CN114182578A - 一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，包括：在所要整治的有砟轨道基床翻浆冒泥区域钻取注浆孔；通过插设于注浆孔中不同深度的注浆管，依次对翻浆冒泥区域的表层、中层和下层分别注入表层快硬注浆材料、中层注浆材料和下层注浆材料；待注浆材料完全凝结，实现对翻浆冒泥区域的加固。通过本发明的技术方案，采用非开挖式的注浆加固方式，能够避免浆液返浆、污染轨道基床，避免拆除有砟轨道基床，在既有的结构基础上进行打孔注浆，可以利用天窗时间对有砟轨道基床的软化及翻浆冒泥病害实现加固整治，能够提高注浆加固深度。

Description

一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法

技术领域

本发明涉及地质修复技术领域，尤其涉及一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法。

背景技术

基床翻浆冒泥是我国有砟轨道铁路常见的路基病害之一，尤其在南方多雨地区翻浆冒泥现象更为严重和普遍。这是因为在列车荷载和环境荷载的长期循环作用下，有砟轨道路基与轨道基床间的砂垫层隔水、排水性能逐渐降低并丧失，导致道砟与路基土体在水侵蚀和列车荷载共同作用下交叉迁移，使得部分路基土变成泥浆并在“泵吸作用”下外冒至轨道基床表面，造成轨道基床板结，轨道基床刚度不均匀，影响轨枕受力，同时也加大了钢轨磨损速率。此外，翻浆冒泥病害还会造成路基不均匀沉降变形，影响线路平顺性。针对有砟轨道基床翻浆冒泥问题，目前国内铁路工务部门主要采用整体开挖换填的方式进行整治，该方法需封闭运行线路、开挖轨道基床、基床和部分土基，采用整体换填和铺设砂垫层的方式进行整治。

目前针对有砟轨道基床翻浆冒泥病害的整治，主要采用开挖换填的方式进行，该方法需封闭运行线路、开挖轨道基床、基床和部分土基，采用整体换填和铺设砂垫层的方式进行整治。这种方法虽有一定的效果，但需要封锁线路，施工进度缓慢，配套设备、人员需求大，材料耗费大，效率较低，施工风险相对较高，难以满足仅短短数小时下的天窗时间维修的需求。此外，现场调研发现，对于整体开挖换填整治后的区段运营几年之后翻浆冒泥病害复发的概率较高，实践表明整体开挖换填的方式难以根除翻浆冒泥病害。

有砟轨道的基床翻浆冒泥发生在浅层，即有砟轨道基床下面50cm深的范围内，由于下雨等因素，基床发生了软化，导致承载力降低，在列车荷载作用下，上部有砟轨道基床容易侵入基床中，并且基床细颗粒也会反向进入有砟轨道基床中，造成有砟轨道基床板结以及轨面不均匀沉降，影响轨道刚度和线路平顺性，因此，需要对有砟轨道基床翻浆冒泥病害进行加固整治，通常的做法是将线路封线，将有砟轨道基床拆除，将软弱基床清理之后，再回填填料，经碾压密实之后，再铺上有砟轨道振捣密实之后再开放线路。可以看出之前的做法，比较复杂，需要封锁线路，无法在天窗点时间内完成，并且工效较慢，经济性较差。

此外，现有的注浆工艺都是单层注浆，即通过一个注浆管进行注浆，这种工艺对于深层注浆还可以，因为深层注浆的出浆孔较深，注浆材料不容易向表层扩散，但是，在浅层注浆时容易发生注浆材料返浆、漏浆等现象，在有砟轨道基床中，翻浆会造成有砟轨道基床板结。另外，单孔注浆时，注浆压力单一，注浆扩展半径有限，加固范围有限，因此，单次注浆工艺不适合有道轨道基床软弱和翻浆冒泥整治。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，通过分层注浆的方式控制注浆量，由表层至下层逐层注浆，表层采用表层快硬注浆材料，能够避免浆液返浆、污染轨道基床，通过首先封闭表层为中层注浆和下层注浆提供良好的帷幕条件，通过非开挖式的注浆加固方式，避免拆除有砟轨道基床，在既有的结构基础上进行打孔注浆，可以利用天窗时间对有砟轨道基床的软化及翻浆冒泥病害实现加固整治。

