(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機で構築されたトンネルの側部に分岐シールド掘進機の発進口を構築する方法であって、シールド掘進機のテールフレーム内にて円弧板を周方向に繋げて外筒リングを構築し、該外筒リングの内側にて外径が標準セグメントより小さな縮径セグメントを周方向に繋げて縮径リングを構築すると共に、該縮径リングと外筒リングとの間に周方向に沿って第１止水シールを設置し、シールド掘進機を略１リング分前進させてテールフレーム後端のテールシールを上記外筒リングの外面に押し当ててシールし、その状態でテールフレーム内にて先の外筒リングの軸方向に繋げて新たな外筒リングを同手順で構築し、その新たな外筒リングの内側にて先の縮径リングの軸方向に繋げて新たな縮径リングを同手順で構築し、以降かかる作業を繰り返して縮径リングを軸方向に繋げた縮径トンネルを構築すると共にその外側に外筒リングを軸方向に繋げた外筒フードをスライド自在に構築し、且つ該縮径トンネルと外筒フードとの間に周方向に沿って第２止水シールを設置し、上記外筒フードで覆われた第１および第２止水シール間の縮径トンネルの一部に分岐シールド掘進機の発進口を貫通形成し、該発進口に分岐シールド掘進機の一部を装着した後、上記外筒フードをスライドさせて発進口を側部地山に露出させるようにしたことを特徴とする分岐シールド掘進機の発進口の構築方法。
【請求項２】
シールド掘進機で構築されたトンネルの側部に、分岐シールド掘進機を発進させるべく形成される発進口の構築構造であって、シールド掘進機のテールフレーム内にて組み立て可能な長さで且つ外径が標準セグメントより小さな縮径セグメントを周方向および軸方向に繋げて構成された縮径トンネルと、該縮径トンネルの外側にスライド自在に被嵌されシールド掘進機のテールフレーム内にて組み立て可能な長さの円弧板を周方向および軸方向に繋げて構成された外筒フードと、該外筒フード内面とその内方の縮径トンネル外面との間に軸方向に所定間隔を隔てて夫々周方向に沿って介設された第１及び第２シールと、これら第１及び第２止水シール間にて外筒フードで覆われた縮径トンネルの一部に貫通形成された分岐シールド掘進機の発進口と、該発進口を側部地山に露出させるべく外筒フードを軸方向にスライドさせるスライド手段とを備えたことを特徴とする分岐シールド掘進機の発進口の構築構造。
【請求項３】
上記スライド手段は、外筒フードの端部に接続されるワイヤと、該ワイヤを縮径トンネルの外面に沿って所定長さ牽引した後トンネル内部に引き込む牽引機構とを備えたものである請求項２記載の分岐シールド掘進機の発進口の構築構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの側部から発進する分岐シールド掘進機の発進口の構築方法及び構築構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機で構築されたトンネルの側部から分岐シールド掘進機を発進させる技術として、シールドフレームの後端に掘進方向にスライド自在に設けられたテール部を拡張し、そのテール部の内側（止水領域）にて特殊セグメントを組み付け、その特殊セグメントに分岐シールド掘進機の発進口を成形し、その発進口に分岐シールド掘進機の一部を液密に装着した後、本線シールド掘進機を前進させてテール部内側（止水領域）に位置していた発進口を側部地山に露出させ、その発進口から分岐シールド掘進機を発進させるようにしたものが知られている（特開平１１−３０３５６８号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる技術においては、一旦拡張されたテール部が側部土圧によって内方に撓むため、テール部を再度収縮させることが困難になる可能性がある。テール部が拡張されたままであるとその分だけ機長が伸びるためカーブ施工上問題となる。また、分岐シールド掘進機の直径が大きい場合、その分岐シールド掘進機を本線シールド掘進機のテール部の内側（止水領域）に直角に装着する都合上、テール部の拡張ストロークを大きくする必要があり、止水性に問題が生じる可能性がある。また、拡張したテール部の内側（止水領域）にて特殊セグメントの発進口に分岐シールド掘進機の一部を装着しなければならないため、その装着の際に本線シールド掘進機の種々の機器が邪魔になることも考えられる。
