偏压浅埋隧道施工方案Word文件下载.docx
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2工程概况
2.1工程概述
本工区施工的五座隧道中,有多处属于浅埋地段,如鹰嘴石隧道出口段、红石庙隧道入口段、许家湾隧道入口段、尹湾隧道出口段及中间地段,其中尹湾隧道中间地段DK167+300~+450买深很浅,地表为种植水田地表水丰富,是施工的重点控制地段,需在旱季组织施工。
2.2工程地质与水文地质条件
2.2.1沿线地形地貌特征
本标段属于大别山中段北坡,为江淮分水岭主脉,群山连绵,沟谷深切,自南向北地势由高趋低,为低山区,相对高差最高达500m,其间河谷深切,植被绿化良好,局部丘陵区相对高差10~50m。
2.2.2地质岩性
本标段位于金寨至麻城段大别山区,基岩基本裸露,以区域变质岩-石英片岩、片麻岩、花岗岩、闪长岩为主。
浅埋地段多为全风化或强风化二长花岗岩,且地下水发育。
尹湾隧道浅埋段围岩见“表2-1隧道围岩特征及分级表”。
表2-1隧道围岩特征及分级表
序号
地层时代
特征
所处地段
1
石炭纪下统佛子岭诸佛岩组
表层为残坡积粉质粘土,褐黄色,其下为云母石英片岩,全风化,下为强风化,灰色,岩体结构大部分已破坏,风化呈碎块状。
DK167+129-DK167+180
2
侏罗系上统三合单元
二长花岗岩,棕红色,全~弱风化,弱风化层岩质坚硬,岩体较完整,DK167+270~+300为ANCZF石英片岩与J3Z二长花岗岩接触带。
DK167+244~DK67+450
3
表层为全风化二长花岗岩,褐黄色,强风化,下为强风化,褐黄色,其下为弱风化,岩体较完整。
DK167+560~DK167+600
2.2.3气象特征
沿线属北亚热带季风气候,冬季干旱,夏季多雨,干湿交替,四季分明。
线路所经地区,年均降雨量900~1600mm,每年6~9月为汛期,此期间降雨量一般占全年降雨量的60%以上。
全年平均气温为14.6℃~16.4℃,七月最热,平均气温27.2℃~28.7℃,极端最高气温43.3℃;
一月最冷,平均气温1.4℃~3.3℃,极端最低气温-12.9℃。
平均无霜区为210~259天左右,风力最大8~9级,风速为21m/s~25m/s。
2.2.4水文特征
本线跨越淮河和长江两大流域,大别山为两大水系的分水岭。
大别山以北属淮河流域,大别山以南属长江流域。
大别山以南主要跨越长江北岸的滠水、倒水、举水及其支流水系,大别山以北主要跨越淮河流域的支流淠河。
3施工方案
3.1浅埋洞门段的开挖
3.1.1边仰坡开挖
隧道进洞前按设计图放出仰坡及路堑开挖轮廓线,做好洞顶截水天沟,以防地表水冲刷边仰坡,导致边仰坡失稳坍塌。
截水天沟结合现场地形修建,施工时首先将沟底虚土清理干净,然后施作砌体,要求坡面顺畅、不漏水。
边仰坡分上、中、下三台阶进行。
仰坡台阶开挖先挖一层台阶至洞口处,进洞后再开挖下部台阶,开挖台阶标高与隧道进洞台阶标高一致,并与边坡相协调,开挖过程中严格控制边坡位置及坡度,并及时做好边、仰坡防护。
边仰坡防护采用Φ22砂浆锚杆(L=3m),间距1.5m梅花型布置,挂φ8钢筋网(网格25×
25),喷10cm厚C20混凝土。
3.1.2大管棚超前支护施工工艺
隧道洞口段V级围岩较差,采用大管棚超前支护。
用φ108mm的钢管20根和φ108mm的钢花管21根间隔制作拱顶大管棚,管棚按设计长度施工,其走向与隧道中线平行。
在钻孔过程中,为防止钻头下垂侵入净空,设外插角2~4°
。
大管棚钻孔采用管棚钻机,钻孔前先施作套拱,套拱预留孔作为管棚钻孔导向作用。
人工插入钢管。
钢管应按6m,10m分节制作,前端按梅花型布置注浆孔,未端4m不钻孔,外露2m锚固于套拱,前端制作成楔形。
