CN114562224B - 群桩基础泥浆循环净化系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种群桩基础泥浆循环净化系统及其施工方法，通过在相邻的钢护筒之间连接串联管，并将所有钢护筒并联成整体式循环系统，有效解决了桩基施工全周期的泥浆循环问题，过程中根据施工工期的不同，设置开关阀的阻断形成分离式循环系统，控制和改变泥浆的循环路线也非常方便、灵活，多个钻孔桩可同时施工，提高了泥浆循环效率，在群桩基础施工过程中泥浆经过循环路线上的钢护筒，也能对泥浆进行沉淀、净化，根据施工工期及钻机数量对应投入泥浆池、沉淀池等资源，节省了资源投入及场地空间，避免河道污染，弥补了已有工艺的不足和缺陷，实现了真正意义上的零污染、零排放。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程钻孔灌注桩施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种群桩基础泥浆循环净化系统及其施工方法。
背景技术
在桥梁工程中，桩基施工是非常重要的一个组成部分，而水中桩基施工则是桥梁桩基施工过程中重难点。水上桥梁群桩施工时，桩基成孔、清孔及灌注过程中会产生大量泥浆及钻渣，如不能采取有效的措施对泥浆进行循环，造成泥浆外溢将严重污染河道。目前水上群桩施工主要采用三种方法，即在平台上设置移动式的泥浆池循环系统，或以相邻钢护筒作为泥浆池循环系统，或将群桩划分区域后独立设置多个固定式泥浆池循环系统来进行施工。但当桩基数量较多、桩身较长时，以上方法均存在一定的局限性：若采用将泥浆池置于钻孔平台上，通过泥浆管道与钢护筒串联形成回路进行泥浆循环，但会占用平台施工空间，频繁移位影响施工周期；若采用相邻钢护筒作为泥浆池循环系统，仅靠护筒的空间，泥浆存储容量有限，施工过程中存在泥浆外溢污染河道的风险；若采用将群桩划分区域后独立设置多个固定式泥浆池循环系统，而施工过程中多台钻机并未同时施工，则会造成泥浆池、沉淀池等投入资源过剩，占用场地较大，耗费成本较高。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种群桩基础泥浆循环净化系统及其施工方法，以解决现有技术中用于群桩基础施工时的泥浆循环系统的循环净化能力不足而影响施工效率及污染河道的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，包括如下步骤：
S1、搭设水中桩基施工平台，配置泥浆池、沉淀池及施工设备，施工设备包括钻机、串联管，水中桩基施工平台连接有进出通道；
S2、打设所有桩基的钢护筒；
S3、对所有钢护筒进行分组，规划每组钢护筒的串、并联线路，每条并联线路的钢护筒数量设置有多个且相等，在每个钢护筒的上端侧壁开孔并连接串联管，将每组的所有钢护筒并联起来组成闭合回路，同时，将临近泥浆池的钢护筒通过串联管与泥浆池连通，每个串联管上分别设置有开关阀；
S4、按照相邻的桩孔不同时钻进、浇筑混凝土的施工原则规划钻孔桩施工顺序，钻进时，将施工的钻孔桩内部连接沉淀池，沉淀池与泥浆池连接，在施工处的钢护筒和临近泥浆池的钢护筒之间选取多个钢护筒并设置对应的串联管上的开关阀，形成一条串联的钻孔泥浆循环闭合回路；
S5、清孔时，选择与清孔处的钢护筒相邻且串联的多个钢护筒作为循环点并设置对应的串联管上的开关阀，形成一条串联的清孔泥浆循环闭合回路；
S6、灌注混凝土时，选择与灌注混凝土处的钢护筒相邻且串联的多个钢护筒作为回收点并设置对应的串联管上的开关阀，本步骤中选择的钢护筒与步骤S5中选择的钢护筒不重复；
S7、混凝土灌注完成后，按规划的钻孔桩顺序移位钻机，重复S4-S6的操作，进行下一根桩基的钻进施工，直至最后一根桩基施工完成。
优选的是，所述施工设备还包括滤沙机、第一空压机，步骤S5中，清孔时包括一次清孔和二次清孔时的泥浆循环，其中，一次清孔时，从桩孔内抽出带渣泥浆，经过所述滤沙机筛选后顺次排入处于所述循环点的所有所述钢护筒中，经过沉淀再流回至施工的桩孔内，二次清孔时，利用所述第一空压机将桩孔内的带渣泥浆抽排顺次进入处于所述循环点的所述钢护筒中，一次清孔与二次清孔时的泥浆循环路径一致。
