周學(xué)勝
摘 要:有毒有害氣體為隧道施工過程中經(jīng)常遇到的情況。六盤山隧道為新建天平鐵路第一特長隧道,隧道2#斜井施工區(qū)需要穿越含H2S地層,有毒有害氣體施工質(zhì)量都對隧道施工產(chǎn)生很大的影響,施工中的每一點疏忽都可能造成安全隱患。因此,論文就隧道穿越該段施工中的工序控制、規(guī)范施工進行論述,就施工過程中加強管理等措施進行分析,提出了隧道穿越有毒有害氣體環(huán)境下的隧道施工的預(yù)防、治理措施,確保了隧道的施工安全,取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞:隧道工程 H2S氣體 防治措施 施工技術(shù)
中圖分類號:U457 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1672-3791(2014)01(b)-0040-04
1 工程概況
新建天平鐵路六盤山隧道位于甘肅省平?jīng)鍪腥A亭縣六盤山山脈,隧道起訖里程DIK83+498~DIK100+217,全長16719 m,為全線最長的小斷面越嶺隧道。隧道進口位于華亭縣麻庵鄉(xiāng)三角城左側(cè)河谷內(nèi),出口位于華亭縣西華鎮(zhèn)青林村。隧道全部段落均為下坡,坡率分別為5‰/2752 m、6‰/400 m、13‰/13550m、0‰/17 m。進口端574 m為蓮花臺車站雙線隧道。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查顯示,隧道通過二條區(qū)域性大斷裂和一條次級斷層,二處不整合接觸節(jié)理密集帶等。隧道設(shè)計斷面較?。á蚣?4.42 m2、Ⅲ級48.22 m2、Ⅳ級49.45 m2、Ⅴ級54.75 m2),各工序施工干擾大,機械通行會讓困難,導(dǎo)致施工進度緩慢,如何解決小斷面隧道快速施工,是我項目部一直研究的課題。
2 隧道穿越有害氣體段安全施工技術(shù)
2.1 H2S氣體的產(chǎn)生情況
2012年11月6日六盤山隧道2#斜井,掌子面施工至DIK90+673時,出現(xiàn)臭雞蛋氣味;隨著施工的推進,氣味逐漸加重,導(dǎo)致作業(yè)工人出現(xiàn)不同程度的惡心,并伴有嘔吐現(xiàn)象。隨后于2012年11月8日在掌子面進行了TSP探測;2012年11月11號在掌子面DIK90+692進行了超前水平鉆探。超前地質(zhì)預(yù)報、鉆探結(jié)果及現(xiàn)場觀測表明:掌子面DIK90+692~DIK90+699共7 m范圍內(nèi),其圍巖掌子面基本相同,以砂巖夾泥巖為主;其后圍巖強度有增加趨勢。在掌子面超前鉆進過程中,鉆桿沾有黑色油狀物,難溶于水;在隧道的日常巡查中,發(fā)現(xiàn)已完成初支段局部有黑色發(fā)青油色物質(zhì)滲出,在DIK90+580線路右側(cè)初支表面可見較大范圍的油漬痕跡(見圖2)。
至2012年11月14日,掌子面推進到DIK90+704后發(fā)現(xiàn)圍巖巖相出現(xiàn)變化,巖石顏色逐漸變成深灰色,臭味加重,且掌子面線路右側(cè)出現(xiàn)較大的基巖裂隙水(見圖1)。掌子面附近被水浸過的混凝土顏色變?yōu)樯罹G色,且拱頂超前錨桿上有油漬滴出,經(jīng)觀察此物質(zhì)對混凝土及鋼筋有腐蝕作用。隨著時間的延長,掌子面圍巖上聚集了越來越多的油狀物。在此期間,施工作業(yè)過程中共有3人次出現(xiàn)留鼻血癥狀,多人出現(xiàn)頭暈嘔吐癥狀,共計9人次到華亭人民醫(yī)院就診。
2.2 水及H2S氣體的檢測
掌子面施工到DIK90+673時,出現(xiàn)臭雞蛋味氣體時出現(xiàn)的基巖裂隙水,設(shè)計院水樣分析pH值為8.6,硫酸根離子高達6538.8 mg/L,此外還含有氯離子和碳酸根離子。此處的基巖裂隙水能嚴(yán)重的化學(xué)侵蝕環(huán)境。在掌子面附近的棄砟表面出現(xiàn)大量的絮狀結(jié)晶鹽(見圖3)。
