楊楊

摘要：提出了“止水超前、成環(huán)加固、勤觀測(cè)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)漿”的動(dòng)態(tài)化注漿技術(shù)，其工藝是基于勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控量測(cè)的并行性和反饋性，并加以綜合分析與研究，再結(jié)合開挖和注漿觀測(cè)兩方面，運(yùn)用到隧道開挖施工過(guò)程中，實(shí)時(shí)變更調(diào)整原始注漿設(shè)計(jì)方案，做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，獲得更合理、更有效、更安全的注漿方案。該技術(shù)在深圳地鐵7號(hào)隧道下穿既有建筑物施工中得到了良好應(yīng)用，在該技術(shù)指導(dǎo)下的隧道注漿施工保證了良好的止水、加固效果，確保了隧道開挖的順利進(jìn)行，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得在類似工程中借鑒和推廣。

關(guān)鍵詞：下穿工程;復(fù)雜地質(zhì);動(dòng)態(tài)化注漿;地鐵隧道

Dynamicgroutingconstructiontechnologyfortunnelunderpassexistingbuildings

YangYang1DuanJingchuan2

（1ShenzhenMetroConstructionGroupCo.，Ltd

2PowerChinaConstructionSouthernConstructionInvestmentCo.，Ltd）

Abstract：Thedynamicgroutingtechnologyof"advancedwaterstop，ringreinforcement，frequentobservation，anddynamicgrouting"isproposed，obvioussocialandeconomicbenefitanddeservespopularizationinsimilarprojectsinthefuture.Theprocessisbasedontheparallelismandfeedbackofsurvey，design，construction，monitoringandmeasurement，andcomprehensiveanalysisandresearch，combiningexcavationandgroutingobservation，andapplyingittothetunnelexcavationprocess，real-timechangeandadjustmentoftheoriginalThegroutingdesignplanisdynamicallyadjustedtoobtainamorereasonable，effectiveandsafergroutingplan.ThistechnologyhasbeenwellappliedintheconstructionofShenzhenMetroTunnelNo.7underpassingexistingbuildings.Thetunnelgroutingconstructionundertheguidanceofthistechnologyguaranteesagoodwaterstopandreinforcementeffect，andensuresthesmoothprogressoftunnelexcavation.Ithasobviouseconomicandsocialbenefitsandisworthyofreferenceandpromotioninsimilarprojects.

Keywords：Underpassproject;Complexgeology;Dynamicgrouting;subwaytunnel

引言

在地鐵隧道施工過(guò)程中，由于位于地下的巖土體中存在大量的節(jié)理和裂隙，而它們又容易形成一系列裂隙通道，導(dǎo)致在地鐵隧道初期支護(hù)形成后，地下水通過(guò)這些裂隙通道匯集滲透進(jìn)入隧道內(nèi)部，造成隧道滲漏水[1-2]，特別是當(dāng)隧道穿越地下水較豐富的區(qū)域時(shí)，部分裂隙通道與地下水域連通，使得隧道圍巖裂隙滲漏水的情況增多[3]。而注漿技術(shù)恰恰是治理隧道水患和防滲漏最關(guān)鍵的技術(shù)也是有效的方法[4-5]。

近年來(lái)，諸多學(xué)者在注漿施工技術(shù)方面做了大量研究。李金華[6]等學(xué)者為了分析水灰比和注漿壓力變化時(shí)圍巖裂隙中注漿堵水效果和漿液的沉積壓力特征之間的關(guān)系，采用自主設(shè)計(jì)的流體力學(xué)綜合試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)動(dòng)水注漿試驗(yàn)的方法繪制了3種不同的沉積壓力曲線，并利用這3種沉積壓力曲線分析評(píng)價(jià)了注漿堵水效果。姬程飛[7]等學(xué)者采用物探法、滲透系數(shù)測(cè)試法、開挖取樣法以及數(shù)字鉆孔電視等方法以山西某隧道為工程試驗(yàn)隧道，對(duì)隧道注漿效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王曉亮[8]等學(xué)者利用注漿數(shù)據(jù)分析法、注漿量分布特征法以及漿液充填速率反算法等常規(guī)方法評(píng)價(jià)了隧道的注漿效果。

