周澤昶 郭懿 周成 陸國(guó)榮
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金資助項(xiàng)目“岸坡復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系與長(zhǎng)期服役性能研究”(編號(hào):U2340227);2020年度第三批廣西交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)科技項(xiàng)目“廣西石漠化地區(qū)公路生態(tài)修復(fù)成套技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范”(編號(hào):XFZ-KY-LYH-20200112)
作者簡(jiǎn)介:周澤昶(1981—),碩士,高級(jí)工程師,研究方向:交通運(yùn)輸工程。
文章結(jié)合柳南高速公路飛鹿分離式立交橋改擴(kuò)建工程,通過(guò)分析各種比較方案,剖析實(shí)施過(guò)程中存在的技術(shù)問(wèn)題,并進(jìn)行過(guò)程模擬和優(yōu)化比選,提出了符合各方訴求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的解決方案,可為同類(lèi)型的分離式立交改擴(kuò)建工程提供技術(shù)建議,促進(jìn)高速公路改擴(kuò)建工程的發(fā)展。
高速公路改擴(kuò)建;分離式立交橋;復(fù)雜地形;小角度交叉;交通導(dǎo)改組織
U448.17A521825
0?引言
由于建設(shè)順序存在先后,高速公路和國(guó)省干道在路線規(guī)劃上不可避免存在諸多交叉點(diǎn),對(duì)于地形平坦、垂直相交的分離式立交橋梁,一般采用直接按照原設(shè)計(jì)同種結(jié)構(gòu)類(lèi)型加寬加長(zhǎng),但少數(shù)高速公路和國(guó)道均需要加寬、且交角過(guò)小、同時(shí)又受兩側(cè)諸多地形地物因素制約的,則需要采取非常規(guī)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)和綜合有效的交通組織保通措施[1-6]。
柳南高速公路是國(guó)家“7918”高速公路網(wǎng)泉州至南寧的重要組成部分,是廣西最繁忙的高速公路。經(jīng)過(guò)近二十年的使用,該段道路交通量已趨飽和,將現(xiàn)有雙向四車(chē)道全線改擴(kuò)建為雙向八車(chē)道是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需求[7]。
本文從高速公路橋梁改擴(kuò)建設(shè)計(jì)原則出發(fā),分析K1223+010飛鹿大道分離式立交橋在設(shè)計(jì)、施工階段的方案調(diào)整和優(yōu)化情況,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析了原方案和各參建方提出的探討方案,認(rèn)識(shí)到該類(lèi)橋梁改擴(kuò)建工程推進(jìn)的首要難題是如何實(shí)現(xiàn)舊高速公路和被交路的保通,提出了“拼寬原有舊橋+新建鋼箱梁框架橋+市政改路保通”的綜合解決方案,在分離式立交橋改擴(kuò)建工程技術(shù)分析應(yīng)用基礎(chǔ)上,進(jìn)一步總結(jié)推廣了小角度交叉的處理措施,以期對(duì)類(lèi)似工程提供更好的技術(shù)方案,促進(jìn)復(fù)雜地形下特殊立交橋改擴(kuò)建的發(fā)展。
1?橋梁改擴(kuò)建設(shè)計(jì)原則及保通方案
改擴(kuò)建或多或少會(huì)影響原有道路的交通通行,由于本項(xiàng)目是廣西南北大通道,沿線交通源對(duì)本項(xiàng)目的依賴(lài)性大,因此保證原有高速公路的正常通行是改擴(kuò)建方案實(shí)施的基本前提。實(shí)施方案包括兩部分:(1)分離式立交橋本身的橋型方案;(2)實(shí)施過(guò)程中高速公路主線和被交國(guó)道的交通組織保通方案。
