにして内外を隔成する隔壁状のシールを設けることができる。

前記ブラケットには、前記拡幅ブロック体の外周面、または、前記函体の外周面に周回摺接するエントランスパッキンを設けることができる。

前記拡幅用セグメントには、内部に設けられるゲートバルブにより開閉される複数の排土口が設けられ、前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、軟弱粘性土を前記排土口から内部に取り込んで排出することができる。

前記拡幅用セグメントには、外部に開口した複数の排土口が設けられ、内部に出没自在に挿入設置されたスクリューオーガーを備えた筒体を、ゲートバルブを介して、前記排土口に連通設置し、前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、前記排土口から外方に突出させた前記スクリューオーガーにより礫含有地盤を内部に取り込んで排出することができる。

前記拡幅用セグメントの外周面には、上下方向に延設された凹状のスリットを複数設け、前記スリットの一端にゲートバルブを介して連通する送泥管と、前記スリットの他端にゲートバルブを介して連通する排泥管とをそれぞれ設置し、前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、前記送泥管から水を前記スリットに供給し、この水と共に前記スリットを流下する砂質土を前記排泥管から取り込んで排出することができる。

本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法によれば、拡幅用セグメント間同士の止水性確保が不要になり、施工能率の向上も図れる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図７は、本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法の第１実施例を示している。これらの図に示したトンネルの拡幅方法は、シールド掘進機（図示省略）で掘削した掘削面に、セグメント１０を環状に組立てて設置する際に適用される。

この場合、拡幅部の形成予定個所に対応するセグメント１０には、予め、トンネル径方向に推進可能な拡幅用セグメント１２が組み込まれる。本実施例の場合、拡幅用セグメント１２は、図３に断面を示すように、ほぼ円環状に組立てられたセグメント１０の側面側の一部に設けられた曲板状のものであって、平面形状が矩形になるように形成されている。

各拡幅セグメント１２には、図６に示すように、セグメント１０との間の接合端面の外周を周回するシールパッキン１４が設けられている。拡幅部は、シールドトンネルを構築した後に、トンネルの内部から拡幅用セグメント１２をトンネル径方向の地山側に向けて推進させて、トンネルの側方に形成される。

このような拡幅方法の基本的な構成は、従来のこの種の方法と同じであるが、本実施例の場合には、以下の点に顕著な特徴がある。すなわち、まず、本実施例の場合には、拡幅用セグメント１２は、複数をトンネル軸方向に、相互に隣接するように配置して、図７にその平面形状を示すように、拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック体１６とされる。

このように構成した拡幅ブロック体１６は、地山側に推進させる際に、全体が一度に推進移動させられる。このような推進移動を可能にするために、本実施例の場合には、以下の工夫を施している。

すなわち、まず、各拡幅セグメント１２の背面側には、枠状の圧力受け部材１８が固設されている。また、セグメント１０の内面側には、各拡幅セグメント１２の上下端に隣接して、一対のブラケット２０が固設されている。

各ブラケット２０は、トンネル軸方向に沿って延設され、拡幅セグメント１２の全幅に対応する長さを備え、貫通孔２２が設けられている。拡幅ブロック体１６を地山側に推進移動させる推進機構部２３は、推進ジャッキ２４を備えている。

推進ジャッキ２４は、伸縮プランジャが各拡幅セグメント１２に固設された圧力受け部材１８の中心に位置するように、トンネル軸方向に沿って複数配置されている。各推進ジャッキ２４は、トンネルの中心軸上に固定された支持柱２５に取り付け支持されている。

支持柱２５の上下端は、セグメント１０にの内面に固定されている。また、セグメント１０には、ブラケット２０に対向するように、一対の補助ブラケット２６が設けられ、支持柱２５と各ブラケット２０，２６との間には、４本の反力梁２８が設置されている。また、支持柱２５の中央部にあって、拡幅セグメント１２と対向する位置には、背面側のセグメント１０の内面に当接する反力受け部材３０が設けられている。

