CN109630127B - 一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种盾构竖井的施工方法，包括如下步骤：步骤1：施工竖井地下连续墙围护结构；步骤2：盾构竖井端头地层加固；步骤3：将竖井上部20米分为四层，分层进行开挖、架设钢支撑支护体系；步骤4：将竖井下部分为五层，分别开挖竖井第五至第九层；步骤5：竖井坑底处理，先进行抗拔桩桩头混凝土破除，然后进行人工清底并进行基底垫层和防水的施工，最后绑扎底板钢筋，浇筑混凝土；步骤6：竖井支撑的拆除及侧墙、立柱的施工。本发明所述盾构竖井的施工方法，通过竖向分层、由上至下、先支后挖的施工方法，有效的提高了盾构竖井的施工效率；通过设置盾构接收端加固的步骤，有效的保护了盾构接收端在竖井施工的过程造成破坏。
Description
技术领域
本发明涉及盾构竖井开挖及衬砌施工技术领域，具体涉及一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法。
背景技术
盾构竖井是在盾构法施工过程中下入盾构装置进行始发或者盾构接收吊出盾构机的井状结构。目前，随着盾构机应用的普及，对盾构竖井的应用越来越多。
例如，中国发明专利申请号为201310480442.6的专利文献公开了一种盾构竖井装配式钢管混凝土内支撑体系的施工方法，步骤如下：
第一步，矩形钢管混凝土构件的工厂化制造：在工厂，根据设计图纸对构件种类、尺寸、个数的要求，分别加工制作矩形钢管混凝土标准直撑、矩形钢管混凝土短接直撑、矩形钢管混凝土直角和矩形钢管混凝土三通；矩形钢管混凝土构件端部由端封板密封；在矩形钢管混凝土构件上设置翼缘、加劲肋板并预留螺栓孔；
第二步，矩形钢管混凝土构件及装配件的施工前准备：将在工厂制造好的矩形钢管混凝土构件运至场外，运输过程中注意端封板未伸出翼缘一侧向下，禁止构件叠放；在场外，依据设计图纸，连接相邻矩形钢管混凝土标准直撑以及矩形钢管混凝土短接直撑，使之成为钢管混凝土拼接长段并准备钢管混凝土内支撑体系装配件；
第三步，土方的开挖：盾构竖井开挖应从上到下依次进行，分层分段开挖，竖井开挖至钢管混凝土内支撑体系架设标高下0.5米处，立即架设钢管混凝土内支撑体系，并布置围护桩水平变形监测点，监测围护桩收敛变形值，控制钢管混凝土内支撑体系的水平变形量，据以判断围护桩的受力和稳定情况；当挖至距盾构竖井井底0.3m处时，拉通线控制基底标高，操作人员依据线点进行清槽，不得扰动原状土；
第四步，钢管混凝土内支撑体系的架设：
首先，架设三角支架，其中，首道钢管混凝土内支撑框架直接架设在盾构竖井冠梁上，对于非首道钢管混凝土内支撑框架，待土方开挖到标高后，要根据设计图纸放线、测量、定位，确定钢管混凝土围檩在盾构竖井内壁上的位置，从而确定三角支架的位置；在盾构竖井内壁上打设膨胀螺栓，固定角钢三角支架；
然后，吊入并通过装配件拼装钢管混凝土围檩以及钢管混凝土内撑；
最后，喷射微膨胀混凝土，以微膨胀混凝土把钢管混凝土围檩与盾构竖井内壁之间的空隙填实，至此，钢管混凝土内支撑框架的架设完成；
各道钢管混凝土内支撑框架的架设过程均相同，故重复上述架设过程，即完成了钢管混凝土内支撑体系的架设；
第五步，钢管混凝土内支撑体系的拆除：在主体结构及风道施工完成后，再对钢管混凝土内支撑体系拆除，拆除过程由首道钢管混凝土内支撑框架向下逐一进行，每道钢管混凝土内支撑框架的拆除过程相同。
上述现有技术公开了一种盾构竖井装配式钢管混凝土内支撑体系的施工方法，上述现有技术在实际的应用过程中存在如下技术问题：
1、采用定制型的矩形钢管混凝土构件及装配件进行装配作业，会生产由于现场施工误差造成矩形钢管混凝土构件及装配件不能现场装配，降低了施工的效率；