插管时注意相邻钢管接头错开2m,同一截面节头不超过50%。
其注浆压力应不小于2MPa。
其施工工艺详见“大管棚施工工艺流程图”。
大管棚施工工艺流程图
施工准备
测量放样
钻孔
插管
注浆
下道工序
钻机准备
钢管制作
工程试验
3.1.3小导管超前支护施工工艺
在V级围岩地段除上项使用大管棚超前支护地段,部分采用超前小导管预支护。
对浅埋地段、结构松散、稳定性差的软弱围岩地段,采用超前小导管注浆予加固,使其达到支护掘进进尺范围内拱部围岩,有效地约束围岩在开挖的一定时间内不发生松弛坍塌,为大面积开挖与喷锚支护创造条件。
超前小导管尾端支撑在格栅拱架上。
超前小导管的施工,在土质围岩中,采用螺旋钻钻孔;
在石质围岩中,采用风钻钻孔。
小导管采用φ42mm钢管制作,长4.5m左右,间距50cm,外插角5~10°
,管前端做成楔状,在管前部2.5~4m范围内按梅花形布置,钻φ6mm的注浆孔,以便钢管顶入地层后对围岩空隙注浆。
其施工工艺详见下页“超前小导管注浆施工工艺流程图”。
3.2偏压、浅埋洞身段的施工
3.2.1小管棚超前支护施工工艺
隧道洞身浅埋地段,围岩均较差,根据施工图采用小管棚超前支护。
用φ89mm的钢管20根和φ89mm的钢花管21根间隔制作拱顶小管棚,管棚按设计长度施工,其走向与隧道中线平行。
在钻孔过程中,为防止钻头下垂侵入净空,设外插角1~3°
小管棚钻孔采用管棚钻机,钻孔前先在隧道掌子面(施做小管棚断面)上外扩出小管棚尺寸位置,喷射混凝土并预留孔,作为小管棚钻孔导向孔,人工插入钢管。
超前小导管注浆施工工艺流程图
3.2.2超前锚杆支护施工工艺
隧道洞身浅埋地段,围岩岩层较稳定时,根据施工图采用超前砂浆锚杆支护,锚杆采用25螺纹钢,长3.5m,外插角10°
~30°
不等,环向间距40cm,粘接材料采用砂浆,尾端支撑于钢架上,纵向搭接长度1.5m。
采用风动凿岩机钻孔打入。
3.2.3中空注浆锚杆
按照设计要求及时安设环向注浆锚杆,先在岩面上测放出需施设锚杆孔的点位,在凿岩台车架上使用风枪凿岩机钻孔。
孔位偏差不大于5cm,成孔后用高压风枪清孔,孔内清洗干净后,浆锚杆塞入孔内,安止浆塞,套接注浆管,把锚杆与孔壁间的空间用早强水泥砂浆注满,然后加垫板和螺母,待锚杆有一定抗拉强度后拧紧螺母。
锚杆的锚固力不得低于设计和规范所确定的抗拔力,每300根至少作一组锚杆抗拔力试验,每组不少于3根。
3.2.4砂浆锚杆施工
原材料及配合比:
锚杆杆体采用Φ22mm的螺纹钢,锚杆平直、无锈,使用前先除油,砂浆采用中砂和42.5#水泥拌制,砂最大粒径不大于2.5mm,使用前过筛清洗。
砂浆配合比控制在(水泥:
砂子)1:
1~1:
0.5之间,水灰比控制在0.45~0.5之间。
砂浆拌合均匀,随合拌随使用,在砂浆初凝前使用完毕。
钻孔:
采用锚杆台车或手持凿岩机钻孔,钻孔的深度、方向和布置严格按设计施工,孔深误差不超过5cm,孔径大于杆体直径15mm,钻孔完毕吹净孔内积水、积粉和岩碴。
灌浆、安装:
采用牛角泵灌浆。
灌浆开始和中途停止超过30分钟,用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路。
灌浆时注浆管插入距孔底5-10厘米处,随砂浆的注入缓慢均匀拔出,灌浆压力不大于0.4Mpa。
避免孔中砂浆漏灌,保证锚杆全长锚固。
注浆完后安装锚杆,锚杆的插入长度不小于设计长度的95%,其外露长度满足设置托板、钢筋网要求,锚杆安装后不得随意敲击。
砂浆锚杆施工工艺流程图
3.2.5钢架施工
钢架加工:
按照设计尺寸在平整的场地上放出1∶1大样,把整榀钢架分12个单元,并焊好连接法兰,法兰的焊接准确周正,孔眼对应。
使用前将各单元编号预拼,无侧弯、扭曲、错台、变形等缺陷,方可使用。
