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盾构隧道穿越铁路监测方案

盾构隧道穿越既有铁路线路期间的自动化监测方案，涵盖轨道几何形位、路基沉降、桥梁变形及列车运行安全监测，适用于盾构正穿或斜穿运营铁路的第三方监测项目。

复核 2026-07-09入门公开可引用RailWise 技术团队

场景方案

盾构隧道穿越铁路监测方案

预计阅读时间： 18 分钟
目标： 建立盾构隧道穿越既有铁路线路期间的完整监测技术方案，确保列车运行安全与施工安全的双重保障

1. 概述

1.1 适用场景

本方案适用于以下工程场景：

盾构隧道正穿铁路路基：盾构轴线与铁路线路垂直或近似垂直交叉
盾构隧道斜穿铁路路基：盾构轴线与铁路线路斜交，交叉角度 30°-60°
盾构隧道穿越铁路桥梁：盾构从铁路桥梁基础（桩基、承台）附近穿越
盾构隧道穿越铁路站场：盾构穿越铁路站场咽喉区、到发线等区域
盾构隧道穿越铁路涵洞/通道：盾构从铁路涵洞或地下通道下方穿越

1.2 工程背景

盾构穿越铁路是轨道交通建设中的特殊高风险工况，涉及铁路运营安全，具有以下特点：

安全要求高：铁路运营对轨道几何形位有严格标准，微小变形可能影响行车安全
协调难度大：需与铁路运营、工务、电务、机务等多部门协调
时间窗口受限：监测和施工往往只能在铁路天窗点或封锁时段进行
应急响应快：发现异常需立即响应，必要时采取限速或封锁措施
影响范围广：铁路路基沉降可能影响较长区段的轨道平顺性

盾构穿越铁路引起的主要变形包括：

路基沉降：盾构掘进引起地层损失，导致路基下沉
轨道几何形位变化：路基不均匀沉降导致轨距、水平、高低、方向变化
桥梁变形：如穿越桥梁基础附近，引起桥墩沉降、倾斜
涵洞变形：如穿越涵洞下方，引起涵洞结构变形

以下工况应列为最高风险等级：

盾构穿越高速铁路（设计时速 ≥ 250km/h）
盾构穿越铁路桥梁桩基正下方（竖向净距 < 1.0m）
盾构穿越铁路站场咽喉区（道岔密集区）
盾构穿越铁路路基下方，覆土厚度 < 1.0 倍洞径
穿越期间铁路不中断运营

1.3 规范依据

GB 50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》
CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》
TB 10601-2009《铁路工程测量规范》
JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》
GB 50026-2020《工程测量标准》
TB 10082-2017《铁路轨道设计规范》
TG/GW 102-2019《铁路线路修理规则》

2. 监测内容

2.1 监测对象

监测对象
├── 铁路轨道结构
│   ├── 轨道几何形位（轨距、水平、高低、方向）
│   ├── 轨面高程
│   ├── 轨枕空吊
│   └── 道岔几何状态
├── 铁路路基
│   ├── 路基沉降
│   ├── 路基水平位移
│   └── 路基边坡稳定性
├── 铁路桥梁（如穿越桥梁附近）
│   ├── 桥墩沉降
│   ├── 桥墩倾斜
│   ├── 梁体挠度
│   └── 支座状态
├── 铁路涵洞/通道（如穿越下方）
│   ├── 涵洞沉降
│   ├── 涵洞结构裂缝
│   └── 涵洞变形
├── 盾构隧道本体
│   ├── 隧道轴线偏差
│   ├── 管片拼装质量
│   └── 同步注浆效果
└── 周边环境
    ├── 地表沉降
    ├── 地下管线
    └── 邻近建筑物