以上のように構成した推進移動機構２３では、各推進ジャッキ２４を伸長させて、拡幅ブロック体１６をトンネル軸方向の地山側に向けて推進させる。この際に、本実施例の場合には、図４に示すように、圧力受け部材１８と推進ジャッキ２４との間には、函体３２が挿入設置される。

この函体３２は、拡幅ブロック体１６の後端側に介装され、拡幅ブロック体１６と同じ長さおよび幅を備え外形が同形で内部が中空な筒体であって、トンネル軸方向に沿った適宜個所に、仕切り壁が設けられていて、形成しようとする拡幅部の幅に応じて、同一構成のものを複数設置することなどにより、トンネル径方向の長さを調整することができる。

函体３２を設置して、各推進ジャッキ２４を伸長させると、拡幅ブロック体１６が、トンネル径方向の地山に向けて推進移動することになる。この場合、本実施例は、地盤が軟弱な粘性土の場合に好適に採用される方法であって、拡幅用セグメント１２には、図２および図３に示す排土口３４が設けられている。

これらの図に示した排土口３４は、各拡幅セグメント１２を貫通する孔であって、各拡幅セグメント１２に複数ずつ設けられていて、内部側には、両端にゲートバルブ３６を備えた配管３８がそれぞれ接続されている。

このような排土口３４を有する拡幅セグメント１２を、軟弱な粘性土地盤に向けて推進移動させると、これに伴って、各排土口３４から粘性土がセグメント１２の内部に取り込まれるので、ゲートバルブ３６を開放させて、軟弱粘性土をベルトコンベア３７などを介して、外部に排出することができる。

また、本実施例の場合、拡幅ブロック体１６の止水性は、図６に示す構成により確保されている。シールパッキン１４は、水膨張性のゴムなどで構成され、２条が平行になるように配置されており、一方は、拡幅用セグメント１２とセグメント１０との間の接合端面の外周を周回するように配置されている。他方は、圧力受け部材１８の外周面を周回するように設けられている。

セグメント１０の端面とブラケット２０の下面との間には、図６（Ａ）に示すように、低摩擦材３８が固設されている。この低摩擦材３８は、シールパッキン１４に当接して、拡幅ブロック１６の推進移動を容易にするために設けられている。

なお、このような低摩擦材３８は、図６（Ａ）に示した個所以外に、各拡幅用セグメント１２に設置されたシールパッキン１４に接触するセグメント１０側の部位に配置されている。

また、函体３２の後端側には、これを閉塞するようにして、内外を隔成する隔壁状のシール４０が設けられている。さらに、圧力受け部材１８の後端面と函体３２の外周面には、端面ないしは外周面に沿って周回する第１および第２シールパッキン４２，４４が、それぞれ複数条ずつ設けられている。これらのシールパッキン４２，４４は、例えば、水膨張性のゴム材などで構成されている。

第１シールパッキン４２は、函体３２を圧力受け部材１８との間に設置すると、これらの接合面に介在して、止水性を確保する。またさらに、ブラケット２０には、拡幅ブロック体１６の外周面、または、函体３２の外周面に摺接するエントランスパッキン４６が設けられている。このエントランスパッキン４６は、ゴムなどの弾性体を圧縮空気などにより拡径させてものであって、拡幅ブロック体１６ないしは函体３２の外周面に沿って、これを周回するように設けられている。

以上のように構成された止水構造における止水機能を拡幅ブロック体１６の推進移動の各過程で説明すると、まず、図６（Ａ）に示すように、拡幅ブロック体１６の推進移動前においては、各拡幅用セグメント１２の端面外周に周回設置されたシールパッキン１４が、低摩擦材３８に圧接することに、止水性が確保される。

また、この際に、本実施例の場合には、エントランスパッキン４６が、圧力受け部材１８の外周面に摺接することにより確保される。さらに、排出口３４が設けられた拡幅セグメント１２の内部は、壁状のシール４０により止水性が確保されている。

