(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単体シールドトンネルをその径方向に互いに隣接して掘進し、当該単体シールドトンネルどうしを連通することにより構築される地下構造物において、互いに隣接する一方の単体シールドトンネルの端部に継手用凹部を設け、当該継手用凹部に他方の単体シールドトンネルの端部を嵌合すると共に双方の単体シールドトンネルどうしを連通し、前記単体シールドトンネルの内周は複数の主桁を備えた複数の鋼殻と当該鋼殻の内側に打設されたコンクリートから構成し、前記継手用凹部は複数の主桁を備えた複数の鋼殻から構成してなることを特徴とする地下構造物。
【請求項２】
隣接する複数の単体シールドトンネル内に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設してなることを特徴とする請求項１記載の地下構造物。
【請求項３】
複数の単体シールドトンネルをその径方向に隣接して掘進し、当該単体シールドトンネルどうしを連通することにより構築される地下構造物の施工方法において、先行の単体シールドトンネルをその径方向の一端側に中が充填材で埋められ、かつトンネルの掘進方向に連続する継手用凹部を設けながら掘進する工程と、後行の単体シールドトンネルをその一端側を前記継手用凹部に嵌合しつつ、継手用凹部内の充填材を切削しながら掘進する工程と、先行の単体シールドトンネルと後行の単体シールドトンネルどうしを径方向に連通する工程とからなることを特徴とする地下構造物の施工方法。
【請求項４】
先行の単体シールドトンネルと後行の単体シールドトンネル内に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設することを特徴とする請求項３記載の地下構造物の施工方法。
【請求項５】
継手用凹部の端部に凍結管を単体シールドトンネルの掘進方向に連続して取り付け、当該凍結管に冷媒を通して継手用凹部の周辺の地盤を凍結することを特徴とする請求項３または４記載の地下構造物の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば大断面トンネルの内周を保護する覆工体などとして構築される地下構造物およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当出願人はこれまで、大断面のトンネルを効率よく、経済的に施工する方法として、例えば図10（ａ）に図示するように、最初にトンネル内周の復工体をなす大断面の外郭部躯体Ａを構築し、その後に外郭部躯体Ａの内側土砂を掘削して大断面のトンネルＢとする大断面トンネルの施工方法を開発した。
【０００３】
このトンネルの施工方法では、外郭部躯体Ａを構築するために、小断面の単体シールドトンネルａをトンネルＢの周方向に互いに近接させながらトンネルＢの軸方向に複数掘進する。
【０００４】
また、この単体シールドトンネルａをトンネルＢの周方向に互いに接合し、かつ仕切り部分をなくして連続させる。そして、単体シールドトンネルａの内側にコンクリート３０をトンネルＢの周方向に連続して打設する。
【０００５】
また、各単体シールドトンネルａの内周、さらには大断面トンネルＢの内周は、その周方向と軸方向に例えば、図10（ｂ）に図示するような、鋼製セグメントに似た鋼殻３１を一次覆工材として互いに接合しながら複数設置する。
【０００６】
そして、その内側に二次覆工材としてコンクリート３０を所定の厚さに打設することにより、トンネルＢの内周に二重の鋼製ライニングとコンクリートライニングとからなる鋼コンクリート合成構造の外殻部躯体Ａを構築する。
【０００７】
鋼殻３１は、図10（ｂ）に図示するように単体シールドトンネルａの周方向にそれぞれ連続する複数本の主桁３２と縦リブ３３、単体シールドトンネルａの軸方向に連続する複数本の縦リブ３３、他に地山に接するスキンプレート３５などを有して形成され、特に主桁３２はＲＣ構造の主筋に相当するものとして設置されている。