钢架架立:
首先要测量准确,架立后复核,钢架尽可能与围岩贴靠紧密(空隙小于5cm),两侧底脚使用垫块支垫牢固。
如基底松软则安装时设置垫板,防止支撑受荷载下沉,必要时用砼加固基底。
锁脚:
每单元接头处施作锁脚锚杆,通过钢架或型钢钢架与锚杆的焊接,将钢架锁定到墙上。
锚杆打设,与水平成约45°
角倾斜向下,以改善受力状态。
连接:
法兰之间对正,用螺栓连接牢固,钢架与纵向锚杆焊牢,钢架与钢架之间用Φ22螺纹钢焊接连成整体,起到整体支护效果。
纵向连接筋按八字型交错连接成桁架结构,结点呈不可活动绞形式。
此法抗扭性好,利于整体性和稳定性的提高。
加楔:
在格栅与围岩间空隙加砼预制楔块,保证围岩压力均匀传至格栅钢架上。
3.2.6开挖施工
偏压地段开挖施工采用交叉中隔壁(CRD)法,以确保初期支护质量、减小对地层的扰动、安全开挖,开挖施工工序(如图所示):
⑴、a利用上一循环架立的钢架施作隧道及中隔壁超前支护。
b弱爆破开挖①部。
c喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
d施作①部周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,架设I18钢架及I18临时钢架,并设锁脚钢管。
e导坑底部喷15cm厚混凝土,施作①部临时仰拱,安设I18横撑。
f钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
(2)a在滞后于①部一段距离后,弱爆破开挖②部。
b喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
c施作②部导坑周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,架设I18钢架及I18临时钢架,并设锁脚钢管。
e导坑底部喷15cm厚混凝土,施作②部临时仰拱,安设I18横撑。
(3)a利用一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
b开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同①。
(4)a开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同②。
(5)a在滞后于②部一段距离后,弱爆破开挖⑤部。
c隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。
d接I18钢架及I18临时钢架。
e钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
(6)a在滞后于④部一段距离后,弱爆破开挖⑥部。
d架设I18钢架使钢架封闭成环。
(7)逐段拆除靠近已完成二次衬砌6~8m范围内中隔壁底部钢架单元。
(8)灌筑仰拱及隧底填充(仰拱与填充应分次施作),接中隔壁底部I18临时钢架托换单元,使得钢架底支撑于隧底填充顶面。
(9)a根据监控量测结果分析,拆除I18临时钢架及临时横撑。
b利用衬砌模板台车一次性灌筑拱墙部衬砌(拱墙衬砌一次施作)。
3.2.7钢筋网施工
开挖轮廓面设φ8钢筋网,沿环向和纵向间距20cm布置,锚杆与钢筋网连结。
施工要点:
1、钢筋网应根据被支护围岩面上的实际起伏铺设,且应在初喷一层砼后再行铺设。
钢筋与岩面或与初喷砼面的间隙应不小于3~5cm,钢筋网保护层厚度不小于3cm,有水部位不小于4cm;
2、为便于挂网安装,浆钢筋网先加工成网片;
3、钢筋网应与锚杆或锚钉头连结牢固,并应尽可能多点连接,以减少喷射砼时使钢筋发生“弦振”,锚钉的锚固深度不得小于20cm;
