(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面と外周面とに貫通する貫通孔を備えた管をトンネル空洞部から地山内に設置し、地盤改良材を貫通孔経由で地山に注入することによって地山を補強する場合における地山への管の設置方法において、
管として中心を同じとするように配置された外管と内管とを備えた複数管体と、当該複数管体を地山に設置する管設置装置とを用い、
管設置装置は、前端に掘削ビットを有した掘進部と、内管又は外管の一方の開口部に取付けられて掘進部の推進力を複数管体の内管又は外管に伝達する推進力伝達部と、削岩機と、削岩機からの打撃回転力を掘進部に伝達する打撃回転伝達軸と、複数管体を押圧する押圧部材とを備え、
削岩機を作動させ、削岩機からの打撃回転力を打撃回転伝達軸を介して掘進部の掘削ビットに伝達して地山を掘進し、かつ、掘進部の推進力を推進力伝達部を介して複数管体の内管及び外管のうちの一方に伝達するとともに押圧部材で複数管体の内管及び外管のうちの他方を押圧することにより複数管体の内管及び外管を一緒に地山内に送り込んで複数管体の後端側が切羽に位置されたならば掘進を止め、地山内に送り込んだ複数管体の外管及び内管のうちの他方を地山に固定した後に、掘進を再開させて外管及び内管のうちの一方のみをさらに進行させることによって外管の全長あるいは内管の全長よりも長い全長に形成された管としての複数管体を地山に設置したことを特徴とする地山への管の設置方法。  
【請求項２】
全長の長さが同じ外管及び内管を用いたことを特徴とする請求項１に記載の地山への管の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山内に長尺な管を容易に設置可能な地山への管の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軟弱な地盤にトンネルを掘進する際には、トンネル掘削に先立って切羽前方の地山を補強する。このように地山を補強する地山補強方法の一例としては注入式長尺先受工法がある。この工法は、図６（ａ）に示すように、切羽７１前方の地山５０に、トンネル掘削に一般に使用されるドリル等の掘削機６０を用い、支保工５１の背面から５度程度の仰角を付けて複数の鋼製の管５２を接続しながら打ち込み、この管５２内に図示しない注入管を挿入して地山５０内に注入剤を注入し、地山５０を補強する工法であり、図６（ｂ）に示すように、複数の管５２を接続した長尺管５３を、切羽天端部に沿って必要な補強の範囲に設置した後、長尺管５３内に充填材を充填して補強する。図６（ｂ）に示した上記切羽天端部に沿って必要な補強の範囲を切羽の中心から見た場合の角度範囲は改良範囲θと呼ばれ、当該改良範囲θはほぼ１２０度である。
長尺管５３を設置する際には、例えば、図７（ａ）に示すように、先端部に削孔手段としてビット１３ａを備えたロッド１３を管５２内に挿入し、このロッド１３の他端側を掘削機６０のガイドセル６２に搭載された削岩機６１に接続し、削岩機６１からロッド１３を介してビット１３ａに伝達される回転力及び打撃力によりビット１３ａが地山５０を削孔しながら管５２を地山５０内へ挿入する。このとき、３ｍ程度の長さの管５２を順次継ぎ足して長尺管５３を設置する。また、支保工５１を延長して構築するためには、管５２の支保工５１から下の部分を撤去する必要があることから、撤去作業を容易にするため、図７（ｂ）に示すように、長尺管５３の最後端部の管５４を、管５２に代えて、塩化ビニル管などの破砕し易い樹脂製の管としている（例えば、特許文献１，２参照）。
上述した注入式長尺先受工法では、複数本の管５２を継ぎ足して長尺管５３としているため、所望の設置角度が得られないなど、長尺管５３を精度良く地山５０に設置することが困難であるだけでなく、管５２，５２の接続作業に時間と手間がかかるので、作業効率が悪いといった問題があった。そこで、予め９ｍ程度の長尺管５３を準備し、これを地山５０内に挿入することも考えられるが、この場合には、長尺管５３を地山５０に設置するためにストロークの大きな大型の掘削機を準備する必要がある。しかしながら、大型の掘削機は装置が高価で、装備に時間や手間がかかるだけでなく、大型の削岩機を用いて、トンネル空洞部７０の横断面となる切羽天端部に沿って長尺管５３を多数打設することは、トンネル空洞部７０の径がかなり大きな場合を除いては現実的には困難である。
