(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射管ロッドを地中の目標深さまで挿入し、この噴射管ロッドの頭部に取り付けたスイベルの超高圧硬化材入口から硬化材を超高圧で圧入し、前記噴射管ロッドの先端部に組み付けたモニター機構の硬化材噴射ノズルから前記超高圧硬化材を管半径方向へ噴射させながら前記噴射管ロッドを旋回駆動して、前記超高圧硬化材の高圧噴流でその周囲の地盤を切削攪拌して造成するさい、前記モニター機構が１回転する間に前記モニター機構を所定回転角度ごとに停止させるようにして間欠的に回転させながら前記モニター機構を引き上げる地盤改良工法において、
前記硬化材噴射ノズルを互いに逆向きで２つ設けるとともに、一方の硬化材噴射ノズルの軸線と他方の硬化材噴射ノズルの軸線が互いに平行とならないようにずらし、このずれ角度は、前記モニター機構の１回の回転角度の半分の角度に設定されていることを特徴とする、地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧噴流液による地盤の切削を旋回噴流で行う地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超高圧噴流液により地盤を切削する地盤改良工法としては、超高圧噴射工法が知られている。この超高圧噴射工法にはＣＣＰ工法等の単管式超高圧噴射工法や、ジェットグラウト工法（ＪＳＧ工法）等の二重管式超高圧噴射工法、コラムジェットグラウト工法（ＣＪＧ工法）やロジンジェットパイル工法（ＲＪＰ工法）等の三重管式超高圧噴射工法などがある。
【０００３】
この種の超高圧噴流液により地盤を切削する地盤改良工法では、地中の目標深さまで挿入された噴射管ロッドの先端部に設けられたモニター機構の硬化材噴射ノズルから超高圧噴流液（セメントミルク等の超高圧硬化材）を地盤中に噴射させ、噴射管ロッドを旋回させながら引き上げることにより、超高圧噴流液による地盤の切削と、土粒子と硬化材の混合攪拌とを旋回噴流で行ってパイル状の固化体（改良体）を造成している。超高圧噴流液による地盤の切削・攪拌機構は、動圧作用、衝撃力、脈動負荷、キャビテーション現象、クサビ効果、研磨効果等が効果的に働くことによるものである。
【０００４】
上記モニター機構としては、図７に示すように、２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２をモニター管の管側部に、管軸線に対して直角方向逆向きで取り付けて超高圧液体を逆方向に噴射するようにした構造のモニター機構１がある（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、単一の硬化材噴射ノズルでは超高圧硬化材の噴射反力によって噴射管ロッドの特に先端部にぶれを生じるが、２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２から逆方向に超高圧液体を噴射するから、各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２で互いの噴射反力を相殺でき、噴射管ロッドのぶれも防止できる。
【０００５】
そして、２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２は、通常、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線Ｘ１と他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線Ｘ２とを平行にしている。図７でいえば、噴射管ロッドの軸線と平行な向きに見た場合に、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線Ｘ１と直交する仮想線Ｚ（この例では、仮想線Ｚはモニター機構１の軸心を通るようになっている）を考えると、他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線Ｘ２も、この仮想線Ｚと直交するようになっている。つまり、この仮想線Ｚから測った一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線Ｘ１の方向（仮想線Ｚと軸線Ｘ１のなす角）をθ１、仮想線Ｚから測った他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線Ｘ２の方向（仮想線Ｚと軸線Ｘ２のなす角）をθ２とすると、θ１＝θ２＝９０°となっている。（以下では、このようにして定められたθ１，θ２を、それぞれ、硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２の「噴射方向角度」という。）
【０００６】
他方、モニター機構の硬化材噴射ノズルから超高圧硬化材を管半径方向へ噴射させながら噴射管ロッドを旋回駆動して、超高圧硬化材の高圧噴流でその周囲の地盤を切削攪拌して造成するさい、モニター機構が１回転する間にモニター機構を所定回転角度ごとに一定時間停止させるようにして間欠的に回転させながらモニター機構を引き上げる地盤改良工法も知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５６−１４２９１４号公報（第５図）