2、采用微膨胀混凝土填充钢管混凝土围檩与盾构竖井内壁之间，使钢管混凝土围檩和盾构竖井内壁之间的结合不够坚固。
3、此技术仅适用于地质条件较好的，比较浅的盾构竖井(比如深度不超过30m的竖井)，但对于富水的软弱地层，且有承压水，深度超过40m的超深竖井，本技术存在较大的安全问题，并不适用。
基于现有技术中存在如上的技术问题，针对在以富水的粘土层、粉质粘土层、粉细砂层等软弱地质条件下，且存在承压水的条件下，竖井开挖深度达到41.6m的超深盾构竖井，本发明人结合多年的研究经验，提出一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法。
发明内容
本发明提供一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法，所述盾构竖井的施工方法包括采用双拼工字钢接头的超深地下连续墙作为竖井围护结构，然后将竖井的支撑系统和衬砌结构分为两种形式进行，上部采用钢围檩和钢管支撑的支撑形式，衬砌结构采用明挖顺做的方式施工。下部支撑结构采用钢筋混凝土环框梁和钢筋混凝土支撑的结构形式逆做开挖，然后环框梁并不像传统做法一样全部凿除，而是作为竖井主体结构的一部分，从底部向上半顺做施工竖井剩余的衬砌结构。通过此逆顺结合、永临合一的施工方法，有效的提高了盾构竖井的施工安全和效率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：施工竖井地下连续墙围护结构；
步骤1.1：先施工地下连续墙的双拼工字钢接头；
步骤1.2：再分槽段成槽、检测槽壁垂直度、吊装钢筋笼，最后浇筑水下混凝土；
步骤1.3：在盾构始发洞门或接收洞门的范围安装玻璃纤维筋笼，并浇筑水下混凝土；
步骤1.4：依次将所有的地下连续墙结构施工完成；
步骤2：盾构竖井端头地层加固；
步骤3：将竖井上部20米分为四层，分层进行开挖、架设钢支撑支护体系；
步骤3.1：开挖竖井第一层，开挖深度至冠梁和第一层钢筋混凝土支撑底部标高，进行竖井冠梁和第一层钢筋混凝土支撑体系施工；
步骤3.2：采用长臂挖机进行竖井第二层的开挖，安装钢围檩和直径800的钢管支撑；
步骤3.3：依次进行第三、第四层开挖，采用钢围檩和直径800mm钢管作为竖井第三、第四层的支撑；
步骤4：将竖井下部分为五层，分别开挖竖井第五至第九层；
步骤4.1：进行竖井第五层开挖，开挖至设计标高后，先在地下连续墙结构上铺设土工布和防水板，然后植筋，并做好植筋处的防水处理，然后进行第五道环框梁和混凝土支撑的钢筋绑扎，并在环框梁上预留上下边墙的竖向钢筋，以及下部侧墙混凝土浇筑孔，最后浇筑第五层环框梁和支撑混凝土，并养护至设计强度；
步骤4.2：按照步骤4.1的顺序和方法，依次进行竖井第六层至竖井第九层的开挖，并在每一层施作环框梁，采用钢筋混凝土结构作为竖井第六层至竖井第八层的支撑，其中，钢筋混凝土结构设置在环框梁上，环框梁通过植筋的方式与地下连续墙固接；
步骤5：竖井坑底处理，在竖井开挖至设计坑底标高以上20-30cm时，先进行抗拔桩桩头混凝土破除，然后进行人工清底并进行基底垫层和防水的施工，最后绑扎底板钢筋，浇筑混凝土；
步骤6：竖井支撑的拆除及侧墙、立柱的施工；
