JP2007120470A - 洋上風力発電装置の基礎構造及び洋上風力発電装置の基礎構造の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気象、海象の変化に影響されることなく短期間で工事を行うことにより、建設費を削減し、発電コストを低減させる。
【解決手段】海底地盤３５上にフーチング１が設置され、フーチング１に風車タワー４０を介して風車が取り付けられる洋上風力発電装置の基礎構造であって、フーチング１の上部に、作業ステージ１５を着脱可能、かつフーチング１の中心部を中心として回転移動可能に設ける。作業ステージ１５は、フーチング１の上方に対向配置される作業台１６と、作業台１６をフーチング１に回転移動可能に支持する支持手段１８と、作業台１６を回転駆動させる駆動手段２５とを備える。作業台１６からフーチング１を地盤３５に固定する各種の作業を行うことができるので、気象、海象の変化に影響されることなく短期間で工事を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水深の浅い海域に設置される洋上風力発電装置の基礎構造及び洋上風力発電装置の基礎構造の構築方法に関する。

近年、クリーンエネルギー源としての風力発電施設の建設が顕著になってきているが、立地場所として陸域での適地、用地が不足していることから、今後は、より施工条件の厳しい海域に立地場所を求められることが予想される。

海域に建設される風力発電施設の一例が特許文献１に記載されている。この風力発電施設は、陸上で浮体に風車基礎部を立設して基礎本体を形成し、基礎本体を海上に仮係留し、風車基礎部に風車本体を搭載して洋上風力発電装置を形成し、この洋上風力発電装置を引き船によって設置海域まで曳航し、洋上風力発電装置をクレーン船で支持しながら、基礎本体を海底地盤に据え付けるように構成したものである。
特開２００５−６９０２５号公報

しかし、このような構成の風力発電施設にあっては、クレーン船等の作業船を用いた海上で作業が多くなるため、気象、海象の変化によって作業が影響を受けることになり、作業が中断されたり、退避を余儀なくされたりすることがあり、非常に効率の悪い工事となり、工期が長引いて建設費が増加し、発電コストを高くすることになる。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、気象、海象の変化によって作業が影響を受けることが少なく、作業が中断されたり、退避を余儀なくされたりするようなことが殆どなく、効率良く工事を行うことができて工期を短縮することができ、建設費を削減することができるとともに、発電コストを低減させることのできる洋上風力発電装置の基礎構造及び洋上風力発電装置の基礎の構築方法を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、海底地盤上にフーチングが設置され、該フーチングに風車タワーを介して風車が取り付けられる洋上風力発電装置の基礎構造であって、前記フーチングの上部に、作業ステージを着脱可能、かつ前記フーチングの中心部を中心として回転移動可能に設けたことを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造によれば、フーチングの上部に設けられた作業ステージを用いることにより、フーチングを海底地盤上に設置するための各種の作業を行うことができる。従って、気象、海象の変化に殆ど影響を受けることなく、工事を進行させることができるので、工期を短縮化することができ、建設費を削減でき、発電コストを低減させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の洋上風力発電装置の基礎構造であって、前記作業ステージは、前記フーチングの上方に対向配置される作業台と、該作業台を前記フーチングに回転移動可能に支持する支持手段と、該作業台を回転駆動させる駆動手段とを備えていることを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造によれば、駆動手段と支持手段との協働によって作業台を回転移動させながら、作業台の上部からフーチングを海底地盤上に設置するための各種の作業を行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の洋上風力発電装置の基礎構造であって、前記支持手段は、前記フーチングに設けられるレールと、前記作業台に回転自在に取り付けられるとともに、前記駆動手段によって回転駆動され、かつ前記レール上を走行可能な車輪とからなることを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造によれば、駆動手段によって車輪を回転駆動させてレール上を走行させることにより、移動台がレールに沿ってフーチング上を回転移動することになる。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の洋上風力発電装置の基礎構造であって、前記フーチングは、中空構造に形成されるとともに、内部が隔壁によって複数の室に区画され、該複数の室のうちの所定の室の上部及び底部には、該室内外を上下方向に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造によれば、作業ステージの作業台の上部から各種の機械を用いることにより、フーチングの上部及び底部の貫通孔を介して海底地盤に杭又はアンカーを打設することができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の洋上風力発電装置の基礎構造であって、前記フーチングの上部の貫通孔と前記作業台との間にはケーシングパイプが着脱自在に設けられていることを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造によれば、作動ステージの作業台の上部から各種の機械を用いて杭又はアンカーを打設する際に、ケーシングパイプによって室内をドライ雰囲気にすることができるので、ドライ雰囲気下において、杭又はアンカーの打設作業、及び杭頭部の処理を行うことが可能となる。

