JP2013123793A - ウォータージェット用ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータージェットによる路面切削（はつり）において、切削によるテーパ部が残らないように、路面位置の切削幅と底部位置の切削幅とが略同一にすることができ、テーパ部除去のための爾後処理を不要とすることで作業能率を大幅に向上させること。
【解決手段】ウォータージェット用ノズル装置であって、大きな回転軌跡の半径）を持つ第１ノズルと第２ノズルは、それらの噴射軸線が、Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度で固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、加圧水により路面等を切削破砕するウォータージェット用ノズル装置の改良に関する。

高圧のウォーターをジェット噴射させて、コンクリートやアスファルト等の舗装路面、地盤構造物等を切削破砕する工法の技術が知られている。また、この種の技術は、一般の構造物の破砕にも用いられている。
このような破砕に際して、所定の深さ位置までの切削破砕を行う方法として、ウォータージェットの破壊力を制御する必要がある。その為の方策として、２本のウォータージェットを所定の位置で交叉させるようにし、その交叉位置から先に破壊力を及ぼさないようにし、即ち、ウォータージェット同士の衝突によって打ち消し合うようにし、以って、対象物に対する切削破砕の深さを制御しようとする技術も提案されている。

このようなウォータージェットの切削方法としては、例えば、次の技術が挙げられる。
特開平２０００−２３８０３２。 また、一般に、ウォータージェットを用いて路面の切削破砕に用いるはつり作業車の一例としては、次の技術が挙げられる。
特開２００８−１１１３２６。

上述した特許文献１において提案されている切削方法は、それ以前に行われていた切削深さの制御が行い難い技術に比べ、一対のウォータージェットが所定位置で交叉させることで、有効な切削エネルギーを消滅させ、切削深さを正確にコントロールできるようになったことで、非常に有用なものである。

しかし乍ら、この切削方法によれば、一対のノズルを交叉させるために、ノズルを所定の衝突角（分岐管の軸に対する傾斜角度）と振り角度（旋回中心に対する傾斜角度）に調節しなければならない。
例えば、最近の路面には、透水アスファルトが敷設されているものも多く、これを切削破砕する場合には、広く、浅く、旱く処理する必要性があるが、切削破砕面を広く採るためにはノズルの衝突点の旋回（回転）軌跡が円を描くようにしなければならず、その為には、ノズルの噴射方向を大きく傾斜させる所謂振り角を採る必要があり、その結果、その傾斜角（振り角）に起因する反力が分岐管２に対して斜め方向に作用し、ノズルの噴射バランスが崩れ、その分岐管２を回転させている際に振動が大きくなるという問題がある。

そして、上述のように、ノズルの衝突角と振り角とを調節できるようにノズル取り付けの関節部が存在するが、前述の振動が発生することで、その調節が暫時緩んできて、ノズルの交叉位置（衝突点）がずれてしまうという問題がある。
また、このようなノズルの角度調整を、現場において切削深さ（及び処理幅）に合わせて行うのであるが、２つの方向（衝突角と振り角）でのノズル角度の調節は非常に難しいものである。
例えば、ノズルの衝突点の旋回軌跡により決定される処理幅（旋回円の直径）を大きくしようとして傾斜角度を大きくすると、路面からノズルまでの距離（スタンドオフ）が小さくなり、ノズルが路面に接触してしまう虞も生じ、従って、処理幅の設定に限界がある。

そこで、本発明者は、かかる現状に鑑み、現場においてノズルの角度調節を行う必要がなく、また、ノズルの噴射の反力がノズル取付部に対してバランスよく作用し、ノズル取付部の回転に振動を発生させ難くすることができるようにすることを考え、次の特許文献に示す提案を成した。
特開２０１０−６４２４０