2012年11月24日施工單位委托西安建筑科技大學(xué)對2#斜井出現(xiàn)的有害氣體及水樣進行了取樣(見表1),2012年11月25日~11月28日進行了檢測,經(jīng)檢測該氣體組成為硫化氫(H2S)、一氧化碳(CO),H2S氣體檢測最高為6.03 mg/m3,水樣中(S2-)含量為18.79~23.11 mg/L(詳見檢測報告)。后現(xiàn)場使用復(fù)合氣體探測儀測出掌子面通風(fēng)前CO濃度為18~22 ppm,通風(fēng)后CO濃度為10~14 ppm;斜井內(nèi)CO濃度為40 ppm(見圖4)。
2.3 H2S氣體對人體的危害及施工重、難點
H2S氣體是強烈的神經(jīng)毒素,對鼻腔粘膜有強烈刺激作用。六盤山隧道2#斜井單頭工作面掘進段落長,存在長距離反坡施工、通風(fēng)(最長達4162 m)、大高差施工排水等施工難點;地質(zhì)情況復(fù)雜,斷面小,工序干擾大,工程風(fēng)險大,工期緊張,2#斜井平?jīng)龇较蚺c3#斜井天水方向之間為六盤山隧道節(jié)點工期控制段落,對工期影響較大。環(huán)境保護任務(wù)重、責(zé)任大。工程沿線地區(qū)植被發(fā)育,森林密布,屬甘肅省重點森林保護區(qū),生態(tài)環(huán)境脆弱,環(huán)、水保要求高,施工過程中必須自始至終做好棄碴、污水排放等工作,努力將工程施工對周圍環(huán)境的影響降至最低,建設(shè)綠色生態(tài)鐵路。2#斜井有毒有害氣體段施工重、難點及施工對策見表2所示。
2.4 有毒有害氣體及水的控制措施
2.4.1 有毒有害氣體的監(jiān)測
由天平鐵路第四項目部安質(zhì)部組建專門的監(jiān)測機構(gòu),由安全總監(jiān)周會帶領(lǐng),在含H2S、CO氣體的段落必須進行作業(yè)前對施工段的氣體濃度檢測。按照及時、高效的原則進行日常施工監(jiān)測。為保證檢測的有效性、準(zhǔn)確性及專業(yè)性,成立以現(xiàn)場專職安全員為主,針對有毒有害氣體的檢測工班。在正式檢測之前對所有參與檢測的人員進行培訓(xùn),主要在如何檢測、如何記錄、出現(xiàn)異常情況如何處理等方面進行重點培訓(xùn),培訓(xùn)后進行考核,考核合格方可上崗。
針對隧道內(nèi)不同氣體,分別進行檢測,及時記錄。檢測分為固定檢測和移動檢測??赏瑫r對H2S、CO、O2進行檢測。固定檢測為全天不間斷檢測,設(shè)置于距離掌子面20 m處,在初支焊接,固定臺架,將固定式檢測儀器放置在臺架上。移動檢測采用便攜式檢測設(shè)備,主要在施工作業(yè)前,作業(yè)過程中進行檢測,檢測頻率約20~30(min/次),在檢測過程中可加大檢測次數(shù),頻繁進行檢測。每工序作業(yè)前對國內(nèi)氣體施行檢測簽證制度,要求有毒有害氣體降到施工允許濃度,并經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理和現(xiàn)場負(fù)責(zé)人共同簽認(rèn)后才允許作業(yè)人員進入施工。endprint
對H2S氣體固定檢測儀器選用CGD-I-1H2S型檢測儀,其檢測范圍為0~1000 ppm,當(dāng)濃度超過10 ppm時儀器報警。移動檢測選用ADY-4手持式復(fù)合氣體檢測儀,其檢測范圍為0~100 ppm,當(dāng)濃度超過5 ppm時儀器報警。當(dāng)濃度超過10 ppm時,迅速撤離人員,加強通風(fēng)。對CO氣體固定檢測儀器選用CGD-I-1CO型檢測儀,其檢測范圍為0~2000 ppm,當(dāng)濃度超過50 ppm時儀器報警。移動檢測選用ADY-4手持式復(fù)合氣體檢測儀,其檢測范圍為0~1000 ppm,當(dāng)濃度超過30 ppm時儀器報警。當(dāng)濃度超過50 ppm時,迅速撤離人員,加強通風(fēng)。對CO2氣體固定檢測儀器選用CGD-I-1O2型檢測儀,其檢測范圍為0~30%,當(dāng)濃度低于19%時儀器報警。移動檢測選用ADY-4手持式復(fù)合氣體檢測儀,其檢測范圍為0~25%,當(dāng)濃度低于19.5%時儀器報警。當(dāng)濃度低于19.5%時,迅速撤離人員,加強通風(fēng)。