优选的是，清孔时作为循环点的所述钢护筒的数量为3～5个。
优选的是，所述泥浆池、所述沉淀池设置在所述水中桩基施工平台的外侧，所述水中桩基施工平台包括环绕设置在所有所述桩基外侧的主栈桥和支栈桥，主栈桥和支栈桥在水平面内顺次连接为闭合的整体。
优选的是，所述水中桩基施工平台的外侧设置有储浆池，储浆池内连接有泥浆泵，泥浆泵用于连接在储满泥浆的钢护筒内，以将多出的泥浆抽至储浆池内。
优选的是，所述储浆池内还连接有压滤机，用于将所述储浆池内多余的泥浆压滤成饼。
优选的是，每组所述钢护筒配置有多台所述钻机同时施工，每台所述钻机配置一个所述泥浆池和一个所述沉淀池。
优选的是，每组的所述钻孔桩的施工顺序在整体上按照先外圈后内圈的顺序进行，且步骤S4-S6在选择所述钢护筒时选择相对靠近外圈位置的所述钢护筒。
优选的是，所述开关阀为气球阀，每个气球阀连接有一个第二空压机。
本发明还提供一种群桩基础泥浆循环净化系统，包括设置在群桩基础外侧的泥浆池、沉淀池，泥浆池与沉淀池连通，群桩基础的所有钻孔桩划分为若干组，每个钻孔桩上设置有钢护筒，每个钢护筒的上端侧壁开孔并连接有串联管，以将每组的所有钢护筒并联起来组成闭合回路，靠近泥浆池的钢护筒通过串联管与泥浆池连通，每个串联管上分别设置有开关阀。
本发明至少包括以下有益效果：本发明的群桩基础泥浆循环净化系统及其施工方法，充分利用了群桩基础的钢护筒，在相邻的钢护筒之间连接了串联管，并将所有钢护筒并联成整体式循环系统，有效解决了桩基施工全周期的泥浆循环问题，过程中能够根据施工工期的不同，设置开关阀的阻断状态形成独立的分离式循环系统，多个钻孔桩可同时施工，提高泥浆循环效率，在群桩基础施工过程中泥浆经过循环路线上的钢护筒，能够对泥浆进行沉淀、净化，同时，也能根据施工工期及钻机数量对应投入泥浆池、沉淀池等资源，节省了资源投入及场地空间，降低了成本投入，避免了泥浆过量外溢污染河道，弥补了已有工艺的不足和缺陷，实现了真正意义上的零污染、零排放，本发明的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法简单、经济、适用性广，控制和改变泥浆的循环路线也非常方便、灵活，在类似工程施工领域具有相当的借鉴价值，为桥梁工程群桩基础施工提供了重要的技术保证。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在钻进时的平面结构图；
图2为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在钻进时的侧视结构图；
图3为本发明的开关阀的结构示意图；
图4为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在一次清孔时的平面结构图；
图5为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在二次清孔时的平面结构图；
图6为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在灌注混凝土时的平面结构图；
图7为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在压滤机处理多余泥浆时的平面结构图；
图8为本发明的群桩基础泥浆循环净化系统在清理钻渣时的平面结构图；
图9为本发明中设置的钻孔桩施工顺序的示意图。
说明书附图标记说明：1、钻机，2、钢护筒，3、串联管，4、开关阀，5、泥浆分离器，6、外接软管，7、沉淀池，8、泥浆池，9、储浆池，10、压滤机，11、支栈桥，12、主栈桥，13、支撑平台，14、第二空压机，15、简易爬梯，16、滤沙机，17、第一空压机，18、循环点，19、泥浆泵，20、长臂钩机，21、运渣车。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并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。
如图1-9所示，本发明提供一种群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，包括如下步骤：