【０００８】
また、特に隣接する単体シールドトンネルａ，ａ間においては、主桁３２どうしを接合し、かつこの部分に一次覆工材として設置されている鋼殻３１のスキンプレート３５と二次覆工材として打設されているコンクリート３０を撤去して隣接する単体シールドトンネルａどうしを連通させた後、コンクリート３０を打設することにより、トンネルＡの周方向に隣接する単体シールドトンネルａどうしが一体的に接合されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして隣接する単体シールドトンネルａどうしを接合する際に、周囲からの大きな土水圧に備えてあらかじめ周囲の地山を、薬液（固化材）を注入する等して充分に地固めする必要がある。
【００１０】
しかし、薬液注入による地固めは、薬液を大量に消費する等の理由により工事費が嵩み、また薬液の注入にばらつきが生じやすく確実性に乏しい等の課題があった。
【００１１】
さらに、薬液注入によって地固めする代わりに、隣接する単体シールドトンネル間に、山止め板を架け渡して周囲からの土水圧に備える方法も行われているが、地盤が堅固な場合には設置しにくい等の課題があった。
【００１２】
また、単体のシールド機で大断面トンネルを掘進しようとすると、相当大型のシールド機を必要とするが、それでも掘進可能なトンネルの大きさには自ずと限界があった。
【００１３】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、例えば大断面トンネル等の地下構造物をきわめて経済的かつ効率的に、しかもきわめて安全に構築できるようにした地下構造物およびその施工方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地下構造物は、複数の単体シールドトンネルをその径方向に互いに隣接して掘進し、当該単体シールドトンネルどうしを連通することにより構築される地下構造物において、互いに隣接する一方の単体シールドトンネルの端部に継手用凹部を設け、当該継手用凹部に他方の単体シールドトンネルの端部を嵌合すると共に双方の単体シールドトンネルどうしを連通し、前記単体シールドトンネルの内周は複数の主桁を備えた複数の鋼殻と当該鋼殻の内側に打設されたコンクリートから構成し、前記継手用凹部は複数の主桁を備えた複数の鋼殻から構成してなることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２記載の地下構造物は、請求項１記載の地下構造物において、 隣接する複数の単体シールドトンネル内に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設してなることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３記載の地下構造物の施工方法は、複数の単体シールドトンネルをその径方向に隣接して掘進し、当該単体シールドトンネルどうしを連通することにより構築される地下構造物の施工方法において、先行の単体シールドトンネルをその径方向の一端側に中が充填材で埋められ、かつトンネルの掘進方向に連続する継手用凹部を設けながら掘進する工程と、後行の単体シールドトンネルをその一端側を前記継手用凹部に嵌合しつつ、継手用凹部内の充填材を切削しながら掘進する工程と、先行の単体シールドトンネルと後行の単体シールドトンネルどうしを径方向に連通する工程とからなることを特徴とするものであ。
【００１７】
請求項４記載の地下構造物の施工方法は、請求項３記載の地下構造物の施工方法において、先行の単体シールドトンネルと後行の単体シールドトンネル内に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設することを特徴とするものである。
【００１８】