1.1?橋型方案遵循的原則
技術(shù)可靠原則:根據(jù)舊橋特點(diǎn)選擇合適的橋型方案,合理安排建設(shè)工序,確保工程質(zhì)量可靠。
高效快捷原則:橋型方案可快捷高效實(shí)施,適應(yīng)大車(chē)流量高速公路改擴(kuò)建較短的工期需求。
經(jīng)濟(jì)適用原則;橋型方案應(yīng)切合實(shí)際,不盲目追求高技術(shù)含量,嚴(yán)格控制好建設(shè)投資規(guī)模。
1.2?保通方案遵循的原則
不中斷交通原則:要求施工期間不中斷原有高速公路主線的交通,保證各個(gè)時(shí)段的通行,部分拆除、吊裝過(guò)程集中分區(qū)段實(shí)施。
少影響原則:將對(duì)柳南高速公路主線和被交路G323國(guó)道的交通影響程度減至最小,包括影響長(zhǎng)度最小和影響時(shí)間最短,在施工期間提供接近原有通行能力的保通方案。
1.3?橋梁改擴(kuò)建一般性保通實(shí)施方案
為保證施工階段四車(chē)道通行,結(jié)合路面施工交通組織方案,主線橋梁雙側(cè)拼寬,新老橋分別改造拼接。拼接過(guò)程中半幅通行、半幅施工,老橋?qū)挾?4.5 m雙側(cè)均加寬8.25 m,新老橋?qū)ο蛩能?chē)道通行。
步驟一:新建兩側(cè)拼寬橋梁,完成下部及上部結(jié)構(gòu)施工,現(xiàn)澆調(diào)平層,設(shè)置臨時(shí)隔離護(hù)欄,并施工一側(cè)至臨時(shí)橋面,原老橋雙向四車(chē)道保持通行(見(jiàn)圖1)。
步驟二:轉(zhuǎn)移一側(cè)交通至新建橋面,雙車(chē)道通行,該半幅老橋單向兩車(chē)道通行,全斷面短期內(nèi)雙向三車(chē)道通行,對(duì)另半幅老橋改造邊梁、加固、頂升等施工,同時(shí)將新橋施工至與老橋齊平,完成新老橋拼接,最后整體攤鋪瀝青路面至橋面頂層(見(jiàn)圖2)。
步驟三:半幅橋面整體拼接施工完后,將交通轉(zhuǎn)至該半幅,雙向四車(chē)道通行;完成另半幅新老橋拼接,最后整體施工攤鋪至橋面頂層(見(jiàn)圖3)。
步驟四:拆除臨時(shí)護(hù)欄,完成附屬設(shè)施施工,實(shí)現(xiàn)全斷面雙向八車(chē)道通行(見(jiàn)圖4)。
2?飛鹿立交橋改擴(kuò)建原方案及存在的問(wèn)題
K1223+010飛鹿大道分離式立交橋位于鹿寨縣十里亭村,原有舊橋?yàn)? m×16 m橋式通道,服務(wù)G323國(guó)道下穿高速公路的交通通行。根據(jù)地方規(guī)劃,飛鹿立交所處位置的國(guó)道將擴(kuò)建成40 m寬城市大道。因此設(shè)計(jì)單位將飛鹿立交設(shè)計(jì)方案確定為將原有橋通拆除后,新建2 m×25 m簡(jiǎn)支箱梁橋,橋中心線與G323國(guó)道中心線小角度斜交,交角為25°,如圖5所示。此方案通過(guò)了項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)及施工圖審查。
該橋施工時(shí)在保證高速公路交通正常通行的同時(shí)還要保證G323國(guó)道的正常通行,兩條道路的交通量都很大,且周?chē)匦蔚匚锵拗埔蛩囟?,交通組織難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高,是項(xiàng)目控制性工程。
根據(jù)拼寬原則并結(jié)合舊橋特點(diǎn),飛鹿大道分離式立交改擴(kuò)建設(shè)計(jì)為2孔25 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋,施工橋梁需拆除舊的1孔16 m分離式立交橋。
2.1?飛鹿大道分離式立交橋設(shè)計(jì)方案
飛鹿大道分離式立交橋拆除后新建的跨徑為2×25 m,橋梁全長(zhǎng)121.85 m。考慮地方規(guī)劃該段國(guó)道即將擴(kuò)建為40 m寬城市道路,橋梁繼續(xù)采用斜交正擺形式,采用柱式橋墩和重力式組合橋臺(tái)。