請求項６に係る発明は、陸上の製作ヤードにおいて中空構造のフーチングを製作するとともに、該フーチングの上部に作業ステージを着脱可能、かつ回転移動可能に設け、この状態で該フーチングを搬送手段により海上を設置海域まで搬送し、該設置海域において該フーチングを沈下させて海底地盤上に着底させ、前記作業ステージを用いて前記フーチングを海底地盤に設置するための各種の作業を行うことを特徴とする。

本発明による洋上風力発電装置の基礎構造の構築方法によれば、陸上の製作ヤードで製作されたフーチングは、搬送手段によって海上を設置海域まで搬送され、設置海域において沈下されて海底地盤上に着底される。そして、作業ステージを用いてフーチングを海底地盤上に設置するための各種の作業を行うことにより、フーチングが海底地盤上に設置されることになる。

以上、説明したように、本発明の洋上風力発電装置の基礎構造及び洋上風力発電装置の基礎構造の構築方法によれば、フーチングを設置海域の海底地盤上に設置する際に、フーチングに着脱自在かつ回転自在に設けられている作業ステージを用いて各種の作業を行うことができるので、気象、海象の変化によって作業が影響を受けることが殆どなく、工期を短縮することができて、建設費を削減することができ、発電コストを低減させることができる。

また、ケーシングパイプによってドライ雰囲気を容易に作ることができるので、ドライ雰囲気下において、杭やアンカーの打設作業、杭やアンカーの頭部の処理作業を行うことができ、作業効率を大幅に高めることができ、工期を短縮することができる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による洋上風力発電装置の基礎構造の一実施の形態が示されていて、図１は基礎構造の全体を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＡ部の拡大図、図４はケーシングパイプの移動設置方法を示した説明図である。

すなわち、この洋上風力発電装置の基礎構造は、比較的浅い海域（水深が１０ｍ〜２０ｍ程度）の柔らかい海底地盤上に風力発電施設を建設するのに有効なものであって、建設場所の海底地盤３５上に設置されるフーチング１と、フーチング１の上部に着脱可能、かつ回転移動可能に設けられる作業ステージ１５とを備えている。

フーチング１は、中空構造の円形状をなすものであって、鋼板から形成される円板状の下板２と、下板２の上方に対向して設けられるとともに、中心部から外周部に向かって下方に傾斜する鋼板から形成される略円板状の上板４と、下板２と上板４の外周端間に垂直に設けられる鋼板から形成される筒状の側板７と、下板２の中心部に垂直に設けられるとともに、上板４の中心部を貫通して上方に突出する鋼管から形成される筒状のタワー支持部８とから構成されている。なお、フーチング１は、円形に限らず、正六角形、正八角形等の正多角形に形成してもよい。また、フーチング１を構成する鋼板としてリブ等の補剛材で補強されたものを用いることが好ましい。

上板４の外周端と側板７の上端との間、下板２の外周端と側板７の下端との間、上板４の内周端とタワー支持部８との間、及び下板２とタワー支持部８の下端との間はそれぞれ溶接によって一体に接合され、これにより、上板４と下板２と側板７とタワー支持部８とによって囲まれる部分に密閉され環状の空間９が形成される。

フーチング１の空間９内には、タワー支持部８を中心として同心円状に筒状の第１隔壁１１が垂直に設けられるとともに、タワー支持部８を中心として板状の複数の第２隔壁１２が放射状に垂直に設けられている。

