(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に複数のシールド掘進機を連結装置で連結して多連シールド掘進機を構成し、それぞれのシールド掘進機に、カッターディスクから半径方向に突出して地山を掘削するコピーカッタを備えたコピーカッタ装置を設け、少なくとも隣接するシールド掘進機の一方の該コピーカッタ装置に、隣接するカッターディスクと干渉しない最大ストロークで突出するように機械的に規制されたコピーカッタを設けた多連シールド掘進機。
【請求項２】
前記隣接するシールド掘進機の一方のカッターディスクに少なくとも２つのコピーカッタ装置を設け、その１つのコピーカッタ装置のコピーカッタを、半径方向に突出する最大ストロークが隣接するカッターディスクと干渉しないストロークに機械的に規制したものとし、もう１つのコピーカッタ装置のコピーカッタを、半径方向に突出する最大ストロークが他方のコピーカッタのストローク以上で曲進内側に余裕代を掘削できるストロークとしたことを特徴とする請求項１記載の多連シールド掘進機。
【請求項３】
請求項２記載の２種類のコピーカッタ装置を、前記複数のシールド掘進機のカッターディスクにそれぞれ設けたことを特徴とする多連シールド掘進機。
【請求項４】
前記複数のシールド掘進機間を連結する連結装置を連結スペーサで構成し、前記半径方向に突出する最大ストロークで隣接するカッターディスクと干渉しないように機械的に規制したコピーカッタのストロークを、該連結スペーサの厚さ以下で隣接するカッターディスクに近接したストロークとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多連シールド掘進機。
【請求項５】
前記複数のシールド掘進機を分離可能な連結装置で連結したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多連シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、水平方向に連結した多連シールド掘進機において、水平方向にカーブ曲線を施工する際に他のカッタ装置との干渉を防止してシールド掘進機間をコピーカットすることができるコピーカッタ装置を備えた多連シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のシールド掘進機を連結して複数のトンネルをほぼ同時に掘削する多連シールド掘進機がある。このような多連シールド掘進機は、同時（前後にずれる場合もある）に近接して複数のトンネルを掘削するような場合に用いられる。しかし、このように複数のシールド掘進機を連結した場合、それぞれのシールド掘進機の前面はカッターディスクで掘削できるが、連結部の前面の掘削が困難になる。
【０００３】
そこで、この連結部を掘削するための従来技術として、例えば、特開平１０−２９２７７０号公報記載の発明がある。この発明では、複数のカッターディスクを同一面に持つ複列型のシールド掘進機において、カッターディスクの外周面と異なる面にコピーカッタを設け、他方のシールド掘進機の切り欠いたフード部にコピーカッタを突出させた状態で回転させることにより、コピーカッタを他方のカッターディスクと接触させることなくカッターディスク間の掘削残部を確実に掘削して複数のトンネルを掘削できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記シールド掘進機では、一方のシールド掘進機のコピーカッタを、他方のシールド掘進機のフード部を切り欠いて進入可能としてカッターディスク間の掘削残部を掘削するものであるため、横向きの多連シールド掘進機に採用して曲進可能な中折れ構造とした場合には、面板の左右の位置が進行方向の前後にずれた状態で、両シールドの曲進内側を、もう一方のシールドのカッタに干渉させることなくコピーカットする必要がある。そのため、コピーカッタをもう一方のコピーカッタに干渉させることなく安心してコピーカットできるのは、後退側シールド掘進機のみとなり、よって曲進対応可能な方向は左右のどちらかに限定されてしまう。
【０００５】
また、片方のフード部を切り欠いているため、スキンプレートによる切羽の安定保持、並びに掘削安定性を悪化させる場合がある。
