(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外歯を有する内輪と、内歯を有して該内輪に対して同軸中心を持って旋回自在に支持された外輪と、前記外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有して前記内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持された案内台車と、中間部が該案内台車に折り返し支持されて一端部が前記内輪の外周面に沿って付設されてから連結される一方、他端部が前記外輪の内周面に沿って付設されてから連結されたケーブルベアとを具えたことを特徴とするケーブルガイド装置。
【請求項２】
トンネル内に搬入された覆工材を保持してトンネル内壁面に組付けるエレクタ装置において、外歯を有して装置本体に固定された内輪と、内歯を有して該内輪に対して同軸中心を持って旋回自在に支持された外輪と、該外輪を旋回駆動する旋回駆動手段と、前記外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有して前記内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持された案内台車と、中間部が該案内台車に折り返し支持されて一端部が前記内輪の外周面に沿って付設されてから連結される一方、他端部が前記外輪の内周面に沿って付設されてから連結されたケーブルベアとからなるケーブルガイド装置と、前記外輪にトンネルの径方向及び長手方向に移動自在に支持されて前記覆工材を保持可能なグリッパと、該グリッパを駆動するグリッパ駆動手段と、前記ケーブルベアに内蔵されて一端部が前記装置本体の駆動源に接続される一方、他端部が前記グリッパ駆動手段に接続された駆動力伝達ケーブルとを具えたことを特徴とするエレクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内輪とこの内輪に対して旋回自在に支持された外輪との間に付設されたケーブルを支持するケーブルガイド装置、並びに、このケーブルガイド装置を用いたエレクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５にエレクタ装置に適用される従来のケーブルガイド装置の正面視、図６に従来のケーブルガイド装置の側面視、図７に従来のケーブルガイド装置の動作を表す概略を示す。
【０００３】
トンネル掘削機は、円筒形状のスキンプレートの前部にカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドは油圧式のカッタ旋回モータによって駆動回転可能となっている。一方、スキンプレートの後部外周辺には円周方向に複数のシールドジャッキが並設されており、このシールドジャッキをトンネル内の組付けられたセグメントに押し付けることで、その反力によりスキンプレートを前進することができる。また、スキンプレートの後部中央にはセグメントエレクタが設けられており、このセグメントエレクタはトンネル内に搬入されたセグメントをトンネル内壁面に組付けることができる。
【０００４】
このセグメントエレクタは、トンネル内に搬入された覆工材セグメントを保持してトンネル内壁面の所定の位置に組付けるものであって、旋回自在に支持された旋回リングに、セグメントを保持可能なグリッパがトンネルの径方向及び長手方向に移動自在に支持されている。この場合、グリッパは油圧式あるいは電動式であって、駆動力が外部から伝達されるようになっており、グリッパにはケーブルガイド装置によって駆動ケーブルが配索されている。
【０００５】
この従来のケーブルガイド装置おいて、図５及び図６に示すように、スキンプレート001の下部には取付ブラケット002によってケーブルリール003が装着されており、このケーブルリール003には、例えば、電気ケーブル004の一端部が巻き取られ、図示しない駆動源に接続されている。また、このスキンプレート001には旋回リング005が回転自在に支持されており、この旋回リング005には図示しないセグメントを保持可能なグリッパが装着されている。そして、ケーブルリール003から送り出された電気ケーブル004の他端部は、スキンプレート001に取付けられた複数のガイドローラ006に支持されながら旋回リング005側に導かれ、グリッパの駆動源（電動モータ等）に連結されている。
【０００６】
従って、このケーブルガイド装置において、通常は、図７(ａ)に示すような状態となっており、ケーブルリール003から送り出された電気ケーブル004の他端部とグリッパの駆動源との連結部004aは所定位置にある。この状態からグリッパが支持された旋回リング005が時計回り方向に回転すると、図７(ｂ)に示すように、電気ケーブル004はケーブルリール003に巻き取られ、連結部004aは限界位置まで移動することができる。また、グリッパが支持された旋回リング005が反時計回り方向に回転すると、図７(ｃ)に示すように、電気ケーブル004はケーブルリール003から更に送り出され、連結部004aは限界位置まで移動することができる。