第１隔壁１１は上下端がそれぞれ上板４の下面及び下板２の上面に溶接によって一体に接合されるとともに、各第２隔壁１２は内周端がタワー支持部８の外周面に、外周端が側板７の内周面に、上端が上板４の下面に、下端が下板２の上面にそれぞれ溶接によって一体に接合され、これにより、フーチング１の空間９内が複数の室１０に区画されている。

フーチング１内の隣接する室１０、１０間は、第１隔壁１１及び第２隔壁１２に設けられている連通孔（図示せず）を介して相互に連通され、各連通孔には開閉バルブ（図示せず）がそれぞれ設けられ、この開閉バルブによって隣接する室１０、１０間が連通され、又は遮断される。

フーチング１の各室１０に対応する上板４及び下板２の部分には、それらを上下方向に貫通する貫通孔５、３が軸線を一致させた状態でそれぞれ設けられ、これらの貫通孔５、３を介して後述する作業ステージ１５から海底地盤３５に対して場所打ち杭の打設作業が行われる。上板４及び下板２の貫通孔５、３は開閉蓋（図示せず）等によって開閉自在に構成されている。

フーチング１の上板４の上面側の各貫通孔５の周縁部には、環状の台座部６が上方に突出した状態で一体設けられ、この台座部６の上部に後述するケーシングパイプ３０の下端部が着脱自在に構成されている。

作業ステージ１５は、フーチング１の上板４の上方に所定の間隔をおいて水平に設けられる、鋼板等から形成される略扇型板状の作業台１６と、作業台１６を回転移動可能に支持する支持手段１８と、作業台１６を回転駆動させる駆動手段２５とを備えている。

支持手段１８は、フーチング１の上板４の上部にタワー支持部８を中心として水平かつ環状に設けられる外レール１９と、作業台１６よりもやや下方のタワー支持部８の周面の部分にタワー支持部８を中心として水平かつ環状に設けられる内レール２０と、作業台１６の下面側の外周縁部に一体に垂下される支持脚２３と、支持脚２３の下端部に回転自在に設けられるとともに、外レール１９上を走行可能な外車輪２１と、作業台１６の下面側の内周縁部に回転自在に設けられるとともに、内レール２０上を走行可能な内車輪２２とから構成されている。なお、支持手段１８は、前記の組合せのものに限らず、作業台１６を回転自在に支持できるものであればよい。

駆動手段２５は、作業台１６の上部に設けられる駆動モータ２６と、駆動モータ２６の駆動力を内車輪２２に伝達させるギア等からなる動力伝達手段（図示せず）とから構成され、駆動モータ２６の作動によって動力伝達手段を介して内車輪２２を回転させることにより、内車輪２２が内レール２０上を走行し、外車輪２１が外レール１９上を走行して作業台１６が両レール１９、２０に沿って回転移動する。

作業台１６の外周縁部の上板４の貫通孔５に対応する部分には、上下方向に貫通する貫通孔１７が上板４の貫通孔５と軸線を一致させた状態で設けられ、この作業台１６の貫通孔１７から上板４及び下板２の貫通孔５、３を介して海底地盤３５に対する杭２８の打設作業が行われる。

作業台１６の上部には、杭２８を打設するための削孔機等の作業機械２７が設置され、この作業機械２７によって作業台１６の貫通孔１７、フーチング１の上板４及び下板２の貫通孔５、３を介して地盤３５に所定の深さの杭穴３６を設け、この杭穴３６内に鉄筋３７を挿入し、コンクリート３８を打設することにより、杭穴３６内に杭２８が構築される。
この場合、必要に応じて杭穴３６内に鋼管（図示せず）を打ち込んで、鋼管と鉄筋とコンクリートとの一体構造としてもよいし、鋼管のみを打ち込んで杭としてもよいし、その他の周知の杭を使用してもよい。鋼管を打ち込む場合には、作業台１６の上部に杭打ち機械等の作業機械２７を設置すればよい。