地鐵隧道由于其地理位置的特殊性，基本是穿越既有建筑的地下空間[9]，一旦維護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，除了影響地鐵正常運(yùn)營(yíng)外還會(huì)影響巖土的水文地質(zhì)環(huán)境從而威脅上部既有建筑物的安全，因此，注漿施工技術(shù)顯得尤為重要[10]。但如果整個(gè)施工過(guò)程只遵循原始的注漿設(shè)計(jì)和施工方案，勢(shì)必會(huì)造成存在安全隱患或材料浪費(fèi)等不利因素。因此，在隧道開挖施工過(guò)程中，變更調(diào)整原始注漿設(shè)計(jì)方案，做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，獲得更合理、更有效、更安全的注漿方案，可進(jìn)一步完善注漿工藝，為后續(xù)地鐵隧道的注漿設(shè)計(jì)以及施工提供了有力支撐，具有一定的實(shí)際意義。

1工程概況

深圳地鐵7號(hào)線具有“地質(zhì)博物館”之稱，近1/4面積是填海造地形成的，全線多次下穿樓房、河流、鐵路、車站、高速公路、地鐵隧道，沿線35處重大風(fēng)險(xiǎn)源。因此，工程建設(shè)面臨著七大難題：工程規(guī)模大、場(chǎng)地狹窄、環(huán)境復(fù)雜、施工難度大、危險(xiǎn)源多、地質(zhì)條件復(fù)雜、要求高。

深云村站～農(nóng)林站區(qū)間段與安托山停車場(chǎng)出入線路段需要在下方穿越北環(huán)大道5次、廣深高速4次、以及安托山工業(yè)廠房、老舊雨水箱涵各1次并且還需要側(cè)穿鴻新花園。同時(shí)，該段下穿地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填筑土、礫（砂）質(zhì)粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。此外，該段區(qū)間隧道埋深較大，隧道下穿地層多為強(qiáng)～微風(fēng)化巖，施工難度較大。

其中，下穿廣深高速地層及地質(zhì)環(huán)境的基本特點(diǎn)如下：原狀殘積土厚

度達(dá)16-20m，且多為沙質(zhì)土及雜填土、高速公路填土路基、路面結(jié)構(gòu)以及隧道洞身以上是殘積土（局部是回填土），下部是富含水的巖層，其嚴(yán)重影響廣深高速公路以及下穿工程施工的安全。下穿北環(huán)快速路及鄰近區(qū)域的地層特點(diǎn)是富含水，并且具有厚度不均的殘積土與回填土、古沖擊溝以及老舊雨水箱涵，嚴(yán)重影響施工的安全。深云站～安托山站區(qū)間隧道左線DK9+619.700-DK9+700.546處為大跨度變截面隧道。本場(chǎng)地表層普遍分布人工堆填土，土質(zhì)不均，局部夾碎石、塊石，易造成局部隧道側(cè)壁的坍塌，屬不穩(wěn)定的土體，本隧道在該層以下，故該層對(duì)本區(qū)間隧道施工影響較小。本工程場(chǎng)地局部分布的強(qiáng)風(fēng)化層，雖然天然狀態(tài)下巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)較好，但該層土的水理性質(zhì)較差，遇水容易產(chǎn)生崩解，且在飽和狀態(tài)下受擾動(dòng)后，易軟化變形，其承載力和強(qiáng)度驟減，進(jìn)而造成圍巖失穩(wěn)。本工程場(chǎng)地中的花崗巖殘積層及風(fēng)化巖中存在差異風(fēng)化現(xiàn)象，容易造成局部地段巖土層軟硬不均，以上是本區(qū)間的不利地質(zhì)條件。

2動(dòng)態(tài)化注漿施工工藝

動(dòng)態(tài)化注漿技術(shù)，就是要求在工程實(shí)施的設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)都遵從動(dòng)態(tài)化的理念。在地鐵隧道等線性工程地質(zhì)體中，巖土介質(zhì)本身及在縱向上往往存在很大的差異性，特別是工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變的區(qū)域，隨著工作面的推進(jìn)，各種地質(zhì)參數(shù)和因素的時(shí)空變化性更加顯著，因此工程巖土體的性質(zhì)是高度動(dòng)態(tài)化的。如果整個(gè)施工過(guò)程只遵循原始的注漿設(shè)計(jì)和施工方案，勢(shì)必會(huì)造成存在安全隱患或材料浪費(fèi)等不利因素。所以，在隧道開挖施工過(guò)程中，變更調(diào)整原始注漿設(shè)計(jì)方案，做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，獲得更合理、更有效、更安全的注漿方案。

2.1注漿方式及基本參數(shù)

采用ZJL-350D地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行注漿孔的鉆進(jìn)，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，這時(shí)采用鉆桿進(jìn)行注漿，注漿段長(zhǎng)度為0.8m。鉆孔完成之后，封口采用注入水玻璃-磷酸混合漿的方法，封口漿凝結(jié)后再注入水泥-水玻璃雙液漿，當(dāng)壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)，保持5分鐘后不再吸漿，進(jìn)行下一段的注漿工作，循環(huán)往復(fù)，直至該孔注漿結(jié)束。注漿方式采用后退式注漿的方法，利用雙液注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)，成一孔注一孔。全斷面共布設(shè)孔位59個(gè)，孔距為800mm。