この発明は、回転軸から所定距離離してノズルをノズル取付部に対向配置し、回転させながら加圧水を所定の角度でジェット噴射させて所定の距離位置で衝突させ、対象物に対する切削破砕深度を規定するようにしたウォータージェットによる切削破砕工法、装置であって、前記ノズルが、前記回転軸の回転軸芯を通る軸線に対して直交する所定距離を持つオフセットされた位置に２対が対向するように固定状態で配置されていて、各一対のノズルの噴射が前記回転軸芯から等距離離れた点対象位置で衝突するように前記回転軸芯に対して所定の衝突角で傾斜して噴射されることで対象物を所定深度と処理幅で切削破砕する、というものである。

これにより、従前のようなノズルのノズル取り付けの関節部品が存在せず、即ち、ノズルを固定状態で設け、且つ、ノズルのオフセット配置（オフセット部材）の構成によって、噴射の反力がノズル取付部に対してバランスよく作用し、ノズル取付部の回転に振動を発生させ難くすることができ、従って、使用に際して振動による関節部品の緩みにより角度がずれて切削破砕深度が変化し、切削破砕の処理幅が変化してしまうという虞がなく、正確な切削破砕の制御ができるという顕著な効果を奏する。また、ノズルは固定式であり、現場においてノズルの角度調節（振り角、衝突角）を行う必要がなく、作業の能率が向上するという利点が得られた。

そして、実施に際しては、前記軸線に対して直交する所定距離が、対をなす前記ノズル毎に異なるように、オフセット部材の大きさを一対毎に変える構成とされた構成で行われ、このように、所定距離が、対をなす前記ノズル毎に異なることで、夫々のノズルから噴射されたウォータージェットの衝突点は、回転軸芯を中心として異なる半径に位置することになり、その回転軌跡は、二重の円を描くことになる。勿論、その外側円の直径が切削破砕の処理幅ということになる。
このような二重円のウォータージェットの衝突点で切削破壊が行われることで、迅速、確実な切削破砕を行ことが出来るという利点が得られた。

しかし乍ら、上記発明においては、実施において新たに次の問題が発生した。
即ち、ノズルのオフセット配置により、所定の切削破砕の処理幅を容易に確保できるという利点は得られたのであるが、対を成すウォータージェットの衝突点が路面における実際の切削深さ位置に設定されていることで、路面から所定の切削深さ位置に対して距離があることになり、ノズルから角度をもって噴射がなされると、進行方向の両側部において、図５（Ｂ）に示すように、縦断面でテーパ部（傾斜部）が形成される切削となる。

つまり、路面位置の切削幅Ｃ１と底部位置の切削幅Ｃ２が異なるということになるのである。このような場合、路面工事としての実質切削幅は、前記底部位置Ｃ２の幅が採用されるもので、路面位置の切削幅Ｃ１を有効なものとするには、前記テーパ部を事後処理として改めて切削を行わなければならず、非常に時間と労力が必要となる。

本発明は、かかる問題点に鑑み、ノズルが、前記回転軸の回転軸芯を通る軸線に対して直交する所定距離を持つオフセットされた位置に２対が対向するように固定状態で配置されていて、各一対のノズルの噴射が前記回転軸芯から等距離離れた点対象位置で衝突するように前記回転軸芯に対して所定の衝突角で傾斜して噴射される構成と、対をなすノズルから噴射されたウォータージェットの衝突点が、回転軸芯を中心として異なる半径に位置し、その回転軌跡が、二重の円を描くようにした構成とによる利点を得るものでありながら、切削によるテーパ部が残らないように、路面位置の切削幅と底部位置の切削幅とが略同一にすることができ、テーパ部除去のための爾後処理を不要とすることで作業能率を大幅に向上させることを目的とするものである。