この状態で、推進ジャッキ２４の伸長により、推進ブロック体１６がトンネル径方向に推進移動され、図６（Ｂ）に示す状態になると、各拡幅セグメント１２の端面に設けられていたシールパッキン１４は、セグメント１０の端面から離間して、前方に移動するので、止水機能が喪失される。

ところが、この状態においては、エントランスパッキン４６が函体３２の外周面に摺接し、かつ、第１シールパッキン４２が、函体３２と圧力受け部材１８との間に介装されているので、これらにより止水性が確保される。

さらに推進ジャッキ２４を伸長させて、推進ブロック体１６をトンネル径方向に推進移動させて、図６（Ｃ）に示す状態になると、エントランスパッキン４６が函体３２の外周面に摺接し、かつ、第２シールパッキン４４が低摩擦材３８に当接し、さらに、第１シールパッキン４２が、函体３２と圧力受け部材１８との間に介装されているので、これらにより止水性が確保される。

つまり、本実施例の場合には、拡幅ブロック体１６をトンネル径方向の地山側に向けて推進する前から、推進終了までの全区間において、止水性を確保することができる。

また、本実施例の場合には、拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック１６をトンネル径方向に推進移動させても、トンネル形状の安定が図れるようになっている。すなわち、拡幅ブロック体１６を推進移動させると、図４に示すように、トンネルの上下方向に加えられる圧縮力に対しては、トンネルの軸心上に設置された支持柱２５で対抗する。また、拡幅ブロック１６を推進移動させた際に、開口部を広げようとする引張力に対しては、４本の反力梁２８により対抗させ、これらによりトンネルの安定性を確保する。

そして、拡幅ブロック体１６が完全に推進移動させられた後には、図５に示すように、圧力受け部材１８と函体３２の内面の上下に、補強桁４８を複数隣接するように設置するとともに、ブラケット２０の貫通孔２２内にＰＣ鋼線４９を設置して、ＰＣ鋼線４９に緊張力を導入して、その両端をセグメント１０に固定して、ブラケット２０にプレストレスを導入する。

このようにして、補強桁４８とＰＣ鋼線４９とを設置すると、拡幅ブロック体１６を推進移動させた後の、セグメント１０の開口部分が、垂れ下がったり、あるいは、盛り上がって、形状が変形するという不都合が回避され、トンネルの恒久的な安定性が確保されるので、支持柱２５や反力梁２８を撤去することが可能になり、これらを撤去すると拡幅工事が終了する。

さて、以上のように構成したシールドトンネルの拡幅方法によれば、拡幅用セグメント１２は、複数をシールドトンネルのトンネル軸方向に相互に隣接するように配置して、拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック体１６とされ、地山側に推進させる際に、拡幅ブロック体１６を一度に推進移動させるので、１ピース毎に移動させる場合よりも施工能率が向上するとともに、拡幅ブロック体１６を構成する各拡幅用セグメント１２間の止水性を確保する必要がなくなる。

図８から図１１は、本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法の第２実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。

これらの図に示した実施例では、上記実施例と同様に、セグメント１０ａには、拡幅用セグメント１２ａが設けられ、複数の拡幅用セグメント１２ａで拡幅部の全長となる拡幅ブロック体１６ａを構成し、これを１度に推進移動させ、推進移動させる際の推進ジャッキ２４などの構成は、図１ないしは図３に示したものと同じである。

また、各拡幅用セグメント１２ａの背面側には、枠状の圧力受け部材１８ａが固設され、函体３２ａも設置される。本実施例の場合には、礫含有地盤に好適に用いられるものであって、拡幅用セグメント１２ａには、外部に開口した複数の排土口５０が設けられている。この排土口５０は、第１実施例と同様に、各拡幅用セグメント１２ａに対して複数貫通形成されている。

各排土口５０には、セグメント１０ａの組立時は、図９に示すように、第１ゲートバルブ５２が設けられた筒体５４が接続され、第１ゲートバルブ５２は、閉塞されている。

そして、拡幅ブロック体１６ａをトンネル径方向の地山側に向けて推進移動させる前の待機時には、筒体５４の後端に、図１０に示すように、内部に出没自在に挿入設置されたスクリューオーガー５６を備えた延長筒体５８が接続される。延長筒体５８の後端は、閉塞され、この後端近傍に第２ゲートバルブ５９が設けられ、このゲートバルブ５９は、閉塞されている。