2.4.2 含H2S、CO氣體段落施工通風(fēng)
含H2S、CO氣體段落加強通風(fēng)。采用混合式通風(fēng),洞外增加一臺220 kw壓入式風(fēng)機,在斜井X11+00處和正洞DIK90+320大避車洞處各加設(shè)一臺220 kw壓入式風(fēng)機,與洞外壓入式風(fēng)機形成接力,風(fēng)帶接至距離掌子面不大于20 m的位置,對掌子面進行24小時不間斷通風(fēng)。在距離掌子面40 m處增設(shè)吸出式風(fēng)機,風(fēng)機前端接加勁管至掌子面,以利于掌子面附近氣體被吸出。具體風(fēng)機平面布置見圖5所示。風(fēng)機選用SDF(B)-NO.10~12.5型通風(fēng)機。風(fēng)管選用φ1300 mm的PVC高強長纖維布基拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)管,風(fēng)管節(jié)長25 m,轉(zhuǎn)彎處用薄壁鋼管。軟風(fēng)管懸掛在拱腰位置。
2.4.3 對含H2S、CO氣體段施工前預(yù)排放
為預(yù)防出現(xiàn)有毒可燃性氣體濃度突然增大,保證施工安全順利進行,在掌子面開挖前對掌子面施做超前探孔,超前探測氣體濃度、圍巖及地下水情況,每35 m施做3個長度不小于40 m的超前探孔。在施工中重視超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作,堅持超前探孔,保證探孔施工的連續(xù)性,有疑問段應(yīng)采用短探孔驗證,做到對前方情況心中有數(shù),確保萬無一失。
2.4.4 對有毒有害氣體段堿中和處理
為降低掌子面及附近H2S濃度,確保施工安全,要求在各工序前對掌子面及周圍工作區(qū)域噴灑生石灰水,對施工環(huán)境中的弱酸進行中和處理,防止H2S氣體擴散及酸性溶液對施工人員身體造成傷害,盡可能避免對隧道實體工程造成不利影響。
在距掌子面10 m處,安放一儲水桶,儲水桶內(nèi)灌入生石灰水,由專職安全員對掌子面附近使用噴霧器噴灑生石灰水,中和空氣中的H2S氣體,減小H2S氣體濃度。
2.4.5 對水的處理
為保護環(huán)境,在洞口增設(shè)三級化學(xué)處理池,在處理池內(nèi)撒拌生石灰,以達到沉淀水中硫酸根和氯離子的要求,處理達標(biāo)后進行集中排放?;瘜W(xué)處理流程,必須對各沉淀池定期進行清理,保證污水沉淀處理效果。三級處理池統(tǒng)一按照5 m(長)×3 m(寬)×2 m(深)的規(guī)格尺寸進行設(shè)置,對處理池澆筑50 cm厚C15混凝土護壁,表層采用砂漿抹面5 cm,底板澆筑50 cm厚混凝土。結(jié)構(gòu)尺寸見圖6。
2.5 有毒有害氣體段洞身施工方法及工藝
對有毒有害氣體段Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖,Ⅳ級圍巖采用(短)臺階法開挖。施工時采用TSP等物探技術(shù)對圍巖地質(zhì)情況進行超前探測,堅持“光面爆破、噴錨緊跟、監(jiān)控量測、及時反饋和修正”的原則,形成開挖、出碴、噴錨支護與混凝土襯砌相配合的流水作業(yè)。
2.5.1 徑向注漿
為預(yù)防H2S、CO等有毒可燃性氣體濃度突然增大的狀況,保證施工安全順利進行,自DIK90+668里程起,5 m范圍內(nèi)注1:1水泥單液漿全環(huán)封閉圍巖,注漿管采用φ42×4 mm小導(dǎo)管,導(dǎo)管長4m,間距1.2× 1.2 m,梅花型布置,擴散半徑為2 m;注漿壓力1.5~2.0 MPa。單液徑向注漿工藝流程圖及示意圖見圖7所示。
2.5.2 注漿孔布置
