中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法

中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》是鐵道第五勘察設計院北京中鐵建北方路橋工程有限公司完成的建築類施工工法,完成人是黨海軍、羅紅春、尚慶保、何映春、孫世豪,適用於鐵路、公路、客運專線、輕軌單線跨度在64米以下的連續梁和簡支梁,雙線跨度在48米以下的簡支梁施工。

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》主要的工法特點是施工工藝先進,機械化程度高,成橋速度快,對橋下交通無干擾;梁場預製梁段,質量容易控制,可以和拼架平行作業。

2008年1月31日,《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

  • 中文名:中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
  • 工法編號: YJGF067-2006
  • 完成單位:鐵道第五勘察設計院、北京中鐵建北方路橋工程有限公司
  • 主要完成人:黨海軍、羅紅春、尚慶保、何映春、孫世豪
  • 套用實例:河口南黃河特大橋
  • 主要榮譽:國家一級工法(2005-2006年度)
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,結構及原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

隨著中國橋樑施工技術的不斷發展,造橋機得到了廣泛的套用。在公路橋樑建設中,移動模架造橋機成為橋樑原位現澆的亮點;在鐵路橋樑建設中,移動支架造橋機可以拼架32~64米之間跨度的簡支箱梁,大跨度箱梁造橋機可以進行96米連續箱梁的懸拼施工。作為橋樑結構中最重要的一環,中等跨度連續體系(連續梁和連續剛構)的橋樑主要採用懸臂法和支架法施工,橋樑結構圬工用量大,施工輔助用料消耗多,研製一種通用的中等跨度連續箱梁造橋機勢在必行。
蘭武二線河口南黃河特大橋採用預應力混凝土連續彎箱梁,曲線半徑為600米。由於河口南站為鋪軌起點,該橋工期壓力大,設計採用造橋機進行整孔逐跨拼裝施工。中等跨度連續梁造橋機採用疊合鋼箱結構,梁段掛在懸吊扁擔上,造橋機通過墩旁牛腿進行支撐。

工法特點

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的工法特點是:
1.採用中等跨度連續梁造橋機施工,施工工藝先進,機械化程度高,成橋速度快,對橋下交通無干擾。
2.梁場預製梁段,質量容易控制,可以和拼架平行作業。

操作原理

適用範圍

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》適用於鐵路、公路、客運專線、輕軌單線跨度在64米以下的連續梁和簡支梁,雙線跨度在48米以下的簡支梁施工,尤其在施工工期短、地質條件複雜、橋墩較高、水上施工及橋下交通要求高的情況下,更能顯示其優越性。