【０００６】
しかも、２つのシールド掘進機はスキンプレートが異なるなど構成が相違することとなり、異なるシールド掘進機を複数製作するために多くの製作費用が必要になるとともに、全体機長も長くなる場合がある。
【０００７】
その上、このようなコピーカッタによる掘削（コピーカット）は作業者が目視で確認できないカッターディスクから進退して掘削するものであるため、油圧制御で行おうとしても、油の配管内のロスや制御応答の遅れ等の問題を生じ、実現困難な場合がある。
【０００８】
そこで、本願発明は、水平方向に連結した多連シールド掘進機において、水平方向にカーブ曲線を施工する際のコピーカッタ装置が他のカッタ装置と干渉するのを防止して、安定したコピーカットができるコピーカッタ装置を具備した多連シールド掘進機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】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、水平方向に複数のシールド掘進機を連結装置で連結して多連シールド掘進機を構成し、それぞれのシールド掘進機に、カッターディスクから半径方向に突出して地山を掘削するコピーカッタを備えたコピーカッタ装置を設け、少なくとも隣接するシールド掘進機の一方の該コピーカッタ装置に、隣接するカッターディスクと干渉しない最大ストロークで突出するように機械的に規制されたコピーカッタを設けている。このように機械的にストロークを規制したコピーカッタを設けたコピーカッタ装置を１つのシールド掘進機に設けることにより、隣接するカッターディスクとの間の掘削はこのコピーカッタを突出させて掘削すれば、コピーカッタをストローク制御することなく最大ストロークで突出させて安定した掘削を行うことができる。
【００１０】
前記隣接するシールド掘進機の一方のカッターディスクに少なくとも２つのコピーカッタ装置を設け、その１つのコピーカッタ装置のコピーカッタを、半径方向に突出する最大ストロークが隣接するカッターディスクと干渉しないストロークに機械的に規制したものとし、もう１つのコピーカッタ装置のコピーカッタを、半径方向に突出する最大ストロークが他方のコピーカッタのストローク以上で曲進内側に余裕代を掘削できるストロークとすれば、隣接するカッターディスクとの間は最大ストロークで突出させても機械的に干渉しないようにしたコピーカッタで安定した掘削を行い、曲進内側は余裕代を持って大きく突出させたコピーカッタで掘削して安定した曲進施工を行うことができる。
【００１１】
また、前記２種類のコピーカッタ装置を、前記複数のシールド掘進機のカッターディスクにそれぞれ設ければ、掘削状況や曲進方向等に応じて好ましい側のカッターディスクに設けたコピーカッタ装置を用いて地山を効率良く掘削することができる。
【００１２】
さらに、前記複数のシールド掘進機間を連結する連結装置を連結スペーサで構成し、前記半径方向に突出する最大ストロークで隣接するカッターディスクと干渉しないように機械的に規制したコピーカッタのストロークを、該連結スペーサの厚さ以下で隣接するカッターディスクに近接したストロークとすれば、隣接するカッターディスクとの間を連結する連結スペーサの厚さに適するように、隣接するカッターディスクと近接する部分まで掘削することができるので、連結スペーサ部分の地山を効果的に掘削することができる。
【００１３】
また、前記複数のシールド掘進機を分離可能な連結装置で連結しておけば、多連シールド掘進機として複数のトンネルを近接して掘削した後、分離して個々独立したトンネルを掘削するような運用も可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示す２連シールド掘進機の横断面図であり、図２は図１に示す２連シールド掘進機の正面図、図３(a) は図１に示す２連シールド掘進機のコピーカッタ装置の断面図であり、(b) は他の例を示すコピーカッタ装置の断面図である。この実施形態では多連シールド掘進機の一例である２連シールド掘進機を例に説明する。なお、複数のシールド掘進機において同一の作用を奏する構成には同一の符号を付して説明する。
【００１５】