4、开始喷射时,应缩短喷头到受喷面之间的距离,并适当调整喷射角度,使钢筋网背面砼密实。
3.2.8湿喷混凝土施工工艺
湿喷混凝土工艺流程见“湿喷混凝土工艺流程图”。
喷射机械安装好后,先注水、通风、清除管道内杂物,同时用高压风吹扫岩面,清除岩面尘埃;
保证连续上料,严格按施工配合比配料,严格控制水灰比及坍落度,保证料流运送顺畅;
操作顺序:
喷射时先开液态速凝剂泵,再开风,后送料,以凝结效果好、回弹量小、表面湿润光泽为准。
水泥:
采用不低于32.5#普通硅酸盐水泥,使用前做强度复查试验,其性能符合现行的水泥标准。
湿喷混凝土工艺流程图
原材料选择
配合比设计
上料计量
喷射质量检查
湿喷机
拌合砼
运输砼
岩面清理
液体速凝剂
砂、石、水泥、水
结束
复喷补强
合格
不合格
喷射头
岩面
高压风
机具设备调试
管路连接
细骨料:
采用硬质、洁净的中砂或粗砂,细度模数大于2.5;
粗骨料:
采用坚硬耐久的碎石,粒径不大于15mm,级配良好。
使用碱性速凝剂时,不得使用含有活性二氧化硅的石料;
水:
采用不含有影响水泥正常凝结与硬化等有害杂质的水;
速凝剂:
使用前与水泥做相容性试验及水泥凝结效果试验,其初凝时间不得大于5min,终凝时间不得大于10min。
掺量根据初凝、终凝试验确定,一般为水泥用量的5%左右。
搅拌混合料采用强制式搅拌机,搅拌时间不小于2分钟。
原材料的称量误差为:
水泥、速凝剂±
1%、砂石±
3%;
拌合好的混合料运输时间不得超过2小时;
混合料应随合拌随用;
混凝土喷射机具性能良好,输送连续、均匀,技术性能满足喷射混凝土作业要求;
喷射混凝土作业前,清洗受喷面并检查断面尺寸,保证尺寸符合设计要求。
作业区有足够的照明,作业人员佩带好作业防护用具。
喷射混凝土在开挖面暴露后立即进行,作业符合下列要求:
喷射混凝土作业分段分片进行。
喷射作业自下而上,先喷格栅钢架与拱壁间隙部分,后喷两钢架之间部分;
喷射混凝土分层进行,一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定,拱部为5cm~6cm,边墙为7cm~10cm,后喷一层应在先喷一层凝固后进行,若在先喷层终凝后或间隔一小时后喷射,受喷面用水清洗干净;
严格控制喷嘴与岩面的距离和角度。
喷嘴与岩面应垂直,有钢筋时角度适当放偏,喷嘴与岩面距离控制在0.6-1.2m范围以内。
3.3二次衬砌
洞身初期支护完成后,当围岩收敛趋于稳定时,组织人力物力进行洞身二次衬砌。
先完成仰拱、填充、铺底及短边墙衬砌砼施工,然后施工作拱墙部分二次衬砌砼,拱墙部位采用整体液压式模板台车,砼通过砼输送由洞口搅拌站由洞口搅拌站运至工作面灌注。
3.3.1二次衬砌施工工艺
衬砌施工工艺流程图
原材料准备
台车就位
安装堵头模板
各项检查
灌筑砼
分层捣固
封顶
养护
拆模
机械设备检查
模板整修、清理
上料、计量
砼拌合
砼运输
刷模、涂油
3.3.2衬砌施工准备
在灌注衬砌砼之前,进行隧道中线和水平测量,检查开挖断面,放线定位、立模,砼制备和运输等准备工作。
3.3.2.1断面检查
根据隧道中线和水平测量,检查开挖断面是否符合设计要求,欠挖部分按规定要求进行修整凿,并作好断面检查记录。
墙脚地基应挖至设计标高,并在灌筑前清除虚渣,排除积水,找平支承面。
3.3.2.2断面检查
根据隧道中线和标高及断面设计尺寸,测量确定衬砌立模位置,并放线定位。
3.3.2.3拱架模板准备及立模
使用拼装式拱架模板时,立模前应在洞外样台上浆拱架和模板进行驶试拼,检查其尺寸、形状,不符合要求应予以修整。
配齐配件,模板表面要涂抹防锈剂,洞内重复使用时亦注意检查修整。
拱架模板尺寸应按设计的施工尺寸放样到放样平台上。