【特許文献２】特公平６−１９１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２の軸線Ｘ１，Ｘ２が互いに逆向きで平行な上記モニター機構１を、特許文献２に記載されたような方法に使用した場合、回転角度の設定如何によっては同じところばかりが切削されるケースがあり、固化体の周囲の造成面の仕上がりに大きな不均一が生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、固化体の周囲の造成面をより均一に仕上げることができる地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の地盤改良工法は、請求項１に記載のように、噴射管ロッドを地中の目標深さまで挿入し、この噴射管ロッドの頭部に取り付けたスイベルの超高圧硬化材入口から硬化材を超高圧で圧入し、前記噴射管ロッドの先端部に組み付けたモニター機構の硬化材噴射ノズルから前記超高圧硬化材を管半径方向へ噴射させながら前記噴射管ロッドを旋回駆動して、前記超高圧硬化材の高圧噴流でその周囲の地盤を切削攪拌して造成するさい、前記モニター機構が１回転する間に前記モニター機構を所定回転角度ごとに停止させるようにして間欠的に回転させながら前記モニター機構を引き上げる地盤改良工法において、前記硬化材噴射ノズルを互いに逆向きで２つ設けるとともに、一方の硬化材噴射ノズルの軸線と他方の硬化材噴射ノズルの軸線が互いに平行とならないようにずらし、このずれ角度は、前記モニター機構の１回の回転角度の半分の角度に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一方の硬化材噴射ノズルの軸線と他方の硬化材噴射ノズルの軸線が互いに平行とならないようにずらすとともに、このずれ角度をモニター機構の１回の回転角度の半分の角度に設定する（逆に言えば、モニター機構の１回の回転角度を両噴射ノズルのずれ角度の２倍の角度に設定する）ことにより、一方の硬化材噴射ノズルの停止位置の間に他方の硬化材噴射ノズルの停止位置がくるので、固化体の周囲の造成面をより均一に仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例のモニター機構の縦断面図である。
【図２】図１のモニター機構の横断面図である。
【図３】本発明の地盤改良工法に使用される噴射管ロッドの頭部に取り付けられるスイベルの外観図である。
【図４】本発明の一実施例の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。
【図５】図１のモニター機構の概略横断面図である。
【図６】本発明のモニター機構の硬化材噴射ノズルからの超高圧液体の噴射方向角度およびずれ角度の説明図である。（ａ）はモニター機構が１８０°回転（半回転）したときの様子を表わしており、（ｂ）はモニター機構が３６０°回転したときの様子を表わしている。
【図７】従来例のモニター機構の硬化材噴射ノズル部分の横断面図である。
【図８】従来例のモニター機構における超高圧液体通路と硬化材噴射ノズルの取合い部分を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、本発明の地盤改良工法に使用する二重管構造のモニター機構１は、ジェットグラウト工法等の二重管式超高圧噴射工法などによる地盤改良工法にて地中にパイル状の固化体（改良体、以下同じ）を造成する際に使用する二重管用の噴射管ロッド２の先端部（下部）に取り付けられる。噴射管ロッド２の頭部（上部）には図３に示す二重管用のスイベル５が取り付けられる。
【００１４】
スイベル５は、図３に示すように、その上部の周面一部に開口され、超高圧ポンプ（図示せず）からの超高圧硬化材入口６と、圧縮空気入口５ａと、超高圧硬化材入口６から中心部に延び、更に軸心に沿って下端面まで連通する通路７と、圧縮空気入口５ａから通路７の外周側を囲む形に下端面まで連通する圧縮空気通路５ｂとを備えている。尚、スイベル５の頭部には噴射管ロッド２をクレーン等で吊持するためのフック部８を一体に設けている。
【００１５】
図１、図２において、二重管構造のモニター機構１は、二つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を持つ両噴射用のモニター機構１であって、超高圧硬化材通路４及び圧縮空気通路２１を有する二重管の噴射管ロッド２の先端側に取り付けられるものである。噴射管ロッド２の超高圧硬化材通路４の上端部は図３に示す二重管用のスイベル５の超高圧硬化材入口６と、圧縮空気通路２１の上端部は同スイベル５の圧縮空気入口５ａとそれぞれ連通している。
【００１６】
