CN110565452A - 铁路路基本体钢花管注浆加固方法及铁路路基 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法及铁路路基，加固方法包括以下步骤：确定铁路路基本体上需要注浆的位置；将钢花管置入需要注浆的位置，钢花管包括第一钢花管和第二钢花管，第一钢花管从铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜朝向铁路路基本体的底部插入；第二钢花管沿竖直方向布置于铁路路基本体内，第二钢花管位于第一钢花管远离铁路路基本体中心线的一侧；向钢花管内注浆，先向第二钢花管内注入第一浆液以形成注浆帷幕，然后向第一钢花管内注入第一浆液。该加固方法采用钢花管注浆方式，对铁路路基本体的扰动很小，施工方法简单，加固效果好；形成外侧注浆帷幕，防止第一浆液向铁路路基本体外部扩散，有效控制铁路路基的加固效果。
Description
技术领域
本发明涉及铁路路基本体加固技术领域，特别涉及一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法及铁路路基。
背景技术
受地质条件、外界气候环境变化、施工过程管理等多种因素影响，运营铁路路基本体特别是填料级配不良的路基本体，在列车动、静载作用下，会产生累计变形；在长期的降雨等复杂气候条件影响下，路基本体中的细小颗粒通过孔隙流失，路基本体密实度降低，加剧了路基本体的不均匀沉降。列车以较高速度通过时，一方面会对列车造成损坏，加速列车的磨损，另一方面会使列车发生跳动，容易引起晃车，严重时可能会造成基床凹陷、列车脱轨等，威胁行车安全。
运营铁路沉降整治时，一般要求列车限速但不得停运，因此需要采取的整治措施不得侵限运营铁路，造成的沉降与侧向变形不得影响铁路正常运营，且必须在夜间铁路天窗点内完成。目前运营铁路填土路基本体的加固一般采取袖阀管注浆方案解决，即先成孔并灌注套壳料，在套壳料中插入袖阀管和芯管，待套壳料达到一定强度后再实施分段注浆，可起到加固路基本体、防止沉降进一步增大的作用。该方案的优点是可实现分段、多次定点注浆；缺点是施工步骤多而复杂，施工设备大，对铁路基本体扰动多，特别是在风动成孔过程中，因钻孔的成孔直径较大，施工时对路基本体的填料扰动大，特别是对较大粒径填料的扰动大，对路基本体产生的沉降变形不易控制，易造成路基本体沉降超限，天窗点内难以恢复，以致影响铁路正常运营。因此，研究一种用于填土路基本体补强加固的施工方法及结构具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法及铁路路基，以解决现有技术中加固方法对铁路路基本体扰动大、施工复杂的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的第一方面，提供了一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法，包括以下步骤：确定铁路路基本体上需要注浆的位置；将钢花管置入需要注浆的位置，其中，所述钢花管包括第一钢花管和第二钢花管，所述第一钢花管从所述铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜朝向所述铁路路基本体的底部插入；所述第二钢花管沿竖直方向布置于所述铁路路基本体内，所述第二钢花管位于所述第一钢花管远离所述铁路路基本体中心线的一侧；向所述钢花管内注浆，其中，先向所述第二钢花管内注入第一浆液以形成注浆帷幕，然后向所述第一钢花管内注入第一浆液。
进一步地，所述第一浆液包括水泥浆中掺入聚羧酸盐减水剂得到的混合液。
进一步地，在所述向所述钢花管内注浆的步骤之前，在所述钢花管的管口周侧分别形成环绕管口的填充槽，并向所述填充槽内注入第二浆液以封闭所述填充槽。
进一步地，所述第二浆液包括水泥浆、粗纤维和水玻璃组成的混合液；和/或所述填充槽的深度大于或等于2米。
进一步地，所述钢花管包括多排溢浆孔和保护网，每排所述溢浆孔沿所述钢花管的长度方向设置，所述保护网安装于所述溢浆孔处。
进一步地，所述将钢花管置入需要注浆的位置的步骤具体包括：将所述钢花管直接夯入所述铁路路基本体；或者，在所述铁路路基本体上需要注浆的位置钻注浆孔，再将所述钢花管夯入所述注浆孔内，所述注浆孔的孔径小于或等于所述钢花管的外径。
进一步地，所述的向所述第一钢花管内注入第一浆液的步骤具体包括：由所述铁路路基本体的外侧至所述铁路路基本体的中心线方向依次向所述第一钢花管内注入所述第一浆液。