図１に示すように、前端にカッターディスク１，２が設けられた２つのシールド掘進機３，４が一体的に連結されて２連シールド掘進機５（多連シールド掘進機）が構成されている。これらのカッターディスク１，２は、外周面が干渉することなく、２連掘削時の一体化強度を保つことができる所定寸法の隙間ｗを設けて一体的に連結されている。
【００１６】
カッターディスク１，２は、シールド本体６，７に設けられた駆動装置８によって旋回歯車９を介して旋回駆動されており、前面にはカッタービット１０が所定位置に設けられている。１１は、シールドジャッキであり、シールド本体６，７内で組み立てられたセグメント１２で掘削反力を支持して掘進するためのものである（図示他、全周に設けられている）。また、１３，１４は送排泥管であり、バルクヘッド１５の前部のチャンバ１６内への泥水供給と、掘削土砂の排出を行うためのものである。１７は、シールド本体６，７から回転体のカッターディスク１，２へ圧油等の動力源を供給するためのスイベルジョイントであり、１８は、カッターディスク１，２とシールド本体６，７との間のシール材である。
【００１７】
これらのシールド掘進機３，４は、前胴１９，２０と後胴２１，２２とから構成されており、全体として曲進可能な横２連シールド掘進機５が構成されている。両シールド掘進機３，４の前胴１９，２０と後胴２１，２２との間には球面座２３，２４が設けられており、前胴１９，２０には曲進ジャッキ２５，２６のロッド２７，２８が連結され、後胴２１，２２には曲進ジャッキ２５，２６の他端が連結されている。
【００１８】
このように構成されたシールド掘進機３，４によれば、シールドジャッキ１１を伸長させることにより前胴１９，２０を掘進させ、曲進ジャッキ２５，２６を選択的に伸長させることにより中折れ中心２９，３０を中心にして前胴１９，２０を屈曲させて曲進させることができる。
【００１９】
前記前胴１９，２０の間には連結スペーサ３１，３２が設けられており、前胴１９，２０は連結ピン３３によって連結されている。この連結スペーサ３１，３２は左右の前胴１９，２０にそれぞれ固定されており、中央の分割面で軸方向（前後方向）にスライド可能なように構成されている。このスライド可能とするための構成は、連結ピン３３によって両前胴１９，２０が離反する方向への移動は抑止し、前胴軸方向へのスライドはスライドガイド３４の所定範囲内で許容するような構成によって達成されている。これらが連結装置である。この実施形態では、前胴１９側の連結ピン３３を設ける部材を、軸方向に所定寸法で形成した移動溝（長孔）に沿って連結ピン３３をスライド可能に保持するスライドガイド３４とし、前胴２０側は、所定位置で連結ピン３３を保持するように構成している。前記後胴２１，２２間は、後胴連結スペーサ３５を介して連結されており、この実施形態では、この後胴連結スペーサ３５と両後胴２１，２２とが溶接されて一体的に連結されている。
【００２０】
すなわち、前胴１９，２０は連結スペーサ３１，３２の接触面で前後方向にスライド可能に構成され、後胴２１，２２は後胴連結スペーサ３５を挟んで一体的に構成されている。この連結スペーサ３１，３２，３５の厚さは、カッターディスク１，２の径や掘削する地山の地質等に応じて適宜決定される。このように連結することにより、シールド掘進機３，４は連結された状態で曲進可能となっている。
【００２１】
なお、この実施形態では、後胴連結スペーサ３５を溶接で一体的に連結しているが、この後胴連結スペーサ３５を挟んで後胴２１，２２を前胴１９，２０と同様に連結ピンで一体的に連結するように構成してもよい。このように構成した場合、前胴１９，２０と後胴２１，２２との連結ピンを外すことによって掘削途中から個々独立したトンネルを掘削することも可能となる。
【００２２】
そして、図２に示すように、この実施形態では、それぞれのカッターディスク１，２に設けられた４本のカッタディスクフレーム３６のうち、２本のカッタディスクフレーム３６に異なるコピーカッタ装置３７，３８が設けられている。このコピーカッタ装置３７，３８は、図示する内向きのコピーカッタ装置３７が、カッターディスク１，２から突出するコピーカッタ３９の最大ストロークがカッターディスク１，２の隙間ｗよりも短い突出量となるように、機械的に規制されている。また、他方のコピーカッタ装置３８は、カッターディスク１，２から突出するコピーカッタ４０の最大ストロークがシールド掘進機３，４の曲進に要する掘削量以上に余裕代（曲進時の内側抵抗を軽減するために）を掘削できる突出量となるストロークになっている。