結構及原理

  • 結構
《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的結構敘述如下:
一、構造
構造見圖1。
中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
圖1 ZQL32/64中等跨度連續梁造橋機
(一)支架
支架是造橋機的主結構部分,由主梁、導梁和過渡段、龍門吊走行軌道、步行板及欄桿等部分組成。
1.主梁
主梁採用箱梁結構,為雙箱上下疊置。單箱斷面為1660毫米×3000毫米,主梁總長81.6米,共分13節,除尾節長度為8885毫米外,其餘各節基本按6米設計。
兩主梁中心距為8380毫米。主梁設定8處頂升橫樑(根據施工橋跨和梁型選用不同位置)和1處移位橫樑聯結位,頂升橫樑及移位橫樑聯結位法蘭設定能滿足不同跨度橋樑高度變化而需上下調整的要求,最大變化範圍為2000毫米。
主樑上蓋板中心設定梁懸吊系統軌道,軌道採用50毫米×50毫米方鋼。龍門吊走行軌道設定於外側腹板頂部,軌道採用P43鋼軌,鋼軌採用扣板固定。下蓋板中心設定造橋機縱移牛腿推送軌道,兩腹板處設定牛腿支撐軌道。
主梁外側上設欄桿,主樑上下兩箱內部設過人孔道,主梁腹板開過人孔洞。
2.導梁
導梁是為造橋機過跨上墩而設定,其上能夠走行龍門吊來吊運牛腿。導梁採用桁架結構,為保證其過跨時的整體穩定性,整體採用π形結構。導梁節間上、下弦桿採用組焊箱梁結構,最大重量為3噸。
導梁頂部設定與主梁同軌距的龍門吊走行軌道。底部設定與主梁同軌距的牛腿支撐軌道。
導梁前端30米範圍設定前支腿走行軌道。
3.過渡段
過渡段是為適應確定的曲線半徑而設定,利用過渡段將主梁和導梁連線成一個整體,並使主梁和導梁形成所需要的夾角。過渡段設計為與主梁結構相同的箱形結構,2005年前按蘭武二線河口南黃河特大橋配置,導梁和主梁成7.47°夾角,施工條件變化時應重新計算並配置過渡段。
(二)前支腿
前支腿是為實現牛腿隨造橋機自動倒裝而設定,由橫樑、跳梁、吊桿和拖拉系統組成
前支腿懸吊在設定於導梁的軌道上,利用兩台無極繩絞車拖拉在導樑上縱向移位,滿足變跨作業需要。
與橫樑螺栓連線的跳梁支撐導梁的下弦桿,實現導梁在前方墩的支撐。跳梁可以旋轉,使前支腿通過牛腿。
前支腿設有兩條伸縮柱,以實現前支腿上墩,配備兩台QF200T-20b分離式千斤頂(各配一套BZ63-6泵站),實現導梁前端的頂升,以便安裝牛腿。
前支腿能夠承受350噸支反力,能夠提供340噸的頂升力。
(三)牛腿
牛腿為造橋機的支撐基礎,牛腿利用墩帽和墩身進行固定,每墩上設左右兩片,採用精軋螺紋鋼與墩聯結為一體
牛腿系根據所施工橋樑之橋墩而設計,墩身構造變化和施工橋跨重量變化,均應重新設計牛腿。蘭武二線河口南黃河特大橋施工,應在墩頂墊石根部向下3860毫米,墩中心線(橫橋方向)兩側800毫米處設預埋件(每墩4件),預埋件應能承受290噸豎向力和140噸橫向力。
為適應不同的墩身結構,牛腿採用分塊設計,工作部分為通用設計,與橋墩相連部分為專用設計。
考慮64米與32米梁相連,兩者墩高相差2000毫米,因此,變跨施工時,牛腿上可以支墊2000毫米的支墊物。施工時,應根據橋跨變化的具體情況進行支墊。
牛腿與支架的支撐點設定搖軸,即該支撐沿線路方向能夠上下擺動,適應線路12‰坡度。
牛腿的支撐點能橫向移位,2005年前按蘭武二線河口南黃河特大橋配置,最大橫向移動量為860毫米(滿足32米梁施工要求),施工40米梁橫向移動量為530毫米,施工56米及64米梁不需橫向移動。牛腿在墩頂安裝時,應注意使墩帽外側30毫米範圍內(橫橋方向)不得受力。
設定兩條ZGGK1型油缸,使牛腿能夠推送造橋機整機前移,移動速度為0.45米/分鐘,每次最大推送距離為1000毫米。
(四)懸吊系統
