JP2019167729A - 構造物の補修装置、及び補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を利用して、橋梁等の構造物表面の補修を可能とすることで、補修対象の構造物に対する補修のための設備の構築を不要とするとともに、コストを抑える。【解決手段】伸展動作可能な折り畳み式多段ブーム２０を備えるコンクリートポンプ車１０と、その折り畳み式多段ブーム２０の先端に備えられ、構造物の表面を補修するための補修機器３０と、からなる構造物の補修装置。コンクリートポンプ車１０の折り畳み式多段ブーム２０を伸展動作させて、その先端の補修機器３０を構造物１の表面に接近させることで、補修機器３０を遠隔操作して構造物１の表面を補修する。【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁等の構造物の補修装置と、その補修装置を用いて行う構造物の補修方法に関する。

本出願人等は、橋梁等の構造物の点検を、コンクリートポンプ折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を利用して行うことで、開発費用及び先行投資を抑制するようにした構造物の点検装置、及び点検方法を提案した（特許文献１参照）。
その構造物の点検装置は、伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車と、その折り畳み式多段ブームの先端に設けられ、構造物の表面を点検するための点検部材と、からなる。すなわち、伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を用い、その折り畳み式多段ブームを伸展動作させて、その先端に設けた点検部材を構造物の表面に接近させることで、点検部材を遠隔操作することにより構造物の表面を点検する。

そして、本出願人等は、構造物の表面に対し点検装置が干渉するのを防止して保護するようにした構造物の点検装置を提案した（特許文献２参照）。
その構造物の点検装置は、特許文献１と同様の構成に加えて、構造物の表面に対し点検装置が干渉するのを防止して保護する保護部材を備える。その保護部材は、例えば点検装置が設置される基台上に設けられる一対のタイヤである。さらに、構造物の表面に保護部材が干渉した際の衝撃を緩衝する緩衝部材を備える。

さらに、構造物の維持管理分野において、従来の作業員が実施する補修技術の他に、補修用のロボットが提案されている（例えば特許文献３参照）。
特許文献３の補修ロボットは、トンネルの内壁面に敷設したスリット付同軸線路から受電しながら、そのスリット付同軸線路に沿って移動する構成となっている。

また、橋梁、高架式の道路や鉄道、ビル等の構築物の建設工事、これら構築物に対する高所の点検・塗装・補修工事等に用いられる移動吊り足場工法が提案されている（特許文献４）。
さらに、最近では、ドローンなどを利用した補修技術も開発されている。

特開２０１６−２２３０６９号公報 特開２０１７−２２６３７４号公報 特開２０１６−３７８０８号公報 特開２０１６−１３８４４４号公報

しかし、作業員による補修技術については、足場上などでの作業が伴うため、作業員の安全管理が必要となる。
また、特許文献３の補修ロボットでは、トンネルの内壁面にスリット付同軸線路を敷設しなければならず、補修対象となる構造物自体に新たな設備を構築しなければならず、コスト高となってしまう。

そして、特許文献４の移動吊り足場工法では、補修対象となる構造物自体に特殊な移動吊り足場設備を構築しなければならず、コスト高となってしまう。

本発明の課題は、伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を利用して、橋梁等の構造物表面の補修を可能とすることで、補修対象の構造物に対する補修のための設備の構築を不要とするとともに、コストを抑えることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車と、
前記折り畳み式多段ブームの先端に備えられ、構造物の表面を補修するための補修機器と、からなる構造物の補修装置を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の構造物の補修装置であって、
前記補修機器は、
前記構造物の表面に補修用塗料や補修用材料を吹き付けるための吹き付け具、
前記構造物のコンクリート表面を斫るための斫り工具、
又は前記構造物のコンクリート表面に耐震補強用シート材料を被覆するためのシート材料押圧具であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の構造物の補修装置であって、
前記折り畳み式多段ブームの先端側に、前記構造物の前記補修機器により補修する表面を撮影及び照明するためのカメラと照明機器を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を用い、
前記折り畳み式多段ブームの先端に、構造物の表面を補修するための補修機器を取り付け、
前記折り畳み式多段ブームを伸展動作させて、その先端の前記補修機器を前記構造物の表面に接近させることで、前記補修機器により前記構造物の表面を補修する構造物の補修方法を特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の構造物の補修方法であって、
前記補修機器を遠隔操作して前記構造物の表面を補修することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の構造物の補修方法であって、
前記折り畳み式多段ブームの先端側に、構造物の表面を撮影及び照明するためのカメラと照明機器を取り付け、
前記カメラ及び照明機器を遠隔操作して前記構造物の補修する表面を照明しつつ画像撮影し、その撮影画像を手元端末の画面で確認しながら、前記補修機器を遠隔操作して前記構造物の表面を補修することを特徴とする。