そして、この発明に係る請求項５記載の地下構造物の施工方法は、請求項２、３または４の記載において、継手用凹部の端部に凍結管を単体シールドトンネルの掘進方向に連続して取り付け、この凍結管に冷媒を通して継手用凹部周辺の地盤を凍結する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
図１（ａ）は、地下構造物として構築された、大断面トンネルの内周を覆工する外殻部躯体およびそのトンネル周方向の接合部を示し、また図１（ｂ）は地下高速道路や地下街などとして利用される大断面トンネルを示す。
【００２０】
図において、大断面トンネルＢは偏平な矩形の大断面形に構築され、その内周は、図２（ａ），（ｂ）に図示するような鋼コンクリート合成構造の外郭部躯体Ａによって復工されている。
【００２１】
大断面トンネルＢの周囲には、外郭部躯体Ａを構築するために小断面の単体シールドトンネルａが大断面トンネルＢの周方向に隣接し、かつ大断面トンネルＢの軸方向に連続して掘進されている。
【００２２】
そして、各単体シールドトンネルａの内周、さらには大断面トンネルＢの内周には、例えば図３に図示するような鋼殻１が大断面トンネルＢの周方向と軸方向に互いに接合しながら二重に設置されている。
【００２３】
また、二重に設置された外側と内側の鋼殻１，１間にせん断補強材２が大断面トンネルＢの軸方向と周方向に所定間隔に格子状（図２（ａ））またはトラス状（図２（ｂ））に複数設置されている。
【００２４】
さらに、外側と内側の鋼殻１，１間に周方向補強鉄筋３ａが大断面トンネルＢの周方向に複数配筋され、かつコンクリート４が打設され、さらに必要に応じて軸方向補強鉄筋３ｂが大断面トンネルＢの軸方向に複数配筋されている。こうして、大断面トンネルＢの内周が外殻部躯体Ａによって覆工されている。
【００２５】
鋼殻１は、トンネルの地山を保持する鋼製セグメントに相当するもので、大断面トンネルＢの周方向と軸方向にそれぞれ平行に延在する複数本の主桁５と縦リブ６、他にトンネルの地山に接するスキンプレート７等を有して矩形板状に形成されている。
【００２６】
主桁５と縦リブ６はいずれも、形鋼、平鋼、または平鋼などを組み合わせたビルトアップ鋼材などから形成され、格子状に組み立てられている。特に、主桁５は、ＲＣ構造の主筋に相当するもので、大断面トンネルＢの軸方向に所定間隔に設置されている。
【００２７】
また、スキンプレート７は鋼板から形成され、主桁５と縦リブ６とからなる軸組の地山側に取り付けられている。なお、これらの部材は溶接又はボルト接合によって互いに一体的に接合されている。
【００２８】
さらに、各単体シールドトンネルａにおいて、単体シールドトンネルａの周方向に隣接する主桁５どうしは、例えば主桁５の端部間の片側又は両側に接合プレート８を添え付け、かつ主桁５と接合プレート８を複数本の高力ボルト９で接合する高力ボルト摩擦接合または溶接によって接合されている。
【００２９】
また特に、隣接する単体シールドトンネルａ，ａ間において、一方の単体シールドトンネルａの端部に他方の単体シールドトンネルａの端部が嵌合した状態で接合されている。
【００３０】
その際、単体シールドトンネルａの接合部分に一次覆工材として設置されている鋼殻１のスキンプレート７とこの部分に二次覆工材として所定の厚さに打設されているコンクリート４を撤去して、隣接する単体シールドトンネルａどうしが大断面トンネルＢの周方向に連通している。
【００３１】
また、隣接する単体シールドトンネルａ，ａ間に跨がって周方向補強鉄筋３ａが多数配筋され、さらに隣接する単体シールドトンネルａ，ａ間に連続してコンクリート４が打設されている。
【００３２】
こうして、外殻部躯体Ａを構築するために掘進された単体シールドトンネルａどうしが大断面トンネルＢの周方向に一体的に接合されている。
【００３３】
このような構成において、次にこの発明に係る地下構造物の施工方法を、大断面トンネルの外殻部躯体を構築する場合について説明する（図４，５参照）。
▲１▼  最初に、外殻部躯体Ａを構築するために、複数の単体シールドトンネルａを大断面トンネルＢの周方向に隣接して掘進する。