根据本发明的第二方面，还提供了一种铁路路基，包括铁路路基本体、钢花管和第一注浆体，所述钢花管包括第一钢花管和第二钢花管，所述第一钢花管由所述铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜朝向所述铁路路基本体的底部插入，所述第二钢花管沿竖直方向布置于所述铁路路基本体内，所述第二钢花管位于所述第一钢花管远离所述铁路路基本体中心线的一侧；所述第一注浆体通过对所述钢花管注入第一浆液而形成，所述第二钢花管、与所述第二钢花管对应的第一注浆体在所述铁路路基本体内形成注浆帷幕。
进一步地，所述钢花管的外径为38mm～45mm，壁厚为2mm～4mm。
进一步地，所述铁路路基包括第二注浆体，所述第二注浆体包覆在所述钢花管的管口外周侧。
进一步地，所述铁路路基本体沿中心线的相对两侧均布置有所述第一钢花管和所述第二钢花管，所述第一钢花管在所述铁路路基本体内交错呈网状，所述第一钢花管与所述铁路路基本体底部所在的平面之间的夹角为25°～45°。
本发明提供的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，从铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜插入第一钢花管，并在远离铁路路基本体中心线方向的第一钢花管的同排或者外侧置入第二钢花管，第二钢花管沿竖直方向置入，形成外侧注浆帷幕，防止第一浆液向铁路路基本体的外部扩散，有效地控制铁路路基本体的加固效果。上述注浆加固方法采用钢花管注浆方式，对铁路路基本体的扰动很小，并且施工方法简单，加固效果好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的铁路路基本体钢花管注浆加固方法的施工流程图；
图2为本发明实施例提供的铁路路基中钢花管的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的铁路路基的横断面示意图；
图4为图3所示的铁路路基的平面示意图；
图5为本发明另一实施例提供的铁路路基的横断面示意图；
图6为图5所示的铁路路基的平面示意图。
附图标记说明：
10、钢花管；11、第一钢花管；12、第二钢花管；13、溢浆孔；14、锥形管头；20、铁路路基本体；30、路肩；40、边坡；50、坡脚。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明的描述中，相关方位或位置关系为基于图3所示的方位或位置关系，其中，“上”、“下”是指图3的上下方向。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
另外，在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
参照图1，本发明实施例的第一方面，提供了一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法，包括以下步骤：S1、确定铁路路基本体20上需要注浆的位置；S2、将钢花管10置入需要注浆的位置，其中，钢花管10包括第一钢花管11和第二钢花管12，第一钢花管11从铁路路基本体20的边坡40和/或路肩30倾斜朝向铁路路基本体20的底部插入；第二钢花管12沿竖直方向布置于铁路路基本体20内，第二钢花管12位于第一钢花管11远离铁路路基本体20中心线的一侧，参照图3；S3、向钢花管10内注浆，其中，先向第二钢花管12内注入第一浆液以形成注浆帷幕，然后向第一钢花管11内注入第一浆液。
本发明实施例提供的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，从铁路路基本体20的边坡40和/或路肩30倾斜插入第一钢花管11，并在远离铁路路基本体20中心线方向的第一钢花管11的同排或外侧置入第二钢花管12，第二钢花管12沿竖直方向置入，形成外侧注浆帷幕，防止第一浆液向铁路路基本体20的外部扩散，有效地控制铁路路基本体20的加固效果。上述注浆加固方法采用钢花管注浆方式，对铁路路基本体20的扰动很小，并且施工方法简单，加固效果好。
具体地，对铁路路基本体20进行监测，判断铁路路基本体20上需要注浆的位置，在需要注浆的位置设计注浆孔位，相邻排的注浆孔位按照梅花型交错布置。注浆孔位可以位于铁路路基本体20的路肩30和/或边坡40上。在注浆孔位做好标识。第一钢花管11从注浆孔位置入铁路路基本体20内并交错呈网状。第一钢花管11置入铁路路基本体20时，第一钢花管11向铁路路基本体20中心线的方向延伸。各排第一钢花管11均匀分布于铁路路基本体20内。