二重管構造のモニター機構１は、スイベル５の超高圧硬化材入口６と噴射管ロッド２内の超高圧硬化材通路４を介して連通する超高圧液体通路１１，１１と、同スイベル５の圧縮空気入口５ａと同噴射管ロッド２内の圧縮空気通路２１を介して連通する圧縮空気通路２３を有する二重管構造のモニター管１０と、モニター管１０の管側部に各超高圧液体通路１１の下端部に連通するよう設けられた２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２と、各圧縮空気通路２３の下端部に設けられ且つ各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を包囲する形に設けられた圧縮空気噴射ノズル２２を有する。
【００１７】
上記超高圧液体通路１１は以下のように構成している。
【００１８】
通常、図８に示すように、モニター機構３０の超高圧噴流液を地盤中に噴射させる硬化材噴射ノズル３１は、超高圧液体通路３２から直角状に設けられている（例えば、特開平６−３０６８４６号公報参照。）。
【００１９】
しかし、近時の地盤改良においては、超高圧ポンプの開発が進み、超高圧噴流液の吐出量や吐出圧の増大が可能となったことに伴い、地盤中に造成するパイル状の固化体の造成径の大径化がすすめられるようになっている。造成径が大きくなるにしたがって、吐出量と吐出圧を増加したり、噴射管ロッドを二重管、三重管として硬化材噴射ノズルを増やしたり、超高圧ポンプも増やしたりすることで、造成径の拡大化の実現を図っている。
このように造成径を大径化するにあたっては、噴射管ロッド内を圧送するセメントミルク等の超高圧硬化材の送給量が大量であることが求められるようになってきた。
【００２０】
しかしながら、かかる超高圧硬化材を大量に送給するとなると、噴射管ロッド径やモニター機構の径に機械装置上制約、限度があるために、流速の増加が避けられず、当該流速の増加により結果的に噴射管ロッドやモニター機構内に形成されている図８に示すごとき超高圧液体通路３２と硬化材噴射ノズル３１の直角部に於いては不可避的に乱流が生じ、地盤中に噴出するエネルギーの損失を引き起す原因となり、造成径の大径化には限界があった。また、造成径の大径化に伴う超高圧硬化材の吐出量と吐出圧の増加によってモニター機構の損耗が激しく、消耗費の高騰化につながっている。
【００２１】
このような問題を解消するために、上記モニター機構１内に形成される超高圧液体通路１１，１１はその構成に工夫を凝らしている。
【００２２】
すなわち、図１に示すように、モニター機構１は、スイベル５の通路７の下端に連通する噴射管ロッド２内の超高圧硬化材通路４からの超高圧硬化材を受け入れる入口９、超高圧硬化材を管半径方向へ互いに逆方向に噴射させる２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２、および入口９から各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２までの間に連通状に形成される超高圧液体通路１１を有する二重管構造からなる。各超高圧液体通路１１は、入口９側に連続して位置する入口側通路１２と、各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２側に連続して位置する噴射ノズル側通路１３と、入口側通路１２と各噴射ノズル側通路１３の間に連続して位置する少なくとも一つの中間通路、すなわち図示例では二つの第１および第２の中間通路１４・１５とを備える。
【００２３】
本発明者は、モニター機構１の入口９から各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２までの超高圧液体通路１１にコーナー部が存在している場合、そのコーナー部において超高圧硬化材が屈曲させられるときの曲がり角が５０°を超えると、超高圧液体通路１１に超高圧液体（硬化材）の吐出量、吐出圧が増加する場合に、超高圧液体通路１１内の流れ状態は乱流となることを知見した。そこで、かかる乱流の発生を防止でき、超高圧液体がスムーズに硬化材噴射ノズルＮに突入して、噴射される超高圧噴流の噴流断面を円状にし、かつ円断面の大きさを小さくすることができ、これにより超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができるように、モニター機構１の入口９から各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２までの超高圧液体通路１１に存在するコーナー部の曲がり角α１〜α４をすべて５０°以内に設定している。
【００２４】
具体的には、流れ方向上流側から見た場合の噴射管ロッド２の軸線に対する入口側通路１２の軸線が屈曲する角度α１、流れ方向上流側から見た場合の入口側通路１２の軸線に対する第１の中間通路１４の軸線が屈曲する角度α２、流れ方向上流側から見た場合の第１の中間通路１４の軸線に対する第２の中間通路１５の軸線が屈曲する角度α３、および流れ方向上流側から見た場合の第２の中間通路１５の軸線に対する噴射ノズル側通路１３の軸線が屈曲する角度α４を、すべて５０°以内に設定している。
【００２５】
α１〜α４の具体的な数値としては、例えば、α１〜α４をすべて４５°に設定してもよいし、α１〜α３を５０°に設定し、α４のみ４０°に設定してもよい。
【００２６】
このような構成により、乱流の発生を効果的に防止することができ、超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができる。
【００２７】