步骤6.1：拆除竖井第九层的钢管支撑，采用满堂脚手架的支架体系进行竖井第九层侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.2：采用绳锯切割的方法，抵近第八层环框梁边缘拆除竖井第八层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门下半部钢环的安装，然后进行竖井第八层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.3：按照步骤6.2的方法，拆除竖井第七层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门上半部钢环的安装，然后进行竖井第七层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.4：依次拆除竖井第六、第五层钢筋混凝土支撑，进行竖井第六层侧墙的施工以及竖井中间立柱、竖井第四层至竖井第三层中间梁板的施工；
步骤6.5：自下而上依次拆除竖井第四层至竖井第二层的钢管支撑，进行竖井第四层至竖井第二层的侧墙施工、环框梁施工、第二层中间梁板、第一层中间梁板、顶板及中间立柱施工；
步骤6.6：拆除竖井第一层的钢筋混凝土支撑体系。
优选地，所述步骤1中还包括对竖井的开挖区域进行设置降水井的步骤，其中，在竖井开挖前30天进行降水施工。
进一步地，所述步骤3.2中，钢管通过钢围檩和锚栓固定在地下连续墙上，其中，锚栓和钢管之间还连接有防坠绳。
进一步地，所述步骤3.1中，钢筋混凝土支撑体系的对撑截面尺寸均为800mm×800mm，其中，钢筋混凝土结构与环框梁连接的位置采用琵琶撑。
进一步地，所述步骤3.2中，钢管支撑采用管径为
壁厚为16mm的钢管。
进一步地，所述步骤1中，地下连续墙的厚度为1200mm，采用C30防水钢筋混凝土施工。
进一步地，竖井第一层至竖井第五层采用井内挖机配合长臂挖掘机进行竖井土方的开挖，开挖时井内配设2台挖掘机分层接力开挖，竖井第六层至竖井底部土方采用井内挖机配合龙门吊和吊车同时进行土方开挖。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1、本发明所述的盾构竖井的施工方法，通过竖向分层设置不同的支撑方式、并采用逆顺结合、永临合一的施工方法，有效的提高了富水软弱地层超深盾构竖井的施工效率；
2、本发明所述的盾构竖井的施工方法，通过采用双拼工字钢接头的地下连续墙施工方法以及设置盾构接收端加固的步骤，可以进一步的保证超深竖井在开挖过程抗渗性和减小基坑变形，大幅度提高竖井施工安全；
3、本发明所述的盾构竖井的施工方法，通过钢管支撑和钢筋混凝土支撑配合的方式，使在盾构竖井的施工过程中，竖井井壁的稳定性更好。
附图说明
图1是本发明实施例中竖井第一层钢筋混凝土支撑体系的结构示意图；
图2是本发明实施例中竖井第二、第三、第四层和第九层支撑的结构示意图；
图3是本发明实施例中竖井第五至第八层支撑的结构示意图；
图4是本发明实施例中钢管和地下连续墙连接的示意图；
图5是本发明实施例中结构环框梁与地下连续墙连接的示意图。
附图说明：
1-地下连续墙、2-冠梁、3-结构环框梁、4-混凝土对撑、5-混凝土斜撑、6-混凝土角撑、7-钢管直撑、8-钢管斜撑、9-钢围檩、10-锚栓、11-防坠绳、12-钢板托架、13-第一混凝土对撑、14-第一混凝土斜撑、15-水平植筋、16-斜拉筋、17-钢围檩拉绳、18-挂板。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：施工竖井地下连续墙1围护结构；
步骤1.1：先施工地下连续墙1的双拼工字钢接头；
步骤1.2：再分槽段成槽、检测槽壁垂直度、吊装钢筋笼，最后浇筑水下混凝土；
步骤1.3：在盾构始发洞门或接收洞门的范围安装玻璃纤维筋笼，并浇筑水下混凝土；
步骤1.4：依次将所有的地下连续墙1结构施工完成；
步骤2：盾构竖井端头地层加固；
步骤3：将竖井上部20米分为四层，分层进行开挖、架设钢支撑支护体系；