懸吊系統由吊梁扁擔、吊具、縱移裝置和扁擔梁墊槽等部分組成,扁擔梁通過墊槽可以在設定於主樑上蓋板中心的軌道上移動,吊具將梁段懸吊在扁擔樑上,利用兩台YDC24Q型穿心式千斤頂實現吊梁扁擔和梁段的縱向位置調整。梁段的橫向位置和標高利用調梁工具車調整實現。
吊梁扁擔兩端設定有與主梁連線的螺栓孔位,在造橋機完成施工後可以藉助運梁車將主梁分段運回。
(五)調梁工具車
調梁工具車是為實現梁段橫向位置和標高調整而設定,同時也可兼作工具和濕接頭混凝土運輸車。調梁工具車頂升主要由車架、調梁扁擔和液壓系統組成。
調梁工具車為軌行式,其軌道借用龍門吊軌道,該車走行不設動力,需人工推動。該車配備料斗可用於混凝土的運輸。
(六)頂升系統
頂升系統是為實現造橋機施工工況轉換而設定,主樑上自前至後依次設定8個安裝位置,可以滿足32~64米簡支和連續梁施工要求。頂升系統由頂升橫樑、底梁、QF320T-20b型千斤頂和BZ63-2.5型泵站組成。
主樑上8處安裝位置的法蘭,按32~64米梁高設計,頂升系統應根據施工橋跨選擇合適的安裝位置。
(七)移位橫樑
移位橫樑是為實現造橋機縱向移位而設定,同時也構成造橋機兩主梁的尾部橫向聯結。同頂升系統一樣,其在主樑上的安裝位置亦按32~64米梁高設計,應根據施工橋跨選擇合適的安裝位置。運梁車(造橋機馱運組裝狀態)支撐移位橫樑,實現造橋機尾端支撐,用於造橋機縱移過孔。
(八)電氣動力系統
造橋機配備DY43C-40千瓦康明斯柴油發電機組一台,採用三相四線制供電,在各設備工作點設定電源插座向液壓泵站、前支腿走行絞車等設備供電。
二、主要技術性能
1.移動支架型,箱形主梁和π行桁架導梁相結合。
2.適應梁型:32~64米簡支梁、連續梁,除64米簡支梁為直梁外,其餘可為曲梁;48米以下雙線梁。
3.適應曲線半徑:64米梁:1000米;56米及以下樑:600米。
4.作業適應最大坡度:12‰。
5.以節段拼裝法作為基本施工方法。
6.預應力混凝土梁型:箱形梁。
7.技術速度:月成梁180米。
8.前移過孔時間:≤24小時。
三、造橋機拼裝工藝流程
造橋機拼裝工藝流程見圖2。
中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
圖2 造橋機拼裝工藝流程圖
四、造橋機安裝檢查
1.牛腿平台兩側及同側兩端高差不得大於1厘米。
2.各種結構安裝螺栓必須上足上緊,造橋機每次走行之後必須派專人檢查。
3.造橋機上龍門吊走行鋼軌扣板必須上緊,龍門吊每次走行前應檢查。
4.造橋機底部走行方鋼(上滑道)在接頭處高差不得大於3毫米。
5.造橋機作業要經常檢查各種結構及零部件有無變形等異常現象,發現問題及時解決。
《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的工藝原理敘述如下:
利用ZQL32/64型中等跨度連續梁造橋機在墩頂原位建造曲線連續梁,造橋機在墩頂逐跨移動,每跨連續梁架設前一跨1/4梁長,梁節間通過濕接縫連線。梁跨直接建在橋位,一次到位,不再頂推滑移或起落升降。
造橋機採用鐵五院設計的ZQL32/64型中等跨度連續梁造橋機,在主梁腹內節段拼裝成連續梁,該造橋機採用上扁擔梁支撐系統,前移過墩更加方便快捷。由於要實現造橋機曲線過孔和架設曲線梁,為增加主梁抗扭能力,主梁為上下疊置雙箱結構。
以節段拼裝法為主。梁節預製工廠化,梁節運輸、吊運採用專門設計的運梁小車和龍門吊機。梁節通過高強精軋螺紋鋼懸掛於上扁擔樑上,梁節調整通過調梁小車進行,方法更先進、機械化程度更高。施工配備有濕接縫混凝土運輸、作業等設備,原位澆築,實現梁段預製與拼梁平行作業,可以建造簡支梁或連續梁。
一跨完成後,解除造橋機與成跨梁的約束,用造橋機上龍門吊倒運支撐牛腿平台,梁尾採用後支承台車馱運,可前移支架到下一跨,依次完成各跨施工作業。