また、本実施形態では、流れ方向上流側から見て、噴射管ロッド２の軸線に対し入口側通路１２の軸線が各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２の位置する側とは反対側に屈曲するように入口側通路１２が設けられ、そこから第１の中間通路１４が下方（ほぼ真下）に伸びるように設けられ、さらに、第１の中間通路１４よりも短い第２の中間通路１５を介して噴射ノズル側通路１３に接続されているので、噴射ノズル側通路１３を長く設定することができる。これにより、噴射ノズル側通路１３において流れを整流化でき、この面でも超高圧噴流液体の飛距離の増大に寄与している。
【００２８】
入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５、あるいは噴射ノズル側通路１３が湾曲状に形成されていると、該湾曲状の通路の出口で整流とならないため、入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５、および噴射ノズル側通路１３はそれぞれ直線状に形成して、液体の流れを各通路の出口側（下流側）で整えて乱れのない流れになるようにしている。
【００２９】
この点は、超高圧液体通路１１の屈曲部（コーナー部）も同様であり、各屈曲部が円弧状に丸味を有していると、ここで乱流が発生し易くなる。そこで、超高圧液体通路１１の屈曲部はコーナー部に形成している。
【００３０】
上記超高圧液体通路１１の内面、および硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２は、硬化材による損耗を減少し、耐摩耗性を付与するために、超硬合金１６、例えば、炭化タングステンとコバルトを混合して焼結した超硬合金で形成している。
【００３１】
超高圧液体を互いに逆方向に噴射する２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２は、モニター管１０の管側部に、管軸線に対して直角方向逆向きで取り付けている。
【００３２】
本実施形態では、超高圧液体を互いに逆方向に噴射する２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２において、図２、図５に示すように、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線ａと他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線ｂが互いに平行とならないようにずらされている。このときのずれ角度Ｓは、モニター機構１の１回の回転角度θ（図６（ａ）参照。以下同じ）の半分の角度（１／２）θとする。なお、図２及び図５中、矢印Ｔはモニター機構１の回転方向を示す。したがって、前述した噴射方向角度θ１，θ２とずれ角度Ｓとの関係はθ１＝θ２＋Ｓとなっている。なお、図６（ａ）（ｂ）中において、放射状の実線は、一方の硬化材噴射ノズルＮ１（の軸線ａ）の停止位置を、放射状の破線は、他方の硬化材噴射ノズルＮ２（の軸線ｂ）の停止位置を表わしている。
【００３３】
モニター機構１の１回の回転角度θは、固化体Ｐの造成径Ｄの大きさによって異ならせるのが好ましい。例えば、図６に示す固化体Ｐの造成径Ｄが５０００ｍｍの場合は、１回の回転角度θは６．００°、造成径Ｄが４０００ｍｍの場合は、１回の回転角度θは８．００°、造成径Ｄが３０００ｍｍの場合は、１回の回転角度θは１２．００°とする。これによって、ずれ角度Ｓも違ってくる。すなわち、造成径Ｄが５０００ｍｍの場合は、ずれ角度Ｓは３．００°、造成径Ｄが４０００ｍｍの場合は、ずれ角度Ｓは４．００°、造成径Ｄが３０００ｍｍの場合は、ずれ角度Ｓは６．００°とする。したがって、予めずれ角度Ｓが異なる多数のモニター機構を用意しておき、造成径Ｄに応じて使い分けるのが好ましい。一般に、造成径Ｄが大きいほど、ずれ角度Ｓは小さなものを使用する（したがって、１回の回転角度θ＝２Ｓも小さくなる）。
【００３４】
次に、上記のモニター機構１を先端部に取り付けた噴射管ロッド２を使用するジェットグラウト工法等の二重管式超高圧噴射工法による本発明に係る地盤改良工法にて地中に固化体（改良体、以下、同じ）Ｐを垂直に造成する施工手順を図４の（ａ）〜（ｅ）を参照して以下に説明する。図４の（ａ）は先導管による削孔工程図、（ｂ）噴射管ロッドの建て込み工程図、（ｃ）は水による噴射テスト工程図、（ｄ）はパイル状の固化体の造成工程図、（ｅ）は噴射管ロッドの引き抜き工程図である。以下、工程順に説明する。
【００３５】
（１）先導管による削孔工程
図４（ａ）に示すように、地上にボーリングマシンＭを設置し、先導管１７による削孔を水又はベントナイト泥水を噴出しながら目的の削孔深度まで行う。即ち、先導管１７の上端部に接続されたスイベル１８の入口１８ａに水又はベントナイト泥水を供給し、先導管１７のメタルクラウン１９を装着した下部先導管１７ａから前記水又はベントナイト泥水を吐出させ、先導管１７を旋回させながら下降させてメタルクラウン１９で削孔することにより先導管１７を地中の所定の深さまで挿入する。
【００３６】
（２）噴射管ロッドの建て込み工程
