(57)【要約】      （修正有）【課題】分岐用トンネル構築にあたっては１つのトンネル掘削で行い本線トンネルへの分岐・合流部では複数のトンネルの接合施工を行うことで、接合施工の簡略化、工期の短縮、工費の削減を図ることのできるシールド掘進機及びトンネルの構築方法。【解決手段】所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機１２と、親機から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機１４とを有する親子シールド掘進機であって、親機は、複数の子機収納部３２と、子機収納部以外に配置された駆動源により回転可能にされた複数の親機カッタ１８を有し、各子機は、親機の子機収納部に収納可能とされ、子機内に配置された駆動源により回転可能とされた子機カッタ１０６とを有し、各子機を収納した状態で親機カッタ及び子機カッタの駆動により親子シールド掘進機１０の掘進を可能とし、親子シールド掘進機の掘進停止後に親機の子機収納部より、子機を発進可能とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機と、前記親機シールド掘進機から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機とを有する親子シールド掘進機であって、
前記親機シールド掘進機は、複数の子機収納部と、前記子機収納部以外に配置された駆動源により回転可能にされた複数の親機カッタを有し
前記各子機シールド掘進機は、前記親機シールド掘進機の前記子機収納部に収納可能とされ、前記子機シールド掘進機内に配置された駆動源により回転可能とされた子機カッタとを有し、
前記親機シールド掘進機の子機収納部に各子機シールド掘進機を収納された状態で前記親機カッタ及び子機カッタの駆動により前記親子シールド掘進機の掘進を可能とし、前記親子シールド掘進機の掘進停止後に前記親機シールド掘進機の子機収納部より、前記子機シールド掘進機を発進可能とされていることを特徴とする親子シールド掘進機。
【請求項２】
前記各子機シールド掘進機は、前方に押し出し可能な可動スキンプレート部を有し、前記子機シールド発進時には前記可動スキンプレート部を前方へ押し出し、前記子機シールド掘進機の独立チャンバーを形成可能にされていること特徴とする請求項１記載の親子シールド掘進機。
【請求項３】
前記親機シールド掘進機の子機収納部内面側には、予め各子機シールド掘進機のスキンプレート外面との間をシールするシール材が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の親子シールド掘進機。
【請求項４】
前記親子シールド掘進機の掘進時に、親機カッタが子機カッタよりも前方または後方に配され、互いに干渉しないようにカッタ回転を可能とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の親子シールド掘進機。
【請求項５】
前記親機カッタがスポーク状に形成され、親子シールド掘進機停止時に各子機収納部の位置を避けた位置にスポークを停止可能とされていることを特徴とする請求項４に記載の親子シールド掘進機。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の親機シールド掘進機と子機シールド掘進機を有する親子シールド掘進機を用いたトンネルの構築方法であって、
前記親機シールド掘進機の前記子機収納部内に各子機シールド掘進機を収納した状態で、前記親機カッタ及び子機カッタをそれぞれ駆動させて掘進を行い、親子シールド掘進機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
前記親子シールド掘進機の掘進停止後に、各子機シールド掘進機の子機カッタを駆動させて、子機シールド掘進機を前記子機収納部より発進させて、前記親子シールド掘進機の断面に相応したトンネル断面に引き続き、前記子機シールド掘進機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
を含むことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項７】
前記親子シールド掘進機により構築されるトンネルは、分岐用トンネルとされ、前記子機シールド掘進機により構築されるトンネルは、複数の子機シールド掘進機により構築されるトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、閉断面の内部の地山を掘削しつつ本線トンネルに合流する分岐合流拡幅部として形成されることを特徴とする請求項６に記載のトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの断面を効率的に変形可能な親子シールド掘進機及びトンネルの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下構築物の構築方法として、例えば、ほぼ四