注漿孔按漿液按擴散半徑R=2.0 m計算布設(shè),注漿孔按梅花型布置,孔口環(huán)向間距約120 cm,縱向間距120 cm。單孔注漿深度6.0 m,全斷面布置注漿孔21個,平均每延米注漿孔18個。
注漿孔采用風(fēng)機鉆孔,方向為隧道斷面徑向,孔徑為45 mm,比小導(dǎo)管外徑大3 mm。鉆孔孔位最大允許偏差為50 mm,鉆孔偏斜率最大允許偏差為0.5%,即200 mm。
2.5.3 小導(dǎo)管設(shè)計參數(shù)
小導(dǎo)管采用φ42 mm(外徑),壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管,鋼管長4 m。外露10 cm以便于注漿操作。小導(dǎo)管孔口處焊接閘閥式止?jié){閥。
2.5.4 注漿壓力
注漿初期選擇:P1~P3=1.5~2.0 Mpa作為參考使用值,轉(zhuǎn)入正常注漿后,根據(jù)注漿中的具體情況再加以修正,選擇合適的注漿壓力。
2.5.5 注漿材料及設(shè)備
六盤山隧道2#斜井工區(qū)平?jīng)龇较驀鷰r節(jié)理較發(fā)育、存在地下基巖裂隙水,注漿主要目的為封堵基巖裂隙溢出的含有H2S的水質(zhì),由于目前水量不大,根據(jù)四方會議紀(jì)要采用水泥單液漿進行封堵。如后續(xù)施工中基巖裂隙率增大,水量增加,氣體濃度加大,為了保證施工后期安全,則采用無毒無污染的水泥—水玻璃雙液漿。
2.5.6 注漿范圍及注漿量
注漿范圍為自DIK90+668開始,至掌子面不再有有毒有害氣體溢出結(jié)束。注漿工程量以現(xiàn)場監(jiān)理工程師簽認(rèn)為準(zhǔn)。為了滿足經(jīng)濟、合理的原則,在開挖過程中對圍巖滲水情況進行了詳細(xì)的調(diào)查和記錄,并在開挖以后進行了長期的統(tǒng)計,以準(zhǔn)確掌握滲水狀況,為注漿固結(jié)提供基礎(chǔ)依據(jù)。注漿布置示意如圖8所示。注漿根據(jù)分區(qū)段分序進行注漿,以一個作業(yè)臺架長度5 m左右為一個注漿段落,根據(jù)注漿孔在隧道展開面上的布置。endprint
2.5.7 注漿施工注意事項
檢查注漿材料數(shù)量能否滿足連續(xù)注漿要求;進行注漿系統(tǒng)的安全檢查。
壓水試驗:注漿之前檢查機械運行情況、管路密封情況、進漿管的進漿情況。試驗壓力不低于1.3~1.5倍的終壓,即2.6~3.0 MPa。壓水試驗進行三次,每次5 min,試驗完成后,把水放掉。
注漿順序:沿隧道軸線由低到高、由下往上、先注邊墻,后注隧道拱部,最后注仰拱。
單孔注漿結(jié)束條件:達到終壓后并穩(wěn)定10 min,且注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%、進漿速度為開始進漿速度的1/4;注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化情況,分析注漿情況,防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄,包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量等,以便于分析注漿效果。
注漿效果檢查:注漿后在分析資料的基礎(chǔ)上采用壓水試驗和現(xiàn)場觀察法檢查注漿效果。當(dāng)初期支護表面有線狀出水或面狀滲水,或者壓水試驗時檢查孔的吸水量大于1.0 L/(min·m)時,必須進行補充注漿;注漿結(jié)束后,及時將注漿孔和檢查孔封堵密實。
3 結(jié)論
六盤山隧道具有“斷面小、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工程序繁多、洞內(nèi)物流組織難”等特點,特別是隧道穿越有毒有害氣體段落施工,國內(nèi)外尚缺乏同類型隧道的成熟設(shè)計、施工經(jīng)驗可供借鑒。因此,依托在建的六盤山隧道,開展復(fù)雜地質(zhì)條件下小斷面特長隧道穿越有毒有害氣體洞段的綜合快速施工技術(shù)研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