【０００４】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、シールド掘進機に拡張テール機構等の改造を一切施すことなく、トンネルの側部に分岐シールド掘進機の発進口を構築する方法および構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく第１の発明は、シールド掘進機で構築されたトンネルの側部に分岐シールド掘進機の発進口を構築する方法であって、シールド掘進機のテールフレーム内にて円弧板を周方向に繋げて外筒リングを構築し、該外筒リングの内側にて外径が標準セグメントより小さな縮径セグメントを周方向に繋げて縮径リングを構築すると共に、該縮径リングと外筒リングとの間に周方向に沿って第１止水シールを設置し、シールド掘進機を略１リング分前進させてテールフレーム後端のテールシールを上記外筒リングの外面に押し当ててシールし、その状態でテールフレーム内にて先の外筒リングの軸方向に繋げて新たな外筒リングを同手順で構築し、その新たな外筒リングの内側にて先の縮径リングの軸方向に繋げて新たな縮径リングを同手順で構築し、以降かかる作業を繰り返して縮径リングを軸方向に繋げた縮径トンネルを構築すると共にその外側に外筒リングを軸方向に繋げた外筒フードをスライド自在に構築し、且つ該縮径トンネルと外筒フードとの間に周方向に沿って第２止水シールを設置し、上記外筒フードで覆われた第１および第２止水シール間の縮径トンネルの一部に分岐シールド掘進機の発進口を貫通形成し、該発進口に分岐シールド掘進機の一部を装着した後、上記外筒フードをスライドさせて発進口を側部地山に露出させるようにしたものである。
【０００６】
第２の発明は、シールド掘進機で構築されたトンネルの側部に、分岐シールド掘進機を発進させるべく形成される発進口の構築構造であって、シールド掘進機のテールフレーム内にて組み立て可能な長さで且つ外径が標準セグメントより小さな縮径セグメントを周方向および軸方向に繋げて構成された縮径トンネルと、該縮径トンネルの外側にスライド自在に被嵌されシールド掘進機のテールフレーム内にて組み立て可能な長さの円弧板を周方向および軸方向に繋げて構成された外筒フードと、該外筒フード内面とその内方の縮径トンネル外面との間に軸方向に所定間隔を隔てて夫々周方向に沿って介設された第１及び第２シールと、これら第１及び第２止水シール間にて外筒フードで覆われた縮径トンネルの一部に貫通形成された分岐シールド掘進機の発進口と、該発進口を側部地山に露出させるべく外筒フードを軸方向にスライドさせるスライド手段とを備えたものである。
【０００７】
また、上記スライド手段は、外筒フードの端部に接続されるワイヤと、該ワイヤを縮径トンネルの外面に沿って所定長さ牽引した後トンネル内部に引き込む牽引機構とを備えていてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【０００９】
図１に本実施形態に係る分岐シールド掘進機の発進口の構築構造の平断面図を、図２にその側面図を示す。分岐シールド掘進機の発進口１は、本線シールド掘進機で構築されたトンネル２の側部に分岐シールド掘進機３を発進させるべく形成されるものであって、図３乃至図５に示す方法によって構築される。
【００１０】
本線シールド掘進機（通常タイプのシールド掘進機）は、図３(a) に示すように、筒体状のシールドフレーム４の前部に設けられた図示しないカッタによって切羽を掘削しつつ、シールドフレーム４の後部のテールフレーム５の内方に設けられた推進ジャッキ６を既設セグメント７に押し当てて伸長させ、シールドフレーム４を推進ジャッキ６のストローク分だけ掘進させた後、推進ジャッキ６を収縮させてその空きスペースに新たなセグメント７を組み付け、かかる操作を繰り返すことによって地山を掘進しつつトンネルを構築するものである。
【００１１】