施工工藝

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的工藝流程見圖3。
中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
圖3 連續梁架設施工工藝流程圖
《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的操作要點如下:
一、混凝土梁節預製
混凝土梁節預製施工工藝流程見圖4。
中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
圖4 梁節預製施工工藝流程圖
梁體為C50混凝土,採用高強度等級混凝土的施工標準。混凝土用商品混凝土,運距在20千米以上,沿途部分路況較差,並可能有堵車情況,因此應解決長距離運輸混凝土坍落度,控制混凝土初凝時間,在每次梁段及濕接縫澆筑前應掌握較差路段的通車情況。
二、預應力孔道成形
預應力孔道採用抽拔橡膠棒成型。橡膠棒彈性韌性均較好,為增加其剛度在其中間穿入ф20鋼筋芯棒。當混凝土強度達到4~8兆帕時為抽拔橡膠棒最佳時間,抽拔太早孔道不光滑摩阻大、易坍孔,太晚則橡膠棒易損壞。抽拔棒採用卷揚機為動力,用特製夾頭夾住橡膠棒頭部。由於台座間距較小,應充分考慮梁段預製順序對抽拔橡膠棒的干擾和影響。
三、梁段組拼及調整
梁段組拼順序是根據支架本身的構造情況和施工的快捷方便而制定的,連續梁56米跨的吊裝順序依次為:8號、武9號、武4號、10號、蘭4號、蘭9號、蘭6號、蘭7號、武7號(前)、武6號(前),即先完成墩頂8號段的吊裝,然後依次由造橋機尾部嚮導梁吊裝梁段,最後吊裝兩個懸挑梁段。
該造橋機龍門吊在從運梁小車上提吊梁節後,將該梁節運輸到設計位置上方,下落梁段並將其用精軋螺紋鋼懸掛於兩側扁擔樑上,完成受力轉換。龍門吊完成了造橋機內梁段的全部運輸過程,無需其他運梁滑車參加工作,減少了工序,提高了效率。
梁段一一擺放至設計位置,可對各梁段進行調節。拼裝架設曲線梁為將各直梁按曲線布置成曲梁,相鄰梁節間的濕接縫形成“扇形”,為使成橋後能夠展現曲梁的優美,各梁節必須保證安放在設計位置。梁段吊裝完後,通過支架調梁小車及縱向牽引系統對梁段的三向尺寸進行調節,使其滿足設計要求。梁段調節中的三個方向相互影響,為減少調整次數,採用縱向、橫向、高度的調梁次序進行。
梁體在調整後,應符合以下幾項要求:
1.梁體預設撓度的誤差不得大於3毫米;
2.同一濕接縫兩梁節底邊高差除去預設撓度影響高差不得大於2毫米;
3.梁體中線與設計位置偏差不得大於4毫米;
4.箱梁支座面標高與設計標高偏差不得大於2毫米,支座位置偏差縱橫向均不得大於5毫米;
5.梁節橫向與設計偏差不得大於3毫米,縱向偏差不得大於5毫米。
四、濕接縫澆築
濕接縫混凝土需要在3天內達到設計強度的90%以上,採用C55混凝土澆築,並特別做好養護工作,表面覆蓋濕麻袋並不斷澆水,在夏季日照較強的時候增加澆水次數,始終保持麻袋濕潤。採用同條件養護的混凝土試塊作為濕接縫混凝土強度的判斷依據,用以確定張拉時間。