角形断面のシールド掘進機により地中に複数のトンネルを掘削形成し、該トンネルを軸線方向に複数並設して無端状に連結・止水して、任意形状の連続構造体を構築した後、この連続構造体の内側を掘削して地下空間を構築することが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６３３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような地下構築物の構築方法にあっては、任意形状の連続構造体を構築することができるため、例えば、本線トンネルに対する分岐用トンネルの分岐・合流部の構築に用いると利点を生かすことができる一方、分岐用トンネルも複数のトンネルを接続して、外殻部を先行構築しなければならないため、分岐用トンネルの距離が長くなればなるほど、工期、工費の面で不利となる。
【０００５】
本発明の目的は、分岐用トンネル構築にあたっては１つのトンネル掘削で行い本線トンネルへの分岐・合流部では複数のトンネルの接合施工を行うことで、接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることのできる親子シールド掘進機及びトンネルの構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の親子シールド掘進機は、所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機と、前記親機シールド掘進機から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機とを有する親子シールド掘進機であって、
前記親機シールド掘進機は、複数の子機収納部と、前記子機収納部以外に配置された駆動源により回転可能にされた複数の親機カッタを有し
前記各子機シールド掘進機は、前記親機シールド掘進機の前記子機収納部に収納可能とされ、前記子機シールド掘進機内に配置された駆動源により回転可能とされた子機カッタとを有し、
前記親機シールド掘進機の子機収納部に各子機シールド掘進機を収納された状態で前記親機カッタ及び子機カッタの駆動により前記親子シールド掘進機の掘進を可能とし、前記親子シールド掘進機の掘進停止後に前記親機シールド掘進機の子機収納部より、前記子機シールド掘進機を発進可能とされていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、親機シールド掘進機に設けた複数の子機収納部内にそれぞれ子機シールド掘進機を収納した親子シールド掘進機により、親機カッタ及び子機カッタを駆動させて１本のトンネルを構築し、適宜の位置で親子シールド掘進機を停止させ、その状態で親機シールド掘進機より子機シールド掘進機を発進させて子機シールド掘進機の子機カッタを駆動させて掘進することで、子機シールド掘進機により、親子シールド掘進機により構築されるトンネルとは異なる変断面のトンネルを構築することができる。
【０００８】
したがって、例えば、親子シールド掘進機により分岐用トンネル部分を構築し、分岐用トンネルが本線トンネルに近づいた状態で親子シールド掘進機を停止させ、そこから複数の子機シールド掘進機を発進させて、各子機シールド掘進機によるトンネル同士を接合しつつ本線トンネルに寄りつかせるようにすることで、分岐・合流部の構築が可能となる。
【０００９】
この場合、分岐用トンネルの距離が長くても、分岐用トンネルは親機シールド掘進機によるトンネルの構築によりなされるため、子機シールド掘進機によるトンネル同士の接続は短い距離ですむため、効率的かつ合理的な施工を行うことができる。
【００１０】
本発明においては、前記各子機シールド掘進機は、前方に押し出し可能な可動スキンプレート部を有し、前記子機シールド発進時には前記可動スキンプレート部を前方へ押し出し、前記子機シールド掘進機の独立チャンバーを形成可能にされるようにすることができる。
【００１１】
このような構成とすることにより、子機シールド掘進機の発進時には可動スキンプレート部を前進させることで、子機シールド掘進機の独立チャンバを容易に確保することができる。
【００１２】
本発明においては、前記親機シールド掘進機の子機収納部内面側には、予め各子機シールド掘進機のスキンプレート外面との間をシールするシール材が配設されるようにすることができる。
【００１３】
このような構成とすることにより、親機シールド掘進機の子機収納部内側面にシール材を設け、このシール材により、確実に子機シールド掘進機のスキンプレートと子機収納部との間をシールすることができる。
【００１４】
本発明においては、前記親子シールド掘進機の掘進時に、親機カッタが子機カッタよりも前方または後方に配され、互いに干渉しないようにカッタ回転を可能とされるようにすることができる。
【００１５】
このような構成とすることにより、親子機両カッタの干渉を防止して、子機シールド掘進機の収納、発進に影響を与えることなく掘進が可能となる。
【００１６】
この場合、前記親機カッタがスポーク状に形成され、親子シールド掘進機停止時に各子機収納部の位置を避けた位置にスポークを停止可能とされるようにすることができる。