有毒有害氣體施工質(zhì)量都對隧道施工產(chǎn)生很大的影響,施工中的每一點疏忽都可能造成安全隱患。因此,應(yīng)加強對每道工序的施工控制,嚴(yán)格按規(guī)范施工確保施工達到防、治效果,使隧道安全施工有保證。除了施工和技術(shù)方面的因素外,加強管理也是一個至關(guān)重要的因素。用長遠(yuǎn)發(fā)展的眼光看,只有加強管理,努力提高整體技術(shù)水平,才能保證工期,創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,才能獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益,企業(yè)才能得以發(fā)展。通過現(xiàn)場施工人員和科技人員的共同努力,六盤山隧道目前已經(jīng)通過了有毒有害氣體洞段的施工,取得了良好效果。該施工技術(shù)對穿越同類地層的隧道工程的設(shè)計和施工具有重大的指導(dǎo)和借鑒價值,對提高我國隧道工程領(lǐng)域的總體技術(shù)水平具有一定的積極意義。
參考文獻
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2.5.7 注漿施工注意事項
檢查注漿材料數(shù)量能否滿足連續(xù)注漿要求;進行注漿系統(tǒng)的安全檢查。
壓水試驗:注漿之前檢查機械運行情況、管路密封情況、進漿管的進漿情況。試驗壓力不低于1.3~1.5倍的終壓,即2.6~3.0 MPa。壓水試驗進行三次,每次5 min,試驗完成后,把水放掉。
注漿順序:沿隧道軸線由低到高、由下往上、先注邊墻,后注隧道拱部,最后注仰拱。
單孔注漿結(jié)束條件:達到終壓后并穩(wěn)定10 min,且注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%、進漿速度為開始進漿速度的1/4;注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化情況,分析注漿情況,防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄,包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量等,以便于分析注漿效果。
注漿效果檢查:注漿后在分析資料的基礎(chǔ)上采用壓水試驗和現(xiàn)場觀察法檢查注漿效果。當(dāng)初期支護表面有線狀出水或面狀滲水,或者壓水試驗時檢查孔的吸水量大于1.0 L/(min·m)時,必須進行補充注漿;注漿結(jié)束后,及時將注漿孔和檢查孔封堵密實。
3 結(jié)論
六盤山隧道具有“斷面小、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工程序繁多、洞內(nèi)物流組織難”等特點,特別是隧道穿越有毒有害氣體段落施工,國內(nèi)外尚缺乏同類型隧道的成熟設(shè)計、施工經(jīng)驗可供借鑒。因此,依托在建的六盤山隧道,開展復(fù)雜地質(zhì)條件下小斷面特長隧道穿越有毒有害氣體洞段的綜合快速施工技術(shù)研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