本発明によれば、伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を利用して、橋梁等の構造物表面を補修するため、補修対象の構造物に対する補修のための設備の構築を不要にできるとともに、コストを抑えることができる。

本発明の補修装置を適用した構造物の一実施形態の構成を示すもので、橋上から橋梁の補修に適用した概略縦断面図である。 同じく、橋上から橋脚などの補修に適用した概略縦断面図である。 橋脚下から橋脚上部、沓座などの補修に適用した概略縦断面図である。 補修機器を含む要部の具体的構成例を示す側面図である。 図４の補修機器部分を側方から見た図である。 図４の補修機器部分の上面図である。 旋回機構及び首振り機構のギヤの噛み合いを示す斜視図である。 図７の補修機器部分を側方から見た図である。 実施形態２を示すもので、補修機器を示す側面図である。 図９の補修機器部分を側方から見た図である。 図９の補修機器部分の上面図である。 実施形態３を示すもので、補修機器を示す側面図である。 図１２の補修機器部分を側方から見た図である。 図１２の補修機器部分の上面図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

（概要）
フレッシュコンクリート（生コン）を離れた場所に圧送するために輸送管の付いた折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車は、工事現場において全国的にどこにでもある汎用的な車両であり、有資格者も多数存在している。このようなコンクリートポンプ車を利用することで、新たな補修用ロボットなどの先行投資を抑制することができ、操作者も豊富に存在する。
また、足場を構築する必要がなく、補修工事における工期を短縮することができるだけでなく、ブーム及び補修機器以外は作業員による直接の作業がないため、安全に工事を進めることができる。

（実施形態１）
図１は本発明の補修装置を適用した構造物の一実施形態の概略構成として橋上から橋梁の補修に適用した状態を示すもので、１は橋梁（構造物）、１０はコンクリートポンプ車（ブーム車）、１１はコンクリートポンプ、１２は旋回台、１３はアウトリガー、２０は折り畳み式多段ブーム、３０は補修機器である。

図示のように、構造物である橋梁１の床版下面、桁などの補修に、フレッシュコンクリートを離れた場所に圧送するために輸送管２５の付いた、伸展動作可能な折り畳み式多段ブーム２０を備えるコンクリートポンプ車であるブーム車１０を用いる。
このブーム車１０は、コンクリートポンプ１１と、旋回台１２と、図示しないバッテリや発電機等の電源装置や水タンク等を搭載して、前後左右のアウトリガー１３を装備し、旋回台１２上に折り畳み式多段ブーム２０が組み付けられている。

折り畳み式多段ブーム２０は、図示例では、第１ブーム２１、第２ブーム２２、第３ブーム２３及び第４ブーム２４からなる４段ブームで、これら第１ブーム２１、第２ブーム２２、第３ブーム２３及び第４ブーム２４は、各々水平軸を介して順次連結されていて、その各々水平軸回りにそれぞれ揺動駆動される。
そして、第４ブーム２４の先端から延びる輸送管２５の先端に、橋梁１の床版下面、桁などを補修するための補修機器３０が備えられている。