参照图3至图6，第二钢花管12在远离铁路路基本体20中心线方向的第一钢花管11的同排或外侧置入铁路路基本体20内，也就是说第二钢花管12的管口在边坡40上的位置位于第一钢花管11的管口在边坡40上位置的同排或者下方，比第一钢花管11更靠近坡脚50。第一钢花管11由铁路路基本体20的外侧向其中心线的方向依次布置。铁路路基本体20最外侧的第一钢花管11，在其同排或者远离铁路路基本体20中心线的一侧置入第二钢花管12。第二钢花管12以及向第二钢花管12中注入第一浆液后形成的注浆帷幕位于第一钢花管11远离铁路路基本体20中心线的一侧。注浆时，首先向第二钢花管12内注浆，即可以在铁路路基本体20的外侧和底部形成注浆帷幕或称屏障，防止注入第一钢花管11内的第一浆液流失至铁路路基本体20的外部。
在一些实施例中，参照图2，第一钢花管11和第二钢花管12的外径分别为38mm～45mm，壁厚分别为2mm～4mm。本实施例中，第一钢花管11与第二钢花管12的尺寸优选外径为42mm，壁厚3mm。第一钢花管11和第二钢花管12的前端即最先进入铁路路基本体20的一端焊接锥形管头14，每个钢花管的长度可根据现场实际情况加工成2m～6m。
在一些实施例中，第一钢花管11和第二钢花管12分别包括多排溢浆孔13和保护网，每排溢浆孔13沿第一钢花管11或第二钢花管12的长度方向设置，保护网安装于溢浆孔13处。溢浆孔13为设置于第一钢花管11和第二钢花管12的管壁上的通孔，溢浆孔13上设置保护网，防止第一钢花管11、第二钢花管12在安装的过程中，有颗粒较大的渣土进入管内，同时保证管内的第一浆液能够顺利溢出，并扩散进入铁路路基本体20。可以理解地，保护网可以安装于溢浆孔13内，也可以安装于溢浆孔13外部，溢浆孔13外部包括钢花管的外壁和钢花管的内壁，即保护网可以安装于溢浆孔13处的钢花管外壁和/或内壁上。安装方式可以为焊接。
具体地，在外径42mm壁厚3mm的钢花管上布设4排溢浆孔13，4排溢浆孔13沿钢花管的周侧均匀布设于钢花管的管壁上。同排的溢浆孔13之间的间距为40cm，相邻两排溢浆孔13呈梅花形交错布置，且溢浆孔13的孔径为6mm。
在一些实施例中，步骤S2中将钢花管10置入需要注浆的位置的步骤具体包括：将钢花管10直接夯入铁路路基本体20；或者，在铁路路基本体20上需要注浆的位置钻注浆孔，再将钢花管10夯入注浆孔内，注浆孔的孔径小于或等于钢花管10的外径。采用上述注浆方法进行注浆时，无需事先形成注浆孔或者形成注浆孔的孔径小，因而对于铁路路基本体20的扰动很小，且施工方法也很简单。
具体地，将第一钢花管11或第二钢花管12置入铁路路基本体20的方法有两种，一种为将第一钢花管11或第二钢花管12用TY-28型风镐夯入铁路路基本体20中；如果难以直接夯入铁路路基本体20或者工效较低，另一种方法可以采用对地层扰动小、轻便且易于移动的ZQS-50手持式钻机带动麻花钻杆成孔，成孔直径分别对应为第一钢花管11或第二钢花管12的直径。当钻机穿过碎石层时退出钻杆，再采用TY-28型风镐夯入至铁路路基本体20中。
在一些实施例中，在分别向第一钢花管11和第二钢花管12内注入第一浆液的步骤之前，在第一钢花管11和第二钢花管12的管口周侧分别形成环绕管口的填充槽，并向填充槽内注入第二浆液以封闭填充槽。可以理解地，填充槽内注入第二浆液，并可小幅度摇晃钢花管，反复几次，直至第二浆液不再继续下渗，能够使第二浆液充满于填充槽与钢花管10的管壁之间，目的是形成密闭的注浆空间，防止第一浆液溢出溢浆孔13之后沿钢花管管壁向铁路路基本体20的外部流失。其中，填充槽的深度大于或等于2m。进一步地，第二浆液包括水泥浆、粗纤维和水玻璃组成的混合液。第二浆液较第一浆液易于凝固，且第一浆液不能从凝固的第二浆液中流出，能够有效地防止从溢浆孔13溢出的第一浆液沿钢花管壁向铁路路基本体20的外部扩散，而使第一浆液扩散于铁路路基本体20内加固路基本体。将钢花管10置入铁路路基本体20、将钢花管10的管口周侧的填充槽用第二浆液封闭之后，就可以先后向第二钢花管12、第一钢花管11内注入第一浆液了。