有毒有害氣體施工質(zhì)量都對隧道施工產(chǎn)生很大的影響,施工中的每一點疏忽都可能造成安全隱患。因此,應(yīng)加強對每道工序的施工控制,嚴(yán)格按規(guī)范施工確保施工達到防、治效果,使隧道安全施工有保證。除了施工和技術(shù)方面的因素外,加強管理也是一個至關(guān)重要的因素。用長遠(yuǎn)發(fā)展的眼光看,只有加強管理,努力提高整體技術(shù)水平,才能保證工期,創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,才能獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益,企業(yè)才能得以發(fā)展。通過現(xiàn)場施工人員和科技人員的共同努力,六盤山隧道目前已經(jīng)通過了有毒有害氣體洞段的施工,取得了良好效果。該施工技術(shù)對穿越同類地層的隧道工程的設(shè)計和施工具有重大的指導(dǎo)和借鑒價值,對提高我國隧道工程領(lǐng)域的總體技術(shù)水平具有一定的積極意義。
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2.5.7 注漿施工注意事項
檢查注漿材料數(shù)量能否滿足連續(xù)注漿要求;進行注漿系統(tǒng)的安全檢查。
壓水試驗:注漿之前檢查機械運行情況、管路密封情況、進漿管的進漿情況。試驗壓力不低于1.3~1.5倍的終壓,即2.6~3.0 MPa。壓水試驗進行三次,每次5 min,試驗完成后,把水放掉。
注漿順序:沿隧道軸線由低到高、由下往上、先注邊墻,后注隧道拱部,最后注仰拱。
單孔注漿結(jié)束條件:達到終壓后并穩(wěn)定10 min,且注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%、進漿速度為開始進漿速度的1/4;注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化情況,分析注漿情況,防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄,包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量等,以便于分析注漿效果。
注漿效果檢查:注漿后在分析資料的基礎(chǔ)上采用壓水試驗和現(xiàn)場觀察法檢查注漿效果。當(dāng)初期支護表面有線狀出水或面狀滲水,或者壓水試驗時檢查孔的吸水量大于1.0 L/(min·m)時,必須進行補充注漿;注漿結(jié)束后,及時將注漿孔和檢查孔封堵密實。
3 結(jié)論
六盤山隧道具有“斷面小、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工程序繁多、洞內(nèi)物流組織難”等特點,特別是隧道穿越有毒有害氣體段落施工,國內(nèi)外尚缺乏同類型隧道的成熟設(shè)計、施工經(jīng)驗可供借鑒。因此,依托在建的六盤山隧道,開展復(fù)雜地質(zhì)條件下小斷面特長隧道穿越有毒有害氣體洞段的綜合快速施工技術(shù)研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
有毒有害氣體施工質(zhì)量都對隧道施工產(chǎn)生很大的影響,施工中的每一點疏忽都可能造成安全隱患。因此,應(yīng)加強對每道工序的施工控制,嚴(yán)格按規(guī)范施工確保施工達到防、治效果,使隧道安全施工有保證。除了施工和技術(shù)方面的因素外,加強管理也是一個至關(guān)重要的因素。用長遠(yuǎn)發(fā)展的眼光看,只有加強管理,努力提高整體技術(shù)水平,才能保證工期,創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,才能獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益,企業(yè)才能得以發(fā)展。通過現(xiàn)場施工人員和科技人員的共同努力,六盤山隧道目前已經(jīng)通過了有毒有害氣體洞段的施工,取得了良好效果。該施工技術(shù)對穿越同類地層的隧道工程的設(shè)計和施工具有重大的指導(dǎo)和借鑒價值,對提高我國隧道工程領(lǐng)域的總體技術(shù)水平具有一定的積極意義。
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