次いで、図４（ｂ）に示すように、先導管１７内に図３のスイベル５および図１のモニター機構１を取り付けた上記噴射管ロッド２を所定の深さまで建て込んだ後、先導管１７を引き抜く。
【００３７】
（３）水による噴射テスト工程
噴射管ロッド２の建て込み後は、図４（ｃ）に示すように、噴射管ロッド２のスイベル５の超高圧硬化材入口６に超高圧水を圧入し、モニター機構１の硬化材噴射ノズルＮから超高圧水Ｗを管半径方向へ連続的に噴射させながら噴射管ロッド２を旋回駆動させて噴射テストを行う。噴射テストに異常がなければ、超高圧水をセメントミルク等の超高圧硬化材に切り替えて、パイル状の固化体の造成工程を開始する。
【００３８】
（４）造成工程
図４（ｄ）に示すように、造成工程では、噴射管ロッド２をモニター機構１ごと回転させながら引き上げて行くと同時に、超高圧硬化材Ｇを硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２から互いに逆方向に噴射させ、その噴流で周囲の地盤を切削するとともに、土粒子と硬化材を混合攪拌してその切削域に固化体Ｐを造成する。その際、モニター機構１が１回転する間にモニター機構１を所定回転角度θごとにモニター機構１を適宜秒間、例えば０．５〜２．０秒間停止させる。なお、モニター機構の１回の回転角度θが、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線ａと他方の硬化材噴射ノズルの軸線ｂのずれ角Ｓの２倍に設定されていることはいうまでもない。
【００３９】
ここにおいて、モニター機構１の入口９から各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２までの超高圧液体通路１１に存在するコーナー部の曲がり角α１〜α４をすべて５０°以内に設定している構成であるから、超高圧液体通路１１に超高圧液体（硬化材）の吐出量が多くなる場合でも、乱流の発生を防止でき、超高圧液体がスムーズに硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２に突入することになり、したがって噴射される超高圧噴流の噴流断面を円状にし、かつ円断面の大きさを小さくすることができ、これにより超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができて固化体Ｐの造成径を増大化することができる。また、入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５および噴射ノズル側通路１３のそれぞれが液体の進路方向に対して直線状に形成されているので、液体の流れを各通路の出口側（下流側）で整えることができて有効確実に乱流のない流れにすることができる。
【００４０】
さらに、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線ａと他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線ｂが互いに平行とならないようにずらすとともに、このずれ角度Ｓをモニター機構１の１回の回転角度θの半分の角度（１／２）θに設定することにより（逆に言えば、モニター機構１の１回の回転角度θを両噴射ノズルＮ１，Ｎ２のずれ角度Ｓの２倍の角度２Ｓに設定することにより）、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の停止位置の間に他方の硬化材噴射ノズルＮ２の停止位置がくるので、固化体Ｐの周囲の造成面をより均一に仕上げることができる。
【００４１】
（５）噴射管ロッドの引き抜き工程
造成完了後は、図４（ｅ）に示すように、超高圧硬化材の供給を停止して、噴射管ロッド２を地上に引き抜く。なお、噴射管ロッド２を引き抜いた後は、該噴射管ロッド２内を清水で洗浄し、次の造成地点に移動させる。また、噴射管ロッド２の引き抜きにより固化体Ｐの上方に生じる穴２０は、排泥やモルタル等で穴埋めを行う。
【００４２】
上記実施例では、噴射管ロッド２は二重管からなるが、これに代えて圧縮空気通路２１を備えず超高圧硬化材通路４のみを有する単管からなるものであってもよい。この場合、スイベル５としては圧縮空気入口５ａを備えないで、超高圧硬化材入口６のみを備えるものが使用され、モニター機構１としては上記二重管構造からなるものに代えて、圧縮空気通路２３を備えないで超高圧液体通路１１のみを備える単管構造のモニター機構１が使用される。また、上記実施例では、噴射ノズルを２箇所に設けたものについて説明しているが、３箇所以上に設けたものでも実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  モニター機構
２  噴射管ロッド
４  超高圧硬化材通路
５  スイベル
６  超高圧硬化材入口
Ｎ１，Ｎ２  硬化材噴射ノズル
ａ，ｂ  硬化材噴射ノズルの軸線
Ｓ  硬化材噴射ノズルの軸線のずれ角度
θ  モニター機構の１回の回転角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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