基本參數(shù)如下：注漿深度為8.5m～13.5m;注漿孔直徑是Φ42mm;漿液擴(kuò)散半徑為0.8～1.5m;漿液凝結(jié)時(shí)間為雙液漿50s～1min30s，封口漿2s～5s;注漿壓力為雙液漿1.0～1.5Mpa，封口漿2.0～3Mpa;注漿循環(huán)段長(zhǎng)為13m;后退長(zhǎng)度為0.5～0.8m;施工順序?yàn)閺耐馊Φ絻?nèi)圈。

2.2注漿孔布置

依據(jù)設(shè)計(jì)孔位、角度施作注漿孔，孔位呈輻射狀，鉆孔布置成圓形圈，孔位布置見圖1。

2.3注漿鉆孔施工工藝

選用ZJL-350D型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，首先根據(jù)圖1所示的孔位和鉆孔參數(shù)，在工作面上用油漆標(biāo)定出鉆孔位置;然后調(diào)整鉆桿的水平角和仰角，將鉆頭對(duì)準(zhǔn)所標(biāo)孔位。再將棱鏡放在鉆桿的尾部，用全站儀檢查并調(diào)整鉆桿的姿態(tài)。

孔徑為Φ50mm，鉆桿直徑為Φ42mm，長(zhǎng)度2.0m/節(jié)。需要注意的是：注漿鉆孔孔口位置應(yīng)準(zhǔn)確定位（與設(shè)計(jì)位置的容許偏差為±5cm），偏角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，每鉆進(jìn)一段，檢查一段，及時(shí)糾偏，孔底位置的偏移應(yīng)當(dāng)小于30cm;鉆進(jìn)過(guò)程中如果遇到涌水或破碎巖層并造成卡鉆時(shí)，應(yīng)當(dāng)馬上停止鉆進(jìn)，進(jìn)行掃孔后方可繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)對(duì)孔內(nèi)情況應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)記錄，例如是否有掉塊、坍塌、堵鉆等情況，特別是出水量的高低需要準(zhǔn)確記錄。

鉆孔順序?yàn)橄韧馊?，后?nèi)圈。內(nèi)圈鉆孔可參照外圈鉆孔的順序，后序孔可檢查前序孔的注漿效果。注漿過(guò)程中逐步加密注漿，這樣做一方面可根據(jù)鉆孔的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿參數(shù)，另一方面如果鉆孔情況證明注漿效果已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即可進(jìn)行下一圈孔的鉆進(jìn)，加快施工進(jìn)度。鉆孔時(shí)，還要嚴(yán)格作好鉆孔記錄，主要包括孔號(hào)、進(jìn)尺、起止時(shí)間、巖石裂隙發(fā)育情況、出現(xiàn)涌水位置、涌水壓力以及涌水量等等。

為了不出現(xiàn)卡鉆等情況，需要提高每循環(huán)作業(yè)效率，以及增加每循環(huán)搭拆腳手架、封閉破除掌子面以及挖填仰拱回填料等事項(xiàng)。將注漿循環(huán)長(zhǎng)度由13m降低到10m，注漿工作面封堵初始注漿段改用0.8m厚噴混凝土止?jié){墻，后序注漿段預(yù)留3.0m已注段作為止?jié){巖盤。

2.4注漿施工工藝

1、壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)采用雙塞正水法，試驗(yàn)壓力取0.2MPa，即凈水壓力的1.5～2.0倍，試驗(yàn)時(shí)每間隔10分鐘觀測(cè)一次流量和壓力，當(dāng)流量和壓力保持相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，流量連續(xù)四次讀數(shù)，其最大值和最小值之差小于最終值的10%，試驗(yàn)工作即可結(jié)束，以最終流量為計(jì)算流量。

2、漿液材料及制漿

注漿漿液采用水泥—水玻璃漿液。其中水泥采用PO425普通硅酸鹽水泥，采用的水泥應(yīng)當(dāng)新鮮無(wú)結(jié)塊，且每批進(jìn)場(chǎng)水泥均應(yīng)有出廠合格證及檢驗(yàn)分析報(bào)告單，不能使用不合格的水泥。水泥漿的水灰比為1：1;水玻璃原漿濃度40波美度，模數(shù)為2.4～3.0，水玻璃原漿：水=1：1（體積比），調(diào)配出水玻璃稀釋液;水泥漿：水玻璃稀釋液=1：1（體積比）。