そこで、大型の掘削機を用いることなく、長尺管５３を地山５０に精度良く設置できるようにするため、本出願人により、トンネル空洞部７０の切羽７１とトンネル空洞部７０の内壁面７６との境界付近の切羽７１からトンネル掘削方向に向けて斜め前方にガイド管を設置した後に、ガイド管よりも長尺でかつ径の小さい鋼製の長尺管５３をガイド管内経由で地山５０に設置し、ガイド管の内部及び長尺管５３の内部からガイド管及び長尺管５３の周囲の地山５０に注入剤を注入してガイド管及び長尺管５３の周囲の地山５０を補強する長尺先受工法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８６４９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５８８８号公報
【特許文献３】特開２００６−１７６９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献３の発明においては、全長の長い長尺管５３を用いるので管を扱い難いという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、地山内に送り込む前と地山内に送り込んだ後において管の全長を変えることが可能な扱い易い管を用いることによって、複数の管を接続することなく、地山内に長尺な管を容易に設置可能な地山への管の設置方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内周面と外周面とに貫通する貫通孔を備えた管をトンネル空洞部から地山内に設置し、地盤改良材を貫通孔経由で地山に注入することによって地山を補強する場合における地山への管の設置方法において、管として中心を同じとするように配置された外管と内管とを備えた複数管体と、当該複数管体を地山に設置する管設置装置とを用い、管設置装置は、前端に掘削ビットを有した掘進部と、内管又は外管の一方の開口部に取付けられて掘進部の推進力を複数管体の内管又は外管に伝達する推進力伝達部と、削岩機と、削岩機からの打撃回転力を掘進部に伝達する打撃回転伝達軸と、複数管体を押圧する押圧部材とを備え、削岩機を作動させ、削岩機からの打撃回転力を打撃回転伝達軸を介して掘進部の掘削ビットに伝達して地山を掘進し、かつ、掘進部の推進力を推進力伝達部を介して複数管体の内管及び外管のうちの一方に伝達するとともに押圧部材で複数管体の内管及び外管のうちの他方を押圧することにより複数管体の内管及び外管を一緒に地山内に送り込んで複数管体の後端側が切羽に位置されたならば掘進を止め、地山内に送り込んだ複数管体の外管及び内管のうちの他方を地山に固定した後に、掘進を再開させて外管及び内管のうちの一方のみをさらに進行させることによって外管の全長あるいは内管の全長よりも長い全長に形成された管としての複数管体を地山に設置したので、地山内に長尺な管を容易に設置でき、また、外管と内管とが共に進行するのを防止できて、一方のみを確実に進行させることができる。
全長の長さが同じ外管及び内管を用いたので、外管の端部と内管の端部とが揃った状態、即ち、複数の管が全長に渡って重合（ラップ）する完全多重管である伸長前状態における複数管体の全長と、外管及び内管のうちの一方のみを予定分だけ進行させ切った状態の伸長後状態における複数管体の全長との長さの差を大きくできるので、伸長前状態における複数管体の取扱いが容易となるとともに、伸長前状態における複数管体の全長の２倍弱程度の長さの長尺な管を地山に設置できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】地山への管の設置方法の手順を示す工程図（実施形態１）。
【図２】（ａ）は伸長前の複数管体と管設置装置とを示す断面図、（ｂ）は伸長後の複数管体と管設置装置とを示す断面図（実施形態１）。
【図３】複数管体の他の例を示す断面図（実施形態２）。
【図４】外管を独立進行させる場合の複数管体と掘進部との関係を示す断面図（実施形態３）。
【図５】３本以上の管を備えた複数管体を示す図（実施形態４）。
【図６】従来の長尺先受工法の概要を示す図。
【図７】従来の長尺管の設置方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
図１；２に示すように、実施形態１による地山への管の設置方法は、複数管体１と管設置装置２とを用いる。
【０００８】