このようにセグメントの組付時、グリッパの移動に伴って電気ケーブル004がケーブルリール003へ収納、送出しされることで、この電気ケーブル004は弛むことなく、適切に保持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動源からグリッパへ伝達する駆動力は電力や油圧などがあり、その駆動力の供給先も旋回リング005を旋回させる電動モータやグリッパを移動する複数の油圧シリンダがあり、配索されるケーブルも電気ケーブルや油圧ケーブルなど複数本となってしまう。前述した従来のケーブルガイド装置にあっては、電気ケーブル004をケーブルリール003に巻き取って収納しており、必要時に送出して使用していた。この場合、多数のケーブルを１つのケーブルリール003に巻取ると、所定の巻取量を確保する必要からこのケーブルリール003を小型化するが、ケーブルリール003の径が小さくなると巻取るケーブルに作用する曲げ応力が高くなり、ケーブルの耐久性が低下してしまう。また、ケーブルの種類や数に応じてケーブルリール003を増加すると、その分だけガイドローラ006も多数必要となり、装置自体が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の小型化及び信頼性の向上を図ったケーブルガイド装置及びエレクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明のケーブルガイド装置は、外歯を有する内輪と、内歯を有して該内輪に対して同軸中心を持って旋回自在に支持された外輪と、前記外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有して前記内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持された案内台車と、中間部が該案内台車に折り返し支持されて一端部が前記内輪の外周面に沿って付設されてから連結される一方、他端部が前記外輪の内周面に沿って付設されてから連結されたケーブルベアとを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のエレクタ装置は、トンネル内に搬入された覆工材を保持してトンネル内壁面に組付けるエレクタ装置において、外歯を有して装置本体に固定された内輪と、内歯を有して該内輪に対して同軸中心を持って旋回自在に支持された外輪と、該外輪を旋回駆動する旋回駆動手段と、前記外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有して前記内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持された案内台車と、中間部が該案内台車に折り返し支持されて一端部が前記内輪の外周面に沿って付設されてから連結される一方、他端部が前記外輪の内周面に沿って付設されてから連結されたケーブルベアとからなるケーブルガイド装置と、前記外輪にトンネルの径方向及び長手方向に移動自在に支持されて前記覆工材を保持可能なグリッパと、該グリッパを駆動するグリッパ駆動手段と、前記ケーブルベアに内蔵されて一端部が前記装置本体の駆動源に接続される一方、他端部が前記グリッパ駆動手段に接続された駆動力伝達ケーブルとを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係るケーブルガイド装置の正面視、図２に本実施形態のケーブルガイド装置に用いられる案内台車の概略、図３に図２のIII−III断面、図４に本実施形態のエレクタ装置が適用されたトンネル掘削機の概略を示す。
【００１３】
本実施形態のトンネル掘削機において、図４に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と後胴１２とから構成されており、この前胴１１は前部に軸受１３によってカッタヘッド１４が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１４は前面部にカッタスポーク１５が固定されており、各カッタスポーク１５にはディスクカッタ１６が多数枢着されると共にスクレーパ１７が取付けられ、また、スクレーパ１７に隣接して掘削土砂など（ずり）を取り込む開口１８が形成されている。そして、このカッタヘッド１４の後部には内歯を有するリングギヤ１９が一体に固定される一方、前胴１１には電動式あるいは油圧式のカッタ旋回モータ２０が固定されており、このカッタ旋回モータ２０の駆動ギヤ２１がリングギヤ１９に噛み合っている。
【００１４】
また、前胴１１には掘削して発生したずりが内部に浸入しないようにバルクヘッド２２が固定されることで、チャンバ室２３が形成されている。そして、このチャンバ室２３内にはディスクカッタ１６が破砕したずりを集積するホッパ２４が固定されると共に、前胴１１内には掘削したずりを搬出するベルトコンベヤ２５が配設されており、ベルトコンベヤ２５の一端部はホッパ２４の下部に連結され、他端部はトンネル後方に延設されている。
【００１５】
従って、カッタ旋回モータ２０を駆動して駆動ギヤ２１を回転駆動すると、この駆動ギヤ２１が噛み合うリングギヤ１９が回転し、リングギヤ１９と一体のカッタヘッド１４を旋回し、各ディスクカッタ１６が岩盤をせん断破壊して掘削する一方、スクレーパ１７が掘削面を掻き取ってずりを開口１８から前胴１１の内部に取り込むことができる。そして、カッタヘッド１４の開口１８からチャンバ室２３に取り込まれたずりはホッパ２４内に落下し、このホッパ２４内に集積されたずりはベルトコンベヤ２５によって外部に排出することができる。