封口漿液采用磷酸-水玻璃漿液。磷酸濃度為85%，濃磷酸：水=1：15-20（體積比），調(diào)配出磷酸稀釋液;水玻璃原漿濃度40波美度，模數(shù)為2.4～3.0，水玻璃原漿：水=1-1.2：1（體積比），調(diào)配出水玻璃稀釋液20-22波美度;磷酸稀釋液：水玻璃稀釋液=1：1（體積比）。

制漿設(shè)備選用JZ350葉片式攪拌機(jī)。另外，為了在注漿間隙時(shí)不產(chǎn)生沉淀以及保證漿液的均勻性另自行加工攪拌儲(chǔ)漿桶兩臺(tái)，容量0.4立方米，為了方便吸漿，在儲(chǔ)漿桶外側(cè)設(shè)兩個(gè)以上取漿口，以保證大流量注漿時(shí)漿液的供應(yīng)。

根據(jù)選定漿液的配比參數(shù)拌好漿液，其中水泥漿拌好后還需要用1×1mm網(wǎng)篩過(guò)濾，以確保漿液均勻。

3、注漿

采用后退式注漿方式，待鉆孔完成后，注入水玻璃-磷酸混合漿封口，封口漿凝結(jié)后再注入水泥-水玻璃雙液漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.5MPa持續(xù)5分鐘或者不再吸漿后，進(jìn)行下一段的注漿作業(yè)，往復(fù)循環(huán)，直至該孔注漿結(jié)束。作業(yè)順序：先外圈，后內(nèi)圈，間隔鉆孔注漿。注漿壓力：注雙液漿時(shí)采用SYB-60/5型雙液變量注漿泵的二檔（1.0-1.5MPa），注封口漿時(shí)采用SYB-60/5型雙液變量注漿泵的三檔（2.0-3.5MPa）。嚴(yán)防由于壓力過(guò)大漿液冒出地表。

注漿過(guò)程中如果需要暫時(shí)停止注漿，必須先將水玻璃吸漿管拿出并放入清水桶中，然后再拿出水泥管，同時(shí)將注漿管拔出1m，向孔內(nèi)注清水后再停止注漿。這樣做的目的：一方面可以保持管路暢通，另一方面又可以保證注漿段不受注水影響。

4、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以定壓和定量相結(jié)合的方式控制。定壓標(biāo)準(zhǔn)：注漿過(guò)程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力1.5MPa，持續(xù)20分鐘，吸漿量很少或不吸漿時(shí)，可結(jié)束本孔注漿;定量標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5～2倍，且壓力仍然不上升時(shí)，可采取速凝漿液等措施結(jié)束該孔注漿。該結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為參考值，實(shí)際結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最后確定。

全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)的注漿孔全部注成后，要對(duì)該段的注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，只有通過(guò)評(píng)價(jià)認(rèn)為注漿效果達(dá)到要求后，方可結(jié)束本段注漿。評(píng)價(jià)方法主要有：（1）根據(jù)注漿量進(jìn)行判斷，由于過(guò)少的注漿量很難保地層的加固效果，因此實(shí)際的注漿量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)量的80%以上;（2）壓水試驗(yàn)時(shí)，吸水率小于0.2L/min或出水量小于10L/min;（3）鉆檢查孔時(shí)，漿液充填飽滿，密實(shí)。根據(jù)后續(xù)注漿孔的鉆進(jìn)情況對(duì)前面注漿孔的注漿效果進(jìn)行確認(rèn)，一個(gè)孔注漿完成后，其鄰近的孔成孔相對(duì)容易并且在鉆進(jìn)中應(yīng)能看到水泥漿。

3動(dòng)態(tài)補(bǔ)漿

依據(jù)“全壽命周期成本、限制排放”的設(shè)計(jì)理念，為保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全以及隧道結(jié)構(gòu)體系的長(zhǎng)效作用，需針對(duì)性地對(duì)隧道初期支護(hù)后滲水、滴水以及管道水等情況進(jìn)行處理，增加徑向注漿設(shè)計(jì)。

3.1注漿方式的選擇

（1）局部圍巖注漿

當(dāng)隧道噴射混凝土后，如果噴層表面出現(xiàn)裂隙線狀出水及面狀淋滲水現(xiàn)象，需要對(duì)出水處實(shí)施局部注漿。局部圍巖注漿常用來(lái)處理小片狀淋水，注漿的深度應(yīng)根據(jù)實(shí)際的注漿效果確定。