五、張拉
在濕接縫強度達到設計要求後,可進行張拉作業。
在安裝濕接縫模板的同時應將鋼絞線安放就位,連續梁鋼絞線長度較長,且有多個豎彎點,採用人工穿束難度較大,該工法採用“引線法完成,即在孔道內穿入一根鋼絞線作為引線,用卷揚機作為動力牽引,為減少鋼束對孔壁的摩擦,鋼束頭呈梭形幫焊在引線上,並在焊接位置套護筒。在牽引過程中應有專人負責檢查護筒通過波紋管時的情況,保證波紋管不致擠壓變形。
張拉時在懸挑梁端搭設操作平台,按照設計順序先腹板後頂板、先下後上、先里後外、左右對稱。達到控制拉力持荷5分鐘,回油錨固。
腹板鋼束採用單端張拉,為保證曲梁截面預應力的準確性,在第一孔56米梁張拉時用應變感測器測定錨固端張拉力。
《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的施工效果如下:
梁節預製節段架設保證了梁段混凝土質量,避免了表面開裂、脫皮、粗糙等質量通病;濕接縫質量控制措施得當,在3天達到設計強度的90%以上,與梁節連線平順;造橋機曲線過孔跨越黃河,一孔架設平均周期10天,大大提高了架梁速度。
根據《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》鋪架工程的工期安排及當地的氣候特點,該橋部分梁段預製和濕接縫混凝土需安排冬期施工。
具體安排如下:
一、混凝土生產控制措施
商品混凝土使用的原材料水泥、砂石堆放在屋內,溫度控制在20℃以上,水在使用前進行加熱,水溫保持在30℃以上。
二、運輸控制措施
沿途考察線路並在運輸過程中進行跟蹤,減少運輸時間,此過程熱量由混凝土產生內熱保證。
三、施工現場控制措施
在梁段預製場安裝一台2噸/小時的蒸汽鍋爐和熱力管道,在制梁台座上設定保溫棚,對梁段實施蒸汽養護。
濕接縫施工主要措施為:在箱梁外側進行圍擋和加溫(電熱毯),箱內升火爐加溫。
梁段預製和架設分為兩個獨立作業隊,《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的勞動組織見表1。
表1 勞動組織表
序號
工序
工種
人數
分工
梁段預製
施工隊長
1
負責工作安排,現場指揮
混凝土工
9
混凝土灌注、搗固
鋼筋工
10
鋼筋下料、製做、綁紮
電焊工
2
焊接鋼筋、預埋件
模板工
9
模板吊裝、拆除
安全員
1
消除安全隱患,負責安全培訓
技術人員
1
技術指導
電工
1
檢查、維修以及電器安裝
梁段架設
施工隊長
1
負責工作安排,現場指揮
支架走行工
14
負責支架走行,梁段吊裝
鋼筋工
8
鋼筋下料、製做、綁紮
司機
2
龍門吊及後支承台車各一人
電焊工
2
焊接鋼筋、預埋件
模板工
12
模板吊裝、拆除
安全員
1
消除安全隱患,負責安全培訓
技術人員
1
技術指導
電工
1
檢查、維修以及電器安裝
混凝土工
12
負責濕接縫混凝土澆築、搗固
測量工
2
控制梁體線形
張拉工班
12
預應力鋼筋張拉及孔道壓漿