在一些实施例中，参照图3至图6，向第一钢花管11内注入第一浆液的步骤具体包括：由铁路路基本体20的外侧至铁路路基本体20的中心线方向依次向第一钢花管11内注入第一浆液。具体地，在第一钢花管11上焊接注浆接头，并将注浆管路与注浆接头连接进行注浆。注入第一浆液的过程为全孔一次性注浆，根据注浆压力、监测数据来控制结束注浆。也就是说，注入第一浆液的整体施工顺序为先施工坡脚50处最下排的第一钢花管11，即先施工铁路路基本体20最外侧的第一钢花管11，再由铁路路基本体20的外侧至其中心线方向依次施工各排第一钢花管11。本实施例中向第一钢花管11内注浆的施工顺序，由铁路路基本体20的外侧至内侧依次注浆，保证第一浆液由外至内不断地加固铁路路基本体20，增强加固效果。
进一步地，注入第一钢花管11和第二钢花管12内的第一浆液包括水泥浆中掺入聚羧酸盐减水剂得到的混合液。具体地，水泥浆由P.042.5普通硅酸盐水泥按水灰比0.6∶1制成，向水泥浆中掺入1％的聚羧酸盐减水剂(本实施例的聚羧酸盐减水剂牌号为KDSP-1)得到混合液即为第一浆液。注入第一浆液的压力通过试验来确定，边坡40上注浆压力一般不宜超过0.5MPa，路肩30上注浆压力不宜超过0.2MPa。当注浆压力超过上述限值且吸浆量小于2.5L/min、稳定时间大于5min，或者变形监测达到安全报警值后，终止注浆。
本发明实施例的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，具体施工步骤为：
1、根据铁路路基本体20的监测结果和设计要求，标注出需要注浆的位置，并进行复测，孔位偏差不大于10cm。在需要注浆的位置上按照梅花型错位布置注浆孔位，测量放线并做好标识。
2、制作第一钢花管11和第二钢花管12。在外径42mm壁厚3mm的钢花管10上布设4排溢浆孔13，4排溢浆孔13间夹角呈90度，同排的溢浆孔13之间的间距为40cm，相邻两排溢浆孔13呈梅花形交错布置，溢浆孔13的孔径为6mm。在钢花管10最前面一节端部焊接锥形管头14，同时，为防止钢花管10在安装的过程中，有渣土进入管内，在钢花管10的溢浆孔13上都将焊接有一个细目保护网，一般的岩土颗粒无法进入，而浆液则可顺利溢出。钢花管10之间采用钢套筒焊接连接方式，每节钢花管10的长度可根据现场实际情况加工成2m～6m。
3、直接夯入或引孔插入第一钢花管11和第二钢花管12。如果地层条件较好，将第一钢花管11或第二钢花管12用TY-28型风镐夯入铁路路基本体20中；如果难以直接夯入铁路路基本体20或者工效较低，可以采用对地层扰动小、轻便且易于移动的ZQS-50手持式钻机带动麻花钻杆成孔，成孔直径分别对应为第一钢花管11或第二钢花管12的直径。当钻机穿过碎石层时退出钻杆，再采用TY-28型风镐夯入至铁路路基本体20中。其中，第一钢花管11由铁路路基本体20的边坡40和/或路肩30倾斜插入至铁路路基本体20的底部，第二钢花管12由边坡40竖直向下插入铁路路基本体20。
4、封口。在第一钢花管11和第二钢花管12的管口周侧挖深度不小于2m的填充槽，将水泥浆、粗纤维和水玻璃混合得到的第二浆液倒入填充槽内，并用小锤轻轻振动钢花管10，使第二浆液充满填充槽，反复几次，直至第二浆液不再下渗。
5、注浆。在第一钢花管11和第二钢花管12上焊接注浆接头，连接注浆接头与注浆管路，进行全孔一次性注浆。注入第一浆液的压力通过试验来确定，边坡40上注浆压力一般不宜超过0.5MPa，路肩30上注浆压力不宜超过0.2MPa。当注浆压力超过上述限值且吸浆量小于2.5L/min、稳定时间大于5min，或者变形监测达到安全报警值后，终止注浆。
6、路基本体恢复。待第一浆液注入终止后，割除露出地面的钢花管，恢复边坡40植被。
其中，第3步骤与第5步骤均采用自动化监测、人工电子水准测量、轨检小车及轨道尺检测等三位一体的监测手段，确保铁路路基本体20的隆起值或沉降值在安全范围内。
本发明实施例的第二方面，提供了一种铁路路基，参照图3至图6，该铁路路基包括铁路路基本体20、钢花管10和第一注浆体，钢花管10包括第一钢花管11和第二钢花管12，第一钢花管11由铁路路基本体20的边坡40和/或路肩30倾斜朝向铁路路基本体20的底部插入，第二钢花管12沿竖直方向布置于铁路路基本体20内，第二钢花管12位于第一钢花管11远离铁路路基本体20中心线的一侧；第一注浆体通过对钢花管10注入第一浆液而形成，第二钢花管12、与第二钢花管12对应的第一注浆体在铁路路基本体20内形成注浆帷幕。
上述钢花管注浆加固结构加固的铁路路基，包括位于最外侧即远离铁路路基本体20的中心线一侧的第二钢花管12、与第二钢花管12对应的第一注浆体，且第二钢花管12竖直布置于铁路路基本体20内，在铁路路基本体20外侧和底部形成一道屏障，结构整体性强，防止第一浆液流窜至边坡40即第一浆液流失至铁路路基本体20的外部，更加有效地对铁路路基本体20进行加固。