ここで、テールフレーム５の内方にて組み付けられるセグメント７は、テールフレーム５の後端部に設けられたテールシール８（ブラシシール）が既設セグメント７の外面に押し付けられるため、止水された領域で組み付けられることになる。テールシール８は、テールフレーム５の後端部内周面に前後２段にそれぞれ周方向に沿って取り付けられており、自身のバネ作用によって既設セグメント７の外周面に押し付けられることにより、テールフレーム５と既設セグメント７との間の間隙（テールボイド）を止水するものである。
【００１２】
この本線シールド掘進機を用いて図１および図２に示す分岐シールド掘進機３の発進口１を構築するわけであるが、それには先ず図３(a) に示すように、本線シールド掘進機のテールフレーム５内にて、通常通りに標準セグメント７を組み立てて標準トンネル９を構築する。そして、標準トンネル９の端部に推進ジャッキ６のシュー６ａを押し当てて伸長させ、シールド掘進機（シールドフレーム４）を略１リング分前進させる。その後、推進ジャッキ６を収縮させ、その空きスペースに円弧板１０を周方向に溶接等によって繋げ、外筒リング１１を構築する。
【００１３】
外筒リング１１の外径は、標準トンネル９の外径と略同径に設定されている。外筒リング１１を軸方向に繋げて図５および図２に示すように外筒フード１２を構成した後、その外筒フード１２を軸方向にスライドさせる際、テールボイド分を利用して側部地山からの摺動抵抗の減少を狙ったものである。また、図３(a) に示すように、テールフレーム５の内方にて構築される外筒リング１１は、テールフレーム５の後端部に設けられたテールシール８が標準トンネル９（既設セグメント７）の外面に押し付けられるため、止水された領域で構築されることになる。
【００１４】
次に、図３(b) に示すように、外筒リング１１の内側において、外径が標準セグメント７より小さな縮径セグメント１３を周方向にボルトナット等により繋げ、縮径リング１４を構築する。縮径セグメント１３は、標準トンネル９の端部にも連結されるため、縮径リング１４は、標準トンネル９に連結されることになる。縮径セグメント１３は、その全てが周方向および軸方向に繋がれて後述する縮径トンネル１５を構成したとき、図５および図２に示す分岐シールド掘進機３の発進口１を形成すべく、一部１３ａが取り外し自在となっている。
【００１５】
また、この縮径セグメント１３には、外筒リング１１との間を止水する第１止水シール１６ａ（ゴム等）が取り付けられている。第１止水シール１６ａは、各縮径セグメント１３の外面に周方向に沿って円弧状に装着されており、各縮径セグメント１３が周方向に繋がれて縮径リング１４となったとき周方向に連続的に接続されてリング体となる。なお、この構成に限らず、上記外筒リング１１の内周面にリング状の第１止水シール１６ａを予め仮止めし、その上から縮径セグメント１３を組み立てて縮径リング１４を構築することで、縮径リング１４と外筒リング１１との間にリング状の第１止水シール１６ａを介在させてもよい。
【００１６】
次に、図３(c) に示すように、推進ジャッキ６のシュー６ａを縮径リング１４の端部に押し当てて伸長させ、シールド掘進機（シールドフレーム４）を略１リング分前進させる。このとき、テールフレーム５の後端に設けられたテールシール８が、外筒リング１１の外面に押し付けられるため、テールフレーム５と外筒リング１１との間の止水は確保される。詳しくは、外筒リング１１の外径が標準トンネル９の外径と略同等に設定されているため、止水ギャップが図３(b) に示す前段階と殆ど変化することはなく、テールシール８がそのバネ作用によって外筒リング１１の外面に押し付けられるため、問題なく止水できる。また、外筒リング１１と縮径リング１４との間の止水は第１シール１６ａでなされる。
【００１７】
次に、図３(d) に示すように、推進ジャッキ６を収縮させ、その空きスペースを利用して、先の外筒リング１１の軸方向の先端部に、円弧板１０を用いて同手順で構築された新たな外筒リング１１を連結する。すなわち、上記空きスペースにおいて、円弧板１０を周方向および先の外筒リング１１の先端部に溶接等によって繋げることにより、先の外筒リング１１に新たな外筒リング１１を繋げて設ける。このとき、先の外筒リング１１が縮径リング１４よりも前方に突出されているので、その先端部に円弧板１０を容易に突き合わせ溶接できる。なお、シュー６ａは、軸廻りに偏心して回転自在となっており、図３乃至図４に示すように縮径セグメント１３を押圧するときには径方向内方に引き込まれて外筒リング１１を避け、図５に示すように標準セグメント７を押圧するときには１８０度回動されてその中央部を押圧する。