材料設備

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》除ZQL32/64中等跨度連續梁造橋機外的其他機具設備見表2。
表2 其他機具設備
序號
名稱
型號規格
單位
數量
1
後支承台車
自製
1
2
造橋機上龍門吊
100噸
1
3
電動卷揚機
JM10(8、5、3)
各4
4
混凝土攪拌機
BHS-SONTHOFEN2.25
1
5
張拉千斤頂
YCW250
5
6
張拉千斤頂
YC-60
3
7
液壓千斤頂
QLG-350
4
8
液壓千斤頂
QLG-200
12
9
液壓千斤頂
QLG-50
16
10
走行龍門吊
90噸
1
11
吊車
50噸
1
12
吊車
16噸
2
13
吊車
8噸
1
14
電焊機
BX-315
3
15
鋼筋切斷機
QJ-40
2
16
鋼筋彎曲機
GJ7-30
2

質量控制

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的質量控制要求如下:
1.梁段預製採用整體鋼模,對數量較少的梁段如主梁1號段採用鋼木結合模板。通過加強模板的剛度來改善梁段表面的平整度。
2.延長拆模時間,對梁段加強養護,保證混凝土內實外美。
3.梁段吊裝後對其縱向、橫向、高程反覆調整、覆核,使每個梁段擺放都滿足設計要求。
4.對張拉千斤頂嚴格管理,每個月重新標定,保證張拉應力的準確性。對首次張拉56米梁時,在被動端用應力感測器測量該端張拉力,確保各截面應力符合設計值。
5.壓漿工作及時,減小預應力損失。
6.1號及8號段放置於墩頂後,應在兩側做臨時固定,防止其隨支座擺動影響整孔梁段線型。

安全措施

採用《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
1.龍門吊在使用時應試吊並做安全鑑定,在提升梁段和下落過程中應使梁段保持平穩,避免整體晃動。
2.梁段在運輸中應儘量放置在小車平台的中間部位,防止小車偏載,否則梁段可能發生側翻現象。
3.梁段用造橋機上扁擔梁支承後,應使精軋螺紋鋼豎直,避免螺紋鋼受剪或受彎變形降低其使用性能。
4.懸挑梁外張拉操作平台必須與造橋機做可靠連線,可做成左右兩個掛籃,中間搭設木板平台,操作人員上平台必須佩帶安全帶,並不得在上面嬉鬧。
5.造橋機上龍門弔卷揚機剎車裝置經常檢查,防止鬆脫;電動葫蘆、滑車組、鋼絲繩等承力設施應勤查、勤保養。
6.在進行起重作業時,起重機、龍門吊下嚴禁站人。
7.在造橋機上作業人員必須穿防滑鞋,在雨天、雪天冬季早晨造橋機上較滑的時候嚴禁作業。
8.造橋機有頂升作業時必須在千斤頂附近設保護跺。
9.造橋機每次到位各橋墩截面處應有加勁肋,保證架梁作業的安全。

環保措施

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的環保措施如下:
1.對施工現場主要工作場所如梁場、鋼筋加工廠、現場辦公及生活場所等進行必要硬化。
2.對其他沒有硬化並屬於施工所轄範圍的場地定期進行澆水,防止塵土飛揚。
3.對施工場地進行綠化,絕不無緣無故砍伐樹木。
4.對建築垃圾如廢棄混凝土、木屑、廢棄原材等集中處理,絕不丟棄不管。
5.在撤場後,對施工場地恢復原貌。

效益分析

節段拼裝平彎連續梁在中國鐵路橋中尚屬首次,故《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》無比較對象,只能做一般分析。
1.給出了中國橋樑架設的一項新技術,給橋樑的選線工作提供了自由度。
2.主橋各關鍵截面都埋設有鋼筋計,能提供這些截面的應力和應變,為2005年後使用期間長期監控,及時、準確掌握橋樑的使用狀況提供技術支持。
3.此方案可架設彎梁橋,成橋後曲線優美,同時不影響公、鐵路通車,河道通航,若建設跨線、跨江橋,能提高經濟和社會效益。
4.該方案架設速度快,梁段質量及外觀容易控制,可在工期較為緊張及對梁體外觀嚴格要求的工程中使用。

套用實例

《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》的套用實例如下:
河口南黃河特大橋為蘭州西到武威南二線鐵路橋樑重點工程,大橋全長1010.44米,主橋為[37.2米+(4×56)米+37.2米]600米小半徑曲線預應力混凝土連續梁(圖5)。
中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法
圖5 河口南黃河特大橋主橋(單位:毫米)
預應力混凝土連續彎梁施工採用該工法。該橋處在邊完善設計、邊施工狀態,工期緊迫,橋區冬季嚴寒,1~2月份最低氣溫達-17℃,冬季日施工時間短,最後順利完成,比設計工期提前2個月,受到了建設單位的好評。

榮譽表彰

2008年1月31日,中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號,《中等跨度連續梁造橋機架設連續彎箱梁施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。

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