【００２３】
図３(a) に示すように、これらのコピーカッタ装置３７，３８は、カッタディスクフレーム３６内に設けられており、この例では、油圧ジャッキ構造で構成されている。このコピーカッタ装置３７，３８の詳細を、コピーカッタ装置３７を例に説明する。コピーカッタ装置３７は、カッターディスクフレーム３６にロッド４１の先端が回動可能にピン４２で保持され、このロッド４１の軸方向にスライドしてカッターディスク１，２の半径方向に移動する本体４３が設けられ、この本体４３の外周端にカッタ４４が設けられたコピーカッタ３９が、カッターディスク１，２の外周端から進退（突出／格納）可能なように構成されている。
【００２４】
この実施形態では、両カッターディスク１，２に最大ストロークが隙間ｗよりも小さいストロークとなるように機械的にストロークが規制されたコピーカッタ装置３７を設けているが、シールド掘進機３，４には、少なくとも一方のコピーカッタの最大ストロークがカッターディスク１，２の隙間ｗよりも短いストロークとなるコピーカッタ装置３７が設けられていればよい。コピーカッタ３９の最大ストローク（突出量）は、コピーカッタ３９を最大に伸長させた状態で隣接するカッターディスク１，２と干渉しないストローク、つまり、連結スペーサ３１，３２を合わせた厚さ以下で隣接するカッターディスク１，２に近接したストロークとなるように機械的に規制されている。
【００２５】
これにより、隣接するカッターディスク１，２の間では、全ストロークで突出させても干渉しないコピーカッタ３９を突出させて、連結スペーサ３１，３２の厚さ以下で隣接するカッターディスク１，２に近接した位置まで安定して掘削することができる。
【００２６】
このコピーカッタ３９のストローク（突出量）を機械的に規制する方法としては、図３(a) に示すように、予め決められた連結スペーサ３１，３２の厚さ（前記隙間ｗ）からコピーカッタ３９の最大ストローク量を決め、このコピーカッタ３９の全ストロークを機械的に規制したり、図３(b) に示すように、コピーカッタ３９に突起４５を設け、カッターディスク１，２に係止部４６を設け、コピーカッタ３９の突出位置をこれらの係合によって機械的に規制することにより達成することができるが、これらの構成に限定されるものではない。
【００２７】
なお、このようにコピーカッタ３９を最大ストロークで突出させても両カッターディスク１，２間の連結スペーサ３１，３２部分は全て掘削できないが、このように連結されたシールド掘進機３，４のカッターディスク１，２で掘削された後の連結スペーサ３１，３２前部の地山は崩れやすくなっているので、コピーカッタ３９で対向するカッターディスク１，２の近接した位置まで掘削すれば掘進は可能である。
【００２８】
また、この実施形態では両方のカッターディスク１，２の２箇所にコピーカッタ装置３７，３８が設けられているが、前記したようにコピーカッタ３９のストロークを機械的に規制するのは１つのコピーカッタ装置３７のみ（２連の場合）でよく、もう１つのコピーカッタ装置３８は、シールド掘進機３，４によって曲進する場合に、曲進内側に余裕代（所望の曲進が可能な掘削分以上の掘削代）を掘削できるようなストロークでコピーカッタ４０が突出可能となっている。このような余裕代を設けることにより、曲進内側を大きく掘削して安定した曲進施工が行えるようにしている。なお、多連の場合には、隣接するカッターディスク１又は２の一方に設ければよい。
【００２９】
図４は図１に示す２連シールド掘進機の曲進状態を示す横断面図であり、図５(a),(b),(c) は、図１に示す２連シールド掘進機に設けたコピーカッタ装置による掘削部分を示す模式図である。以上のように構成された２連シールド掘進機５による曲進施工を以下に説明する。図示する状態は左カーブの曲進時（掘進方向に向って）であり、この曲進時を例に説明する。
【００３０】