【００１８】
次に、図３(e) に示すように、その新たな外筒リング１１の内側において、先の縮径リング１４の軸方向の先端部に、縮径セグメント１３を用いて同手順で構築された新たな縮径リング１４を連結する。すなわち、新たな外筒リング１１の内側において、縮径セグメント１３を周方向および先の縮径リング１４の先端部にボルトナット等によって繋げることにより、先の縮径リング１４に新たな縮径リング１４を繋げて設ける。この縮径セグメント１３も、図５および図２に示す縮径トンネル１５を構成したとき、分岐シールド掘進機３の発進口１を形成すべく、一部１３ａが取り外し自在となっている。
【００１９】
以降、同様な手順を繰り返すことにより、図４に示すように、標準トンネル９に繋げて縮径リング１４が連結されてなる縮径トンネル１５を構築し、その縮径トンネル１５の外側に外筒リング１１が連結されてなる外筒フード１２をスライド自在に被嵌して設ける。縮径トンネル１５は、テールフレーム５内にて組み立て可能な長さで且つ外径が標準セグメント７より小さな縮径セグメント１３を周方向および軸方向に繋げて構築され、外筒フード１２は、テールフレーム５内にて組み立て可能な長さの円弧板１０を周方向および軸方向に繋げて構築されることになる。
【００２０】
外筒フード１２の軸方向の長さは、図２に示すように、縮径トンネル１５に開口される発進口１をカバーできる長さに設定されている。図４に示す最後の外筒リング１１の先端部すなわち外筒フード１２の先端部には、ワイヤ１７が取り付けられるワイヤ取付部１８が、周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。また、図４に示す最後の縮径リング１４には、図３(b) に示す縮径リング１４と同様の第２止水シール１６ｂが設けられている。なお、外筒リング１１の内周面にリング状の第２止水シール１６ｂを予め仮止めし、その上から縮径セグメント１３を組み立てて縮径リング１４を構築することで、縮径リング１４と外筒リング１１との間に第２止水シール１６ｂを介在させてもよい。
【００２１】
また、図４では、縮径リング１４を構成する縮径セグメント１３の一部１３ａを取り外し、縮径トンネル１５に分岐シールド掘進機３の発進口１を開けた状態となっているが、この段階では発進口１を開けなくてもよい。発進口１が開いていると、推進ジャッキ６を押し付けてシールド掘進機（シールドフレーム４）を前進させる際に、掘進反力に対抗する剛性が低下するからである。よって、図５に示すように、更に幾つかの縮径セグメント１３を組み付けてシールド掘進機  （シールドフレーム４）をある程度掘進させ、推進ジャッキ６による掘進反力が発進口１において分散して作用する位置まで、発進口１を開けない方が好ましい。
【００２２】
その後、図５に示すように、縮径セグメント１３からなる縮径リング１４を更に所定数軸方向に組み付け、縮径トンネル１５を延長する。延長長さは、外筒フード１２を縮径トンネル１５に沿って前方に移動させて発進口１を側部地山に露出させたとき、前進する外筒フード１２を縮径トンネル１５の外周に被嵌できる長さに設定されている。すなわち、縮径トンネル１５は、外筒フード１２の長さの少なくとも２倍の長さに設定されており、発進口１を外筒フード１２によって覆うカバー領域部１５ａと、発進口１を側部地山に露出させたときに前方に移動された外筒フードを収容する格納領域部１５ｂとからなる。
【００２３】
図５に示すように、縮径トンネル１５を延長するに際しては、それに先立ってワイヤ取付部１８にワイヤ１７を取り付けておく。そして、縮径トンネル１５を所定の長さまで延長させたならば、その縮径トンネル１５の端部に標準セグメント７と同じ厚さの特殊セグメント１９を組み付ける。特殊セグメント１９は、縮径セグメント１３より径方向外方に突出した部分に形成されたワイヤ導入口２０と、内周面に形成されたワイヤ排出口２１と、これらを連通するワイヤ通路２２と、通路２２の偏向部に設けられたローラ２３とを有し、上記ワイヤ１７をトンネル内に導く。導入口２０にはワイヤ１７との間を止水するシールが設けられている。