図２に示すように、複数管体１は、例えば、断面円環状の鋼管により形成された内管１１と外管１２とを備える。内管１１及び外管１２は、内周面と外周面とに貫通する図外の複数の貫通孔を備え、これ等貫通孔が注入孔として機能する。複数管体１は、管の中心線Ｃを同じとするように同軸に配置された外管１２と内管１１とを備えた構成である。複数管体１は、外管１２の内側に位置された内管１１が外管１２内を管の中心線Ｃに沿って移動可能に設けられることによって、管の全長が可変可能に構成された管である。即ち、複数管体１は、地山５０に設置された後に、例えば、内管１１のみをさらに進行させることによって外管１２や内管１１の全長よりも長い全長の長尺な管１Ｘとなる構成である。つまり、複数管体１は、外管１２と内管１１とが全長に渡って重合（ラップ）する完全二重管である伸長前状態から、外管１２を地山５０に固定して内管１１のみを予定分だけ進行させ切ることで外管１２の前端部と内管１１の後端部とが重合する伸長後状態まで変化する重合管である。
内管１１及び外管１２は、全長の長さが同じ長さの管により形成される。このように、全長の長さが同じ外管１２及び内管１１を用いて複数管体１を構成した場合、外管１２の端部と内管１１の端部とが揃った状態、即ち、外管１２及び内管１１が全長に渡って重合する完全二重管となる伸長前状態における複数管体１の全長と、外管１２を地山５０に固定して内管１１のみを予定分だけ進行させ切った状態の伸長後状態における複数管体１の全長との長さの差を大きくできる。従って、伸長前状態における複数管体１の取扱いが容易となるとともに、伸長前状態における複数管体の全長の２倍弱程度の長さの長尺な管１Ｘを地山５０に設置できるようになる。例えば、内管１１は、長さ６．５ｍ、外径が１０１．６ｍｍ、内径９０．２ｍｍのものを用い、外管１２は、長さ６．５ｍ、外径が１１４．３ｍｍ、内径１０５．３ｍｍのものを用いた場合、複数管体１は、伸長前状態である６．５ｍから伸長後状態である１２ｍまで全長が変化する構成とできる。
【０００９】
図２に示すように、管設置装置２は、掘進部２１と、掘進部２１の推進力を内管１１に伝達するケーシングトップと呼ばれるような推進力伝達部２２と、打撃回転伝達軸としてのロッド２３と、削岩機２４、回転振止部材２５、押圧部材２６とを備える。
【００１０】
掘進部２１は、掘削構成部３２と、打撃回転伝達機構部３３と、当該打撃回転伝達機構部３３を内蔵した円筒ケース３４とを備える。掘削構成部３２は、前端に掘削ビット３１を備える。打撃回転伝達機構部３３は、ロッド２３の前端に接続されてロッド２３により伝達される削岩機２４からの打撃回転力を掘削構成部３２に伝達する。
【００１１】
推進力伝達部２２は、例えば、断面円環状の鋼管により形成され、内管１１の一方の開口（以下、前端開口という）部に取付けられる。推進力伝達部２２は、内径寸法が内管１１の内径寸法よりも小さく、一方の開口（以下、前端開口という）側部位の外径寸法が内管１１の外径寸法と同じ寸法に形成され、かつ、他方の開口（以下、後端開口という）側部位の外径寸法が内管１１の内径寸法よりも小さい寸法に形成される。推進力伝達部２２の後端開口側部位の外周面と内管１１の内周面とが接触するように、推進力伝達部２２の後端開口側部位が、内管１１の先頭開口部の内側に嵌め込まれるとともに、推進力伝達部２２と内管１１とが、溶接や接着剤などの連結手段により連結される。
【００１２】
掘進部２１の円筒ケース３４の外周面には、当該外周面より突出するケース側の係合部３５を備え、当該ケース側の係合部３５と、推進力伝達部２２の内周面と内管１１の内周面との間の段差部により形成された推進力伝達部２２側の係合部３６とが互いに係合し合うことにより、ロッド２３を介して円筒ケース３４に伝達される削岩機２４からの推進力が係合部３５；３６を介して推進力伝達部２２及び内管１１に伝達されることによって、掘進部２１の進行とともに内管１１も進行する構成となっている。
【００１３】
回転振止部材２５は、例えば、ロッド２３が貫通する貫通孔３９を備えた円柱状に形成される。円柱の周面には、円柱の長さ方向に延長する図外の排泥用の溝が設けられ、掘削された土砂及び水を当該溝を介して排出することができる。回転振止部材２５は、円柱の円の直径寸法が内管１１の内径寸法より僅かに小さい。従って、ロッド２３が回転振止部材２５の貫通孔３９に貫通し、回転振止部材２５がロッド２３と一緒に回転可能なように、あるいは、回転振止部材２５がロッド２３と一緒に回転しないように、回転振止部材２５とロッド２３とが連結される。よって、掘進部２１の掘進に伴って内管１１の内周面と回転振止部材２５の外周面とが接触することで、内管１１が進行する際の内管１１の振れ動きが防止される。
【００１４】