上述した図１に示す状態から２連シールド掘進機５を左側に曲進させる場合、曲進する方向の外側に位置する曲進ジャッキ２５を伸長させることにより、中折れ中心２９，３０を屈曲中心として球面座２３，２４で前胴１９，２０を所定の角度θで屈曲させる。
【００３１】
このようにして前胴１９，２０を屈曲させると、両シールド掘進機３，４の前胴１９，２０を連結する連結スペーサ３１，３２の間では前後にスベリを生じ、内側に位置する左側の前胴２０が前に、外側に位置する右側の前胴１９が後ろに所定のスライド量Ｌでずれて曲進することとなる。この時、連結スペーサ３１，３２を連結している連結ピン３３は、一方の前胴１９に設けられたスライドガイド３４に沿って軸方向にスライドし、両シールド掘進機３，４の軸心距離は保ちつつ、軸方向にスライドさせている。
【００３２】
このようにして曲進させるシールド掘進機３，４は、図５(a) に示すように、曲進する左側（紙面に向って右側）のカッターディスク２に設けられたコピーカッタ装置３７，３８のコピーカッタ装置３８で曲進内側が掘削される。この掘削は、コピーカッタ装置３８のコピーカッタ４０をカッターディスク２から左側（曲進内側）に突出させることによって行われ、このコピーカッタ４０のストロークは、カーブ内側へシールド掘進機３，４を曲進させるために必要な掘削代以上に余裕代をとったストロークで突出させて掘削される。この余裕代をとった掘削は、曲進する内側の地山は掘削前でしっかりしているので、シールド掘進機４の曲進が容易に行えるようにするためのものである。
【００３３】
一方、カッターディスク２から右側のカッターディスク１（紙面に向って左側）に向けて突出させるコピーカッタ３９は、全ストロークで突出させてもカッターディスク１に干渉しない機械的規制側のコピーカッタ装置３７を使い、コピーカッタ３９を全ストロークで突出させてコピーカットする。このように使用するコピーカッタ３９は、最大ストロークで伸長させても他方のカッターディスク１に干渉するおそれもなく連結スペーサ３１，３２の前部を掘削してコピーカットすることができる。すなわち、右側のカッターディスク１の切削ゾーンに極めて近接してカットすることができ、十分なコピーカットが可能である。
【００３４】
このようにして連結スペーサ３１，３２の前部をコピーカッタ３９で掘削すれば、両カッターディスク１，２によって円形に掘削されて崩れやすくなっている中間部分である連結スペーサ３１，３２の前部を、効果的に掘削することができ、２連シールド掘進機の掘進を妨げることはない。
【００３５】
なお、図５(b) に示すように、右カーブ時（掘進方向に向って）は、上述した左カーブ時の反対操作によって同様に掘削することができるので、詳細な説明は省略する。
【００３６】
また、図５(c) に示すように、左右のカッターディスク１，２に設けられたコピーカッタ３９，４０の角度位置をずらした状態でカッターディスク１，２を同期させて回転させることにより、両カッターディスク１，２のコピーカッタ３９，４０を突出させても連結スペーサ３１，３２の前部で干渉することなく常に異なる角度で回転するようにできるので、両カッターディスク１，２のコピーカッタ３９，４０を干渉させることなく連結スペーサ３１，３２前部の地山を大きく掘削するようにできる。この場合、両カッターディスク１，２を同回転数で回転させれば、他方のカッターディスク１，２と干渉させることなくコピーカッタ３９，４０を突出／格納することができる。この回転角の制御は駆動機８の回転数制御でも同様に可能である。
【００３７】
このように２つのシールド掘進機３，４の機械的ストローク規制側コピーカッタ３９を使えば、連結スペーサ３１，３２の前方掘削も効果的に可能であり、切羽が粘土質のように崩れにくい地山であっても掘削できる２連シールド掘進機５として有効となる。
【００３８】
しかも、このように構成された２連シールド掘進機５によれば、対向するカッターディスク１，２との干渉を避けるためにシールド本体６，７の構造を異ならせる必要がないので、フード部での切羽の安定保持等を害することなく安定したシールド掘削を行うことができる。
【００３９】
その上、２つのシールド掘進機３，４を全く同一のシールド掘進機として構成することができるので、製作費用の抑止も可能となる。
【００４０】
