JP4701859B2 - 覆工体形成用のｒｃセグメント - Google Patents

Description

本発明は、シールド工法などにおいて掘削坑内周部の覆工体として用いられるＲＣセグメントに係わり、特に、周方向に環状に接合して組み立てつつ、逐次に所望のプレストレスを付与していくことが可能なＲＣセグメントに関する。

一般的にシールド工法にあっては、シールド掘進機が通過した後の掘削坑内周部には、セグメントを逐次連結して継ぎ足しながら筒状の覆工体を延長形成していくようになっている。このようなシールド工法に通常用いられるセグメントは、円筒形状に組み上げるために、展開形状が矩形の板状を呈して円弧状に湾曲形成されたものを使用するのが主流となっている。

そして当該セグメントに対しては、相互の結合が容易に行えて自動組み付けによる省力化が図りやすい連結構造を有したものが望まれており、当該連結構造として、セグメントの突き合わせ接合面の対向位置にＣ型の連結金具を埋め込んでおき、これらの両セグメントのＣ型連結金具の開口部に両側端部のフランジが係合するＩ型の連結金具を嵌め込むことによって、セグメント同士の突き合わせ端面を相互に接合させて連結する構造が開発されている。そして、このようなセグメントの連結構造において、Ｃ型とＩ型の両連結金具の双方にテーパ面を形成しておき、Ｉ型連結金具を対をなすＣ型連結金具の開口部に側方から押し込むことで、対をなすＣ型連結金具同士を近接させて、両セグメント同士の接合力をより一層高めるようにしたものが、例えば特開２００３−３７９３号公報（特許文献１）等に開示されている。

ところで、トンネル内に水等の内圧が作用する場合には、覆工体の周方向の軸圧縮力が当該内圧によって減少されてしまうので、遮水性が低下してしまう虞がある。そして、このような軸圧縮力低下の対策としては、セグメントに周方向のプレストレスを作用させることが行われており、この種のプレストレスの導入を可能としたセグメントとして、特開平１１−２１０３９０号公報（特許文献２）に示されているものが公知になっている。

即ち、当該提案のセグメントは、コンクリート製のセグメントの周方向に沿って貫通するアンボンドＰＣ鋼線を設けるとともに、このＰＣ鋼線の両端部に互いにテーパ嵌合可能な一対の雄側と雌側とからなる接合金物を設け、かつこれらの接合金物はセグメントの接合端面に凹設形成した溝部内に配置して構成されたものであり、隣接して突き合わせられる各セグメントのＰＣ鋼線同士を、それらの端部に設けられた雄側接合金物と雌側接合金物とをテーパ嵌合させつつ繋いで、環状に逐次組み立てていくようになっている。
特開２００３−３７９３号公報 特開平１１−２１０３９０号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のセグメントにあっては、ＰＣ鋼線はその両端が共に自由な可動端となっているので、雄側接合金物と雌側接合金物とをテーパ嵌合させる際の反力が得られ難く、よってセグメント同士を相互に所定位置に組み付け完了させたときの上記テーパ嵌合量を充分に確保してＰＣ鋼線に所望の緊張力を生じさせることが困難であった。このため、最終組み付けされる閉合セグメントには、その継手に調整ナットを設けておき、導入するプレストレスの調整管理を行うようにしている。

ところが、このような調整ナットを設けるようにすると、当該ナットを操作するための開口部を形成しなければならなくなり、覆工体の内周面に断面欠損部を生じさせて平滑性を損なわせてしまうことになる。よって、爾後にこの断面欠損部をモルタルで埋める等の二次覆工処理をする必要が生じてしまうという課題があった。

また、最終組み付けされる閉合セグメントのみに調整ナットを設けて締め上げると、ＰＣ鋼線とシース管との摩擦に阻害されて、その締め付け力はＰＣ鋼線の全長に亘って均一には伝わらず、特に閉合セグメントに対面したセグメントの内部に配設されているＰＣ鋼線部分に作用する緊張力が小さくなってしまうことを避けがたい。よって、全周に均一な緊張力を作用させるためには少なくとも二箇所以上の複数箇所に調整ナットを配置しなければならなくなる。これ故、その緊張力の調整管理作業や二次覆工処理に手間が掛かってしまうことになる。