（2）圍巖徑向注漿

當(dāng)穿越斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等地段時(shí)，開挖后圍巖可自穩(wěn)地段應(yīng)當(dāng)采取圍巖徑向注漿的措施。當(dāng)預(yù)測(cè)地下水壓力較大并呈現(xiàn)面狀連續(xù)滲漏水時(shí)，圍巖徑向注漿的注漿方案為：采用小孔深孔徑向注漿，孔徑為Φ42mm，孔深通常為3～5m;當(dāng)?shù)叵滤畨毫^小時(shí)，圍巖徑向注漿的注漿方案為：采用淺孔徑向注漿，孔徑為Φ42mm，孔深為1～3m。

3.2注漿參數(shù)

對(duì)于初期支護(hù)出水點(diǎn)局部圍巖注漿，注漿參數(shù)如下：采用Φ42*3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，按100*100cm梅花形布置，管長(zhǎng)為5m;注漿材料采用水泥～水玻璃雙液漿，水泥為425普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.05;注漿半徑為0.5m;注漿壓力為1～2MPa。

對(duì)于初期支護(hù)面狀連續(xù)滲漏水全斷面徑向注漿，注漿參數(shù)如下：采用Φ42*3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，按100*100cm梅花形布置，管長(zhǎng)3.5m;注漿材料主要采用單液漿，堵水困難時(shí)采用水泥～水玻璃雙液漿。單液漿水泥為425普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6～1.1;雙液漿水泥為425普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.8～1.1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.05;注漿半徑為0.5m;注漿壓力為0.5～1.5MPa;。

3.3注漿效果檢查

在掌子面鉆5個(gè)檢查孔并取巖芯，其中上導(dǎo)3個(gè)檢查孔，下導(dǎo)2個(gè)檢查孔。每個(gè)檢查孔無(wú)涌水、涌砂等現(xiàn)象，且成孔好。檢查孔放置1h后，仍無(wú)坍孔、無(wú)涌水、無(wú)涌砂等現(xiàn)象。取出的芯體有一定強(qiáng)度，外表滑膩，正是雙液漿終凝所形成的固體。因此，可以判定注漿效果良好，滿足安全開挖要求。

圖7鉆孔取芯

開挖后對(duì)掌子面注漿加固效果進(jìn)行觀察，掌子面無(wú)水且淤泥質(zhì)黏土、砂層、礫石層均被有效加固，開挖過(guò)程中，掌子面自穩(wěn)性好，無(wú)任何坍塌。在開挖過(guò)程中，漿液對(duì)地層的加固狀況主要表現(xiàn)為剪切劈裂和填充擠壓兩種方式。剪切劈裂方式主要是在未擾動(dòng)的黏土地層，漿液在較高壓力條件下形成劈裂脈，以脈狀擴(kuò)散方式形成網(wǎng)狀加固結(jié)構(gòu);填充擠壓方式主要是在砂層和黏土的交界面以及由于涌泥造成的部分孔隙率較大的部位，當(dāng)?shù)貙涌紫叮ǘ矗┹^大時(shí)，漿液直接填充空隙（洞），以達(dá)到固結(jié)目的。如下圖

動(dòng)態(tài)化注漿技術(shù)在深圳地鐵7號(hào)隧道下穿既有建筑物施工中得到了良好應(yīng)用，在該技術(shù)指導(dǎo)下的隧道注漿施工保證了良好的止水、加固效果，確保了隧道開挖的順利進(jìn)行。注漿技術(shù)配合精細(xì)施工，保證了開挖區(qū)域內(nèi)管線和周邊建筑物的安全，所有周邊環(huán)境的變形均在控制值范圍內(nèi)。

4結(jié)論

（1）動(dòng)態(tài)化注漿技術(shù)將隧道開挖與注漿觀測(cè)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)觀測(cè)結(jié)果查出注漿薄弱環(huán)節(jié)，分析判斷注漿效果，并指導(dǎo)下一過(guò)程，即是否采取補(bǔ)充注漿;通過(guò)觀測(cè)結(jié)果分析判斷掌子面前方地層以及地下水的變化狀況，指導(dǎo)下一循環(huán)注漿的合理實(shí)施，從而避免了注漿的盲目性，實(shí)現(xiàn)了注漿的動(dòng)態(tài)化，使注漿技術(shù)越來(lái)越符合實(shí)際工程情況。

（2）依據(jù)“全壽命周期成本、限制排放”的設(shè)計(jì)理念，為保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全以及隧道結(jié)構(gòu)體系的長(zhǎng)效作用，需針對(duì)性地對(duì)隧道初期支護(hù)后滲水、滴水以及管道水等情況進(jìn)行處理，增加徑向注漿設(shè)計(jì)。

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