図６(a),(b),(c) は、図１に示す２連シールド掘進機におけるコピーカッタ装置の他の例を示す模式図である。この実施形態は、コピーカッタ装置をカッターディスク１，２の軸方向にずらして設けることにより、図５(c) に示すようにコピーカッタの突出角度位置をずらすことなく、曲進時にも干渉するおそれがないように突出させて掘削できるようにしたものである。なお、上述した実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明する。
【００４１】
図６(a) に示すように、この例では、一方のカッターディスク１に、機械的に規制するコピーカッタ装置３７が２本設けられ、この２本のコピーカッタ装置３７が軸方向にずらして配設されている。また、他方のカッターディスク２には、カッターディスク１の一方（前方）のコピーカッタ装置３７と対向するように１本のコピーカッタ装置３７が設けられている。
【００４２】
このように一方のカッターディスク１に２本の機械的に規制するコピーカッタ装置３７を設けることにより、図６(b) (c) に示すように、カッターディスク２のコピーカッタ３９は常に突出させ、カッターディスク１のコピーカッタ３９は対向するコピーカッタ３９とは干渉しない方のコピーカッタ３９を突出させるように２本のコピーカッタ３９を使い分ければ、２連シールド掘進機５の曲進方向に関係なく、常にカッターディスク１，２間では干渉することなく所定量で突出させたコピーカッタ３９によって切羽を掘削することができる。
【００４３】
以上のように、２連シールド掘進機５の場合、２つのカッターディスク１，２間（シールド掘進機３，４間）を掘削するコピーカッタ３９を、全ストロークで突出させても他方のカッターディスク１，２と全く干渉しないように機械的に規制して突出させるので、カッターディスク１，２間の切羽を安定して掘削して複数のトンネルをほぼ同時に掘削することができる。
【００４４】
なお、前記実施形態では、いずれも２連シールド掘進機５を例に説明したが、多連シールド掘進機であれば３連以上であってもよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００４７】
多連シールド掘進機の隣接したカッターディスク間の掘削を、機械的に最大ストロークを規制したコピーカッタを突出させて安定して掘削することができるので、曲線施工時に安定してコピーカットできるコピーカッタ装置を具備した多連シールド掘進機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示す２連シールド掘進機の横断面図である。
【図２】図１に示す２連シールド掘進機の正面図である。
【図３】  (a) は図１に示す２連シールド掘進機のコピーカッタ装置の断面図であり、(b) は他の例を示すコピーカッタ装置の断面図である。
【図４】図１に示す２連シールド掘進機の曲進状態を示す横断面図である。
【図５】  (a),(b),(c) は、図１に示す２連シールド掘進機に設けたコピーカッタ装置による掘削部分を示す模式図である。
【図６】  (a),(b),(c) は、図１に示す２連シールド掘進機におけるコピーカッタ装置の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２…カッターディスク
３，４…シールド掘進機
５…２連シールド掘進機
６，７…シールド本体
８…駆動装置
９…旋回歯車
１０…カッタービット
１１…シールドジャッキ
１２…セグメント
１３…送泥管
１４…排泥管
１５…バルクヘッド
１６…チャンバ
１８…シール材
１９，２０…前胴
２１，２２…後胴
２３，２４…球面座
２５，２６…曲進ジャッキ
２７，２８…ロッド
２９，３０…中折れ中心
３１，３２…連結スペーサ
３３…連結ピン
３４…スライドガイド
３５…後胴連結スペーサ
３６…カッターディスクフレーム
３７，３８…コピーカッタ装置
３９，４０…コピーカッタ
４１…ロッド
４２…ピン
４３…本体
４４…カッタ
４５…突起
４６…係止部
【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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