【００１７】
このような構成とすることにより、より一層、親子機両カッタの干渉を防止して、子機シールド掘進機の収納、発進に影響を与えることなく掘進が可能となる。
【００１８】
本発明にかかるトンネルの構築方法は、前記いずれかに記載の親機シールド掘進機と子機シールド掘進機を有する親子シールド掘進機を用いたトンネルの構築方法であって、
前記親機シールド掘進機の前記子機収納部内に各子機シールド掘進機を収納した状態で、前記親機カッタ及び子機カッタをそれぞれ駆動させて掘進を行い、親子シールド掘進機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
前記親子シールド掘進機の掘進停止後に、各子機シールド掘進機の子機カッタを駆動させて、子機シールド掘進機を前記子機収納部より発進させて、前記親子シールド掘進機の断面に相応したトンネル断面に引き続き、前記子機シールド掘進機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、親機シールド掘進機の子機収納部内に子機シールド掘進機を収納した状態で、親機カッタ及び子機カッタを駆動させて親子シールド掘進機の掘進を行えば、親機シールド掘進機の断面に相応したトンネルを構築することができ、通常のトンネルの掘進を行うことができる。
【００２０】
また、親子シールド掘進機による掘進を停止し、親機シールド掘進機から子機カッタを駆動させて子機シールド掘進機を発進させることで、子機シールド掘進機による掘進を行うことができることとなる。
【００２１】
この子機シールド掘進機によるトンネルの構築では、複数の分岐トンネルとして構築してもよく、複数のトンネルを連結したものとして構築しても良い。
【００２２】
本発明においては、前記親子シールド掘進機により構築されるトンネルは、分岐用トンネルとされ、前記子機シールド掘進機により構築されるトンネルは、複数の子機シールド掘進機により構築されるトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、閉断面の内部の地山を掘削しつつ本線トンネルに合流する分岐合流拡幅部として形成されるようにすることができる。
【００２３】
このような構成とすることにより、分岐用トンネルの距離が長くても、分岐用トンネルは親機シールド掘進機によるトンネルの構築によりなされるため、子機シールド掘進機によるトンネル同士の接続は短い距離ですみ、効率的かつ合理的な施工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の一実施の形態にかかる親子シールド掘進機の正面図である。
【図２】図１の親子シールド掘進機の縦断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】（１）は親子シールド掘進機掘進時の親機シールド掘進機及び子機シールド掘進機の状態を示す断面図、（２）は子機シールド掘進機の発進時における親機シールド掘進機及び子機シールド掘進機の状態を示す断面図である。
【図５】（１）は子機シールド掘進機の部分拡大縦断面図、（２）はそのシール状態の拡大断面図である。
【図６】分岐用トンネルを本線トンネルに接続させた状態を示す平面図である。
【図７】親子シールド掘進機により分岐用トンネルを構築する状態を示す正面図である。
【図８】図７の状態から分岐・合流部を構築する状態を示す正面図である。
【図９】子機シールド掘進機の発進準備状態を示す縦断面図である。
【図１０】図９の状態から子機シールド掘進機の発進状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図１０は、本発明の一実施の形態にかかる親子シールド掘進機及びトンネルの構築方法を示す図である。
【００２７】
図１〜図５は、本実施の形態において用いる親子シールド掘進機を示す図で、図１はその親子シールド掘進機の正面図、図２はその縦断面図である。
【００２８】
この親子シールド掘進機１０は、所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機１２と、この親機シールド掘進機１２から発進可能にされた複数、例えば５機の子機シールド掘進機１４とを有する。
【００２９】
親機シールド掘進機１２は、円形断面の親機シールド掘進機本体１６の前面に親機カッタ１８を取り付けた隔壁２０を有し、親機カッタ１８の回転駆動によって切羽の掘削が行われるようになっている。
【００３０】
親機カッタ１８は、隔壁２０の中央部及び外周部に複数、例えば、中央部に１つ、外周部に２つ配設されている。
【００３１】
親機シールド掘進機本体１６内には、親機カッタ１８をそれぞれ回転させる駆動減としての駆動モータ２２、シールドジャッキ２４、セグメント組立用のエレクター２６等が配設されている。
【００３２】
親機シールド掘進機本体１６には、親機シールド掘進機本体１６の前部に隔壁２０を貫通して形成された複数、例えば５個の子機収納部３２が親機カッタ１８位置を避けて設けられている。