【００３４】
その際、各単体シールドトンネルａの内周は、一次覆工材として鋼殻１を単体シールドトンネルａの周方向と軸方向に互いに接合しながら複数設置し、かつその内側に二次覆工材としてコンクリート４を所定の厚さに打設してそれぞれ覆工する。
【００３５】
また、各単体シールドトンネルａの一端側に、その上下両端部に鋼殻１と同じ構成の鋼殻１ａをそれぞれ突設することにより、大断面トンネルＢの周方向に断面略溝状に開口する継手用凹部Ｓを単体シールドトンネルａの軸方向に連続して形成する（ＳＴＥＰ−１，２）。
【００３６】
また、継手用凹部Ｓの開口端部にＰＣ板などからなる塞ぎ板１０を取り付けて継手用凹部Ｓを塞ぐとともに、継手用凹部Ｓ内にモルタル等の低強度の充填材１１を充填する。
【００３７】
さらに、継手用凹部Ｓの周囲の地盤が軟弱なときは、単体シールドトンネルａの内側から周囲の地盤中に薬液を注入する等して地固めする必要があるが、その他の方法として、例えば継手用凹部Ｓの両端部に凍結管１２を単体シールドトンネルａの軸方向に連続して取り付け、この凍結管１２に冷媒を通して周囲の軟弱地盤を凍結してもよい（ＳＴＥＰ−１，２）。
【００３８】
なお、これらの作業はいずれも、単体シールドトンネルａを掘進するシールド機のテール部内で行うことにより施工の安全性を図る。
▲２▼  次に、後から掘進する単体シールドトンネルａ（以下「後行トンネルａ」という）を、その一端側を先に掘進した単体シールドトンネルａ（以下「先行トンネルａ」という）の継手用凹部Ｓに嵌合し、かつその一端側で先行トンネルａの継手用部Ｓ内の充填材１１と塞ぎ板１０を切削しながら掘進する（ＳＴＥＰ−３，４）。
【００３９】
その際、後行トンネルａを、その一端側が先行トンネルａの継手用凹部Ｓから離脱しない範囲で径方向に適宜移動しながら掘進すると共により、先行トンネルと後行トンネル間の離隔調整を行うことができるので、掘進時の施工誤差などを容易に吸収できる。
（3） 次に、継手用凹部Ｓ内の、残りの充填材１１を人力で全て掘削し、さらにこの部分に一次覆工材として設置されている鋼殻１のスキンプレート７ａと二次覆工材として充填されているコンクリート４を撤去して後行トンネルａと先行トンネルａを径方向に連通させる（ＳＴＥＰ−５）。
（4） 次に、先行トンネルａと後行トンネルａ間に周方向補強鉄筋３ａを多数、連続して配筋し、そしてコンクリート４を連続して打設する（ＳＴＥＰ−６）。
【００４０】
このようにして、先行トンネルと後行トンネルをこれらの径方向に隣接して順に施工することにより大断面トンネルの外殻部躯体Ａを構築でき、また外殻部躯体Ａの内側土砂を掘削することにより大断面トンネルＢを構築できる。
発明の実施の形態２．
図６は、地下構造物として構築された、大断面トンネルの内周を復工する外郭部躯体およびその施工方法の他の例を示し、隣接する単体シールドトンネルａの対向する側に、単体シールドトンネルａの軸方向に連続する継手用凹部Ｓが互いに対向してそれぞれ設けられている。
【００４１】
また、隣接する単体シールドトンネルａ，ａ間に跨がって周方向補強鉄筋３ａが双方の継手用凹部Ｓを通って多数配筋され、さらに隣接する単体シールドトンネルａおよび継手用凹部Ｓに連続してコンクリート４が打設されている。
【００４２】
こうして、単体シールドトンネルａどうしが大断面トンネルＢの周方向に一体的に接合され、外殻部躯体Ａが構築されている。
【００４３】
このような構成において、次に施工方法を説明する。
▲１▼  最初に、先行トンネルａを、その径方向の一端側に中を充填材１１で埋めた継手用凹部Ｓを掘進方向に連続して設けながら掘進する。
▲２▼  次に、後行トンネルａを、その径方向の一端側に中を充填材１１で埋めた継手用凹部Ｓを掘進方向に連続し、かつ▲１▼の工程で設けた、先行トンネルａの継手用凹部Ｓと対向させて設けながら掘進する（ＳＴＥＰ−１，２）。