在一些实施例中，铁路路基还包括第二注浆体，第二注浆体包覆在钢花管10的管口外周侧。第二注浆体由第二浆液注入至第一钢花管11和第二钢花管12的管口外周侧的填充槽而成。第二注浆体防止注入第一浆液时其溢出溢浆孔13之后沿钢花管管壁向铁路路基本体20的外部流失。上述铁路路基形成了设置于铁路路基本体20内部的网状加筋结构，钢花管10的加筋作用弥补了注浆加固的不足，增强了加固效果的可靠性。进一步地，铁路路基本体20沿中心线的相对两侧均布置有第一钢花管11和第二钢花管12，第一钢花管11在铁路路基本体20内交错呈网状，第一钢花管11与铁路路基本体20底部所在的平面之间的夹角为30°～40°。也就是说，第一钢花管11在铁路路基本体20内交错设置，对铁路路基本体20的加固效果更强。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定铁路路基本体上需要注浆的位置；
将钢花管置入需要注浆的位置，其中，所述钢花管包括第一钢花管和第二钢花管，所述第一钢花管从所述铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜朝向所述铁路路基本体的底部插入；所述第二钢花管沿竖直方向布置于所述铁路路基本体内，所述第二钢花管位于所述第一钢花管远离所述铁路路基本体中心线的一侧；
向所述钢花管内注浆，其中，先向所述第二钢花管内注入第一浆液以形成注浆帷幕，然后向所述第一钢花管内注入第一浆液。
2.根据权利要求1所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，所述第一浆液包括水泥浆中掺入聚羧酸盐减水剂得到的混合液。
3.根据权利要求1所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，在所述向所述钢花管内注浆的步骤之前，在所述钢花管的管口周侧分别形成环绕管口的填充槽，并向所述填充槽内注入第二浆液以封闭所述填充槽。
4.根据权利要求3所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，所述第二浆液包括水泥浆、粗纤维和水玻璃组成的混合液；和/或
所述填充槽的深度大于或等于2米。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，所述钢花管包括多排溢浆孔和保护网，每排所述溢浆孔沿所述钢花管的长度方向设置，所述保护网安装于所述溢浆孔处。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，所述将钢花管置入需要注浆的位置的步骤具体包括：将所述钢花管直接夯入所述铁路路基本体；或者，在所述铁路路基本体上需要注浆的位置钻注浆孔，再将所述钢花管夯入所述注浆孔内，所述注浆孔的孔径小于或等于所述钢花管的外径。
7.根据权利要求1～4任意一项所述的铁路路基本体钢花管注浆加固方法，其特征在于，所述的向所述第一钢花管内注入第一浆液的步骤具体包括：由所述铁路路基本体的外侧至所述铁路路基本体的中心线方向依次向所述第一钢花管内注入所述第一浆液。
8.一种铁路路基，其特征在于，包括铁路路基本体、钢花管和第一注浆体，所述钢花管包括第一钢花管和第二钢花管，所述第一钢花管由所述铁路路基本体的边坡和/或路肩倾斜朝向所述铁路路基本体的底部插入，所述第二钢花管沿竖直方向布置于所述铁路路基本体内，所述第二钢花管位于所述第一钢花管远离所述铁路路基本体中心线的一侧；所述第一注浆体通过对所述钢花管注入第一浆液而形成，所述第二钢花管、与所述第二钢花管对应的第一注浆体在所述铁路路基本体内形成注浆帷幕。
9.根据权利要求8所述的铁路路基，其特征在于，所述钢花管的外径为38mm～45mm，壁厚为2mm～4mm。
10.根据权利要求8所述的铁路路基，其特征在于，所述铁路路基包括第二注浆体，所述第二注浆体包覆在所述钢花管的管口外周侧。
11.根据权利要求8所述的铁路路基，其特征在于，所述铁路路基本体沿中心线的相对两侧均布置有所述第一钢花管和所述第二钢花管，所述第一钢花管在所述铁路路基本体内交错呈网状，所述第一钢花管与所述铁路路基本体底部所在的平面之间的夹角为25°～45°。
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