すなわち、輸送管２５の先端に、固定部材である継手４０を介して旋回部材４１が回転可能に連結されて、この旋回部材４１に水平方向の結合ピン（図略）を介して図示ボックス状の補修機器３０が揺動可能に連結されている。
継手４０はコンクリートポンプの輸送管の接合に一般的に用いられるビクトリックジョイントを用いることにより、コンクリートポンプのメーカーや機種を問わずに補修機器３０を堅固に取り付けることが可能である。

補修機器３０は、無線または有線での遠隔操作により、旋回部材４１に対し結合ピンを中心にして揺動駆動され、旋回部材４１も、遠隔操作により輸送管２５先端の継手４０に対し回転駆動される。
旋回部材４１は、ブーム操作では難しい微小な位置決めのための伸縮機能を備えてもよい。

そして、補修機器３０には、そのボックス状部に、図示しないカメラ及び照明が組み込まれている。
カメラは、例えば静止画像及び動画像、さらには複眼で３次元画像を取得可能なデジタルカメラなどで、撮影画像はオペレータが持つタブレットで確認でき、そのタブレットの操作により撮影・録画等が可能である。
また、照明は、例えばＬＥＤ照明であり、カメラの撮影方向を照らしつつ、反射が写り込まない配置となっている。

以上の補修機器３０を折り畳み式多段ブーム２０の先端に備えるブーム車１０を用いて行う橋梁１の補修方法について以下に説明する。

図示のように、橋梁１の上にブーム車１０を走行させて所定位置に停車した後、その前後左右のアウトリガー１３を外側に張り出すとともに橋梁１上に接地させてブーム車１０を安定させる。

次に、旋回台１２を旋回させ、折り畳み式多段ブーム２０の第１ブーム２１、第２ブーム２２、第３ブーム２３及び第４ブーム２４を各々伸展動作させて、図示のように、橋梁１の側方から下方に向けて伸ばしていく。
そして、その第４ブーム２４先端から延びる輸送管２５先端の補修機器３０を、橋梁１の床版下面、桁などの補修個所に接近させる。

このとき、遠隔操作により、輸送管２５先端の継手４０に対し旋回部材４１を回転（旋回）駆動したり、旋回部材４１に対し結合ピンを中心にして補修機器３０を揺動（首振り）駆動して、橋梁１の床版下面、桁などの補修個所に補修機器３０を接近させる。

その後、補修機器３０を遠隔操作することにより、橋梁１の床版下面、桁などの傷や経年劣化による補修箇所を補修する。

そして、補修機器３０に併設されたカメラ及び照明を遠隔操作することにより、橋梁１の床版下面、桁などの補修個所を画像撮影、照明して、オペレータがタブレットに送られた画像を見ながら補修機器３０の橋梁１の床版下面、桁などに対する移動位置と補修状態を確認することができる。

なお、図示例では、橋梁１上のブーム車１０を横向きとしたが、前向きであってもよい。

以上において、第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各基端部側にカメラ２６・２７・２８をそれぞれセットして、矢印で示したように、カメラ２６・２７・２８でそれぞれ撮影される第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各先端部側の画像を無線によりオペレータが手元のタブレット画面において、第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各先端部側の動きを見えるようにしている。
従って、補修位置が狭隘部などでブーム先端がオペレータの目視範囲外になる場合でも、折り畳み式多段ブーム２０の操作を、オペレータが手元のタブレット画面で、第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各先端部側の動きを見ながら適切かつ安全に行うことができる。

図２は橋上から橋脚などの補修に適用した状態を示すもので、図示のように、橋梁１上の所定位置に停車したブーム車１０から折り畳み式多段ブーム２０の第１ブーム２１、第２ブーム２２、第３ブーム２３及び第４ブーム２４を各々伸展動作させて、橋脚２の側方から下方に向けて伸ばしていく。
そして、その第４ブーム２４先端から延びる輸送管２５先端の補修機器３０を、橋脚２の側面などの補修個所に接近させる。

その操作も、オペレータが手元のタブレット画面において、第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各先端部側の動きを見ながら適切かつ安全に行う。
その後、補修機器３０を遠隔操作して、橋脚２の側面などの傷や経年劣化による補修箇所を補修する。