▲３▼  次に、先行トンネルおよび後行トンネルの継手用凹部Ｓ内の充填材１１と塞ぎ板１０を切削する。また、先行トンネルａと後行トンネルａを径方向に連通する（ＳＴＥＰ−３）。
▲４▼  次に、先行トンネルａ、後行トンネルａおよび双方の継手用凹部Ｓ間に周方向補強鉄筋３ａと軸方向補強鉄筋３ｂを多数連続して配筋し、かつコンクリート４を連続して打設する（ＳＴＥＰ−４）。
【００４４】
このようにして、先行トンネルと後行トンネルを径方向に隣接して順に施工することにより大断面トンネルの外殻部躯体Ａを構築でき、また外殻部躯体Ａの内側土砂を掘削することにより大断面トンネルＢを構築できる。
【００４５】
なお、先行トンネルおよび後行トンネルの施工方法、継手用凹部Ｓの施工方法、さらには先行トンネルと後行トンネルを連通する方法は全て、発明の実施の形態１で説明した方法と全く同じである。
発明の実施の形態３．
図７と図８は、地下構造物として構築された大断面トンネルを示し、図において、大断面トンネルＢは隣接して掘進された２つの単体シールドトンネルａから偏平な矩形の大断面形に構築されている。
【００４６】
また、その内周は、図８に図示するように、例えば図３に図示するような鋼殻１とその内側に所定の厚さに打設されたコンクリート４とからなる鋼コンクリート合成構造の外郭部躯体Ａによって復工されている。
【００４７】
なお、単体シールドトンネルａと鋼殻１などの構成は、先の例（発明の実施の形態１）で説明した通りである。
【００４８】
このような構成において、次にこの発明に係る地下構造物の施工方法を説明する（図９参照）。
▲１▼  最初に、外殻部躯体Ａを構築するために、２本の単体シールドトンネルａを大断面トンネルＢの径方向に隣接して掘進する。
【００４９】
その際、各単体シールドトンネルａの内周は、一次覆工材として鋼殻１を単体シールドトンネルａの周方向と軸方向に互いに接合しながら複数設置するとともに、その内側に二次覆工材としてコンクリート４を所定の厚さに打設してそれぞれ覆工する（ＳＴＥＰ−１，２）。
【００５０】
また、先行トンネルａの一端側に、その上下両端部に鋼殻１と同じ構成の鋼殻１ａをそれぞれ突設することにより、トンネルＢの周方向に真横に開口する断面略溝状の継手用凹部Ｓを先行トンネルａの軸方向に連続して形成する（ＳＴＥＰ−１，２）。
【００５１】
また、継手用凹部Ｓの開口端部にＰＣ板などからなる塞ぎ板１０を取り付けて継手用凹部Ｓを塞ぎ、かつ継手用凹部Ｓ内にモルタル等からなる低強度の充填材１１を充填する。
【００５２】
さらに、継手用凹部Ｓの周囲の地盤が軟弱なときは、先行トンネルａの内側から周囲の地盤中に薬液を注入する等して地固めする必要があるが、その他の方法として、例えば継手用凹部Ｓの両端部に凍結管１２を先行トンネルａの軸方向に連続して取り付け、この凍結管１２に冷媒を通して周囲の軟弱地盤を凍結してもよい（ＳＴＥＰ−１，２）。
【００５３】
なお、これらの作業はいずれも、先行トンネルａを掘進するシールド機のテール部内で行うことにより施工の安全性を図る。
▲２▼  次に、後行トンネルａを、その一端を先行トンネルａの継手用凹部Ｓに嵌  合し、かつその一端側で先行トンネルａの継手用部Ｓ内の充填材１１と塞ぎ板１０を切削しながら掘進する（ＳＴＥＰ−３）。
【００５４】
なお、その際、後行トンネルａを、その一端側が先行トンネルａの継手用凹部Ｓから離脱しない範囲で径方向に適宜移動しながら掘進するとにより、先行トンネルと後行トンネル間の離隔調整を行うことができるので、掘進時の施工誤差などを容易に吸収できる。
▲３▼  次に、継手用凹部Ｓ内の、残りの充填材１１を人力で全て掘削し、さらにこの部分に一次覆工材として設置されているスキンプレートと二次覆工材として充填されているコンクリートを撤去して先行トンネルａと後行トンネルａを径方向に連通させる（ＳＴＥＰ−４）。
▲４▼  このようにして、先行トンネルと後行トンネルをこれらの径方向に隣接して順に施工することにより大断面トンネルＢを構築できる。
【００５５】