本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的とするところは、隣接接合されるセグメントのＰＣ鋼線同士を連結する接合金物を、所定のリフト量で確実にテーパ係合させてＰＣ鋼線に所望の緊張力を作用させることができ、もって調整ナット等による爾後の緊張力の調整管理が不要で、調整ナット用の断面欠損部を有さないセグメントを用いて、内周面が平滑な覆工体をその全周に亘って形成することができる覆工体形成用のＲＣセグメントを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる構成は、接合端面同士を突き合わせて筒状の覆工体に組立形成するＲＣセグメントであって、周方向に沿って内部に配設された２本のアンボンドＰＣ鋼線と、該各ＰＣ鋼線の両端部に一体的に結合されてそれぞれ該接合端面に露出して設けられ、隣接して付き合わされる該ＲＣセグメントの該ＰＣ鋼線同士を結合させる一対の接合金物とを備え、該接合金物はそのいずれか一方にテーパ面を有してテーパ係合し、かつそのいずれか一方の接合金物は該ＲＣセグメントに一体的に固定されるとともに、他方の接合金物は該ＲＣセグメントから絶縁されていて、該絶縁側接合金物を隣接配置されて突き合わされるＲＣセグメントの固定側接合金物に結合させることで該ＰＣ鋼線を緊張させて該ＲＣセグメントにプレストレスを付与するものであり、該絶縁側接合金物が設けられる該接合端面には、トンネル軸方向に沿って該固定側接合金物の突出部分を挿通するための溝部が形成されていて、該絶縁側接合金物は該溝部内に設けられており、結合する該両ＲＣセグメントをその接合端面同士の端部を突き合わせつつ摺動させて該固定側接合金物を側方から溝部内に挿通させていった時に、相対的に見て該両ＲＣセグメントにとって互いに挿通先行側となる該接合金物同士には、そのいずれにも該テーパ面は形成されておらず、該テーパ面は挿通後行側となる該接合金物同士に形成されている、ことを特徴とする。

ここで、前記請求項１においては、前記固定側と絶縁側とからなる接合金物が、一対の雄側接合金物と雌側接合金物とからなる構成となし得る（請求項２）。

さらに、前記固定側の接合金物がＨ型もしくはＩ型に形成された雄側接合金物でなり、該雄側接合金物はその一方のフランジ部がＲＣセグメントに埋設されて一体的に固定されているとともに、前記絶縁側の接合金物がＣ型に形成された雌側接合金物でなり、該雌側接合金物は前記接合端面に形成された凹部に収納され、該雄側接合金物は該雌側接合金物の開口部に側方から挿通されて該開口部両側の係止片部にフランジ部がテーパ嵌合する構成となし得る（請求項３）。

本発明にかかる覆工体形成用のＲＣセグメントによれば、内部に配設されたアンボンドＰＣ鋼線の両端に設ける接合金物の一方をＲＣセグメントに一体的に固設して固定端とし、他方を絶縁された可動端としているので、２つのＲＣセグメントの接合面同士を突き合わせて繋ぎ合わせる時に、絶縁された可動端の接合金物を固定された固定端の接合金物にテーパ係合させて結合するだけで、当該可動端が結合されたＰＣ鋼線を所定量伸長変位させて所望する緊張力の全量を付与することができ、よって、所定数のＲＣセグメントが環状に繋げられる前の組み立て途中であっても、その緊張力の反力をＲＣセグメントにプレストレスとして付与することができる。

また、接合金物を相互にテーパ係合させて結合するにあたっては、固定側接合金物によって、そのテーパ係合時の反力をしっかりと受けることができ、セグメントを所定の組み付け位置にセットするだけで、接合金物同士を所定のリフト量で確実にテーパ係合させて、ＰＣ鋼線に所望の緊張力を作用させることができる。従って、爾後に、緊張力を調整ナット等によって調整管理する必要が無い。このため、内周面に調整ナット用の断面欠損部を有さないセグメントを用いて、内周面が平滑な覆工体をその全周に亘って形成することができ、二次覆工処理も不要になって、省力化・作業効率化を格段に向上させることができるようになる。
また、両ＲＣセグメントをその接合端面同士の端部を突き合わせつつ摺動させていって、固定側接合金物を側方から溝部内に挿通させていった時に、相対的に見て両ＲＣセグメントにとって互いに挿通先行側となる接合金物同士には、そのいずれにもテーパ面が形成されておらず、当該テーパ面は挿通後行側となる接合金物同士に形成されているので、その先行側接合金物同士は互いに係合せずにすり抜けて通過し、先行側接合金物がその接合対象の相手方である後行側接合金物の部位に達した時点で、当該後行側接合金物に設けられているテーパ面に先行側接合金物を係合させて両ＲＣセグメントにプレストレスを付与することができる。