本発明にかかる請求項１のウォータージェット用ノズル装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の通り、垂直方向に設けられた回転軸（１）の回転軸心（Ｘ）に直交するＹ軸方向にノズル取付部（２）を設け、該ノズル取付部（２）の前記回転軸心（Ｘ）から所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の異なる距離（Ｌ１，Ｌ２）を離して、夫々一対の第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）を夫々ノズル支持部材（５，５）に互いに対抗するようにして設け、更に、対抗する前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点（ＣＰ）を持つように、その噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が前記ノズル取付部（２）のＹ軸に対して所定の傾斜角度（θ１）に設定され、以って、前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）の衝突点（ＣＰ１）の回転軌跡（ＲＴ１）の半径（Ｒ１）を、前記第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）の衝突点（ＣＰ２）の回転軌跡（ＲＴ２）の半径（Ｒ２）よりも所定半径分（Ｒ３）大きくした同心円を描くように構成されているウォータージェット用ノズル装置であって、
大きな回転軌跡（ＲＴ１）の半径（Ｒ１）を持つ前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）は、それらの噴射軸線（Ｐ１）が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離（Ｌ１）離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度（α）で固定されている、という手段を講じた。

また、本発明にかかる請求項３のウォータージェット用ノズル装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載の通り、垂直方向に設けられた回転軸（１）の回転軸心（Ｘ）に直交するＹ軸方向にノズル取付部（２）を設け、該ノズル取付部（２）の前記回転軸心（Ｘ）から所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離（Ｌ１）を離して、夫々一対の第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）を夫々ノズル支持部材（５，５）に互いに対抗するようにして設け、更に、対抗する前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点（ＣＰ）を持つように、その噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が前記ノズル取付部（２）のＹ軸に対して所定の傾斜角度（θ１）に設定されて構成されているウォータージェット用ノズル装置であって、
前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、それらの噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離（Ｌ１）離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度（α）で固定されている、という手段を講じた。

本発明の請求項１のウォータージェット用ノズル装置は、ノズルが、前記回転軸の回転軸芯を通る軸線に対して直交する所定距離を持つオフセットされた位置に２対が対向するように固定状態で配置されていて、各一対のノズルの噴射が前記回転軸芯から等距離離れた点対象位置で衝突するように前記回転軸芯に対して所定の衝突角で傾斜して噴射される構成と、対をなすノズルから噴射されたウォータージェットの衝突点が、回転軸芯を中心として異なる半径に位置し、その回転軌跡が、二重の円を描くようにした構成とによる利点を得るものでありながら、大きな回転軌跡の半径を持つ前記第１ノズルと第２ノズルは、それらの噴射軸線が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度で固定されるという手段を講じたことによって、路面位置の切削幅と底部位置の切削幅とを略同一にし、切削によるテーパ部が残らないようにすることができ、テーパ部除去のための爾後処理を不要とすることで作業能率を大幅に向上させることができるに至ったものである。
そして、同心円上に各対のノズルの衝突点が存在することで、はつり面が平滑化されるという利点もある。

本発明の請求項３のウォータージェット用ノズル装置は、上述した前提構成の下において、前記第１ノズルと第２ノズル及び第３ノズルと第４ノズルは、それらの噴射軸線が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度で固定されているという手段を講じたことによって、路面位置の切削幅と底部位置の切削幅とを略同一にし、切削によるテーパ部が残らないようにすることができ、テーパ部除去のための爾後処理を不要とすることで作業能率を大幅に向上させることができるに至ったものである。
そして、第１乃至第４ノズルが共に所定が角度の斜め噴射を行うように固定されていることで、各対のノズルが同じ半径上の軌跡に衝突点を持つことで、テーパ部が残らないはつり作用を強力に行うことができる。

本発明の請求項２及び請求項４の実施態様として、前記噴射角度αが、３度乃至１５度であることが好ましい。
このような角度とすることで、上述したテーパ部のはつりを綺麗に無くすることができることが分かった。

本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例１の要部の斜視図である。 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例１の要部の正面図である。 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例１の要部の平面図である 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例１の要部の側面図である。 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例１の作用を説明する縦断図Ａと従来技術の作用を示す縦断面Ｂである。 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例２の要部の正面図である。 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例２の要部の平面図である 本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例２の要部の側面図である。