【００１６】
また、前胴１１とこの前胴１１の後方に位置する後胴１２との間には１２本のスラストジャッキ２６が架設されている。このスラストジャッキ２６は油圧の給排によって伸縮作動するものであって、ジャッキ本体は前胴１１に固定された球軸受２７によって揺動自在に支持され、ロッド先端部は後胴１２に固定された球軸受２８によって揺動自在に支持されている。そして、このスラストジャッキ２６はそれぞれ隣合って配設された関係が、例えば、互いに隣接する一方のスラストジャッキがカッタヘッド１４の周方向一方に傾斜し、他方のスラストジャッキが周方向他方に傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラレルリンク機構２９を構成している。
【００１７】
従って、このパラレルリンク機構２９において、各スラストジャッキ２６の各駆動ロッドを伸縮することで、前胴１１と後胴１２との相対位置を変更することができる。また、このパラレルリンク機構２９において、各スラストジャッキ２６の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１４を有する前胴１１が後胴１２に対して屈曲し、その掘進方向を変更することができる。
【００１８】
更に、前胴１１には複数のフロントグリッパ３０が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各フロントグリッパ３０は内蔵された図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー３１を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー３１を径方向に張り出すと、このグリッパシュー３１を前胴１１内に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴１１を保持する位置に移動させることができる。一方、後胴１２には複数のリヤグリッパ３２が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各リヤグリッパ３２は内蔵された図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー３３を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー３３を径方向に張り出すと、このグリッパシュー３３を後胴１２内に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して後胴１２を保持する位置に移動させることができる。
【００１９】
なお、このトンネル掘削機はリヤグリッパ３２による掘進反力を得て前胴１１を推進させるものであるが、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般土砂層に変化した場合には、掘削したトンネル壁面が軟弱であり、リヤグリッパ３２によって掘進反力を得ることができない。そのため、セグメントＳによって掘進反力を得て前胴１１が推進できるようになっている。即ち、後胴１２の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ３４が並設されており、このシールドジャッキ３４を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳに押し付けられ、その反力により前胴１１を前進させることができる。そして、このシールドジャッキ３４と共に後胴１２の後部にはトンネル内壁面にセグメントＳを組付けるエレクタ装置３５が装着されている。
【００２０】
このように構成されたトンネル掘削機によってトンネルを掘削するには、まず、リヤグリッパ３２の各グリッパシュー３３を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、後胴１２を移動不能に保持し、この状態でカッタ旋回モータ２０を駆動してカッタヘッド１４を回転駆動させながら、パラレルリンク機構２９の各スラストジャッキ２６を伸長して前胴１１と共にカッタヘッド１４を前方へ移動させる。すると、旋回するカッタヘッド１４のディスクカッタ１６が前方の地盤を掘削する。そして、このディスクカッタ１６の掘削によって生じたずりはチャンバ室２３内に取り込まれてホッパ２４内に落下し、ホッパ２４内に集積されたずりはベルトコンベヤ２５によって外部に排出される。
【００２１】