拡幅ブロック体１６ａを地山側に推進移動させる際には、図１１に示すように、第１ゲートバルブ５２を開放させて、排土口５０から外方にスクリューオーガー５６を突出させて、スクリューオーガー５６を回転駆動することにより、地盤を掘削する。

スクリューオーガー５６により掘削された土砂は、筒体５４，５８内を後端方向に移動し、第２ゲートバルブ５９を開放することにより、ベルトコンベア３７を介して、外部に排出される。

拡幅ブロック体１６ａが推進移動されると、上記実施例と同様に、補強桁４８とＰＣ鋼線４９とが設置され、支持柱２５などを撤去して、拡幅工事が終了する。このように構成した第２実施例においても、上記実施例と同等作用効果が得られる。

図１２は、本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法の第３実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。

この図に示した実施例は、上記第２実施例の変形例であって、特に、排土口５０に地山側から裏込め材が流入した場合などに有効となる。すなわち、排土口５０に裏込め材が流入して、これが硬化すると、スクリューオーガー５６を外部に突出することが困難になる。

そこで、本実施例の場合、スクリューオーガー５６の先端に、掘削ビット５６ａを固設しておき、この掘削ビット５６ａにより、硬化した裏込め材などを切削するようにした。

このような構成によれば、排土口５０が裏込め材などにより閉塞している場合でも、拡幅工事を容易に行うことができる。なお、図１２に符号５６ｂで示した部材は、スクリューオーガー５６の駆動用モータである。

図１３から図１５は、本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法の第４実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。

これらの図に示した実施例では、上記実施例と同様に、セグメント１０ｂには、拡幅用セグメント１２ｂが設けられ、複数の拡幅用セグメント１２ｂで拡幅部の全長となる拡幅ブロック体１６ｂを構成し、これを１度に推進移動させ、推進移動させる際の推進ジャッキ２４などの構成は、図１ないしは図３に示したものと同じである。

また、各拡幅用セグメント１２ｂの背面側には、枠状の圧力受け部材１８ｂが固設され、函体３２ｂも設置される。本実施例の場合には、砂質土地盤に好適に用いられるものであって、拡幅用セグメント１２ｂには、外周面に、上下方向に延設された凹状のスリット６０が複数設けられている。

本実施例の場合、スリット６０は、拡幅用セグメント１２ｂの上下方向を３分割するようにして、２本が平行に配置されている。各スリット６０の上端には、第１ゲートバルブ６２を介して送泥管６４が連通され、各スリット６０の下端には、第２ゲートバルブ６６を介して排泥管６８が連通設置されている。なお、第１および第２ゲートバルブ６２，６６は、各送泥管６４および排泥管６８の両端に設けられている。

各スリット６０と送泥管６４ないしは排泥管６８との間の接続部分には、図１５に示す栓体７０が介装されていて、拡幅ブロック体１６を推進移動させる前には、この栓体７０によりこれらの間の連通が阻止されている。

そして、拡幅ブロック体１６を地山側に推進移動させる際には、栓体７０を図１５の矢印方向に移動させるとともに、ゲートバルブ６２，６６を開放させて、各スリット６０と送泥管６４ないしは排泥管６８との間の連通を確保し、送泥管６４から水をスリット６０に供給し、この水と共にスリット６０を流下する砂質土を排泥管６８から取り込んで外部に排出する。

以上のように構成した拡幅方法においても上記各実施例と同等の作用効果が得られる。

本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法によれば、止水性の確保が簡単になり、施工能率も向上するので、道路トンネルの非常用駐車帯を設ける場合などに有効に活用することができる。