さらに、前記固定側の接合金物をＨ型もしくはＩ型に形成された雄側接合金物とし、該雄側接合金物はその一方のフランジ部をＲＣセグメントに埋設させて一体的に固定するともに、前記絶縁側の接合金物をＣ型に形成された雌側接合金物とし、該雌側接合金物は前記接合端面に形成された溝部に収納して、該雄側接合金物は該雌側接合金物の開口部に側方から挿通されて該開口部両側の係止片部にフランジ部がテーパ嵌合する構成とすれば、結合部の構造を簡易に構成できるとともに、より容易に雌側接合金物内に雄側接合金物を挿入して係合させることができる。

以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかる覆工体形成用のＲＣセグメントの概略構成図であり、図２〜図４は隣接するＲＣセグメント同士の接合部を厚み方向の断面で示したものであって、図２は接合前の状態を示す図、図３は接合途中の状態を示す図、図４は接合完了状態を示す図である。また、図５は図４中のV−V線矢視断面図、図６は図４中のVI-VI線矢視断面図である。

これらの図において、２は鉄筋コンクリート製のＲＣセグメントである。このＲＣセグメント２は円弧状に湾曲された直方体状を呈し、その展開形状は矩形の版状をなす。そして、所定数のＲＣセグメント２を順次にその周方向の側端部を互いに突き合わせ接合させていくことで、円筒状の覆工体を組立形成するようになっている。

上記ＲＣセグメント２内にはその湾曲した周方向の中立軸に沿って２本のシース管４が埋設されており、このシース管４内にはアンボンドＰＣ鋼線６が挿通配置されて貫通している。そして、このＰＣ鋼線６の両端部には、これに一体的に結合されて接合金物８が設けられている。当該接合金物８は隣接して付き合わされるＲＣセグメント２，２のＰＣ鋼線６，６同士を結合させるためのものであり、対をなして互いに係合し合う雌側接合金物８Ａと雄側接合金物８Ｂとからなる。図示する本実施の形態では、その雌側接合金物８ＡにはＣ型鋼材が使用され、雄側接合金物８ＢにはＨ型鋼材が使用されていて、それぞれ接合端面２ａに露出して設けられている。

更に詳述すると、Ｈ型鋼材からなる雄側接合金物８Ｂはその一方のフランジ部１０がＲＣセグメント２に埋設されて一体的に固定されて固定端となっており、他方のフランジ部１２は所定量だけ接合端面２ａから突出している。また、Ｃ型鋼材からなる雌側接合金物８Ａは接合端面２ａに形成された凹部１４内にＲＣセグメント２から絶縁されて配置されて可動端となっており、かつＣ型鋼材の先端表面は接合端面２ａよりも凹部１４の内方にあって、先端表面と接合端面２ａとの間には所定の隙間λが空いている。また、この絶縁側の接合金物８Ａが設けられる接合端面２ａには、その長手方向（トンネル軸方向）に沿って、雄型接合金物８ＢのＨ型鋼材の突出部分を挿通するための溝部１６が形成されていて、当該Ｈ型鋼材の突出部分は雌側接合金物８ＡのＣ型鋼材の開口部１８に側方から挿入されて両者が結合されるようになっている。

ところで、上記固定側と絶縁側とで対をなす接合金物８（８Ａ，８Ｂ）は、その少なくともいずれか一方にテーパ面を有していて、両接合金物８Ａ，８Ｂはテーパ係合するようになっている。具体的には、本実施の形態では、ＲＣセグメント２の組み付け方向前方側の雄側接合金物８ＢはそのＨ型鋼材にテーパ面は形成されていないが、その接合対象の相手方となる雌側接合金物８Ａには、そのＣ型鋼材の開口部１８両側の係止片部２０の内側にテーパ面２２が形成されている。また、組み付け方向後方側にあっては、雄側接合金物８ＢのＨ型鋼材におけるフランジ部１２の内側にテーパ面２４が形成されていて、その接合対象の相手側となる雌側接合金物８ＡのＣ型鋼材にはテーパ面は形成されていない。