2.2?飛鹿大道分離式立交橋保通導(dǎo)改方案
方案需同時(shí)對(duì)高速和國(guó)道進(jìn)行交通導(dǎo)改。國(guó)道桂林往南寧方向車(chē)輛經(jīng)K1222+806橋通下穿高速公路,通過(guò)導(dǎo)改道路實(shí)現(xiàn)通行;南寧往桂林方向車(chē)輛經(jīng)K1223+535天橋上跨高速公路,通過(guò)導(dǎo)改道路實(shí)現(xiàn)通行。高速公路車(chē)輛通過(guò)線路右側(cè)臨時(shí)改線實(shí)現(xiàn)通行,如圖6所示。臨時(shí)導(dǎo)改方案工程數(shù)量如下頁(yè)表1所示。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘情況,對(duì)于國(guó)道的交通導(dǎo)改,線路左、右側(cè)各存在以下問(wèn)題:
(1)線路右側(cè)的導(dǎo)改線路較長(zhǎng),且沿線電線桿分布密集,桿線走向錯(cuò)綜復(fù)雜,并有兩處高壓線鐵塔。同時(shí),鹿寨縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)圍墻距離線路較近,改路面臨巨大的拆遷壓力。由于本項(xiàng)目工期較短,前期拆遷工作進(jìn)度緩慢,一直無(wú)法取得有效突破,嚴(yán)重影響后續(xù)施工的正常開(kāi)展。
(2)線路左側(cè)改路繞行線路更長(zhǎng),工程量大,占用大量耕地,且國(guó)道通往天橋的路線迂回,天橋?qū)挾容^窄,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分流國(guó)道的車(chē)流量。
3?擬實(shí)施方案比選分析
由于原方案對(duì)高速公路和國(guó)道進(jìn)行交通導(dǎo)改所需征地?zé)o法解決,各參建方結(jié)合各責(zé)任單位意見(jiàn),開(kāi)始對(duì)橋型設(shè)計(jì)和交通導(dǎo)改方案進(jìn)行優(yōu)化研究。
各有關(guān)責(zé)任單位的意見(jiàn)主要有以下幾個(gè)方面:
(1)在高速公路正式開(kāi)工后,處于設(shè)計(jì)階段的國(guó)道拓寬工程建設(shè)單位出示了最新批復(fù)的斷面圖,強(qiáng)調(diào)高速公路擴(kuò)建必須留夠40 m寬紅線、雙向六車(chē)道通行的市政道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面,如下頁(yè)圖7所示。
(2)國(guó)道管養(yǎng)單位明確提出,該段國(guó)道是縣城主要北上通道,交通量特別大,高速公路改擴(kuò)建要保證群眾正常出行不受阻,實(shí)施雙向交通中斷的封閉施工方案是絕對(duì)不允許的。
(3)緊鄰高速主線右側(cè)的某行政單位提出,作為占用其用地的補(bǔ)償條件,方便人員和車(chē)輛日常出行,要求在高速公路右側(cè)平行建設(shè)一條行車(chē)道為2 m×4 m、人行道為2 m×1.5 m,總寬度為11 m,長(zhǎng)約350 m的道路,能緩解國(guó)道改路交通管制期間的擁堵。
結(jié)合以上意見(jiàn),本著“安全施工、安全通行、控制工期”原則,經(jīng)過(guò)多次會(huì)議協(xié)調(diào),研究提出以下方案。
方案一:將高速公路改路由右側(cè)調(diào)至左側(cè),同時(shí)為保證國(guó)道通行安全,方便新建橋梁施工,將新建橋梁沿高速公路大里程方向整體平移29.58 m,其他結(jié)構(gòu)形式保持不變,平移后0#~1#墩跨中心線與現(xiàn)有橋通中心線重合,如圖8所示。
方案調(diào)整后的施工順序:
(1)優(yōu)先施工兩側(cè)拼寬范圍內(nèi)的橋梁樁基下構(gòu)和橋梁兩側(cè)拼寬路基,同時(shí)根據(jù)工期合理規(guī)劃施工導(dǎo)改道路。