【００３３】
子機シールド掘進機１４は、親機シールド掘進機１２の各子機収納部３２に収納可能にした子機シールド掘進機本体１０２と、各子機シールド掘進機本体１０２の前部に取り付けられて親機シールド掘進機１２の隔壁２０より前方に配置され、子機シールド掘進機本体１０２内の駆動減である駆動モータ１０４により回転可能にされた子機カッタ１０６とを有している。
【００３４】
また、子機シールド掘進機本体１０２内には、子機カッタ１０６を回転させる駆動モータ１０４の他、シールドジャッキ１１０、セグメント組立用のエレクター１１２等が配設されている。
【００３５】
そして、親機シールド掘進機１２の子機収納部３２に各子機シールド掘進機本体１０２を収納した状態で、親機カッタ１８及び子機カッタ１０６の駆動により親子シールド掘進機１０の掘進を可能にし、親子シールド掘進機１０の掘進停止後に、子機シールド掘進機１４の子機カッタ１０６だけを駆動させることで、図１０に示すように、親機シールド掘進機１２の子機収納部３２内より発進可能にされている。
【００３６】
この場合、各子機用シールド掘進機１４は、子機シールド掘進機本体１０２のスキンプレート１１４が、図４に示すように、可動スキンプレート部１１４Ａ及び固定スキンプレート部１１４Ｂの一部を重合した二重構造とされ、親子シールド掘進機１０の掘進時には、図４（１）に示すように、可動スキンプレート部１１４Ａを後退させて親子シールド掘進機１０のシールドチャンバ２８を確保し、子機シールド掘進機１４の発進時には、図４（２）に示すように、可動スキンプレート部１１４Ａを前進させて子機シールド掘進機１４のシールドチャンバ１１６を確保可能にしている。
【００３７】
このように、子機シールド掘進機本体１０２のスキンプレート１１４を二重構造とし、親子シールド掘進機１０の掘進時には可動スキンプレート部１１４Ａを後退させることで、親子シールド掘進機１０の掘進時におけるシールドチャンバ２８を確保し、かつ、親機カッタ１８による掘削の邪魔にならないようにすることができ、また、子機シールド掘進機１４による掘進を行う場合には可動スキンプレート部１１４Ａを前進させることで、子機シールド掘進機１４掘進用のシールドチャンバ１１６を容易に確保することができることとなる。
【００３８】
この場合、図５（１）及び（２）に示すように、可動スキンプレート部１１４Ａと固定スキンプレート部１１４Ｂとの間には、シール材１１８が配設され、固定スキンプレート部１１４Ｂに対して可動スキンプレート部１１４Ａが移動しても、固定スキンプレート部１１４Ｂと可動スキンプレート部１１４Ａとの間を確実にシールできるようにしている。
【００３９】
また、図５（１）及び（２）に示すように、親機シールド掘進機１２の子機収納部３２の内側面には、予め各子機シールド掘進機本体１０２のスキンプレート１１４の外面との間をシールするシール材１２０を配設することにより、親機シールド掘進機１２の子機収納部３２の内側面に設けたシール材１２０により、確実に子機シールド掘進機本体１０２のスキンプレート１１４の外面との間をシールすることができるようになっている。。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、親子シールド掘進機１０の掘進時に、親機シールド掘進機１２内に子機シールド掘進機１４が収納された状態で、親機カッタ１８が子機カッタ１０６よりも前方または後方に配され、お互いが干渉しないようにカッタ回転可能にされる。
【００４１】
具体的には、本実施の形態においては、親機カッタ１８は子機カッタ１０６よりも後退した位置に配設されるようにすることで、両カッタ１８、１０６の干渉を防止して、子機シールド掘進機の収納、発進に影響を与えることなく掘進が可能となるようにしている。
【００４２】
そしてさらに、親機カッタ１８を、各子機収納部３２の位置を避けることができるスポーク状に形成し、親子シールド掘進機１０を停止し、子機シールド掘進機１４を発進する際には、スポークを子機収納部３２を避けた位置に停止させ、発進した子機シールド掘進機１４と干渉しないようにしている。
【００４３】
なお、子機シールド掘進機本体１０２は、具体的には、図１及び図３に示すように、断面ほぼ台形３つの子機シールド掘進機本体１０２Ａと、断面円形の２つの子機シールド掘進機本体１０２Ｂとからなり、親機シールド掘進機本体１６の子機収納部３２はそれぞれの子機シールド掘進機本体１０２Ａ、１０２Ｂに対応した形状とされている。
【００４４】
断面ほぼ台形の子機シールド掘進機本体１０２Ａには大きな１つの子機カッタ１０６Ａと、小さな２つの子機カッタ１０６Ｂが設けられており、円形の子機シールド掘進機本体１０２Ｂには１つの子機カッタ１０６Ａが設けられている。
【００４５】
また、これら複数の子機シールド掘進機１４は、親機シールド掘進機１２より発進した後、独立して６本の小径のトンネルを構築するようにしてもよく、あるいは、これら５本のトンネルの内の数本を連結して、これよりも若干大きな複数本のトンネルを構築するようにしてもよく、さらには、親子シールド掘進機１０により本線トンネルに向かう分岐用トンネルを構築して、そこから子機シールド掘進機１４による５本のトンネルを１本のトンネルに連結して、分岐用トンネルから本線トンネルに接続する分岐・合流部を構築するようにすることもできる。