以下、本発明にかかるウォータージェット用ノズル装置の実施例について、図１乃至図５に基づいて詳述する。
図１は、ウォータージェットによる切削破砕工法に用いるウォータージェット用ノズル装置の全体の斜視図であり、図５は、作用を示す概略縦断面図である。
この実施例では、ウォータージェット用ノズル装置は、透水アスファルト（厚さ約５０−１００ｍｍ）の切削破砕に適合するように開発されたものである。

即ち、高圧ポンプ車乃至作業車（図外）で加圧された加圧水（約１５００〜２５００Ｋｇｆ／ｃｍ^２）を所定の距離位置、この実施例では、ノズルからの距離が（１００ｍｍ）で衝突させるように所定の衝突角θ１、この実施例では、（４５度）でジェット噴射させ、対象物である透水アスファルトを切削破砕するように構成されている。勿論、コンクリートの切削破砕にも適用できる。

具体的には、垂直方向に設けられた回転軸１の回転軸心Ｘに直交するＹ軸方向にノズル取付部２を設け、該ノズル取付部２の前記回転軸心Ｘから所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の異なる距離Ｌ１，Ｌ２を離して、即ち、Ｌ１＞Ｌ２となる関係として、夫々一対の第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂを夫々ノズル支持部材５，５に互いに対抗するようにして設けている。尚、上記回転軸１の駆動、ジョイント構造（高圧水を供給しながら回転する）については、当技術分野においては公知であるので、詳細説明は省略する。

更に、対抗する前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂは、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点ｃｐを持つように、その噴射軸線Ｐ１，Ｐ２が前記ノズル取付部２のＹ軸に対して所定の傾斜角度θ１、ここでは、４５度に設定され、以って、前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂの衝突点ｃｐ１の回転軌跡ｒｔ１の半径Ｒ１を、前記第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂの衝突点ｃｐ２の回転軌跡ｒｔ２の半径Ｒ２よりも所定半径分Ｒ３大きくした同心円を描くように構成されている。即ち、上述した距離Ｌ１＞Ｌ２の差の分だけ半径は異なるのである。

そして、大きな回転軌跡ｒｔ１の半径Ｒ１を持つ前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂは、それらの噴射軸線Ｐ１が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離Ｌ１離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度α、ここでは、５度で固定されている。この噴射角度αは、３度から１５度の範囲であれば、テーパ部を実質的に残さないはつりに有効である。

（作用）
上記構成のウォータージェット用ノズル装置による路面切削（はつり）は、路面の方向に沿って移動させながら、回転軸１の周りに回転させると、前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂの衝突点ＣＰ１の回転軌跡ＲＴ１は、所定の半径Ｒ１の軌跡を描くと共に前記第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂの衝突点ＣＰ２の回転軌跡ＲＴ２も、前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂの半径Ｒ１よりも所定半径分Ｒ３小さな軌跡を描きながら切削が進行する。

この際、大きな回転軌跡ＲＴ１の半径Ｒ１を持つ前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂは、それらの噴射軸線Ｐ１が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離Ｌ１離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度αで固定されていることで、前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂの衝突点ＣＰ１が、その回転軌跡ＲＴ１の下方に位置させることができて、その回転軌跡ＲＴ１の直下に略垂直に切れ込んだ切削がなされ、図５（Ａ）に示すように従来のテーパ部（図５の（Ｂ）参照）を残すことなく切削を行い得る。これによって、切削幅（路面進行方向に直交する幅）が前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂの衝突点ＣＰ１の回転直径と一致し、切削作業幅が最大限となって、爾後のテーパ部のはつり工程（テーパ部が残っておれば、これを除いた部分「面積」が実行はつり部分Ｅｆと認められるため）を別途行う必要もなく、作業効率が高まるのである。

ここでのウォータージェット用ノズル装置は、図６乃至図８に示すように、垂直方向に設けられた回転軸１の回転軸心Ｘに直交するＹ軸方向にノズル取付部２を設け、該ノズル取付部２の前記回転軸心Ｘから所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離Ｌ１を離して、夫々一対の第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂを夫々ノズル支持部材５，５に互いに対抗するようにして設ける。