步骤3.1：开挖竖井第一层，开挖深度至冠梁2和第一层钢筋混凝土支撑底部标高，进行竖井冠梁2和第一层钢筋混凝土支撑体系施工；
步骤3.2：采用长臂挖机进行竖井第二层的开挖，安装钢围檩9和直径800的钢管支撑；
步骤3.3：依次进行第三、第四层开挖，采用钢围檩9和直径800mm钢管作为竖井第三、第四层的支撑；
步骤4：将竖井下部分为五层，分别开挖竖井第五至第九层；
步骤4.1：进行竖井第五层开挖，开挖至设计标高后，先在地下连续墙1结构上铺设土工布和防水板，然后植筋，并做好植筋处的防水处理，然后进行第五道环框梁和混凝土支撑的钢筋绑扎，并在环框梁上预留上下边墙的竖向钢筋，以及下部侧墙混凝土浇筑孔，最后浇筑第五层环框梁和支撑混凝土，并养护至设计强度；
步骤4.2：按照步骤4.1的顺序和方法，依次进行竖井第六层至竖井第九层的开挖，并在每一层施作环框梁，采用钢筋混凝土结构作为竖井第六层至竖井第八层的支撑，其中，钢筋混凝土结构设置在环框梁上，环框梁通过植筋的方式与地下连续墙1固接；
步骤5：竖井坑底处理，在竖井开挖至设计坑底标高以上20-30cm时，先进行抗拔桩桩头混凝土破除，然后进行人工清底并进行基底垫层和防水的施工，最后绑扎底板钢筋，浇筑混凝土；
步骤6：竖井支撑的拆除及侧墙、立柱的施工；
步骤6.1：拆除竖井第九层的钢管支撑，采用满堂脚手架的支架体系进行竖井第九层侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.2：采用绳锯切割的方法，抵近第八层环框梁边缘拆除竖井第八层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门下半部钢环的安装，然后进行竖井第八层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.3：按照步骤6.2的方法，拆除竖井第七层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门上半部钢环的安装，然后进行竖井第七层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.4：依次拆除竖井第六、第五层钢筋混凝土支撑，进行竖井第六层侧墙的施工以及竖井中间立柱、竖井第四层至竖井第三层中间梁板的施工；
步骤6.5：自下而上依次拆除竖井第四层至竖井第二层的钢管支撑，进行竖井第四层至竖井第二层的侧墙施工、环框梁施工、第二层中间梁板、第一层中间梁板、顶板及中间立柱施工；
步骤6.6：拆除竖井第一层的钢筋混凝土支撑体系。
附图1中，示意出了竖井第一层钢筋混凝土支撑体系，其中，竖井第一层钢筋混凝土支撑体系包括固定设置在冠梁2相平行的两边之间的混凝土对撑4、固定设置在冠梁2相垂直的两边之间的混凝土斜撑5和固定设置在冠梁2的四个内角处的混凝土角撑6，混凝土结构支撑的混凝土对撑4截面尺寸均为800mm×800mm，其中，混凝土结构与冠梁2连接的位置采用琵琶撑，在本实施例中，所述混凝土结构为钢筋混凝土结构。
附图2中，示意出了竖井第二层至竖井第四层和竖井第九层的钢管支撑结构，采用人工配合汽车吊把每层成套的钢管支撑结构安装在对应的钢板托架12上，通过下放钢板托架12，将钢管支撑结构固定在地下连续墙1上，其中，第二层、第三层、第四层和第九层支撑均包括钢管直撑7、钢管斜撑8和钢围檩9，钢围檩9为长方形钢框架，钢围檩9的外侧固定在地下连续墙1上，钢管直撑7固定设置在钢围檩9相平行的两内侧边之间，钢管斜撑8固定设置在钢围檩9相垂直的两邻边之间，在本实施例中，采用人工配合汽车吊把每层成套的钢管直撑7和钢管斜撑8安装在对应的钢围檩9上，通过下放钢围檩9，将钢管支撑结构固定在地下连续墙1上，如附图4所示，钢管直撑7通过钢围檩9和锚栓10固定在地下连续墙1上，其中，锚栓10和钢管直撑7之间还连接有防坠绳11，锚栓10和钢围檩9之间还连接有钢围檩拉绳17，钢围檩9上还固设有能够托举钢管直撑7的挂板18。在钢围檩9的下部采用钢板托架12托举钢围檩9和钢管直撑7，钢板托架12亦锚固在地下连续墙1上。