なお、必要に応じて単体シールドトンネルａを横に複数隣接して必要な広さの大断面トンネルを容易に構築できる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明に係る地下構造物は以上説明した構成からなり、特に隣接する一方の単体シールドトンネルの端部に他方の単体シールドトンネルの端部を嵌合し、この隣接する単体シールドトンネル間に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設して構築してあるので、複数の単体シールドトンネルから、例えば大断面トンネルの内周を覆工する外殻部躯体を構築する場合などに、隣接する単体シールドトンネルどうしを確実・強固に接合でき、また接合部の止水処理を確実に行うことができる。
【００５７】
また、この発明に係る地下構造物の施工方法は、特に後行の単体シールドトンネルを、その一端側を先行トンネルの一端側に設けられた継手用凹部に嵌合し、かつ継手用凹部内の充填材を切削しながら掘進するので、継手用凹部を後行トンネルの掘進時の案内ガイドとして利用でき、施工精度の向上が図れる等の効果がある。
【００５８】
また、後行トンネルを掘進する際に、後行トンネルの端部が継手用凹部から離脱しない範囲で後行トンネルをその径方向に適宜移動することにより、施工上の誤差を簡単に吸収できる。
【００５９】
また、継手用凹部には低強度の充填材を充填するので、後行トンネルの掘進中に周囲からの土圧で継手用凹部が変形したり、この部分からトンネル側に漏水を起こすのを防止できる。
【００６０】
さらに、先行の単体シールドトンネルと後行のシールドトンネルを径方向に連通し、かつこの単体シールドトンネル間に補強鉄筋を連続して配筋し、かつコンクリートを連続して打設することにより地下構造物を一体的に構築できる。
【００６１】
また、継手用凹部の端部に凍結管を単体シールドトンネルの軸方向に連続して取り付け、この凍結管に冷媒を通して継手用凹部周囲の地盤を凍結することにより、土水圧の影響を受けることなく、きわめて安全に行うことができる。
【００６２】
また、特に請求項４記載の地下構造物の施工方法によれば、複数の単体シールドトンネルを隣接して掘進することにより、特に大型シールド機によらなくても小型のシールド機で大断面トンネルをきわめて経済的に掘進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は大断面トンネルの外殻部躯体の一部断面図、（ｂ）は（ａ）に図示する外殻部躯体によって内周が覆工された大断面トンネルの断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、外殻部躯体の一部斜視図である。
【図３】鋼殻の一部斜視図である。
【図４】施工工程を示す外殻部躯体の接合部の断面図である。
【図５】施工工程を示す外殻部躯体の接合部の断面図である。
【図６】施工工程を示す外殻部躯体の接合部の断面図である。
【図７】大断面トンネルの軸直角方向の断面図である。
【図８】図７に図示する大断面トンネルの内周を覆工している外殻部躯体の一部斜視図である。
【図９】施工工程を示す外殻部躯体の接合部の断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の大断面トンネルの断面図、（ｂ）はその内周を覆工している鋼殻の一部斜視図である。
【符号の説明】
Ａ  外殻部躯体
Ｂ  大断面トンネル
Ｓ  継手用凹部
ａ  単体シールドトンネル
１  鋼殻
２  せん断補強鋼材
３ａ  周方向補強鉄筋
３ｂ  軸方向補強鉄筋
４  コンクリート
５  主桁
６  縦リブ
７  スキンプレート
８  接合プレート
９  接合ボルト
１０  塞ぎ板
１１  充填材
１２  凍結管
【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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