つまり、両ＲＣセグメント２，２をその接合端面２ａ，２ａ同士の端部を突き合わせつつ摺動させていって、Ｈ型鋼材を側方から溝部１６内に挿通させていった時に、相対的に見て両セグメント２，２にとって互いに先行側となるＨ型鋼材とＣ型鋼材とには、そのいずれにもテーパ面が形成されていない構成となしているので、この先行側のＨ型鋼材は同じく先行側のＣ型鋼材に対しては、その内部をすり抜けて通過していくようになっている。 そして、先行側のＨ型鋼材がその接合対象の相手方である後行側のＣ型鋼材部位に達して、その内部に侵入していくとフランジ部１２が後行側のＣ型鋼材の係止片部２０に設けられているテーパ面２２に係合するようになっている。またこれと同時に、後行側のＨ型鋼材も先行側のＣ型鋼材の内部に侵入していき、そのフランジ部１２に設けられたテーパ面２４にＣ型鋼材の係止片部２０が係合するようになっている。よって、両セグメント２，２同士を所定の結合位置で付き合わせた状態になすと、Ｃ型鋼材でなる２つの雌側接合金物８Ａはともに接合端面２ａ側に向けて、テーパ面２２，２４による所定のリフト量分だけ引き寄せられて両ＰＣ鋼線６，６が伸長変形し、当該ＰＣ鋼線６，６に上記リフト量に応じた所望の緊張力が付与されるとともに、その反力がＲＣセグメント２に圧縮力となって作用するようになっている。ここで、上記溝部１６はＨ型鋼材の突出量よりも深く形成されており、凹部１４は溝部１６よりも更に深く形成されていて、Ｈ型鋼材とＣ型鋼材とのテーパ係合時には、Ｃ型鋼材が凹部１４の側壁に当接してその係合反力を得るようになっている。

従って、以上のように構成されるＲＣセグメント２にあっては、その可動端側の接合金物８Ａが配置された接合端面２ａに対して、これに隣接配置されるＲＣセグメント２をその固定側の接合金物８Ｂの配置された接合端面２ａを突き合わせて相互に結合させるだけで、可動側の接合金物８Ａがテーパ面２２，２４による所定のリフト量分だけ移動してＰＣ鋼線６，６が引き延ばされ、当該ＰＣ鋼線６，６に所望値の緊張力が生じるとともに、ＲＣセグメント２に所望値の圧縮力がプレストレスとなって作用することになる。

よって、所定数のＲＣセグメント２，２，…を環状に繋いで円筒状の覆工体に組み立てていくに際し、各ＲＣセグメント２，２，…は、それらが環状に繋げられる前の組み立て途中であっても、各々の可動側接合金物８Ａに対して、その隣りに配置される同一のＲＣセグメント２の固定側連結金物８Ｂが結合されれば、その時点で所望する全量のプレストレスが逐次に導入されていくことになる。このため、組み立て途中であってもプレストレスの全量が導入されることによって、ＲＣセグメント２の耐力は格段に向上し、組み立て途中における自重変位に対する抵抗力を可及的に高めることができるようになる。

また、接合金物８Ａ，８Ｂを相互にテーパ係合させて結合するにあたっては、固定側接合金物８Ｂによって、そのテーパ係合時の反力をしっかりと受けることができ、可動側接合金物８Ａも凹部１４の側壁に当接してその係合反力を得られるので、セグメント２を所定の組み付け位置にセットするだけで、接合金物８Ａ，８Ｂ同士を所定のリフト量で確実にテーパ係合させて、ＰＣ鋼線６に所望の緊張力を作用させることができる。従って、爾後に、緊張力を調整ナット等によって調整管理する必要が無い。このため、内周面に調整ナット用の断面欠損部を有さないセグメントを用いて、内周面が平滑な覆工体をその全周に亘って形成することができ、二次覆工処理も不要になって、省力化・作業効率化を格段に向上させることができるようになる。