このように各スラストジャッキ２６を所定ストローク伸長すると、次に、このスラストジャッキ２６の駆動を停止し、フロントグリッパ３０の各グリッパシュー３１を押し出して掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、前胴１１を移動不能に保持する一方、リヤグリッパシュー３３を後胴１２内に収納することでこの後胴１２を移動自在とする。この状態で、パラレルリンク機構２９の各スラストジャッキ２６を収縮することで前胴１１に対して後胴１２を引き寄せる。そして、再び、リヤグリッパ３２の各グリッパシュー３３をトンネル内壁面に圧接することで後胴１２を移動不能に保持する一方、フロントグリッパシュー３１を前胴１１内に収納することでこの前胴１１を移動自在とする。この状態でカッタ旋回モータ２０によってカッタヘッド１４を回転駆動させながら、各スラストジャッキ２６を伸長して前胴１１と共にカッタヘッド１４を前方へ移動させると、旋回するカッタヘッド１４のディスクカッタ１６が前方の地盤を掘削する。
【００２２】
この作動の繰り返しによって連続してトンネルを掘削していく。また、トンネルを掘削形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの壁面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不安定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリング状の形成したＨ形綱や木製の板等を支保として用い、トンネルを保護する。また、掘削地盤が一般土砂層に変化した場合には、シールドジャッキ３４がセグメントＳにて掘進反力を得て前胴１１を推進させる。そして、エレクタ装置３５によって新しいセグメントＳを組み付けていく。この繰り返しによってトンネルを構築していく。
【００２３】
本実施形態では、外部からこのエレクタ装置３５に電力や、油圧等を供給するための駆動力伝達ケーブルがケーブルガイド装置によって支持されている。即ち、図１乃至図３に示すように、後胴１２の後部には内輪４１が固定されており、この内輪４１の外側にはベアリング４２によって従動ギヤ４３が固結された外輪４４が同軸中心を持って回転自在に支持されている。また、内輪４１には取付ブラケット４５によって旋回駆動手段としての駆動モータ４６が取付けられており、この駆動モータ４６の駆動ギヤ４７が外輪４４の従動ギヤ４３に噛み合っている。なお、４８は駆動モータ４６の駆動ギヤ４７及び外輪４４の従動ギヤ４３を被覆するカバーである。
【００２４】
また、内輪４１の外周面には軸方向に所定間隔をもって一対の外歯４９ａ，４９ｂが固定されている。一方、外輪４４の延設部４４ａにはその内周面に軸方向に所定間隔をもって一対の内歯５０ａ，５０ｂがこの外歯４９ａ，４９ｂと対向するように固定されている。この内輪４１と外輪４４の延設部４４ａとの間には案内台車５１が配設され、この案内台車５１の一端面と他端面にはそれぞれ左右一対の小歯車５２ａ，５２ｂが枢着されている。そして、この案内台車５１の一端面に枢着された左右一対の小歯車５２ａは内輪４１の外歯４９ａ及び外輪４４の内歯５０ａに噛み合い、一端面に枢着された左右一対の小歯車５２ｂは内輪４１の外歯４９ｂ及び外輪４４の内歯５０ｂに噛み合っている。
【００２５】
ケーブルベア５３は中空形状をなし、一端部が内輪４１の所定位置にブラケット５４によって連結されてからこの内輪４１の外周面に沿って付設され、案内台車５１の内面と内輪４１の外周面との間を通って中間部がこの案内台車５１の円弧ガイド部５１ａにて反転するように折り返し支持されている。そして、ケーブルベア５３は案内台車５１の外面と外輪４４の内周面との間を通り、この外輪４４の内周面に沿って付設されてからこの外輪４４の所定位置にブラケット５５によって連結されている。また、内輪４１と外輪４４との間には、内輪４１の外周面に沿って付設されたケーブルベア５３と外輪４４の内周面に沿って付設されたケーブルベア５３との接触を防止するようにリテーナ５６が設けられており、このリテーナ５６の一端部が案内台車５１の連結部５１ｂに、他端部が連結金具５７を介して案内台車５１の円弧ガイド部５１ａに連結されている。そして、このケーブルベア５３内には多数の電気ケーブル６１や油圧ホース６２等が配設され、一端が内輪４１のブラケット５４からトンネルの内部を通り、図示しない電源部や油圧給排部に接続されている。なお、リテーナ５６の外周面及び内周面には潤滑剤が塗布されており、ケーブルベア５３との接触時にこすれによる傷の発生が防止される。
【００２６】
なお、図４に示すように、内輪４１に対して旋回自在な外輪４４には、固定台７１を介して移動枠７２が昇降シリンダ７３によってトンネルの径方向に移動自在に支持されている。そして、この移動枠７２にはトンネルの長手方向移動自在なスライド体７４が支持され、このスライド体７４にはセグメントＳを保持可能なグリッパとしての連結金具７５が装着されている。そして、ケーブルベア５３内に配設された多数の電気ケーブル６１や油圧ホース６２等の他端が、外輪４４のブラケット５５から移動枠７２の昇降シリンダ７３やスライド体７４の図示しないシリンダ等に接続されている。
【００２７】
ここで、本実施形態のケーブルガイド装置の作用について説明する。図４に示すように、エレクタ装置３５はトンネルの周方向、径方向、長手方向に移動し、トンネル内部に搬入されたセグメントＳを保持してから所定位置に移動し、トンネル内壁面に組み付けていく。この場合、図１及び図２に示すように、エレクタ装置３５の連結金具７５が所定位置にあるとき、即ち、案内台車５１が図１に位置にあるとき、電気ケーブル６１や油圧ホース６２等は外輪４４に連結されたケーブルベア５３の端部（ブラケット５５の位置）から引き出されて昇降シリンダ７３等に接続された状態となっている。