作業ステージ１５の作業台１６とフーチング１の上板４の各貫通孔５の周縁部の台座部６との間には、筒状のケーシングパイプ３０が着脱自在に取り付けられる。この場合、ケーシングパイプ３０の下端部と台座部６との間はパッキン等のシール部材（図示せず）を介してシールされ、これによりケーシングパイプ３０の内側に連通するフーチング１の室１０内がドライ雰囲気に形成される。

フーチング１の室１０内をケーシングパイプ３０によってドライ雰囲気に形成し、この状態で作業台１６の上部からケーシングパイプ３０、上板４の貫通孔５、及び下板２の貫通孔３を介して海底地盤３５に杭穴３６を削孔し、この杭穴３６内に鉄筋３７を挿入し、コンクリート３８を打設することにより、杭穴３６内に鉄筋コンクリート製の杭２８が構築される。

この場合、図３に示すように、杭頭３４の外周面にジベル３１を設け、各種の鉄筋３２を配置し、周囲に波形状の鋼板３３を設け、この鋼板３３の内側にコンクリート３８を打設することにより、フーチング１が杭２８の杭頭３４に一体に連結される。

そして、上記のような杭２８の打設作業をフーチング１の複数箇所に対して行うことにより、フーチング１が複数の杭２８によって海底地盤３５上に固定される。この場合、ケーシングパイプ３０は、図４に示すように、作業台１６を回転移動させる際に、作業台１６の上部に設置したクレーン等の作業機械２７によって吊り上げ、この状態で作業台１６と一緒に移動させることにより、次の杭２８を打設する位置に容易に移動させることができる。なお、ケーシングパイプ３０は１本によって構成してもよいし、複数本のケーシングパイプ３０を連結して構成してもよい。

そして、海底地盤３５上に複数の杭２８によって固定したフーチング１のタワー支持部８の内部、及びフーチング１の各室１０内にそれぞれコンクリート３８を充填し、タワー支持部８の上部に頂版コンクリート３９を介して風車タワー４０を取り付け、風車タワー４０の上端部に風車（図示せず）を取り付けて風力発電装置を構築する。そして、全ての作業が終了した後に、フーチング１の上部から作業ステージ１５を取り外す。このようにして、比較的浅い海域に風力発電施設を建設することができる。

上記のように構成した本実施の形態による洋上風力発電装置の基礎構造にあっては、フーチング１を海底地盤３５上に固定する作業の殆どをフーチング１の上部に設けた作業ステージ１５から行うことができるので、クレーン船等による作業を極めて少なくすることができる。従って、気象や海象の変化によって作業が影響を受けることが少なく、工事を効率良く行うことができ、工期を短縮することができ、建設費用を削減でき、発電コストを低減させることができる。

図５〜図７には、本発明による洋上風力発電装置の基礎構造の他の実施の形態が示されていて、図５は基礎構造の全体を示す縦断面図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿って見た横断面図、図７は図５のＢの拡大図である。

すなわち、この基礎構造は、設置海域の海底地盤３５が十分に硬い場合であって、海底地盤３５に複数のアンカー４１を打設し、この複数のアンカー４１によってフーチング１を海底地盤３５上に固定するように構成したものであって、その他の構成は前述した実施の形態に示すものと同様であるので、同一の部分には同一の番号を付してその詳細な説明は省略する。

海底地盤３５にアンカー４１を打設する場合には、作業ステージ１５の作業台１６の上部にアンカー削孔機等の作業機械２７を設置し、この作業機械２７によってケーシングパイプ３０、上板４の貫通孔５、下板２の貫通孔３を介して海底地盤３５にアンカー穴４２を削孔し、このアンカー穴４２内にアンカー４１を打設する。そして、下板２の上面側に受圧板４４を配置し、受圧板４４の中心部にアンカー４１の頭部を貫通させ、アンカー４１の頭部を定着具４７により受圧板４４に固定する。この場合、海底地盤３５上に高さ調整用ブロック４３を設置し、この高さ調整用ブロック４３によってフーチング１の水平度を調整し、フーチング１の下板２の下面と海底地盤３５との間、及びフーチング１の周囲にそれぞれコンクリート３８を打設する。あるいは、コンクリート３８に代えてモルタルを打設してもよい。なお、風力発電装置の自重によって風力発電施設の全体を支持することができる場合には、アンカー４１を使用する必要はなく、フーチング１を地盤３５上に載置するだけでよい。