(2)導(dǎo)改道路施工完成后,高速公路交通通過(guò)導(dǎo)改道路實(shí)現(xiàn)通行,國(guó)道交通通過(guò)現(xiàn)有橋通正常通行,挖除高速公路進(jìn)行1#~2#墩臺(tái)樁基、下構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)施工。
(3)完成后將國(guó)道交通通過(guò)1#橋梁和1#~2#墩之間位置進(jìn)行導(dǎo)改,封閉現(xiàn)有大橋交通,形成封閉施工空間。完成施工后進(jìn)行拆除,同時(shí)施工高速公路范圍內(nèi)0#橋墩的樁基和下構(gòu),最終完成上部結(jié)構(gòu)施工,實(shí)現(xiàn)新建橋梁雙向八車(chē)道通行。
(4)拆除高速公路導(dǎo)改臨建的道路及橋梁,恢復(fù)國(guó)道原有道路通行。
方案二:優(yōu)化K1223+535十里亭汽車(chē)天橋的設(shè)計(jì)方案,在該天橋?qū)崿F(xiàn)國(guó)道雙向通行,同時(shí)在高速公路左側(cè)進(jìn)行改路。然后將高速公路改路由右側(cè)調(diào)至左側(cè),新建橋梁保持原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和位置,如圖9所示。
方案調(diào)整后的施工順序:
(1)提前進(jìn)行K1223+535十里亭汽車(chē)天橋新建施工,同時(shí)施工左側(cè)國(guó)道改路和兩側(cè)拼寬范圍內(nèi)橋梁樁基下構(gòu)以及高速公路拼寬路基。
(2)完成后,國(guó)道交通通過(guò)導(dǎo)改實(shí)現(xiàn)通行,進(jìn)行G72高速公路左側(cè)改路,通過(guò)導(dǎo)改實(shí)現(xiàn)通行。
(3)挖除高速公路原有橋通,進(jìn)行新建橋梁的下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)施工,完成后實(shí)現(xiàn)新建橋梁雙向八車(chē)道通行。
(4)拆除導(dǎo)改道路,恢復(fù)國(guó)道的交通通行。
方案三:將新建橋梁沿大里程方向整體平移29.58 m,其他結(jié)構(gòu)形式不變,平移后0#~1#墩臺(tái)跨中心線與現(xiàn)有橋通中心線重合。然后對(duì)橋梁進(jìn)行單側(cè)加寬兩車(chē)道。由于左側(cè)地勢(shì)平坦開(kāi)闊,擬對(duì)高速公路左側(cè)再加寬兩車(chē)道,由雙向八車(chē)道變更為雙向十車(chē)道,其中右幅四車(chē)道,左幅六車(chē)道,將高速公路交通導(dǎo)改到左幅外側(cè)新增加的兩車(chē)道上,如圖10所示。
方案調(diào)整后的施工順序:
(1)首先施工兩側(cè)拼寬范圍內(nèi)的橋梁樁基下構(gòu)和橋梁兩側(cè)高速公路拼寬路基。
(2)將高速公路導(dǎo)改到左幅新增加的兩車(chē)道實(shí)現(xiàn)通行。待國(guó)道交通實(shí)現(xiàn)正常通過(guò)后,挖除臨建道路,進(jìn)行1#、2#墩臺(tái)樁基、下構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)施工。
(3)將國(guó)道交通導(dǎo)改到1#、2#墩臺(tái)中間的施工便道上實(shí)現(xiàn)通行,同時(shí)封閉原有橋通進(jìn)行拆除施工,然后施工高速公路范圍內(nèi)的0#臺(tái)樁基和下構(gòu),最終完成上部結(jié)構(gòu)施工,實(shí)現(xiàn)新建橋梁的雙向十車(chē)道通行,恢復(fù)原有國(guó)道通行。
方案四:為分指揮部提出的加長(zhǎng)兩側(cè)橋長(zhǎng)方案,即把1~30 m橋加長(zhǎng)至兩側(cè)可以?xún)绍?chē)道通車(chē)、從而把高速公路和二級(jí)路改線均取消。