2.2 监测项目与精度要求

监测项目	监测仪器	精度要求	监测频率
轨道几何形位	轨道检查仪/全站仪	±0.5mm	穿越前：1次/天；穿越期：1次/2h；穿越后：1次/天
轨面高程	水准仪/全站仪	±0.5mm	同轨道几何形位
路基沉降	水准仪/全站仪	±1.0mm	同轨道几何形位
路基水平位移	全站仪	±1.0mm	1次/天
桥墩沉降	水准仪/全站仪	±0.5mm	1次/4h（穿越期）
桥墩倾斜	全站仪/倾斜仪	1/10000	1次/4h（穿越期）
涵洞沉降	水准仪	±1.0mm	1次/天
地表沉降	水准仪/全站仪	±1.0mm	1次/天
隧道轴线	全站仪/导向系统	±10mm	每环测量
管片错台	塞尺/全站仪	±0.5mm	每环测量

2.3 铁路轨道几何形位标准

根据 TG/GW 102-2019《铁路线路修理规则》，轨道几何形位容许偏差管理值如下：

项目	作业验收	经常保养	临时补修	限速（160km/h）	封锁
轨距（mm）	+2,-2	+4,-3	+6,-4	+8,-6	+10,-8
水平（mm）	2	4	6	8	10
高低（mm）	2	4	6	8	10
方向（mm）	2	4	6	8	10
三角坑（mm）	2	4	6	8	10

2.4 监测等级

盾构穿越铁路属于 一级监测（最高等级），判定依据：

影响因素	评分
铁路结构安全等级（运营线路）	10分
施工影响程度（穿越施工）	10分
地质条件（根据实际确定）	7-10分
周边环境敏感度（运营铁路）	10分
施工工法风险（盾构）	10分
综合评分	47-50分

3. 测点布设

3.1 布设原则

轨道全覆盖：穿越影响范围内的铁路轨道应全覆盖监测
纵向加密：沿铁路线路方向加密布设，重点监测交叉点及两侧
横向延伸：垂直于铁路线路方向布设断面，监测沉降槽
路基与轨道同步：路基沉降点和轨道监测点对应布设
桥梁重点：如穿越桥梁附近，桥墩、梁体、支座全面监测

3.2 轨道监测点布设

3.2.1 纵向布设

铁路线路方向 →

←──── 延伸段 ────│──── 影响段 ────│──── 延伸段 ────→

●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●──●

↑              ↑              ↑
延伸段起点      盾构中心线对应    延伸段终点
（2倍洞径）     （加密至2-3m）    （2倍洞径）

一般段间距：5-10m
影响段间距：2-3m

3.2.2 轨道监测点布置

每个轨道监测断面布设以下测点：

    左轨          右轨
     │            │
     ●────────────●   ← 轨面高程监测点（2个）
     │            │
     │    道心    │
     │            │
     ●────────────●   ← 路基沉降监测点（2个，轨枕外侧）
     │            │
     │            │
     ●────────────●   ← 地表沉降监测点（2个，坡脚处）

轨面高程点：左右轨各 1 个，用于监测轨面高程变化
轨距监测：通过轨面高程点的横向距离变化间接监测
路基沉降点：左右各 1 个，位于轨枕外侧 0.3-0.5m
地表沉降点：左右各 1 个，位于路基坡脚处

3.3 路基监测断面布设

垂直于铁路线路方向布设沉降监测断面：

    铁路线路方向 →

    ┌──────────────────────┐
    │      铁路路基         │
    │  ●  ●  ●  ●  ●  ●  │  ← 路基沉降监测点
    │                      │
    │  ○  ○  ○  ○  ○  ○  │  ← 地表沉降监测点
    └──────────────────────┘
         ↑
    盾构中心线投影

    断面间距：5-10m（影响段加密至3-5m）
    测点间距：2-5m（从路基中心向两侧延伸）

3.4 桥梁监测点布设（如适用）

如盾构穿越铁路桥梁附近，应布设以下测点：

桥墩顶部：沉降监测点 2 个、水平位移监测点 2 个、倾斜监测点 2 个
承台顶部：沉降监测点 2 个
梁体跨中：挠度监测点 1 个
支座附近：位移监测点 1 个/支座

3.5 测点数量估算

以典型穿越段（铁路线路长度 100m，单线）为例：

监测对象	测点类型	数量	备注
轨道	轨面高程	50-80点	影响段间距 2-3m
路基	路基沉降	50-80点	与轨道对应
地表	地表沉降	50-80点	路基断面
桥梁	桥墩/梁体	根据桥墩数量	—
涵洞	涵洞沉降	根据涵洞数量	—
隧道	轴线/管片	每环	—
合计	—	约 150-250 点	—