为实现上述目的，本发明提供了一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，包括：

在所要整治的有砟轨道基床翻浆冒泥区域钻取注浆孔；

通过插设于所述注浆孔中不同深度的注浆管，依次对所述翻浆冒泥区域的表层、中层和下层分别注入表层快硬注浆材料、中层注浆材料和下层注浆材料；

待注浆材料完全凝结，实现对所述翻浆冒泥区域的加固。

在上述技术方案中，优选地，有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法具体包括：

在整个翻浆冒泥区域，每隔40～60厘米半径钻设一个注浆孔；

通过所述注浆孔进行注浆过程中，首先通过表层注浆管向所述翻浆冒泥区域的表层注入所述表层快硬注浆材料；

在所述表层快硬注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的所述表层快硬注浆材料，通过中层注浆管向所述翻浆冒泥区域的中层注入所述中层注浆材料；

在所述中层注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的所述中层注浆材料，通过下层注浆管向所述翻浆冒泥区域的下层注入所述下层注浆材料。

在上述技术方案中，优选地，所述表层快硬注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下10～15厘米，注浆初始压力为0.2～0.5MPa，最终压力为0.5～1.0MPa，所述表层快硬注浆材料的凝结时间为5～30分钟。

在上述技术方案中，优选地，所述中层注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下20～25厘米，注浆初始压力为0.5～0.8MPa，最终压力为1.5～2.0MPa，所述中层注浆材料的凝结时间为30～60分钟。

在上述技术方案中，优选地，所述下层注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下30～40厘米，注浆初始压力为1.0～1.5MPa，最终压力为3.0～5.0MPa，所述下层注浆材料的凝结时间为2～5小时。

在上述技术方案中，优选地，所述表层快硬注浆材料为低粘度聚氨酯、低粘度环氧树脂和快硬聚合物超细水泥浆中的一种，所述表层快硬注浆材料的2小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于40厘米。

在上述技术方案中，优选地，所述中层注浆材料为聚合物快硬水泥浆，所述中层注浆材料的8小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于50厘米。

在上述技术方案中，优选地，所述下层注浆材料为聚合物水泥浆，所述下层注浆材料的12小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于60厘米。

在上述技术方案中，优选地，通过所述注浆孔进行注浆过程中，采用间歇式注浆方式，每注浆10～20秒，间歇时间为5～10秒。

在上述技术方案中，优选地，所述注浆管的下端设置为锥形结构，且所述锥形结构上水平开设有出浆孔，所述出浆孔的直径为3毫米；

所述注浆管的上端与注浆机相连通，所述注浆机为静压注浆机或旋喷注浆机，所述注浆机的注浆压力调节精度为0.01MPa，所述注浆机的注浆流量最大值为100L/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过分层注浆的方式控制注浆量，由表层至下层逐层注浆，表层采用表层快硬注浆材料，能够避免浆液返浆、污染轨道基床，通过首先封闭表层为中层注浆和下层注浆提供良好的帷幕条件，通过非开挖式的注浆加固方式，避免拆除有砟轨道基床，在既有的结构基础上进行打孔注浆，可以利用天窗时间对有砟轨道基床的软化及翻浆冒泥病害实现加固整治。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法的表层注浆方式示意图；

图2为本发明一种实施例公开的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法的中层注浆方式示意图；

图3为本发明一种实施例公开的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法的下层注浆方式示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.钢轨，2.轨枕，3.有砟轨道基床，4.翻浆冒泥区域，5.注浆管，6.表层注浆扩展形态，7.中层注浆扩展形态，8.下层注浆扩展形态。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1至图3所示，根据本发明提供的一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，包括：

在所要整治的有砟轨道基床3的翻浆冒泥区域4钻取注浆孔；

通过插设于注浆孔中不同深度的注浆管5，依次对翻浆冒泥区域4的表层、中层和下层分别注入表层快硬注浆材料、中层注浆材料和下层注浆材料；

待注浆材料完全凝结，实现对翻浆冒泥区域4的加固。

如图1所示，在该实施例中，通过分层注浆的方式控制注浆量，由表层至下层逐层注浆，不同层注浆的作用不同，表层注浆，注浆深度较浅，注浆压力较低，并且表层采用表层快硬注浆材料，能够避免浆液返浆、污染轨道基床，通过首先封闭表层为中层注浆和下层注浆提供良好的帷幕条件，便于中层注浆和下层注浆的实施。