經(jīng)設(shè)計(jì)院布設(shè)加長(zhǎng)橋后,發(fā)現(xiàn)由于受新橋斜交正擺的影響以及線型指標(biāo)問(wèn)題,兩側(cè)臨時(shí)改線的兩車(chē)道能收進(jìn)來(lái)的距離并不大,且右側(cè)加長(zhǎng)距離比較大,無(wú)法完全貼合舊路,相當(dāng)于做了兩條高速公路改線,其中左側(cè)主線橋加長(zhǎng)的部分已經(jīng)覆蓋了高速公路臨時(shí)改線的導(dǎo)改橋。右側(cè)則會(huì)侵入學(xué)校用地,征地實(shí)施困難(如圖11所示)。因此,該方案雖具備可實(shí)施性,但并不是最優(yōu)方案。
方案五:路政等單位提出不拆舊橋、抬高高速路縱坡越過(guò)舊橋做新橋,社會(huì)車(chē)輛繞行兩個(gè)互通收費(fèi)口,即黃冕出口下、鹿寨出口上的繞行方案。
后經(jīng)設(shè)計(jì)院研究,該方案已直接排除,原因是該路段主線設(shè)計(jì)速度為120 km/h,按照路線設(shè)計(jì)規(guī)范最大縱坡為3%、最小坡長(zhǎng)為300 m核查,該橋前后100 m范圍內(nèi)有2道蓋板涵,前后300 m有4道蓋板涵,前后500 m有5道蓋板涵和1座天橋。新橋罩住舊橋至少抬高3 m(包括梁厚2.2 m+橋面鋪裝0.2 m+將來(lái)拆除舊橋需預(yù)留的0.5 m托運(yùn)空間),抬縱坡會(huì)增加上述結(jié)構(gòu)物恒載及降低天橋凈空,舊涵蓋板承載力無(wú)法得到保證,因此該方案技術(shù)上不可行。
在深入分析比選以上五種方案后,結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)和工期要求,各方推薦方案一作為拆除新建和交通導(dǎo)改的實(shí)施方案。
4?最終的橋型設(shè)計(jì)、交通組織和施工方案
將變更橋型方案為2孔16 m,先拼寬舊的16 m飛鹿大道分離式立交橋,再在舊橋附近新建一孔16 m橋通供市政道路使用,同時(shí)增設(shè)11 m寬市政改路輔助施工期間國(guó)道通行,如圖12所示。
4.1?最終的新橋設(shè)計(jì)方案
橋梁設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為K1222+991,終點(diǎn)樁號(hào)為K1223+086,全橋長(zhǎng)94.585 m,橋面寬41.0 m。橋梁上跨G322國(guó)道,橋軸線與該公路成25°交角,橋梁上構(gòu)進(jìn)行斜交正做,如圖13所示。
考慮橋下采光需要,采用兩種不同形式的橋臺(tái)相連,即實(shí)體臺(tái)與柱式臺(tái)并排。橋跨由兩孔組成,小樁號(hào)側(cè)的一孔跨徑為1 m×16 m,采用舊橋拼寬設(shè)計(jì),上部構(gòu)造為預(yù)應(yīng)力混凝土空心梁,每側(cè)橋梁拼寬16片梁,全橋共32片梁,濕接縫寬40 cm,下部構(gòu)造采用柱式墩臺(tái)和重力式實(shí)體臺(tái),明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。大樁號(hào)側(cè)的一孔跨徑為1 m×15.5 m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架橋,明挖基礎(chǔ)。如下頁(yè)圖14所示。
橋梁防震設(shè)計(jì)按Ⅶ度設(shè)防,橋臺(tái)要求復(fù)合地基容許承載力≥350 kPa,框架橋地基容許承載力要求≥220 kPa。舊橋拼寬部分局部地基承載力不足時(shí),采用素混凝土樁地基處理達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,再進(jìn)行下一道工序,如下頁(yè)圖15所示。
擴(kuò)建后橋下凈空≥5.0 m,由于原橋凈空僅4.5 m,為保證凈空滿(mǎn)足要求,橋下道路進(jìn)行降坡改路處理,框架橋分段根據(jù)橋梁施工組織進(jìn)行調(diào)整。