更に、対抗する前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂは、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点ＣＰを持つように、その噴射軸線Ｐ１，Ｐ２が前記ノズル取付部２のＹ軸に対して所定の傾斜角度θ１、ここでは、４５度に設定されて構成されている。

そして、前記第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂは、それらの噴射軸線Ｐ１，Ｐ２が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離Ｌ１離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度α、ここでは、１７度（５度緒から２０度がテーパ部を残さないはつりに有効である）で固定されている。

この装置の作用については、実施例１と、その第１ノズル３Ａと第２ノズル３Ｂ及び第３ノズル４Ａと第４ノズル４Ｂの対をなす衝突点ＣＰが、同一円軌跡上にあるという点で異なるだけで、テーパ部を残さないはつり作用については、実質的に同じであるので、重複説明は省く。

１：回転軸
２：ノズル取付部
３Ａ：第１ノズル
３Ｂ：第２ノズル
４Ａ：第３ノズル
４Ｂ：第４ノズル
ＣＰ：衝突点
ＣＰ１：衝突点
Ｌ１，Ｌ２：距離
Ｐ１，Ｐ２：噴射軸線
ＲＴ１，ＲＴ２：回転軌跡
Ｒ１，Ｒ２：半径
Ｘ：回転軸の回転軸心
α：噴射角度
θ１：傾斜角度

Claims (4)

1. 垂直方向に設けられた回転軸（１）の回転軸心（Ｘ）に直交するＹ軸方向にノズル取付部（２）を設け、該ノズル取付部（２）の前記回転軸心（Ｘ）から所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の異なる距離（Ｌ１，Ｌ２）を離して、夫々一対の第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）を夫々ノズル支持部材（５，５）に互いに対抗するようにして設け、更に、対抗する前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点（ＣＰ）を持つように、その噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が前記ノズル取付部（２）のＹ軸に対して所定の傾斜角度（θ１）に設定され、以って、前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）の衝突点（ＣＰ１）の回転軌跡（ＲＴ１）の半径（Ｒ１）を、前記第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）の衝突点（ＣＰ２）の回転軌跡（ＲＴ２）の半径（Ｒ２）よりも所定半径分（Ｒ３）大きくした同心円を描くように構成されているウォータージェット用ノズル装置であって、
   大きな回転軌跡（ＲＴ１）の半径（Ｒ１）を持つ前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）は、それらの噴射軸線（Ｐ１）が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の距離（Ｌ１）離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度（α）で固定されている、
   ことを特徴とするウォータージェット用ノズル装置。
2. 前記噴射角度（α）が、３度乃至２０度であることを特徴とする、請求項１に記載のウォータージェット用ノズル装置。
3. 垂直方向に設けられた回転軸（１）の回転軸心（Ｘ）に直交するＹ軸方向にノズル取付部（２）を設け、該ノズル取付部（２）の前記回転軸心（Ｘ）から所定の等距離離し、且つ、該Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離（Ｌ１）を離して、夫々一対の第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）を夫々ノズル支持部材（５，５）に互いに対抗するようにして設け、更に、対抗する前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、その噴射が切削破砕面下の所定位置に衝突点（ＣＰ）を持つように、その噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が前記ノズル取付部（２）のＹ軸に対して所定の傾斜角度（θ１）に設定されて構成されているウォータージェット用ノズル装置であって、
   前記第１ノズル（３Ａ）と第２ノズル（３Ｂ）及び第３ノズル（４Ａ）と第４ノズル（４Ｂ）は、それらの噴射軸線（Ｐ１，Ｐ２）が、前記Ｙ軸に水平に直交するＺ軸方向に所定の等距離（Ｌ１）離れた位置から、前記Ｙ軸から離れる方向の斜め下方に向くように所定の噴射角度（α）で固定されている、
   ことを特徴とするウォータージェット用ノズル装置。
4. 前記噴射角度（α）が、３度乃至２０度であることを特徴とする、請求項３に記載のウォータージェット用ノズル装置。

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