如图2所示，中层注浆为加固注浆，注浆压力比表层注浆有所提高，由于表层注浆材料的帷幕作用，注浆材料只能向下方和四周扩展，注浆材料的凝固时间也有所延长，便于扩大注浆材料的扩展加固范围。

如图3所示，下层注浆也是加固注浆，其注浆压力比中层注浆又有所提高，注浆材料的凝结时间又有所延长，注浆材料的扩展范围进一步增加。通过分层注浆、注浆压力调节和注浆材料凝结硬化时间控制达到有砟轨道基床3软化及翻浆冒泥病害的加固整治。

上述方法，通过非开挖式的注浆加固方式，避免拆除有砟轨道基床3，在钢轨1和轨枕2所铺设有砟轨道基床3的既有结构基础上进行打孔注浆，可以利用天窗时间对有砟轨道基床3的软化及翻浆冒泥病害实现加固整治，解决目前开挖整体换填法存在的封闭线路、需要大型设备配合、效率低下、人员需求量大等问题，为铁路运行安全提供保障，进一步完善我国高速铁路有砟轨道养护维修技术体系。

在上述实施例中，优选地，有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法具体包括：

在整个翻浆冒泥区域4，采用钻杆每隔40～60厘米半径钻设一个注浆孔，其中，钻杆尺寸为外径30mm，长1.5m，注浆孔的布置数量以完全覆盖整个翻浆冒泥区域4为标准；

通过注浆孔进行注浆过程中，首先通过表层注浆管5向翻浆冒泥区域4的表层注入表层快硬注浆材料；

在表层快硬注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的表层快硬注浆材料层，通过中层注浆管5向翻浆冒泥区域4的中层注入中层注浆材料；

在中层注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的中层注浆材料层，通过下层注浆管5向翻浆冒泥区域4的下层注入下层注浆材料。

在该实施例中，针对不同层面的注浆要求，分别提供了不同的注浆材料，如对于表层注浆，使用凝结速度快的快硬材料，以便在表面快速形成封闭层；对于中层注浆，使用凝结速度中等，渗透能力较好的中层材料；对于下层注浆，使用凝结速度较慢，渗透能力极佳的高渗透材料，可以更高效率的加固翻浆冒泥区域4。而且，与单次注浆相比，该分层注浆方式可以保证注浆之后不对道砟层形成污染，不固结道砟，并且提高注浆加固深度。

在上述实施例中，优选地，表层快硬注浆材料的注入过程中，注浆深度为有砟轨道基床3以下10～15厘米，注浆初始压力为0.2～0.5MPa，最终压力为0.5～1.0MPa，表层快硬注浆材料的凝结时间为5～30分钟。

其中，优选地，中层注浆材料的注入过程中，注浆深度为有砟轨道基床3以下20～25厘米，注浆初始压力为0.5～0.8MPa，最终压力为1.5～2.0MPa，中层注浆材料的凝结时间为30～60分钟。

其中，优选地，下层注浆材料的注入过程中，注浆深度为有砟轨道基床3以下30～40厘米，注浆初始压力为1.0～1.5MPa，最终压力为3.0～5.0MPa，下层注浆材料的凝结时间为2～5小时。

在该实施例中，表层注浆的注浆深度为有砟轨道基床3以下10～15cm，使用电钻在表层钻孔，插入表层注浆管5，连接注浆机进行注浆，注浆初始压力为0.2～0.5MPa，最终压力0.5～1.0MPa，使用凝结速度快的表层快硬注浆材料，注浆材料的凝结时间为5～30min，以便在表面快速形成封闭层，避免注浆材料到处流动，污染有砟轨道；中层注浆，是在表层快硬注浆材料凝固后进行打孔、注浆，打穿表层快硬注浆材料层，打孔深度为有砟轨道基床3以下20～25cm，打孔后插入中层注浆管5，连接注浆机进行注浆，注浆初始压力为0.5～0.8MPa，最终压力1.5～2.0MPa，使用凝结速度中等，凝结时间为30min～60min，渗透能力较好的中层注浆材料；下层注浆，是在中层注浆材料凝固后进行下层打孔、注浆，打穿表层和中层注浆材料层，注浆深度为有砟轨道基床3以下30～40cm，打孔后插入下层注浆管5，连接注浆机进行注浆，注浆初始压力为1.0～1.5MPa，最终压力3.0～5.0MPa，使用凝结速度较慢，渗透能力极佳的高渗透材料，凝结时间为2h～5h。在整个过程中分三层注浆，能够将有砟轨道基床3以下50cm厚的基床完全加固，注浆时监控钢轨1的高程，以钢轨1的高程变化0.2mm为注浆停止控制标准。在上述过程中，每层注浆过程中压力逐步变化，保证注浆孔不会出现冒浆、溢浆。