図３は橋脚下から橋脚上部、沓座などの補修に適用した状態を示すもので、図示のように、橋脚３の下の地上の所定位置に停車したブーム車１０から折り畳み式多段ブーム２０の第１ブーム２１、第２ブーム２２、第３ブーム２３及び第４ブーム２４を各々伸展動作させて、橋脚２の側方から下方に向けて伸ばしていく。
そして、その第４ブーム２４先端から延びる輸送管２５先端の補修機器３０を、橋脚３の外面上部、沓座などの補修個所に接近させる。

その操作も、オペレータが手元のタブレット画面において、第２ブーム２２、第３ブーム２３、及び第４ブーム２４の各先端部側の動きを見ながら適切かつ安全に行う。
その後、補修機器３０を遠隔操作して、橋脚３の外面上部、沓座などの傷や経年劣化による補修箇所を補修する。

次に、図４から図８は補修機器３０を含む要部の具体的構成例を示すもので、旋回部材４１に結合ピン４５を介して首振り部材４６が連結され、この首振り部材４６には、首振り用モータ４７が設置されている。この首振り用モータ４７の出力軸に設けられたギヤ４８と、首振り部材４６に一体の結合ピン４５に設けられたギヤ４９とが噛み合っている。
なお、図示円筒ケース状の継手４０内には、旋回部材４１を回転駆動する不図示の旋回用モータと、その旋回用モータの出力軸と旋回部材４１との間に設けられるギヤ機構が内蔵されている。

そして、首振り部材４６に一体化した支持板５０と補修機器３０の基台３１とが、緩衝部材である図示では４本のバネによるショックアブソーバ５１を介して連結されている。

また、補修機器３０の基台３１上には、一対のカメラ３３、周囲四辺に沿ったＬＥＤ照明３５、及び集音マイクを含む無線送受信モジュール３６などが搭載されている。

さらに、図示のように、円筒ケース状の継手４０には、大径で骨組状のフレーム６０が一体化されており、このフレーム６０の先端に旋回部材４１が旋回自在に組み付けられるとともに、フレーム６０内に旋回用モータ４２が固定されている。
この旋回用モータ４２の出力軸には、図１１に示すように、ギヤ４３が設けられ、このギヤ４３は、旋回部材４１に一体化されたインターナルリングギヤ４４と噛み合っている。このインターナルリングギヤ４４とギヤ４３の噛み合いにより、旋回用モータ４２の駆動で旋回部材４１の旋回角度が±１７０度位に確保される。その旋回限界は、フレーム６０に設けられたリミットスイッチ６１・６２と、旋回部材４１に設けられた検出部６３との接触により安全に制限される。

また、図示のように、首振り部材４６に設置した首振り用モータ４７の出力軸に設けられたギヤ４８が、首振り部材４６に一体の結合ピン４５と一体化して設けられた扇型形状のセクタギヤ４９に噛み合っている。このセクタギヤ４９とギヤ４８の噛み合いにより、首振り用モータ４７の駆動で首振り部材４６の首振り角度が１００度位に確保される。その首振り限界は、首振り部材４１に設けられたリミットスイッチ６４・６５と、支持板５０に設けられた検出部６６・６７との接触により安全に制限される。

そして、基台３１の四隅上には、４本の支持棒５５が起立して設けられており、この４本の支持棒５５の先端部に保護部材としての自在キャスター５６がそれぞれ取り付けられている。
この基台３１の四隅に配置した支持棒５５上の自在キャスター５６は、補修機器３０の最も突出量が大きい先端部よりも大きく突出した位置に配置されている。

このように、基板３１の四隅の支持棒５５上の自在キャスター５６を用いて補修機器３０を保護するとともに、前述したように、ブーム車１０から折り畳み式多段ブーム２０を使って補修機器３０を、橋梁１の床版下面や桁、橋脚２の側面、橋脚３の外面上部や沓座などに沿わせて移動する際の動きをスムーズなものにしている。