そして、この実施の形態による洋上風力発電装置の基礎構造にあっても、フーチング１を海底地盤３５上に固定する作業の殆どをフーチング１の上部に設けた作業ステージ１５から行うことができるので、クレーン船等による作業を極めて少なくすることができる。従って、気象や海象の変化によって作業が影響を受けることが少なく、工事を効率良く行うことができ、工期を短縮することができ、建設費用を削減でき、発電コストを低減させることができる。

次に、上記のような構成の本発明による基礎構造の構築方法について説明する。
まず、図８に示すように、陸上の製作ヤード４５（例えば、ドライドック、フローティングドック、潜水式台船上等）において、下板２、上板４、側板７、第１隔壁１１、第２隔壁１２、及びタワー支持部８を溶接によって一体に接合し、中空構造の円形状のフーチング１を製作する。そして、このフーチング１の上部に作業ステージ（図示せず）を着脱自在、かつ回転移動可能に取り付ける。この場合、図９に示すように、製作ヤード４５において複数のフーチング１を同時に製作してもよい。

そして、製作ヤード４５からフーチング１をクレーン船（図示せず）によって吊り上げ、フーチング１の重量が軽い場合にはクレーン船で吊り上げた状態で設置海域まで搬送し、フーチング１の重量が重い場合には海上に浮かべて、クレーン船（図示せず）によって海上を設置海域まで曳航する。

そして、図１０に示すように、設置海域においてフーチング１の各室１０内に水を注入してフーチング１を沈下させて海底地盤３５上に着底させる。この場合、図５に示すように、フーチング１の下面と海底地盤３５との間に高さ調整用ブロック４３を介在させ、フーチング１を地盤３５上に水平に設置する。

そして、図１〜図７に示すように、フーチング１の上部に設けられている作業ステージ１５を用い、作業台１６の上部から削孔機、アンカー削孔機等の作業機械２７を用いて海底地盤３５に杭２８又はアンカー４１を打設し、杭２８又はアンカー４１にフーチング１を固定する。この場合、図１、図５に示すように、ケーシングパイプ３０を作業台１６とフーチング１の上板４の貫通孔５との間に取り付け、ケーシングパイプ３０内の水を抜くことにより、ケーシングパイプ３０に連通するフーチング１の室１０内をドライ雰囲気に形成し、杭２８又はアンカー４１の打設作業、杭２８又はアンカー４１の頭部の処理作業を行う。

そして、フーチング１を杭２８又はアンカー４１の頭部に固定し、フーチング１の各室１０内にコンクリート３８を充填し、タワー支持部８に風車タワー４０を取り付け、風車タワー４０の上端部に風車（図示せず）を取り付けることにより、風力発電装置を構築する。このようにして、比較的浅い海域に風力発電施設を建設することができる。

なお、フーチング１を設置する地盤３５が硬い場合には、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、杭２８やアンカー４１を使用せずに、地盤３５上に載置するだけでもよいし、載置した状態でコンクリート３８によって地盤３５に固定してもよい。また、陸磯部に設置する場合には、図１０（ｃ）に示すように、仮締切工４６を構築して海水がフーチング１の周囲に流入しないようにし、この状態でフーチング１を地盤３５に設置してもよい。この場合にも、杭２８やアンカー４１を使用せずに、フーチング１を地盤３５上に載置するだけでもよいし、載置した状態でコンクリート３８によって地盤３５に固定してもよい。