S1、搭设水中桩基施工平台，配置泥浆池8、沉淀池7及施工设备，施工设备包括钻机1、串联管3，水中桩基施工平台连接有进出通道。本步骤中，准备施工设备时，每台钻机1配置一个泥浆分离器5、外接软管6，施工设备还包括桩基施工中常用的空压机、滤沙机16、长臂钩机20、运渣车21等，泥浆池8、沉淀池7通过底部设置支撑平台13位于水中桩基施工平台附近。
S2、打设所有桩基的钢护筒2。本步骤中采用GPS对桩位进行放样，并使用履带吊+振动锤将钢护筒2打设就位，钢护筒2入土深度经实际施工需求计算确定。
S3、对所有钢护筒2进行分组，规划每组钢护筒2的串、并联线路，每条并联线路的钢护筒2数量设置有多个且相等，在每个钢护筒2的上端侧壁开孔并连接串联管3，将每组的所有钢护筒2并联起来组成闭合回路，同时，将临近泥浆池8的钢护筒2通过串联管3与泥浆池8连通，每个串联管3上分别设置有开关阀4。
本步骤中，将所有钢护筒2之间连接起来，形成整体式的泥浆循环系统，后续可根据具体施工需求，通过设置各个串联管3上的开关阀4，阻断部分对应的串联管3通路，形成分离式的循环系统，可以满足一台钻机1拥有一个分离式的泥浆循环系统，实际施工时，例如结合图1所示，将36个钢护筒2按照规划指定的方式分别进行开孔，并利用串联管3将36个钢护筒2并联起来，组成闭合回路，并将临近泥浆池8的钢护筒2经过串联管3与一个泥浆池8连通，每个钢护筒2处设置简易爬梯15。
S4、按照相邻的桩孔不同时钻进、浇筑混凝土的施工原则规划钻孔桩施工顺序，钻进时，将施工的钻孔桩内部连接沉淀池7，沉淀池7与泥浆池8连接，在施工处的钢护筒2和临近泥浆池8的钢护筒2之间选取多个钢护筒2并设置对应的串联管3上的开关阀4，形成一条串联的钻孔泥浆循环闭合回路。
本步骤中，钻孔过程中，为避免搅动桩底、桩侧的土层，m台钻机1在n个钢护筒2上依照相邻孔不得同时钻进、浇筑混凝土的原则进行施工，可结合图1所示的箭头走向，钻机1在钻进过程中的钻渣及泥浆经过外接软管6和泥浆分离器5排放至沉淀池7中，沉淀池7中经沉淀后的泥浆流入泥浆池8中，泥浆池8的泥浆经过串联管3流入与泥浆池8连通的钢护筒2中，根据施工的钻孔桩位置，选取适宜的钢护筒2及串联管3作为泥浆循环管道，采用开关阀4将影响泥浆循环管道分流的串联管3进行封堵，最终形成一条串联的钻孔泥浆循环闭合回路，泥浆沿串流路线流入施工的钻孔桩内。
S5、清孔时，选择与清孔处的钢护筒2相邻且串联的多个钢护筒2作为循环点18并设置对应的串联管3上的开关阀4，形成一条串联的清孔泥浆循环闭合回路。
本步骤中，结合图4-5及代表泥浆循环路线的图中箭头走向，一次清孔和二次清孔时，选择相同的几个钢护筒2及对应的串联管3作为循环管路，通过关闭其他路线上的开关阀4，仅形成一条串联的清孔泥浆循环闭合回路，利用施工设备抽出桩孔内的带渣泥浆，排入其中一个选择的钢护筒2上，然后泥浆沿串联路径依次经过其他选择的钢护筒2，最后回到施工钻孔桩内，形成清孔时的泥浆循环。
S6、灌注混凝土时如图6所示，选择与灌注混凝土处的钢护筒2相邻且串联的多个钢护筒2作为回收点并设置对应的串联管3上的开关阀4，本步骤中选择的钢护筒2与步骤S5中选择的钢护筒2不重复。灌注混凝土过程中，可将临近施工钻孔桩封堵的开关阀4打开，由混凝土置换出来的桩孔内部分泥浆通过串联管3流入下一个待钻钢护筒2内回收利用。
S7、混凝土灌注完成后，按规划的钻孔桩顺序移位钻机1，重复S4-S6的操作，进行下一根桩基的钻进施工，直至最后一根桩基施工完成。结合图7、图8所示，沉淀池7及钢护筒2中沉积的钻渣定期利用长臂钩机20装至运渣车21中，利用运渣车21外运至指定位置，若钢护筒2沉渣位置较深可将长臂钩机20换为清渣抓斗。
根据群桩基础的位置和钻孔施工的原则规划钻孔桩的施工顺序，结合图1中，每组设置有36个钢护筒2，采用两台钻机1同时进行施工，施工位置基本相互对称，每台钻机1分别对应连接设置一个沉淀池7、泥浆池8，本发明的这种泥浆循环系统的设置方法，充分利用了群桩基础的钢护筒2，并设置了串联管3，将所有钢护筒2并联成整体式循环系统，有效解决了桩基施工全周期的泥浆循环问题，过程中能够根据施工工期的不同，设置开关阀4的阻断状态形成独立的分离式循环系统，由此提高了泥浆循环效率，多个钻孔桩可同时施工，在群桩基础施工过程中泥浆经过循环路线上的钢护筒2，能够对泥浆进行沉淀、净化，同时，也能根据施工工期及钻机1数量对应投入泥浆池8、沉淀池7等资源，节省了资源投入及场地空间，降低了成本投入，避免了泥浆过量外溢污染河道，弥补了已有工艺的不足和缺陷，实现了真正意义上的零污染、零排放，并且本发明的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法简单、经济、适用性广，控制和改变泥浆的循环路线也非常方便、灵活，在类似工程施工领域具有相当的借鉴价值，为桥梁工程群桩基础施工提供了重要的技术保证。