使用整体移动模板台车时,在洞外组装并调试好各机构的工作状态,检查好各部尺寸,保证进洞后投入正常使用,每次脱模后应予检修。
根据放线位置,架设安装拱架模板或模板台车就位。
安装和就位后,应作好各项检查,包括:
位置、尺寸、方向、标高、坡度、稳定性等。
3.3.2.3砼制备及运输
开盘灌注砼前需检查搅拌站、砼运输车、输送泵、平板振动器、振支棒等施工机具是否能投入使用状态,同时需检查砂、石料、水泥、外加剂的储量是否符合作业用量要求。
3.3.3砼灌筑、养护与拆模
做好准备工作后,经监理工程师检查合格后进行砼灌筑。
隧道衬砌砼的灌筑应注意以下几点:
1、保证捣固密实,使衬砌具有良好的抗渗防水性能,尤其应处理好施工缝;
2、整体模筑时,应注意对称灌注,两侧同时或交替进行,以防止未凝砼对拱架模板产生偏压而使尺寸不合要求;
3、若因固不能连续灌筑,则应按规定安装接茬钢筋处理。
衬砌接茬应为半径方向,插入砼中与外露长度均不应小于30d;
4、边墙基底以上1m范围内的超挖,宜用同级砼同时灌筑。
其余部分的超、欠挖应按设计要求及有关规定处理;
5、衬砌的分段施工缝应与设计沉降缝、伸缩缝及综合洞室统一考虑,合理确定位置;
6、封口方法
采用整体式模板台车配以砼输送泵进,通过注浆孔封顶,灌注至拱顶时应放慢施工进度,严禁强行灌注封顶,避免台车产生严重变形;
7、在干燥无水的地下条件下,应注意进行洒水养护。
其养护时间一般不少于7天,掺有处加剂或有抗渗要求的砼,一般不少于14天;
8、二次支护的拆模时间,应根据砼强度增长情况来确定。
砼强度达到2.5MP时,方可拆模。
有承载要求时,应根据具体受力条件来确定。
3.3.4衬砌背后注浆施工工艺
衬砌施作完后,为了克服衬砌与初期支护间存在空隙,采用衬砌背后进行压浆的办法对其充填。
压浆按照衬砌施作时预留的压浆孔进行。
详见“衬砌背后注浆施工工艺流程图”。
衬砌背后注浆施工工艺流程图
拌制浆液
安装注浆管
压水试验
钻孔
初次压浆
检查压浆
搭工作台
机具准备
预埋注浆管
3.4防排水施工
隧道内防排水坚持以“防、排、截、堵”相结合,因地制宜,综合治理的原则,严格按照设计图纸施工,使修成后隧道排水畅通,防水可靠,洞内无渗漏水,安装孔眼不渗水,洞内路面干燥,保证衬砌结构和洞内设备正常使用及使用安全。
防排水板施工应配合衬砌进行,先进行岩面处理,然后悬挂法铺设防水板。
3.4.1基面处理
3.4.1.1仰拱部分人工用风镐修凿清除松动岩石。
3.4.1.2拱墙部分自拱顶向两侧基面外露的钢筋头、铁丝、锚杆、排水管等尖锐物切除锤平,并用砂浆抹杨圆曲面。
3.4.1.3喷射砼表面应平整,两凸出体的高度H与间距L之比,拱部不大于1/8,其它部位不大于1/6。
3.4.2防水板施工
3.4.2.1在使用防排水板前应先按设计要求对抽样防水板进行鉴定,然后再进行直观的检查,检查内容主要有:
厚度是否足够、防排水板表面有无砂眼等。
如果对质量有怀疑时,应抽查进防水性实验。
3.4.2.2防排水板的悬挂
防排水板的悬挂是隧道防水施工的重要环节,防排水板的铺设应尽量做到一次到位,为此应采用“由下向上”、“试铺定位”的方法。
3.4.2.3防排水板的“铺后续接”
防排水板的“铺后续接”指挥“挂前拼接”好的数块大幅面防排水板按“由下而上”的顺序铺挂后。
再焊接大幅面防排水板之间以上循环预留的防排水板之间的接缝。
使用专用熔接器热熔粘结,接缝搭接宽度不少于10mm,防水板之间粘结毕合部位采用真空加压检测,在0.2MPa压力作用下5min时,压力不得小于0.1MPa。
3.4.2.4防水层铺设注意事项
1、不得将一块防排水板面直接与另一块防排水板的土工面相贴粘接,防止裂隙水沿接头处土工布通过毛细渗透,造成该处渗漏水。
2、防排水板沿隧道纵向一次铺挂长度要比本次灌筑砼长度多1m左右,一方面便于与下一循环的防排水板相接;