上記のように構成した本発明による基礎構造及び基礎構造の構築方法にあっては、フーチング１を海底地盤３５上に固定する作業等の殆どをフーチング１の上部に設けた作業ステージ１５から行うことができるので、クレーン船等による作業を極めて少なくすることができる。従って、気象や海象の変化によって作業が影響を受けることが少なく、工事を効率良く行うことができ、工期を短縮することができ、建設費用を削減でき、発電コストを低減させることができる。また、フーチング１を陸上で製作し、フーチング１のみを設置海域まで曳航することになるので、フーチング１の設置海域までの搬送を容易にすることができる。

なお、前記の説明においては、フーチング１を鋼板によって形成した例を示したが、フーチング１をＲＣ構造、ＰＣ構造としてもよい。

本発明による風力発電装置の基礎構造及び風力発電装置の基礎構造の構築方法の一実施の形態を示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿って見た横断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 ケーシングパイプの移動設置方法を示した説明図である。 本発明による風力発電装置の基礎構造及び風力発電装置の基礎構造の構築方法の他の実施の形態を示した縦断面図である 図４のＡ−Ａ線に沿って見た横断面図である。 図５のＢ部の拡大図である。 本発明による風力発電装置の基礎構造の構築方法の一実施の形態を示した縦断面図であって、フーチングの製作工程を示した縦断面図である。 複数のフーチングを同時に製作する例を示した平面図である。 フーチングの設置状態を示した説明図であって（ａ）は１０〜２０ｍの水深の地盤上に設置した例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）よりも浅い水深の地盤上に設置した例を示す説明図、（ｃ）は陸磯部に設置した例を示す説明図である。

符号の説明

１ フーチング、２ 下板、３ 貫通孔、４ 上板、５ 貫通孔、
６ 台座部、７ 側板、８ タワー支持部、９ 空間、１０ 室、
１１ 第１隔壁、１２ 第２隔壁、１５ 作業ステージ、１６ 作業台、
１７ 貫通孔、１８ 支持手段、１９ 外レール、２０ 内レール、
２１ 外車輪、２２ 内車輪、２５ 駆動手段、２６ 駆動モータ、
２７ 作業機械、２８ 杭、２９ 鋼管、３０ ケーシングパイプ、
３１ ジベル、３２ 鉄筋、３３ 鋼板、３４ 杭頭、３５ 地盤、
３６ 杭穴、３７ 鉄筋、３８ コンクリート、３９ 頂版コンクリート、
４０ 風車タワー、４１ アンカー、４２ アンカー穴、
４３ 高さ調整用ブロック、４４ 受圧板、４５ 製作ヤード、
４６ 仮締切工、４７ 定着具

Claims (6)

1. 海底地盤上にフーチングが設置され、該フーチングに風車タワーを介して風車が取り付けられる洋上風力発電装置の基礎構造であって、
   前記フーチングの上部に、作業ステージを着脱可能、かつ前記フーチングの中心部を中心として回転移動可能に設けたことを特徴とする洋上風力発電装置の基礎構造。
2. 前記作業ステージは、前記フーチングの上方に対向配置される作業台と、該作業台を前記フーチングに回転移動可能に支持する支持手段と、該作業台を回転駆動させる駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
3. 前記支持手段は、前記フーチングに設けられるレールと、前記作業台に回転自在に取り付けられるとともに、前記駆動手段によって回転駆動され、かつ前記レール上を走行可能な車輪とからなることを特徴とする請求項２に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
4. 前記フーチングは、中空構造に形成されるとともに、内部が隔壁によって複数の室に区画され、該複数の室のうちの所定の室の上部及び底部には、該室内外を上下方向に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
5. 前記フーチングの上部の貫通孔と前記作業台との間にはケーシングパイプが着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
6. 陸上の製作ヤードにおいて中空構造のフーチングを製作するとともに、該フーチングの上部に作業ステージを着脱可能、かつ回転移動可能に設け、この状態で該フーチングを搬送手段により海上を設置海域まで搬送し、該設置海域において該フーチングを沈下させて海底地盤上に着底させ、前記作業ステージを用いて前記フーチングを海底地盤に設置するための各種の作業を行うことを特徴とする洋上風力発電装置の基礎構造の構築方法。
   
   

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