【００２４】
そして、その特殊セングメント１９に繋げて通常の標準セグメント７を組み付け、通常の掘進およびセグメント組立工程に戻る。以上の各工程において、テールフレーム５の外周面と既設セグメント７、１３、１９の外周面との間の隙間  （テールボイド）には、充填材（図中ドットで示す）が掘進機側から注入される。この充填材は、掘進機による掘穴とセグメント外周面との間の空間における土砂の緩みを防止するものであり基本的にはモルタル等が用いられるが、縮径トンネル１５の部分では後工程での外筒フード１２のスライドを良好とすべく潤滑性に富み固まり難い材料（油性材料等）を用いる。
【００２５】
その後、図５に示すように、発進口１の内側に、分岐シールド掘進機３が挿入される発進リング２４を、溶接等によって取り付ける。発進リング２４の取り付けは、図５のタイミングに限らず、いつでもよいが、テールフレーム５が発進口１からラップすることなく離れた後が好ましい。テールフレーム５が発進口１にラップした状態では、テールフレーム５内における本線用シールド掘進機の種々の機器が邪魔になって発進口１に発進リング２４を取り付けることが困難になることも考えられるからである。
【００２６】
その後、図１に示すように、発進口１の発進リング２４に分岐シールド掘進機３の一部を液密に装着する。分岐シールド掘進機３の一部の発進リング２４への取り付けは、図１のタイミングに限らず、いつでもよいが、本線用シールド掘進機のテールフレーム５が発進口１からラップすることなく離れた後が好ましい。テールフレーム５が発進口１にラップした状態では、たとえ発進口１に発進リング２４を取り付けることがなんとか可能であっても、その発進リング２４に分岐シールド掘進機３の一部を取り付けることは、テールフレーム５内における本線用シールド掘進機の種々の機器が邪魔になって困難だからである。
【００２７】
分岐シールド掘進機３の一部は、発進リング２４にボルト・ナットや溶接等によって固定されるガイドリング２５と、そのガイドリング２５の内部にスライド自在に収容された筒状の前部シールドフレーム２６と、前部シールドフレーム２６の内部を仕切る隔壁２７と、隔壁２７に取り付けられたカッタ２８と、カッタ２８を駆動するカッタモータ２９とを有する。ガイドリング２５の内周面には、前部シールドフレーム２６との間隙を止水するシール３０（ブラシ状）が前後２段にそれぞれ周方向に沿って設けられている。各段のシール３０、３０の間には、充填口３１からシール材が充填されるようになっている。
【００２８】
こうして発進口１の発進リング２４に分岐シールド掘進機３のガイドリング２５を液密に装着したならば、分岐シールド掘進機３の後半部分（図示せず）をトンネル内にて組み立て、ワイヤ１７をトンネル内からウィンチ３２等によって引っ張って、縮径トンネル１５のカバー領域部１５ａにて発進口１を覆っている外筒フード１２を前方の格納領域部１５ｂに移動させ、発進口１を側部地山に露出させる。本実施形態では、特殊セグメント１９やウィンチ３２等が特許請求の範囲の請求項３における牽引機構３３を構成し、この牽引機構３３とワイヤ１７とによってスライド手段３４を構成する。
【００２９】
こうして発進口１を側部地山に露出させたとき、側部地山の土砂や水は、分岐シールド掘進機３の隔壁２７およびガイドリング２５と前部シールドフレーム２６との間のシール３０によって土留および止水されるため、トンネル内に侵入噴出することはない。その後、分岐シールド掘進機３を発進口１から発進させ、その後方に分岐トンネルを構築する。発進する分岐シールド掘進機３と発進口１との隙間における止水は、ガイドリング２５の内周面に設けられたシール３０によって保持される。
【００３０】