在另一种技术方案中，如图4、5所示，所述施工设备还包括滤沙机16、第一空压机17，步骤S5中，清孔时包括一次清孔和二次清孔时的泥浆循环，其中，一次清孔时，从桩孔内抽出带渣泥浆，经过所述滤沙机16筛选后顺次排入处于所述循环点的所有所述钢护筒2中，经过沉淀再流回至施工的桩孔内，二次清孔时，利用所述第一空压机17将桩孔内的带渣泥浆抽排顺次进入处于所述循环点的所述钢护筒2中，一次清孔与二次清孔时的泥浆循环路径一致。
两次清孔时利用附近的几个钢护筒2作为泥浆循环时的循环点，部分带渣泥浆进入选定的这几个钢护筒2内进行沉淀，也可为这些作为循环点18的钢护筒2对应的钻孔桩在后续钻进施工时提供一定的泥浆循环基础，提高群桩基础整体的施工效率。
在另一种技术方案中，如图4、5所示，清孔时作为循环点的所述钢护筒2的数量为3～5个。根据施工阶段特点和施工速度，选择3-5个钢护筒2作为循环点，有利于提高泥浆循环和净化的效率。
在另一种技术方案中，如图1、图2、图7、图8所示，所述泥浆池8、所述沉淀池7设置在所述水中桩基施工平台的外侧，所述水中桩基施工平台包括环绕设置在所有所述桩基外侧的主栈桥12和支栈桥11，主栈桥12和支栈桥11在水平面内顺次连接为闭合的整体。
主栈桥12和支栈桥11均采用钢管桩+主横梁+贝雷梁和钢桥面系组成，作为主要通行道路，便于运输设备的通行，结合图1所示，泥浆池8、沉淀池7设置在支栈桥11的外侧，不占用水中桩基施工平台上本身及内侧钻孔桩附近的空间，主栈桥12和支栈桥11能够靠近并围绕待施工群桩基础设置，便于对附近的钻孔桩进行施工，优化泥浆循环路径，减少不必要的循环距离。
在另一种技术方案中，如图1、图7、图8所示，所述水中桩基施工平台的外侧设置有储浆池9，储浆池9内连接有泥浆泵19，泥浆泵19用于连接在储满泥浆的钢护筒2内，以将多出的泥浆抽至储浆池9内。
通过设置储浆池9，若所有钢护筒2内泥浆储满后，可利用泥浆泵19抽送至一个储浆池9内循环使用，基本能实现完全内循环使用，避免泥浆外溢污染河道的风险，也有利于设计配置的沉淀池7、泥浆池8的容量及数量，便于进一步提高泥浆循环效率，合理利用资源、降低投入成本。
在另一种技术方案中，如图1、图7、图8所示，所述储浆池9内还连接有压滤机10，用于将所述储浆池9内多余的泥浆压滤成饼。
在水中桩基施工平台上驶入运渣车21，若灌注过程中仍有多余泥浆，采用压滤机10处理成泥饼后再通过运渣车21外运，以此来避免泥浆外溢。
在另一种技术方案中，如图1、图4-图6所示，每组所述钢护筒2配置有多台所述钻机1同时施工，每台所述钻机1配置一个所述泥浆池8和一个所述沉淀池7。
通过设置多台钻机1同时施工，提高群桩基础整体的施工效率，确保每台钻机1有一个泥浆池8和一个沉淀池7，各台钻机1可以拥有一个分离式的泥浆循环系统，提高所设置的由钢护筒2、串联管3组成的泥浆循环系统的利用效率。
在另一种技术方案中，如图1、图9所示，每组的所述钻孔桩的施工顺序在整体上按照先外圈后内圈的顺序进行，且步骤S4-S6在选择所述钢护筒2时选择相对靠近外圈位置的所述钢护筒2。
按照相邻的桩孔不同时钻进、浇筑混凝土的施工原则，以先外圈后内圈的钻孔桩进行施工，在多台钻机1同步施工的情况下，基本按照在所在钢护筒2的组内位置对称的方式施工，有利于维护群桩基础施工时水下结构的稳定性。
在另一种技术方案中，如图3所示，所述开关阀4为气球阀，每个气球阀连接有一个第二空压机14。
气球阀即常用的气动球阀，结构简单紧凑，密封可靠，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，通过空气管路连接的第二空压机14来控制气球阀，从而控制截断或接通泥浆流通管路。