本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における拡幅ブロック体の推進移動前の断面説明図である。 図１の矢印Ａ方向の説明図である。 図２の断面図である。 図１に示した状態から拡幅ブロック体を推進移動させた際に、トンネルに加わる作用力の説明図である。 図１に示した工程から拡幅ブロック体の推進移動を完了した状態の説明図である。 本発明にかかる拡幅方法において、拡幅ブロック体を推進移動させる前後および途中の止水構造の説明図である。 図５の正面図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第２実施例の拡幅ブロック体の正面図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第２実施例のセグメント組立時の断面図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第２実施例の拡幅ブロック体の推進移動待機時の断面図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第２実施例の拡幅ブロック体の推進移動時の断面図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第３実施例の要部説明図である。 本発明にかかるシールドトンネルの拡幅方法における第４実施例の拡幅ブロック体の正面図である。 図１３の断面図である。 図１３に示した第４実施例の要部説明図である。

符号の説明

１０ セグメント
１２ 拡幅用セグメント
１４ シールパッキン
１６ 拡幅ブロック体
１８ 圧力受け部材
２０ ブラケット
２２ 貫通孔
２４ 推進ジャッキ
３０ 反力受け部材

Claims (8)

1. シールド掘進機で掘削した掘削面に、セグメントを環状に組立ててシールドトンネルを構築する際に、
   前記セグメントの拡幅部の形成予定個所に対応する個所に、予めトンネル径方向に推進可能な拡幅用セグメントを組み込んでおき、
   前記シールドトンネルを構築した後に、その内部側から前記拡幅用セグメントを地山側に向けて推進させて、前記シールドトンネルの側方に拡幅部を形成する方法において、
   前記拡幅用セグメントは、複数を前記シールドトンネルのトンネル軸方向に相互に隣接するように配置して、前記拡幅部の全長を構成する拡幅ブロック体とされ、
   前記地山側に推進させる際に、前記拡幅ブロック体全体を一度に推進移動させることを特徴とするシールドトンネルの拡幅方法。
2. 前記セグメントは、その内面側に、前記拡幅用セグメントの上下端に隣接するブラケットをそれぞれ備え、前記拡幅ブロック体を推進移動させた後に、前記ブラケットにトンネル軸方向に貫通するＰＣ鋼線を設置して、プレストレスを導入することを特徴とする請求項１記載のシールドトンネルの拡幅方法。
3. 前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、当該拡幅ブロック体の後端側に、前記拡幅ブロック体と外形が同形状の函体を挿入設置して、前記拡幅ブロック体を推進移動させることを特徴とする請求項１または２記載のシールドトンネルの拡幅方法。
4. 前記函体には、閉塞するようにして内外を隔成する隔壁状のシールを設けることを特徴とする請求項３記載のシールドトンネルの拡幅方法。
5. 前記ブラケットには、前記拡幅ブロック体の外周面、または、前記函体の外周面に周回摺接するエントランスパッキンを設けることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載のシールドトンネルの拡幅方法。
6. 前記拡幅用セグメントには、内部に設けられるゲートバルブにより開閉される複数の排土口が設けられ、
   前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、軟弱粘性土を前記排土口から内部に取り込んで排出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のシールドトンネルの拡幅方法。
7. 前記拡幅用セグメントには、外部に開口した複数の排土口が設けられ、内部に出没自在に挿入設置されたスクリューオーガーを備えた筒体を、ゲートバルブを介して、前記排土口に連通設置し、
   前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、前記排土口から外方に突出させた前記スクリューオーガーにより礫含有地盤を内部に取り込んで排出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のシールドトンネルの拡幅方法。
8. 前記拡幅用セグメントの外周面には、上下方向に延設された凹状のスリットを複数設け、前記スリットの一端にゲートバルブを介して連通する送泥管と、前記スリットの他端にゲートバルブを介して連通する排泥管とをそれぞれ設置し、
   前記拡幅ブロック体を地山側に推進移動させる際に、前記ゲートバルブを開放させて、前記送泥管から水を前記スリットに供給し、この水と共に前記スリットを流下する砂質土を前記排泥管から取り込んで排出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のシールドトンネルの拡幅方法。

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