図７〜図１０は接合部構造の他の形態を参考例として示す断面図である。これらに図示する参考例の形態では、ＰＣ鋼線６の両端に各々結合される固定側と絶縁側との接合金物８には、ともにＣ型鋼材が用いられていて雌側接合金物８Ａ，８Ｃとなっている。これらの両雌側接合金物８Ａ，８Ｃに対しては、その側方からＨ型鋼材よりなる雄側連結金物９が跨って挿入係合されて両雌側金物８Ａ，８Ｃを結合するようになっている。

上記一方の雌側接合金物８ＡのＣ型鋼材は接合端面２ａに形成された凹部１４内に配置されて、ＲＣセグメント２とは絶縁されて設けられていて、これにより接合端面２ａに向けて移動可能な可動端となっている。また、他方の雌側接合金物８ＣはそのＣ型鋼材の開口部１８の両側に位置した係止片部２０の表面が、接合端面２ａと面一にされてＲＣセグメント２内に一体的に埋設されていて、これにより固定端となっている。そして、その固定をより確実なものとするために、Ｃ型鋼材の両側部には側方に三角形状に突出するアンカー突起２６が一体的に形成されている。

さらに、両接合端面２ａには、その突き合わせ状態で対面する両雌側接合金物８Ａ，８Ｃ内に掛け渡して雄側連結金物９を挿入して係合させるための挿通用の溝部１６がその長手方向に沿って形成されていて、当該挿通用の溝部１６は凹部１４を横断している。

ここで、図７と図８とは結合前と結合後の状態を示しているが、当該参考例の形態では、雄側連結金物９をなすＨ型鋼材のフランジ部１２の内面側にテーパ面２８が形成されていて、この雄側連結金物９を両雌側接合金物８Ａ，８Ｃ内に掛け渡して挿入していくと、そのテーパ面２８に案内されて可動側接合金物８ＡのＣ型鋼材が固定側接合金物８ＣのＣ型鋼材側に近接移動して、そのテーパ面２８によるリフト量に応じた緊張力がＰＣ鋼線６に付与される。そして、その反力として接合端面２ａ，２ａ間に生じる圧縮力がＲＣセグメント２にプレストレスとなって導入される。このとき、固定側接合金物８ＣのＣ型鋼材に繋がるＰＣ鋼線６の他端が未結合の可動状態にあると、当該固定側接合金物８ＣのＣ型鋼材には引き抜き力が作用するが三角形状に突出するアンカー突起２６が抵抗するので固定状態が確実に維持される。また、雄側連結金物９のＨ型鋼材を可動側接合金物８ＡのＣ型鋼材内に挿入させていく際の反力は凹部１４の側壁によって得られる。

また、ＰＣ鋼線６の緊張力を、雄側連結金物９の挿入量に応じて容易にかつ高精度に調節することができるので、爾後に、緊張力を調整ナット等によって調整管理する必要が無い。このため、この場合にあっても、内周面に調整ナット用の断面欠損部を有さないセグメント２を用いて、内周面が平滑な覆工体をその全周に亘って形成することができ、二次覆工処理も不要になって、省力化・作業効率化を格段に向上させることができるようになる。

図９と図１０は上述の図７、図８における参考例の形態の変形例である。この参考変形例が相違する点はテーパ面の形成部位であり、他の点は図７、図８の構成と全く同じであり同一の符合を付してある。図示するように、この参考変形例ではテーパ面３０が固定側及び可動側の接合金物８Ａ，８ＣをなすＣ型鋼材の双方に形成されており、その形成部位は開口部１８の両側方に位置する係止片部２０の内側である。そして、その作用効果は上述した通りである。