本发明还提供一种群桩基础泥浆循环净化系统，如图1所示，包括设置在群桩基础外侧的泥浆池8、沉淀池7，泥浆池8与沉淀池7连通，群桩基础的所有钻孔桩划分为若干组，每个钻孔桩上设置有钢护筒2，每个钢护筒2的上端侧壁开孔并连接有串联管3，以将每组的所有钢护筒2并联起来组成闭合回路，靠近泥浆池8的钢护筒2通过串联管3与泥浆池8连通，每个串联管3上分别设置有开关阀4。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、搭设水中桩基施工平台，配置泥浆池、沉淀池及施工设备，施工设备包括钻机、串联管，水中桩基施工平台连接有进出通道；
S2、打设所有桩基的钢护筒；
S3、对所有钢护筒进行分组，规划每组钢护筒的串、并联线路，每条并联线路的钢护筒数量设置有多个且相等，在每个钢护筒的上端侧壁开孔并连接串联管，将每组的所有钢护筒并联起来组成闭合回路，同时，将临近泥浆池的钢护筒通过串联管与泥浆池连通，每个串联管上分别设置有开关阀；
S4、按照相邻的桩孔不同时钻进、浇筑混凝土的施工原则规划钻孔桩施工顺序，钻进时，将施工的钻孔桩内部连接沉淀池，沉淀池与泥浆池连接，在施工处的钢护筒和临近泥浆池的钢护筒之间选取多个钢护筒并设置对应的串联管上的开关阀，形成一条串联的钻孔泥浆循环闭合回路；
S5、清孔时，选择与清孔处的钢护筒相邻且串联的多个钢护筒作为循环点并设置对应的串联管上的开关阀，形成一条串联的清孔泥浆循环闭合回路；
S6、灌注混凝土时，选择与灌注混凝土处的钢护筒相邻且串联的多个钢护筒作为回收点并设置对应的串联管上的开关阀，本步骤中选择的钢护筒与步骤S5中选择的钢护筒不重复；
S7、混凝土灌注完成后，按规划的钻孔桩顺序移位钻机，重复S4-S6的操作，进行下一根桩基的钻进施工，直至最后一根桩基施工完成；
所述施工设备还包括滤沙机、第一空压机，步骤S5中，清孔时包括一次清孔和二次清孔时的泥浆循环，其中，一次清孔时，从桩孔内抽出带渣泥浆，经过所述滤沙机筛选后顺次排入处于所述循环点的所有所述钢护筒中，经过沉淀再流回至施工的桩孔内，二次清孔时，利用所述第一空压机将桩孔内的带渣泥浆抽排顺次进入处于所述循环点的所述钢护筒中，一次清孔与二次清孔时的泥浆循环路径一致；
所述泥浆池、所述沉淀池设置在所述水中桩基施工平台的外侧，所述水中桩基施工平台包括环绕设置在所有所述桩基外侧的主栈桥和支栈桥，主栈桥和支栈桥在水平面内顺次连接为闭合的整体；
所述水中桩基施工平台的外侧设置有储浆池，储浆池内连接有泥浆泵，泥浆泵用于连接在储满泥浆的钢护筒内，以将多出的泥浆抽至储浆池内。
2.如权利要求1所述的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于，清孔时作为循环点的所述钢护筒的数量为3~5个。
3.如权利要求1所述的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于，所述储浆池内还连接有压滤机，用于将所述储浆池内多余的泥浆压滤成饼。
4.如权利要求1所述的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于，每组所述钢护筒配置有多台所述钻机同时施工，每台所述钻机配置一个所述泥浆池和一个所述沉淀池。
5.如权利要求1所述的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于， 每组的所述钻孔桩的施工顺序在整体上按照先外圈后内圈的顺序进行，且步骤S4-S6在选择所述钢护筒时选择相对靠近外圈位置的所述钢护筒。
6.如权利要求1所述的群桩基础泥浆循环净化系统的施工方法，其特征在于，所述开关阀为气球阀，每个气球阀连接有一个第二空压机。
7.如权利要求1-6任一项所述的群桩基础泥浆循环净化系统，其特征在于，包括设置在群桩基础外侧的泥浆池、沉淀池，泥浆池与沉淀池连通，群桩基础的所有钻孔桩划分为若干组，每个钻孔桩上设置有钢护筒，每个钢护筒的上端侧壁开孔并连接有串联管，以将每组的所有钢护筒并联起来组成闭合回路，靠近泥浆池的钢护筒通过串联管与泥浆池连通，每个串联管上分别设置有开关阀。
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