【００４６】
特に、分岐用トンネルの距離が長い場合には、分岐用トンネルは親子シールド掘進機１０にて通常の円形シールド掘進機によりトンネルを構築する場合と同様の工程で構築できるため、子機シールド掘進機により各トンネルの接続作業に要する時間、コストを削減して効率的、かつ、合理的な施工を行うことが可能となる。
【００４７】
また、子機シールド掘進機１４は、３台が台形状をしているため、複数のトンネルの接続幅を小さくして効率よく連結を行うことができる。
【００４８】
次に、前述のような親子シールド掘進機１０を用いて、分岐用トンネルと本線トンネルへの分岐・合流部とを構築するトンネルの構築方法について、図６〜図１０を参照して説明する。
【００４９】
図６は、分岐用トンネルから分岐・合流部を経て本線トンネルに接続する状態を示す平面図である。
【００５０】
このトンネルの構築方法では、まず、本線トンネル用のシールド掘進機（図示せず）により本線トンネル４６を掘削形成する。
【００５１】
次いで、本線トンネル４６から所定間隔離れた位置で本線トンネル４６に沿って分岐用トンネル４８を掘削形成する。
【００５２】
この分岐用トンネル４８の掘削形成に際しては、図７に示すように、親機シールド掘進機１２の子機収納部３２内に、複数の子機シールド掘進機本体１０２を収納した状態で、親機シールド掘進機本体１６内の駆動モータ２２及び子機シールド掘進機本体１０２内の駆動モータ１０４にて親機カッタ１８及び子機カッタ１０６を回転させることで親子シールド掘進機１０の掘進を行う。
【００５３】
この場合、図４（１）に示すように、子機シールド掘進機１４の可動スキンプレート部１１４Ａを後退させて親子シールド掘進機１０のシールドチャンバ２８を形成して掘進を行う。
【００５４】
この掘進状態で掘進を行いつつ、分岐用トンネル４８を可能な限り本線トンネル４６に近接させる。
【００５５】
このように分岐用トンネルを親子シールド掘進機１０により構築することにより、分岐用トンネル４８の距離が長い場合でも、複数のトンネルの接続や複数のトンネルに囲まれた地山の掘削を行うことなく、通常の円形シールド掘進機と同様の掘進作業で行うことができ、短時間、かつ、効率よく分岐用トンネル４８を構築することができる。
【００５６】
次に、分岐用トンネル４８が本線トンネル４６に接近した状態で、親子シールド掘進機１０の掘進を停止して、親機シールド掘進機１２より複数の子機シールド掘進機１４を発進させて、図８にも示すように、分岐用トンネル４８から本線トンネル４６に向けて合流・拡幅部５０を構築する。
【００５７】
次に、図９に示すように、子機シールド掘進機１４の発進の準備を行う。
【００５８】
この場合、図４（２）に示すように、子機シールド掘進機１４の可動スキンプレート部１１４Ａを前方に移動させて子機シールド掘進機１４のシールドチャンバ１１６を形成して発進可能にする。
【００５９】
そして、図１０に示すように、子機シールド掘進機１４の発進を行う。
【００６０】
このようにして、複数の子機シールド掘進機１４を親機シールド掘進機１２より発進させるようにしている。
【００６１】
各子機収納部３２より発進した複数の子機シールド掘進機１４は、図８に示すように、所定の間隔で本線トンネル４６に寄りつきつつ、各トンネル６０間を接合して、外殻躯体部６２を構築した後、外殻躯体部６２により囲まれた内部の土砂を掘削、搬出することで、分岐・合流部５０を完成させるようになっている。
【００６２】
このように、複数のトンネル６０を接合しながら本線トンネル４６に合流させることで、本線トンネル４６の形状に沿って分岐・合流部５０を確実に形成できることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００６４】
例えば、前記実施の形態では、親機シールド掘進機及び子機シールド掘進機を断面円形のシールド掘進機を中心にしたものについて説明したが、この例に限らず、方形状、多角形状のものを中心にしたものとすることも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  親子シールド掘進機
１２  親機シールド掘進機
１４  子機シールド掘進機
１６  親機シールド掘進機本体
１８  親機カッタ
２０  隔壁
２８、１１６  シールドチャンバ
３２  子機収納部
３６  子機シールド掘進機本体
４６  本線トンネル
４８  分岐用トンネル
５０  分岐・合流部
１０２  子機シールド掘進機本体
１０６  子機カッタ
１１４  スキンプレート
１１４Ａ  可動スキンプレート部
１１８、１２０  シール材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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