以上において、補修機器３０は、図４から図６に示したように、基板３１の中央部に設置した油圧や空気圧を駆動源とするシリンダユニット３０１の上に、矢印Ａで示すように、進退自在に組み込まれた斫り工具３０２である。
すなわち、この斫り工具３０２は、基板３１中央部に設置したシリンダユニット３０１の油圧や空気圧の作動により、矢印Ａで示すように、往復進退動作することで、橋脚の外面上部や桁下面等に発生したコンクリートの浮きや剥離などの劣化箇所の叩き落しや、補修箇所の斫り作業を実施することができる。

以上、実施形態の補修装置によれば、橋梁１の床版上、又は橋脚３下の地上にブーム車１０を停車して、そのブーム車１０の折り畳み式多段ブーム２０の先端に備える補修機器３０としての斫り工具３０２を、図１から図３に示したように、橋脚の外面上部や沓座等の補修箇所表面に接近させる。
そして、その補修機器３０である斫り工具３０２の遠隔操作により、橋梁１の床版下面や桁、橋脚２の側面、橋脚３の外面上部等のコンクリート表面に発生した浮きや剥離箇所の叩き落しや、補修箇所のコンクリートを斫ることで、補修対象の橋梁１に対する補修のための設備の構築を不要にできるとともに、コストを抑えることができる。

（実施形態２）
図９から図１１は実施形態２の補修機器３０を示すもので、実施形態２の補修機器３０は、図示のように、基板３１に沿わせて配管３０３を配置して、その配管３０３の先端に接続して補修塗料を吹き付けるノズルを有する吹き付け具３０４を基板３１の中央部上に起立させたものである。
すなわち、この吹き付け具３０４は、図示しないポンプから塗料を配管３０３に供給して、基板３１中央部に起立した吹き付け具３０４の先端ノズルから、矢印Ｂで示すように、補修塗料を吹き出すことで、橋脚の外面上部や沓座等の補修箇所表面に塗料を吹き付けて補修することができる。

以上、実施形態２の補修装置によれば、橋梁１の床版上、又は橋脚３下の地上にブーム車１０を停車して、そのブーム車１０の折り畳み式多段ブーム２０の先端に備える補修機器３０としての吹き付け具３０４を、図１から図３に示したように、橋脚の外面上部や沓座等の補修箇所表面に接近させる。
そして、その補修機器３０である吹き付け具３０４の遠隔操作により、橋梁１の床版下面や桁、橋脚２の側面、橋脚３の外面上部や沓座等のコンクリート表面に塗料を吹き付けて補修することで、補修対象の橋梁１に対する補修のための設備の構築を不要にできるとともに、コストを抑えることができる。

なお、吹き付け具３０４は、そのノズル形状を変更したり、吹き付け具３０４を取り換えることで、補修塗料の他、モルタルなどの補修材料の吹き付け、含浸材の塗布にも対応可能である。

（実施形態３）
図１２から図１４は実施形態３の補修機器３０を示すもので、実施形態３の補修機器３０は、図示のように、基板３１の上に設置した油圧や空気圧を駆動源とする３本３列以上で計９本以上のシリンダユニット３０５の上に、矢印Ｃで示すように、進退自在に結合されたシート材料押圧具３０６を備えたものである。
このシート材料押圧具３０６は、基板３１上に設置したシリンダユニット３０５の油圧や空気圧の作動により、矢印Ｃで示すように、進出動作することで、シート材料押圧具３０６上に載せた補強用のシート材料３０７を、橋脚の外面上部や沓座等の補修箇所表面に押圧により貼り付けて補修することができる。