附图3中，示意出了竖井第五至第八层支撑，其中，第五至第八层支撑均包括长方形的结构环框梁3、固定设置在长方形的结构环框梁3的两相平行的长边之间的第一混凝土对撑13和固定设置在长方形的结构环框梁3的两相垂直的边上的第一混凝土斜撑14，如附图5所示，结构环框梁3通过水平植筋15锚固在地下连续墙1的主筋上，作为本实施例的一种优选，结构环框梁3和地下连续墙1的主筋之间还焊接有斜拉筋16。
在本实施例中，在竖井开挖的过程中及时架设支撑结构，以保证竖井正常开挖在加载卸载过程中作为围护结构的地下连续墙1的受力符合要求。
在本实施例中，竖井开挖过程中确保排水系统的正常运转，要设置集水坑，及时用泵排除坑底积水，当地面有裂缝出现时，必须及时用粘土或水泥砂浆封堵，以免裂缝进一步扩大。
在本实施例中，竖井基坑挖至基底设计标高并清理后，经过验槽步骤，合格后方能进行基础工程施工，基坑验槽后，及时进行浇注垫层以封闭基坑，垫层需要做到基坑满封闭。
在本实施例中，建立监测体系，在竖井开挖过程中对钢管支撑体系及钢筋混凝土支撑体系的受力及稳定性、地表沉降，桩体位移、水位变化等派专人监测，并作好观测记录，出现异常立即处理。
所述步骤1中还包括对竖井的开挖区域进行设置降水井的步骤，其中，在竖井开挖前30天进行降水施工。在本实施例中，为了保证竖井开挖的降水需要，在竖井内开设有8口降水井，在竖井基坑外设有10口降水井，在施工过程中通过水位监测，来调整降水井的启动时间和需要降低的水头，以保证竖井基坑安全，在竖井底部的施工过程中，根据竖井底部的水量情况，进行对封闭竖井内的降水井，如在开挖过程中发现有渗漏水情况，及时加大对应的外围降水井的降水量，同时及时封堵漏水位置。
所述步骤3.2中，钢管支撑采用管径为
壁厚为16mm的钢管。
所述步骤1中，地下连续墙1的厚度为1200mm，采用C30防水钢筋混凝土施工。
在本实施例中，竖井第一层至竖井第五层采用井内挖机配合长臂挖掘机进行竖井土方的开挖，开挖时井内配设2台挖掘机分层接力开挖，竖井第六层至竖井底部土方采用井内挖机配合龙门吊和吊车同时进行土方开挖。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。
Claims (7)
1.一种富水软弱地层超深盾构竖井的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：施工竖井地下连续墙围护结构；
步骤1.1：先施工地下连续墙的双拼工字钢接头；
步骤1.2：再分槽段成槽、检测槽壁垂直度、吊装钢筋笼，最后浇筑水下混凝土；
步骤1.3：在盾构始发洞门或接收洞门的范围安装玻璃纤维筋笼，并浇筑地标号水下混凝土；
步骤1.4：依次将所有的地下连续墙结构施工完成；
步骤2：盾构竖井端头地层加固；
步骤3：将竖井上部20米分为四层，分层进行开挖、架设钢支撑支护体系；
步骤3.1：开挖竖井第一层，开挖深度至冠梁和第一层钢筋混凝土支撑底部标高，进行竖井冠梁和第一层钢筋混凝土支撑体系施工；
步骤3.2：采用长臂挖机进行竖井第二层的开挖，安装钢围檩和直径800的钢管支撑；步骤3.3：依次进行第三、第四层开挖，采用钢围檩和直径800mm钢管作为竖井第三、第四层的支撑；