另一方面可使防排水板接缝与砼接缝错开1m左右,有利于防止砼施工缝渗漏水。
3.4.2.5防水板的保护
1、当衬砌紧跟开挖时,衬砌端部预留的接头防排水板要采取的防护措施,防止掌子面放炮时飞石砸破防水板。
2、衬砌加强钢筋的安装,名种预埋件的设置,挡头模板的安装,砼输送管道的就位以及灌注砼等作业,很有可能出现撞破、刺穿或烧穿防排水板的现象,防排水板旦遭到破坏必须立即进行修补。
施工工艺详见“防水板铺设施工工艺流程图”。
防水板铺设施工工艺流程图
1、台车就位
2、切除外露铁件头
3、砂浆找平
用热焊机将防水板焊
在肋条上,松紧适度
焊接防水板搭接缝
移走吊挂台车
质量检查
防水板固定
复合防水板就位
1、拼大幅防水板
2、防水板质量检查
准备工作
用射钉枪固定
防水板肋条
补强
3.5监控测量
隧道浅埋地段以洞内外观察、水平相对净空变化值、拱顶下沉及洞口段地表下沉量测,四项为施工监测必测项目。
隧道洞内、洞外观察:
隧道内外观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分,开挖工作面观察在每次开挖后进行,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态及涌水情况等,当地质情况基本无变化时,每天进行一次。
观察后绘制开挖工作面地质素描图。
对已施工区段的观察每天一次,观察的内容包括喷射混凝土、锚杆的状况,以及施工质量是否符合规定的要求。
在观察过程中如发现地质条件恶化,初期支护发生异常现象,将立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断观察。
洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰拱的稳定、地表水渗透的观察。
3.5.1净空水平收敛量测及拱顶下沉量测
测点布设:
净空水平收敛量测及拱顶下沉量测在同一断面进行,拱顶下沉及周边收敛量测测点布置详见“拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图”。
拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图
量测断面间距及量测频率:
根据《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》(TBJ10108-2002)要求,结合本标段隧道具体情况,确定各级围岩量测断面间距如“拱顶下沉及周边收敛量测断面间距表”所示。
拱顶下沉及周边收敛量测断面间距表
围岩级别
量测断面间距(m)
备注
Ⅱ
80
Ⅲ
60
Ⅳ
40
Ⅴ
20
断层破碎带地段设为10m
在各级围岩起始地段整设量测断面,用来掌握各级围岩位移变化规律。
净空水平收敛量测与拱顶下沉量测采用相同的量测频率。
如位移出现异常情况,则加大量测频率。
拱顶下沉及周边收敛量测频率见“量测频率表”所示。
量测频率表
变形速度(mm/d)
量测断面距开挖工作面距离
量测频率
≥5
<1B
2次/d
1~5
(1~2)B
1次/d
0.2~0.5
(2~5)B
1次/2d
<0.2
>5B
1次/周
注:
B表示隧道开挖宽度。
3.5.2地表下沉量测
地表下沉量测只需在隧道浅埋地段进行,其测点的布置与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内,地表下沉量测在开挖面前方(h+9)m处开始(h为隧道埋深),直到开挖面后方40~
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