4. 仪器选型

4.1 自动化监测系统配置

序号	设备名称	规格型号	单位	数量	备注
1	测量机器人	Leica TS60 / Trimble S9 HP	台	2	轨道/路基自动化监测
2	高精度棱镜	微型反射棱镜	个	150	轨道/路基测点
3	自动化监测软件	RAILWISE-TSM	套	1	含预警模块
4	轨道检查仪	便携式轨道几何状态测量仪	台	1	轨道几何形位
5	倾斜仪	高精度双轴倾角传感器	套	4	桥墩倾斜
6	裂缝计	振弦式裂缝计	个	10	结构裂缝
7	4G通信模块	工业级路由器	套	2	含流量卡
8	太阳能供电	300W+200Ah	套	2	含控制器
9	仪器防护罩	不锈钢定制	套	2	含防雷、温控

4.2 人工复核设备

序号	设备名称	规格型号	单位	数量	备注
1	电子水准仪	Trimble DiNi 0.3	台	2	轨面高程/路基沉降复核
2	全站仪	Topcon GM-52	台	1	位移复核
3	轨道检查仪	便携式轨道几何状态测量仪	台	1	轨道几何形位复核
4	弦线	10m/20m	套	1	轨道方向/高低简易检查
5	道尺	标准轨距尺	把	2	轨距/水平简易检查

4.3 RAILWISE-TSM 专项配置

# 盾构穿越铁路监测专项配置
monitoring:
  project_type: "shield_crossing_railway"
  alert_level: "critical"

measurement:
  normal_interval: 86400       # 正常监测间隔：1天
  approach_interval: 7200     # 接近段：2小时
  crossing_interval: 600     # 穿越段：10分钟
  post_interval: 3600         # 穿越后：1小时

alert_thresholds:
  track_gauge:
    attention: 4.0            # 经常保养标准
    warning: 6.0               # 临时补修标准
    danger: 8.0                # 限速标准
  track_level:
    attention: 4.0
    warning: 6.0
    danger: 8.0
  track_elevation:
    attention: 5.0
    warning: 10.0
    danger: 15.0
  subgrade_settlement:
    attention: 5.0
    warning: 10.0
    danger: 20.0
  pier_settlement:
    attention: 3.0
    warning: 5.0
    danger: 10.0
  pier_tilt:
    attention: 1/2000
    warning: 1/1000
    danger: 1/500

escalation:
  level_1: ["监测负责人", "项目经理"]
  level_2: ["业主代表", "铁路工务段", "施工单位"]
  level_3: ["铁路局", "应急指挥中心"]

5. 数据采集

5.1 采集频率分阶段控制

盾构穿越铁路监测应根据盾构与铁路的空间关系分阶段控制：

阶段1：前期准备（刀盘距铁路 > 50m）
├── 监测频率：1次/天
├── 目的：建立基准值，确认系统正常
└── 重点：轨道几何形位初始状态

阶段2：接近段（刀盘距铁路 50m ~ 20m）
├── 监测频率：1次/2小时
├── 目的：提前发现趋势变化
└── 重点：轨道几何形位、路基沉降

阶段3：影响段（刀盘距铁路 20m ~ 盾尾通过铁路 20m）
├── 监测频率：1次/10分钟（轨道）/ 实时（路基自动化）
├── 目的：实时掌握变形动态
└── 重点：轨道几何形位、路基沉降、桥墩变形

阶段4：穿越后（盾尾通过铁路 20m ~ 50m）
├── 监测频率：1次/1小时 → 1次/4小时
├── 目的：观察变形恢复趋势
└── 重点：轨道几何形位恢复情况

阶段5：稳定期（盾尾通过铁路 > 50m）
├── 监测频率：1次/天 → 1次/3天
├── 目的：确认变形稳定
└── 稳定标准：连续3天变形速率 < 0.1mm/天