根据图1至图3所示可知，表层注浆材料扩展所形成的表层注浆扩展形态6、中层注浆材料扩展所形成的中层注浆扩展形态7以及下层注浆材料扩展所形成的下层注浆扩展形态8，根据不同的注浆压力和注浆材料的渗透能力，所形成的注浆扩展形态也不相同。

在上述实施例中，优选地，表层快硬注浆材料为低粘度聚氨酯、低粘度环氧树脂和快硬聚合物超细水泥浆中的一种，要求材料凝结时间快，表层快硬注浆材料的凝结时间为5～30min，自身早期强度高，2小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于40厘米。

其中，优选地，中层注浆材料为聚合物快硬水泥浆，中层注浆材料的凝结时间为30min～60min，8小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于50厘米。

在上述实施例中，优选地，下层注浆材料为聚合物水泥浆，下层注浆材料的凝结时间为2h～5h，12小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于60厘米。

在上述实施例中，优选地，通过注浆孔进行注浆过程中，采用间歇式注浆方式，每注浆10～20秒，间歇时间为5～10秒；先表层注浆，再中层注浆，最后下层注浆，将有砟轨道基床3下面的软弱和翻浆冒泥基床完全固化。

在上述实施例中，优选地，注浆管5的下端设置为锥形结构，且锥形结构上水平开设有出浆孔，出浆孔的直径为3毫米；

注浆管5的上端与注浆机相连通，注浆机为静压注浆机或旋喷注浆机，注浆机的注浆压力调节精度为0.01MPa，注浆机的注浆流量最大值为100L/min。

根据上述实施例中所公开的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，以下通过具体实施例对该方法进行具体说明：

实施例1：

本发明提供一种有砟轨道基床3翻浆冒泥分层注浆加固方法，包括：

步骤1、先在基床表层钻取15cm深的注浆孔，钻头直径30mm，注浆孔直径32mm，注浆孔呈梅花状分布，每隔半径40cm打一处注浆孔，布满整片翻浆冒泥区域4。

步骤2、将端部布有出浆孔的注浆管5插入注浆孔中，借助锤击力将注浆管5下端安装有砟道床下13cm处；

步骤3、控制压力，开始注浆，注浆材料为表层快硬注浆材料，控制初始注浆压力为0.4MPa，随后每隔5min提高0.2MPa，最终注浆压力稳定在1.0MPa，注浆时控制注浆节奏为注浆20s停5s，同时监控轨面高程变化，以轨面高程变化0.2mm为准作为停止注浆信号，记录注浆时间t1。按此方式，将注浆孔由里向外，间隔注浆，注完所有注浆孔。

步骤4、表层注浆完成后，待表层注浆材料固结后，开始进行中层注浆，在原表层注浆孔基础上继续钻孔注浆，钻取25cm深的注浆孔，之后将注浆管5下端安装至基床表层下23cm处。

步骤5、开始中层注浆，注浆材料为中层注浆材料，初始注浆压力为0.6MPa，随后每隔5min提升0.3MPa压力，提升至1.8MPa，注浆节奏与步骤3中所述相同，同时监控轨面高程变化，以轨面高程变化0.2mm为准作为停止注浆信号，每个孔的注浆时间t2，直至注完所有注浆孔。

步骤6、待中层注浆材料固结后，在原中层注浆孔基础上继续钻孔注浆，钻取40cm深的注浆孔，之后将注浆管5下端安装至有砟道床下38cm处。

步骤7、开始下层注浆，注浆材料为高渗透的下层注浆材料，初始注浆压力为1.2MPa，最终注浆压力为3.2MPa，注浆方法与步骤3中所述相同，同时监控轨面高程变化，以轨面高程变化0.2mm为准作为停止注浆信号，每个孔的注浆时间为t3，直至注完所有注浆孔。此时即为已完成整个有砟轨道基床3翻浆冒泥分层注浆加固。