また、ＲＣセグメント２に２本のＰＣ鋼線６を設ける場合あっては、連結金物９の挿入方向前方側を図９及び図１０に示された構成とし、挿入方向後方側を図７及び図８に示された構成にすれば、前方側結合用の連結金物９にはテーパ面がなく、後方側結合用の接合金具８Ａ，８Ｃにもテーパ面がないので、当該前方側結合用の連結金物９は後方側結合用の接合金具８Ａ，８Ｃ内をすり抜けていって前方側結合用の接合金物８Ａ，８Ｃに到達してテーパ係合することになり、組立の不都合は生じない。なお、前方側と後方側とに同一の連結構造を採用する場合には、前方側にはその形状を一回り小さくし形成したものを用いると共に、後方側にはその形状を一回り大きく形成したものを用いるようにすることで、上記と同様に前方側結合用の連結金物９が後方側結合用の接合金具８Ａ，８Ｃ内をすり抜けていくように構成することが可能である。また、図示した実施の形態及び参考例の形態では覆工体は円筒状となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、楕円状の筒体、多角形状の筒体、矩形状の筒体等であっても良い。

本発明にかかる覆工体形成用のＲＣセグメントの概略構成図であり、（ａ）は結合前の状態を示し、（ｂ）は結合後の状態を示す。 隣接するＲＣセグメント同士の接合部を厚み方向の断面で示したもので、接合前の状態を示す図である。 同上、接合途中の状態を示す図である。 同上、接合完了状態を示す図である。 図４中のV−V線矢視断面図である。 図４中のVI-VI線矢視断面図である。 接合部構造の他の形態を参考例として示す断面図で、接合前の状態を示す図である。 同上、接合完了状態を示す図である。 接合部構造のさらに他の形態を参考例として示す断面図で、接合前の状態を示す図である。 同上、接合完了状態を示す図である。

符号の説明

２ セグメント
２ａ 突き合わせ接合端面
４ シース管
６ ＰＣ鋼線
８ 接合金物
８Ａ 雌側接合金物（可動側）
８Ｂ 雄側接合金物（固定側）
８Ｃ 雌側接合金物（固定側）
９ 連結金物
１２ フランジ部
１４ 凹部
１６ 溝部
１８ （雌側接合金物）開口部
２０ 係止片部
２２ テーパ面
２４ テーパ面
２６ アンカー突起
２８ テーパ面
３０ テーパ面

Claims (3)

1. 接合端面同士を突き合わせて筒状の覆工体に組立形成するＲＣセグメントであって、
   周方向に沿って内部に配設された２本のアンボンドＰＣ鋼線と、
   該各ＰＣ鋼線の両端部に一体的に結合されてそれぞれ該接合端面に露出して設けられ、隣接して付き合わされる該ＲＣセグメントの該ＰＣ鋼線同士を結合させる一対の接合金物とを備え、
   該接合金物はそのいずれか一方にテーパ面を有してテーパ係合し、かつそのいずれか一方の接合金物は該ＲＣセグメントに一体的に固定されるとともに、他方の接合金物は該ＲＣセグメントから絶縁されていて、該絶縁側接合金物を隣接配置されて突き合わされるＲＣセグメントの固定側接合金物に結合させることで該ＰＣ鋼線を緊張させて該ＲＣセグメントにプレストレスを付与するものであり、
   該絶縁側接合金物が設けられる該接合端面には、トンネル軸方向に沿って該固定側接合金物の突出部分を挿通するための溝部が形成されていて、該絶縁側接合金物は該溝部内に設けられており、
   結合する該両ＲＣセグメントを、その接合端面同士の端部を突き合わせつつ摺動させて該固定側接合金物を側方から溝部内に挿通させていった時に、相対的に見て該両ＲＣセグメントにとって互いに挿通先行側となる該接合金物同士には、そのいずれにも該テーパ面は形成されておらず、該テーパ面は挿通後行側となる該接合金物同士に形成されている、
   ことを特徴とする覆工体形成用のＲＣセグメント。
2. 前記固定側と絶縁側とからなる接合金物が、一対の雄側接合金物と雌側接合金物とからなることを特徴とする請求項１記載の覆工体形成用のＲＣセグメント。
3. 前記固定側の接合金物がＨ型もしくはＩ型に形成された雄側接合金物でなり、該雄側接合金物はその一方のフランジ部がＲＣセグメントに埋設されて一体的に固定されているとともに、前記絶縁側の接合金物がＣ型に形成された雌側接合金物でなり、該雌側接合金物は前記接合端面に形成された凹部に収納され、該雄側接合金物は該雌側接合金物の開口部に側方から挿通されて該開口部両側の係止片部にフランジ部がテーパ嵌合することを特徴とする請求項２記載の覆工体形成用のＲＣセグメント。

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