5.2 轨道几何形位监测

5.2.1 监测时机

时机	监测内容	方法
穿越前	建立轨道几何形位初始基准	轨道检查仪全面测量
穿越期间	轨距、水平、高低、方向	轨道检查仪/全站仪
每趟列车通过后	轨面高程快速检查	水准仪/全站仪
达到预警值时	全面复测	轨道检查仪
穿越后	恢复情况跟踪	轨道检查仪

5.2.2 轨道几何形位变化计算

# 轨道几何形位变化计算示例
class TrackGeometryMonitoring:
    def __init__(self):
        self.initial_data = {}  # 初始轨道几何形位数据
        self.current_data = {}  # 当前轨道几何形位数据

    def calculate_gauge_change(self, left_rail, right_rail):
        """计算轨距变化"""
        initial_gauge = self.initial_data['gauge']
        current_gauge = self.calculate_distance(left_rail, right_rail)
        return current_gauge - initial_gauge

    def calculate_level_change(self, left_rail, right_rail):
        """计算水平变化（左右轨高差）"""
        initial_level = self.initial_data['level']
        current_level = left_rail.elevation - right_rail.elevation
        return current_level - initial_level

    def calculate_elevation_change(self, rail_point):
        """计算轨面高程变化"""
        initial_elevation = self.initial_data['elevation'][rail_point.id]
        return rail_point.elevation - initial_elevation

    def check_track_safety(self):
        """检查轨道安全状态"""
        for section in self.track_sections:
            gauge_change = self.calculate_gauge_change(section.left, section.right)
            level_change = self.calculate_level_change(section.left, section.right)
            elevation_change = self.calculate_elevation_change(section.left)

            # 检查是否达到限速标准
            if abs(gauge_change) > 8 or abs(level_change) > 8:
                self.trigger_alert(
                    level='DANGER',
                    message=f'轨道区段 {section.id} 几何形位达到限速标准',
                    actions=['立即限速', '通知铁路工务段', '紧急处置']
                )
            elif abs(gauge_change) > 6 or abs(level_change) > 6:
                self.trigger_alert(
                    level='WARNING',
                    message=f'轨道区段 {section.id} 几何形位达到临时补修标准',
                    actions=['加强监测', '准备限速', '通知铁路工务段']
                )

5.3 数据质量控制

5.3.1 轨道监测数据质量检查

检查项	检查方法	合格标准	异常处理
轨面高程精度	多次测量比较	中误差 ≤ ±0.5mm	增加测回数
轨距测量精度	与道尺对比	误差 ≤ ±0.5mm	重新校准
数据连续性	时间序列检查	无缺失或跳变	排查设备
与列车运行关联	列车通过前后对比	变化合理	专家分析
与盾构位置关联	与盾构里程对比	变形与盾构位置关联合理	专家分析

5.3.2 人工复核要求

复核时机	复核内容	复核方法
每日	轨道几何形位	轨道检查仪独立测量
每趟列车通过后	轨面高程	水准仪快速检查
达到预警值时	全面复测	轨道检查仪
穿越完成后	全面复测	轨道检查仪

6. 预警体系

6.1 控制值与预警阈值

6.1.1 轨道几何形位控制值

监测项目	关注值	预警值	报警值	备注
轨距变化	±3mm	±5mm	±8mm	相对于初始值
水平变化	±3mm	±5mm	±8mm	相对于初始值
高低变化	±3mm	±5mm	±8mm	相对于初始值
方向变化	±3mm	±5mm	±8mm	相对于初始值
轨面高程变化	±5mm	±10mm	±15mm	累计值
三角坑变化	±3mm	±5mm	±8mm	相对于初始值

6.1.2 路基及桥梁控制值（典型值）

监测项目	关注值	预警值	报警值	备注
路基沉降	5mm	10mm	20mm	累计值
路基水平位移	3mm	5mm	8mm	累计值
桥墩沉降	3mm	5mm	10mm	累计值
桥墩倾斜	1/2000	1/1000	1/500	—
梁体挠度变化	5mm	8mm	15mm	相对于初始值
涵洞沉降	5mm	10mm	15mm	累计值
地表沉降	10mm	20mm	30mm	累计值