经过上述注浆后，注浆材料未侵入有砟道床中，表层注浆扩展直径为40cm，中层注浆扩展直径为75cm，下层注浆扩展直径为115cm，加固深度为有砟道床下50cm范围内基床。

对比实施例2：

对比实施例为单层注浆，钻孔深度为有砟道床以下25cm处，安装注浆管5，注浆管5安装深度为有砟道床下23cm处，注入中层注浆材料，初始注浆压力为0.6MPa，随后每隔5min提升0.3MPa压力，提升至1.8MPa，同时监控轨面高程变化，以轨面高程变化0.2mm为准作为停止注浆信号。

对比实施例为单层注浆，浆液侵入有砟道床中，注浆材料扩展直径为60cm，加固深度为有砟道床以下30cm范围内的基床。

针对实施例1和对比实施例2进行对比可知，本发明创新性地提出非开挖式的有砟轨道基床3翻浆冒泥整治技术，通过注浆加固的方式可以避免拆除有砟道床，在既有的结构基础上进行打孔注浆，可以保证注浆材料有效注入有砟道床下面的基床中，可以避免返浆，不对有砟道床形成污染，不固结道砟，对有砟道床下面的基床有很好的固结作用，可有效解决有砟轨道基床3软弱及翻浆冒泥病害，且该方法可以利用天窗时间进行病害整治，解决了目前开挖整体换填法存在的封闭线路、需要大型设备配合、效率低下、人员需求量大等问题，为铁路运行安全提供保障，进一步完善了我国高速铁路有砟轨道养护维修技术体系。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，包括：

在所要整治的有砟轨道基床翻浆冒泥区域钻取注浆孔；

通过插设于所述注浆孔中不同深度的注浆管，依次对所述翻浆冒泥区域的表层、中层和下层分别注入表层快硬注浆材料、中层注浆材料和下层注浆材料；

待注浆材料完全凝结，实现对所述翻浆冒泥区域的加固。

2.根据权利要求1所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，具体包括：

在整个翻浆冒泥区域，每隔40～60厘米半径钻设一个注浆孔；

通过所述注浆孔进行注浆过程中，首先通过表层注浆管向所述翻浆冒泥区域的表层注入所述表层快硬注浆材料；

在所述表层快硬注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的所述表层快硬注浆材料，通过中层注浆管向所述翻浆冒泥区域的中层注入所述中层注浆材料；

在所述中层注浆材料凝结后，打孔并穿透凝结的所述中层注浆材料，通过下层注浆管向所述翻浆冒泥区域的下层注入所述下层注浆材料。

3.根据权利要求2所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述表层快硬注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下10～15厘米，注浆初始压力为0.2～0.5MPa，最终压力为0.5～1.0MPa，所述表层快硬注浆材料的凝结时间为5～30分钟。

4.根据权利要求2所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述中层注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下20～25厘米，注浆初始压力为0.5～0.8MPa，最终压力为1.5～2.0MPa，所述中层注浆材料的凝结时间为30～60分钟。

5.根据权利要求2所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述下层注浆材料的注入过程中，注浆深度为所述有砟轨道基床以下30～40厘米，注浆初始压力为1.0～1.5MPa，最终压力为3.0～5.0MPa，所述下层注浆材料的凝结时间为2～5小时。

6.根据权利要求3所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述表层快硬注浆材料为低粘度聚氨酯、低粘度环氧树脂和快硬聚合物超细水泥浆中的一种，所述表层快硬注浆材料的2小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于40厘米。

7.根据权利要求4所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述中层注浆材料为聚合物快硬水泥浆，所述中层注浆材料的8小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于50厘米。

8.根据权利要求5所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述下层注浆材料为聚合物水泥浆，所述下层注浆材料的12小时抗压强度可达6.0MPa以上，与路基填土的固结强度不低于0.1MPa，渗透半径大于60厘米。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，通过所述注浆孔进行注浆过程中，采用间歇式注浆方式，每注浆10～20秒，间歇时间为5～10秒。

10.根据权利要求9所述的有砟道床翻浆冒泥整治分层注浆加固方法，其特征在于，所述注浆管的下端设置为锥形结构，且所述锥形结构上水平开设有出浆孔，所述出浆孔的直径为3毫米；

所述注浆管的上端与注浆机相连通，所述注浆机为静压注浆机或旋喷注浆机，所述注浆机的注浆压力调节精度为0.01MPa，所述注浆机的注浆流量最大值为100L/min。

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