步骤4：将竖井下部分为五层，分别开挖竖井第五至第九层；
步骤4.1：进行竖井第五层开挖，开挖至设计标高后，先在地下连续墙结构上铺设土工布和防水板，然后植筋，并做好植筋处的防水处理，然后进行第五道环框梁和混凝土支撑的钢筋绑扎，并在环框梁上预留上下边墙的竖向钢筋，以及下部侧墙混凝土浇筑孔，最后浇筑第五层环框梁和支撑混凝土，并养护至设计强度；
步骤4.2：按照步骤4.1的顺序和方法，依次进行竖井第六层至竖井第九层的开挖，并在每一层施作环框梁，采用钢筋混凝土结构作为竖井第六层至竖井第八层的支撑，其中，钢筋混凝土结构设置在环框梁上，环框梁通过植筋的方式与地下连续墙固接；
步骤5：竖井坑底处理，在竖井开挖至设计坑底标高以上20-30cm时，先进行抗拔桩桩头混凝土破除，然后进行人工清底并进行基底垫层和防水的施工，最后绑扎底板钢筋，浇筑混凝土；
步骤6：竖井支撑的拆除及侧墙、立柱的施工；
步骤6.1：拆除竖井第九层的钢管支撑，采用满堂脚手架的支架体系进行竖井第九层侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.2：采用绳锯切割的方法，抵近第八层环框梁边缘拆除竖井第八层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门下半部钢环的安装，然后进行竖井第八层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.3：按照步骤6.2的方法，拆除竖井第七层钢筋混凝土支撑，进行盾构始发或接收洞门上半部钢环的安装，然后进行竖井第七层的侧墙的施工和竖井中间立柱的施工；
步骤6.4：依次拆除竖井第六、第五层钢筋混凝土支撑，进行竖井第六层侧墙的施工以及竖井中间立柱、竖井第四层至竖井第三层中间梁板的施工；
步骤6.5：自下而上依次拆除竖井第四层至竖井第二层的钢管支撑，进行竖井第四层至竖井第二层的侧墙施工、环框梁施工、第二层中间梁板、第一层中间梁板、顶板及中间立柱施工；
步骤6.6：拆除竖井第一层的钢筋混凝土支撑体系。
2.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，所述步骤3.2中，钢管通过钢围檩和锚栓固定在地下连续墙上，其中，锚栓和钢管之间还连接有防坠绳。
3.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，所述步骤3.1中，钢筋混凝土支撑体系的对撑截面尺寸均为800mm×800mm，其中，钢筋混凝土结构与环框梁连接的位置采用琵琶撑。
4.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，所述步骤3.2中，钢管支撑采用管径为
壁厚为16mm的钢管。
5.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，所述步骤1中，地下连续墙的厚度为1200mm，采用C30防水钢筋混凝土施工。
6.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，竖井第一层至竖井第五层采用井内挖机配合长臂挖掘机进行竖井土方的开挖，开挖时井内配设2台挖掘机分层接力开挖，竖井第六层至竖井底部土方采用井内挖机配合龙门吊和吊车同时进行土方开挖。
7.根据权利要求1所述的盾构竖井的施工方法，其特征在于，所述步骤1中还包括对竖井的开挖区域进行设置降水井的步骤，其中，在竖井开挖前30天进行降水施工。
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