6.2 预警响应流程

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  监测数据达到预警阈值                                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  自动预警（3分钟内）                                           │
│  • 系统声光报警                                                │
│  • 短信/微信推送监测负责人、项目经理、铁路工务段联系人             │
│  • 平台界面红色高亮                                            │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  监测单位响应（10分钟内）                                       │
│  • 数据复核确认（人工复测）                                     │
│  • 初步原因分析                                                │
│  • 电话通知业主、铁路工务段、施工单位                            │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  应急会商（20分钟内）                                           │
│  参与方：监测单位、施工单位、铁路工务段、业主、监理               │
│  • 监测数据汇报                                                │
│  • 施工工况汇报                                                │
│  • 风险评估与处置决策                                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
              ┌───────────────┼───────────────┐
              ▼               ▼               ▼
        ┌─────────┐     ┌─────────┐     ┌─────────┐
        │ 关注级   │     │ 预警级   │     │ 报警级   │
        │ (蓝色)  │     │ (黄色)  │     │ (红色)  │
        ├─────────┤     ├─────────┤     ├─────────┤
        │•加密监测 │     │•实时监测 │     │•实时监测 │
        │•加强观察 │     │•调整盾构 │     │•暂停施工 │
        │•持续跟踪 │     │•参数     │     │•限速运行 │
        │         │     │•轨道检查 │     │•封锁线路 │
        │         │     │•准备限速 │     │•紧急抢修 │
        └─────────┘     └─────────┘     └─────────┘
                              │
                              ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  效果评估与恢复                                                │
│  • 变形趋势是否减缓/稳定                                       │
│  • 轨道几何形位是否恢复至正常                                  │
│  • 决定是否恢复正常行车/施工                                   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

6.3 与铁路运营联动

当轨道几何形位达到预警值时，应采取以下与铁路运营联动的措施：

预警等级	铁路运营措施	监测措施
关注（蓝色）	加强巡查	加密监测至 1次/小时
预警（黄色）	准备限速方案	实时监测，每趟列车后检查
报警（红色）	立即限速或封锁	实时监测，持续跟踪

7. 报告模板

7.1 监测日报（穿越期）

日报特殊要求：

章节	内容要求
盾构位置	刀盘里程、盾尾里程、与铁路交叉点距离
施工参数	土仓压力、掘进速度、同步注浆量、出土量
轨道几何形位	轨距、水平、高低、方向变化最大值
路基沉降	最大沉降、沉降速率
桥梁变形	桥墩沉降、倾斜（如适用）
预警情况	预警点、预警等级、处置措施
列车运行	限速情况、封锁情况
建议	施工参数调整建议、行车限制建议

7.2 穿越专题报告

穿越完成后 3 天内应提交穿越专题报告，内容包括：

穿越过程概述（时间、里程、施工参数）
轨道几何形位变化汇总
路基沉降数据汇总
桥梁变形数据（如适用）
预警事件及处置过程
列车运行影响评估
经验总结与建议

8. 相关案例

8.1 案例索引

案例名称	穿越参数	监测结果	文档链接
某市地铁盾构穿越国铁干线	洞径6.4m，覆土12m	最大轨面高程变化8mm	详见项目案例库
某市地铁盾构穿越城际铁路	洞径6.9m，覆土8m	最大路基沉降15mm	详见项目案例库

8.2 典型数据特征

以下为盾构穿越铁路的典型监测数据特征（示例数据）：

参数	典型值范围	备注
轨面高程最大变化	5-15mm	与覆土厚度、地质相关
路基最大沉降	10-25mm	—
轨距最大变化	2-5mm	—
水平最大变化	2-5mm	—
地表最大沉降	15-30mm	沉降槽宽度约 2-3 倍埋深
变形影响范围	2-3 倍洞径	以交叉点为中心
变形稳定时间	7-30 天	与注浆质量相关

9. 附录

9.1 检查清单

方案编制阶段

铁路线路资料收集（线路等级、设计时速、轨道类型）
铁路工务部门协调，确定监测要求
铁路天窗点/封锁计划确认
盾构与铁路空间关系精确计算
监测等级确定（一级）
控制值经铁路工务部门确认
预警流程经铁路工务部门确认
限速/封锁方案经铁路局审批