4.2?最終的交通組織方案
本著“保施工首先保通車(chē)、保通車(chē)服務(wù)于保施工”的要求,在擴(kuò)大基礎(chǔ)開(kāi)挖及下構(gòu)施工時(shí),采用分段封閉法施工,具有將作業(yè)區(qū)域與既有高速公路立體分離,保證國(guó)道行車(chē)安全要求,可減少對(duì)既有國(guó)道影響時(shí)限等優(yōu)點(diǎn),如圖16~18所示。
待下部構(gòu)造全部施工完畢后,拆除國(guó)道所有導(dǎo)改設(shè)施,恢復(fù)國(guó)道全斷面12 m路基寬度范圍。
4.3?最終的施工組織方案
辦理完涉路施工許可手續(xù)后,對(duì)國(guó)道與施工區(qū)域進(jìn)行隔離封閉式和基坑開(kāi)挖穩(wěn)定防護(hù)施工,施工流程如圖19所示:
舊橋拆除:依次拆除護(hù)欄、防拋網(wǎng)、鋪裝層等上部結(jié)構(gòu),人工解除梁體橫向聯(lián)系,起重機(jī)吊拆除梁體,然后再拆除背墻、鋼筋混凝土墩臺(tái)帽、墩臺(tái)身和基礎(chǔ)等下部結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖20)。
新橋新建:將柳南高速公路進(jìn)行全封閉分流即下穿國(guó)道改道后,樁基采用旋挖鉆、沖擊鉆等成熟快速工藝成孔。承臺(tái)基坑采用機(jī)械開(kāi)挖+局部人工修正方式。為提高橋梁結(jié)構(gòu)整體性,墩身采用泵送混凝土入模一次澆筑完成,運(yùn)梁車(chē)運(yùn)至待安裝部位后采用120 t架橋機(jī)進(jìn)行安裝(見(jiàn)后頁(yè)圖21),臺(tái)背回填完成后,拆除棧橋,恢復(fù)交通(見(jiàn)后頁(yè)圖22)。
5?結(jié)語(yǔ)
通過(guò)分析柳南高速公路飛鹿分離式立交橋改擴(kuò)建的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件,研究比選了多種實(shí)施方案的可行性,揭示了多重因素制約下大車(chē)流量高速公路與國(guó)道小角度交叉的分離式立交橋改擴(kuò)建過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題,提出了“拼寬原有舊橋、新建鋼箱梁框架橋分流、輔以市政改路保通”的新型解決方案,進(jìn)一步推廣拓展了橋梁改擴(kuò)建應(yīng)用技術(shù),并給出了一些針對(duì)該類(lèi)方案實(shí)施的建議,歸納總結(jié)如下:
(1)橋型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不但要質(zhì)量可靠、安全實(shí)用、還須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和制約因素綜合考慮,使設(shè)計(jì)方案能順利落地,具備施工可操作性。
(2)改擴(kuò)建工程施工期間的保通非常重要,需要詳細(xì)制定既能保證施工順利進(jìn)行、又能讓社會(huì)車(chē)輛安全正常通過(guò)的交通組織方案,讓改擴(kuò)建的高速公路和被交叉國(guó)道均保持交通通暢有序。
(3)對(duì)于靠近縣城的分離式立交橋,在滿(mǎn)足基本使用功能基礎(chǔ)上,要盡可能考慮地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求,采取技術(shù)措施預(yù)留足夠的下穿空間。
[1]JTG B01-2020,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].
[2]JTG D60-2015,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].
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