なお、各シリンダユニットの稼働範囲をそれぞれ独立で制御できる機構を付与することで、貼り付け対象の面が曲面（湾曲箇所）であっても補修することが可能である。

以上、実施形態３の補修装置によれば、橋梁１の床版上、又は橋脚３下の地上にブーム車１０を停車して、そのブーム車１０の折り畳み式多段ブーム２０の先端に備える補修機器３０としてのシート材料押圧具３０６を、図１から図３に示したように、橋脚の外面上部や沓座等の補修箇所表面に接近させる。
そして、その補修機器３０であるシート材料押圧具３０６の遠隔操作により、橋梁１の床版下面や桁、橋脚２の側面、橋脚３の外面上部や沓座等のコンクリート表面に、シート材料押圧具３０６上に載せた補強用のシート材料３０７を押圧により貼り付けて補修することで、補修対象の橋梁１に対する補修のための設備の構築を不要にできるとともに、コストを抑えることができる。

（変形例）
以上の実施形態においては、折り畳み式４段ブームとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３段ブームや５段以上の多段ブームであればよい。
また、補修機器の種類、構成や形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 橋梁（構造物）
２ 橋脚（構造物）
３ 橋脚（構造物）
１０ コンクリートポンプ車（ブーム車）
１１ コンクリートポンプ
１２ 旋回台
１３ アウトリガー
２０ 折り畳み式多段ブーム
２１ 第１ブーム
２２ 第２ブーム
２３ 第３ブーム
２４ 第４ブーム
２５ 輸送管
２６ ブーム操作確認用のカメラ
２７ ブーム操作確認用のカメラ
２８ ブーム操作確認用のカメラ
３０ 補修機器
３０１ シリンダユニット
３０２ 斫り工具
３０３ 配管
３０４ 吹き付け具
３０５ シリンダユニット
３０６ シート材料押圧具
３０７ シート材料
３１ 基台
３３ カメラ
３５ ＬＥＤ照明
３６ 無線送受信モジュール
４０ 継手（固定部材）
４１ 旋回部材
４２ 旋回用モータ
４３ ギヤ
４４ ギヤ（インターナルリングギヤ）
４５ 結合ピン
４６ 首振り部材
４７ 首振り用モータ
４８ ギヤ
４９ ギヤ（セクタギヤ）
５０ 支持板
５１ ショックアブソーバ（緩衝部材）
５５ 支持棒
５６ 自在キャスター（保護部材）
６０ フレーム
６１ リミットスイッチ
６２ リミットスイッチ
６３ 検出部
６４ リミットスイッチ
６５ リミットスイッチ
６６ 検出部
６７ 検出部

Claims (6)

1. 伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車と、
   前記折り畳み式多段ブームの先端に備えられ、構造物の表面を補修するための補修機器と、からなることを特徴とする構造物の補修装置。
2. 前記補修機器は、
   前記構造物の表面に補修用塗料や補修用材料を吹き付けるための吹き付け具、
   前記構造物のコンクリート表面を斫るための斫り工具、
   又は前記構造物のコンクリート表面に耐震補強用シート材料を被覆するためのシート材料押圧具であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の補修装置。
3. 前記折り畳み式多段ブームの先端側に、前記構造物の前記補修機器により補修する表面を撮影及び照明するためのカメラと照明機器を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の補修装置。
4. 伸展動作可能な折り畳み式多段ブームを備えるコンクリートポンプ車を用い、
   前記折り畳み式多段ブームの先端に、構造物の表面を補修するための補修機器を取り付け、
   前記折り畳み式多段ブームを伸展動作させて、その先端の前記補修機器を前記構造物の表面に接近させることで、前記補修機器により前記構造物の表面を補修することを特徴とする構造物の補修方法。
5. 前記補修機器を遠隔操作して前記構造物の表面を補修することを特徴とする請求項４に記載の構造物の補修方法。
6. 前記折り畳み式多段ブームの先端側に、構造物の表面を撮影及び照明するためのカメラと照明機器を取り付け、
   前記カメラ及び照明機器を遠隔操作して前記構造物の補修する表面を照明しつつ画像撮影し、その撮影画像を手元端末の画面で確認しながら、前記補修機器を遠隔操作して前記構造物の表面を補修することを特徴とする請求項５に記載の構造物の補修方法。

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