实施阶段

基准点埋设并完成稳定性检验
轨道监测点安装（利用天窗点）
路基沉降点埋设
全站仪设站完成并定向检核
初始值采集完成（利用天窗点）
预警功能测试正常
与铁路工务部门联络机制建立

穿越阶段

9.2 常见问题

Q1: 铁路天窗点内如何监测？

答：铁路天窗点是指列车运行图中预留的无列车通过时段。监测工作应在天窗点内进行：

提前与铁路工务部门协调，申请天窗点
天窗点前完成仪器架设和准备工作
天窗点内快速完成测量和数据采集
天窗点结束后及时撤离现场
自动化监测系统可在天窗点外持续监测

Q2: 轨道几何形位变化与路基沉降的关系？

答：轨道几何形位变化主要由路基沉降引起，两者关系：

路基均匀沉降 → 轨面高程变化，轨距、水平变化较小
路基不均匀沉降 → 轨距、水平、高低、方向变化
路基横向差异沉降 → 水平变化、三角坑
监测中应同时关注轨面高程和路基沉降，分析两者的一致性

Q3: 高速铁路与普通铁路监测有何区别？

答：高速铁路监测与普通铁路监测的主要区别：

控制值更严格：高速铁路轨道几何形位容许偏差更小
监测频率更高：高速铁路穿越期间监测频率更高
限速标准不同：高速铁路限速标准更严格
协调层级更高：高速铁路需与铁路局协调，普通铁路与工务段协调
监测设备精度更高：高速铁路监测设备精度要求更高

9.3 参考资料

标准/文献	名称	适用范围
GB 50911-2013	城市轨道交通工程监测技术规范	监测技术
TB 10601-2009	铁路工程测量规范	铁路测量
TB 10082-2017	铁路轨道设计规范	轨道设计
TG/GW 102-2019	铁路线路修理规则	轨道维护
JGJ 8-2016	建筑变形测量规范	变形测量

版本历史

版本	日期	更新内容	作者
1.0.0	2025-06-05	初始发布	RailWise 技术文档团队

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地铁保护区监测总体方案 — 返回总体框架
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基坑开挖邻近地铁线路监测方案 — 基坑邻近监测
保护区自动化监测实施方案 — 自动化技术细节
保护区监测预警与应急响应方案 — 预警与应急管理

盾构隧道穿越铁路监测方案

盾构隧道穿越铁路监测方案

1. 概述

1.1 适用场景

1.2 工程背景

1.3 规范依据

2. 监测内容

2.1 监测对象

2.2 监测项目与精度要求

2.3 铁路轨道几何形位标准

2.4 监测等级

3. 测点布设

3.1 布设原则

3.2 轨道监测点布设

3.2.1 纵向布设

3.2.2 轨道监测点布置

3.3 路基监测断面布设

3.4 桥梁监测点布设（如适用）

3.5 测点数量估算

4. 仪器选型

4.1 自动化监测系统配置

4.2 人工复核设备

4.3 RAILWISE-TSM 专项配置

5. 数据采集

5.1 采集频率分阶段控制

5.2 轨道几何形位监测

5.2.1 监测时机

5.2.2 轨道几何形位变化计算

5.3 数据质量控制

5.3.1 轨道监测数据质量检查

5.3.2 人工复核要求

6. 预警体系

6.1 控制值与预警阈值

6.1.1 轨道几何形位控制值

6.1.2 路基及桥梁控制值（典型值）

6.2 预警响应流程

6.3 与铁路运营联动

7. 报告模板

7.1 监测日报（穿越期）

7.2 穿越专题报告

8. 相关案例

8.1 案例索引

8.2 典型数据特征

9. 附录

9.1 检查清单

方案编制阶段

实施阶段

穿越阶段

9.2 常见问题

Q1: 铁路天窗点内如何监测？

Q2: 轨道几何形位变化与路基沉降的关系？

Q3: 高速铁路与普通铁路监测有何区别？

9.3 参考资料

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