本実施形態によれば、シールド掘進機側には一切改造を施すことなく即ちテール部に拡縮機構等を設けることなく、トンネルの側部に分岐シールド用の発進口１を構築できる。よって、一旦拡張されたテール部が側部土圧によって内方に撓んで再度収縮させることが困難になる問題を回避できると共に、シールド掘進機自体の製造費のコストアップが避けられる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、図３乃至図５に示す手順で各部品を組み付ける作業を繰り返すことで、発進口１を容易に複数個形成できる。また、縮径トンネル１５の発進口１を外筒フード１２によって覆っているので、発進口１に発進リング２４および分岐シールド掘進機３の一部を装着するタイミングを自由に設定できると共に、発進口１を側部地山に露出させるタイミングも自由に設定できる。よって、工事の自由度が広がる。
【００３２】
すなわち、従来技術では、発進口からの浸水を回避するために、テール部を一旦拡張してその内側にて、発進口が形成されたセグメントを組み立てその発進口に分岐シールド掘進機の一部を液密に装着する必要があり、その際、テール部内側における本線用シールド掘進機の種々の機器が邪魔になって分岐シールド掘進機の装着が困難になる事態も考えられるが、本実施形態では例えば図１に示すように、発進口１がテールフレーム５から充分離間したところで発進口１に発進リング２４および分岐シールド掘進機３の一部の装着することも可能であり、発進リング２４および分岐シールド掘進機３の一部の装着作業スペースを縮径トンネル１５内にて確保できる。
【００３３】
本発明の別の実施形態を図６に示す。
【００３４】
図示するようにこの実施形態は、図１に示す前実施形態と基本構成は同様であるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略し、相違点である「外筒フード１２を軸方向にスライドさせるスライド手段」のみを説明する。本実施形態におけるスライド手段３４は、図１に示す前実施形態におけるワイヤ取付部１８、ワイヤ１７、特殊セグメント１９およびウィンチ３２の代わりに、標準トンネル９に組み付けられる特殊セグメント３５と、その内部に収容されたジャッキ３６と、ジャッキ３６の収縮時に継ぎ足される継足ロッド３７とを設けて構成されている。
【００３５】
この構成によれば、発進口１の発進リング２４に分岐シールド掘進機３の一部を液密に装着した後、図６の状態からジャッキ３６を伸長させて外筒フード１２を前進させ、その後ジャッキ３６を収縮させ、その空きスペースに継足ロッド３７を挿入して再びジャッキ３６を伸長させる、という作業を繰り返すことにより、外筒フード１２を発進口１が側部地山に露出するまで前進させる。なお、上記特殊セグメント３５およびジャッキ３６は、トンネルの周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。この実施形態にあっても前実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る分岐シールド掘進機の発進口の構築方法及び構築構造によれば、シールド掘進機に拡張テール機構等の改造を一切施すことなく、トンネルの側部に分岐シールド掘進機の発進口を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る分岐シールド掘進機の発進口の構築構造の平断面図である。
【図２】上記分岐シールド掘進機の発進口の構築構造の側面図である。
【図３】上記分岐シールド掘進機の発進口の構築方法を示す工程図である。
【図４】図３の続きを示す工程図である。
【図５】図４の続きを示す工程図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係る分岐シールド掘進機の発進口の構築構造の平断面図である。
【符号の説明】
１  発進口
３  分岐シールド掘進機
５  テールフレーム
７  標準セグメント
８  テールシール
１０  円弧板
１１  外筒リング
１２  外筒フード
１３  縮径セグメント
１４  縮径リング
１５  縮径トンネル
１６ａ  第１止水シール
１６ｂ  第２止水シール
１７  ワイヤ
３３  牽引機構
３４  スライド手段
【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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