【００２８】
この図１に示す状態から、外輪４４が反時計回り方向に旋回すると、外輪４４の内歯５０ａ，５０ｂに噛み合っている小歯車５２ａが回転することで、この小歯車５２ａは更に噛み合っている外歯４９ａ，４９ｂ上を外輪４４の旋回方向に転動することとなり、案内台車５１が同方向に移動する。同時に、この外輪４４が旋回移動すると、ケーブルベア５３の端部（ブラケット５５の位置）によって外輪４４側に沿ったケーブルベア５３が同方向に押され、案内台車５１の円弧ガイド部５１ａにガイドされながら内輪４１側に移行する。このようにして外輪４４はほぼ１８０°旋回が可能となっている。
【００２９】
このように外輪４４の旋回移動に伴って案内台車５１が同方向に移動し、ケーブルベア５３がこの案内台車５１にガイドされながら長手方向に移動することとなり、このケーブルベア５３内の電気ケーブル６１や油圧ホース６２等は外輪４４、即ち、エレクタ装置３５駆動源（昇降シリンダ７３等）に容易に追従することができる。そして、このとき、内輪４１と外輪４４との間にはリテーナ５６が位置しており、ケーブルベア５３が自重によって垂れ下がったり、内側と外側のケーブルベア５３同士が接触したりすることはなく、また、リテーナ５６の外周面及び内周面に潤滑剤が塗布されたことで、ケーブルベア５３とリテーナ５６とが接触しても、ケーブルベア５３が損傷することはない。また、ケーブルベア５３内に多数の電気ケーブル６１や油圧ホース６２等を収容することで、各電気ケーブル６１や油圧ホース６２等に大きな曲げ応力や損傷を与えることなく、コンパクトに配索できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明のケーブルガイド装置によれば、外歯を有する内輪に対して内歯を有する外輪を同軸中心を持って旋回自在に支持し、この外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有する案内台車を内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持し、中間部がこの案内台車に折り返し支持されたケーブルベアの一端部を内輪の外周面に沿って付設してから連結する一方、他端部を外輪の内周面に沿って付設してから連結したので、このケーブルベア内に電気ケーブルや油圧ホースなどを収容することで、複数のケーブルリールなどを不要として多数のケーブル等をコンパクトに配索して装置の小型化を図ることができると共に、この各ケーブル等に大きな曲げ応力や損傷を与えることなく確実に電力や油圧を供給でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、本発明のエレクタ装置によれば、外歯を有する内輪に対して内歯を有する外輪を同軸中心を持って旋回自在に支持すると共に旋回駆動手段によって外輪を旋回駆動可能とし、この外歯及び内歯に噛み合う小歯車を有する案内台車を内輪及び外輪の周方向に沿って移動自在に支持し、中間部がこの案内台車に折り返し支持されたケーブルベアの一端部を内輪の外周面に沿って付設してから連結する一方、他端部を外輪の内周面に沿って付設してから連結したケーブルガイド装置を具え、外輪に覆工材を保持可能なグリッパをトンネルの径方向及び長手方向に移動自在に支持すると共にグリッパ駆動手段によって駆動可能とし、駆動力伝達ケーブルをケーブルベアに内蔵して一端部を装置本体の駆動源に接続する一方、他端部をグリッパ駆動手段に接続したので、駆動力伝達ケーブルをケーブルベアにコンパクトに収容して装置の小型化を図ることができると共に、エレクタ装置の駆動に伴ってケーブルベアが追従することで、このケーブルベア内の駆動力伝達ケーブルに大きな曲げ応力や損傷を与えることなく確実に電力や油圧を供給でき、覆工材の組立作業の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るケーブルガイド装置の正面図である。
【図２】本実施形態のケーブルガイド装置に用いられる案内台車の概略図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】本実施形態のエレクタ装置が適用されたトンネル掘削機の概略図である。
【図５】エレクタ装置に適用される従来のケーブルガイド装置の正面図である。
【図６】従来のケーブルガイド装置の側面図である。
【図７】従来のケーブルガイド装置の動作を表す概略図である。
【符号の説明】
３５  エレクタ装置
４１  内輪
４３  従動ギヤ
４４  外輪
４６  駆動モータ（旋回駆動手段）
４７  駆動ギヤ
４９ａ，４９ｂ  外歯
５０ａ，５０ｂ  内歯
５１  案内台車
５２ａ，５２ｂ  小歯車
５３  ケーブルベア
５６  リテーナ
６１  電気ケーブル（駆動力伝達ケーブル）
６２  油圧ホース（駆動力伝達ケーブル）
７２  移動枠
７３  昇降シリンダ（グリッパ駆動手段）
７４  スライド体
７５  連結具（グリッパ）
Ｓ  セグメント（覆工材）
【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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