押圧部材２６は、例えば、一端開口で他端閉塞の円形箱体状に形成される。押圧部材２６は、例えば、ロッド２３が推進した場合にロッド２３と一緒に推進できて、かつ、ロッド２３からの回転力を受けないようにロッド２３に取付けられることによって、複数管体１の後端面１ａが切羽７１に到達するまで、ロッド２３の進行に伴って複数管体１の外管１２の後端面１２ａを押す。例えば、ロッド２３ａとロッド２３ａとを連結する筒状の連結具４１の筒の外周面に円環状の溝４２を形成しておき、押圧部材２６を２つ割り可能な円形箱体の２つの半体４３；４３により形成する。そして、半体４３の半貫通孔の孔縁４４を上記円環状の溝４２に嵌め込んで、２つの半体４３；４３同士を連結することにより、ロッド２３と一緒に推進できて、かつ、ロッド２３からの回転力を受けない押圧部材２６を実現できる。
【００１５】
尚、例えば、先端側ロッド２３ｔとなる１本の単位ロッド２３ａの先端側に回転振止部材２５を取付け、単位ロッド２３ａの先端に掘進部２１を連結し、先端側ロッド２３ｔの後端部に後続の単位ロッド２３ａを順次連結して内管１１の全長よりも長いロッド２３を形成した後、当該ロッド２３の先端側ロッド２３ｔの先端に連結された掘進部２１を内管１１の他方の開口（以下、後端開口という）から内管１１の内部に挿入して内管１１の先端開口に向けて送り込んで係合部３５；３６同士を係合させる。これにより、掘削構成部３２が内管１１の先端開口より前方に突出する。この状態で、複数管体１の後方に位置される単位ロッド２３ａ、又は、単位ロッド２３ａと単位ロッド２３ａとを接続する連結具４１に、押圧部材２６を取付ける。
押圧部材２６の円の外周面には、泥水排出口４５が形成され、吸引管４６の一端部と泥水排出口４５とが連結され、吸引管４６の他端部と図外の吸引装置とが連結される。
【００１６】
削岩機２４は、図外のドリルジャンボなどの掘削機械のビームに取付けられたガイドセル４７上を移動可能なようにガイドセル４７に取付けられ、削岩機２４の図外の出力軸とロッド２３の後端とが連結具４８によって連結される。
【００１７】
次に図１；図２を参照し、複数管体１の設置方法を説明する。
まず、図１に示すように、ロッド２３の先端側に回転振止部材２５を取付けるとともに、ロッド２３の先端に掘進部２１を連結して、この掘進部２１を複数管体１の内管１１の後端開口から内管１１内に挿入して掘進部２１の係合部３５と内管１１の係合部３６とを係合させる。内管１１の後端開口から後方に突出するロッド２３の後端側に押圧部材２６を取付けた後に、削岩機２４の出力軸とロッド２３の後端とを連結具４８で連結する。尚、切羽７１において管を設置しようとする入口位置には予め先行削孔７２を形成しておく（図１（ａ）参照）。
図１（ｂ）のように、先行削孔７２内に掘削構成部３２を挿入した後、削岩機２４を作動させて、掘進を開始する。この際、図１（ｃ）のように、複数管体１の内管１１は、掘進部２１に牽引されるようにして地中を進行し、複数管体１の外管１２は、ロッド２３とともに地中に進行する押圧部材２６で押されることによって、内管１１と一緒に地中を進行する。複数管体１の後端側が切羽７１に位置されたならば、削岩機２４による掘進を止め、押圧部材２６を取り外して、外管１２の後端部１２ｅ側を固定具７３で地山５０に固定する（図１（ｄ）参照）。
その後、掘進を再開して内管１１を独立して進行させる。内管１１は外管１２から内管１１全体が飛び出さないように内管１１の後端部が外管１２の先端部に位置するまで推進させる。例えば、内管１１の前端が切羽７１から１２ｍ離れた位置に到達したことを、ロッド２３の位置などで確認したならば、掘進を終了し、掘進部２１をトンネル空洞部７０内に戻す。これにより、外管１２と内管１１とが連続した１２ｍの長尺な管１Ｘが地山５０に設置される。
そして、図１（ｅ）のように、長尺な管１Ｘの内側に注入管７５を挿入した後に、外管１２の後端開口から注入液が漏れないように外管１２の後端開口をコーキング７６するとともに、外管１２の後端外周面と地山５０との隙間をコーキングする。その後、注入管７５により長尺な管１Ｘ内に地盤改良材を注入することで、長尺な管１Ｘの周辺の地山５０に上述した図外の注入孔を介して地盤改良材が注入され、長尺な管１Ｘの周囲の地山５０が地盤改良されることで、地山５０が補強される。
尚、例えば、図１（ｄ）に示すように、外管１２の後端部１２ｅを切羽７１よりトンネル空洞部７０に突出させておいて、外管１２の内側から外管１２の後端部１２ｅ側に設けられた図外の貫通孔を介して外管１２の外周面より突出するよう設けられて切羽７１に係止する突出棒により上記固定具７３を構成してもよいし、外管１２の内側から外管１２の後端部１２ｅ側に設けられた図外の貫通孔を介して外管１２の外周面より地山５０に入り込んで地山に固定された突出棒により上記固定具７３を構成してもよい。これらの場合、複数管体１の後端側が切羽７１に位置された後、内管１１のみを少し進行させて、外管１２の後端部１２ｅと内管１１とがラップしないようにしてから、固定具７３を取付ける。また、外管１２の後端部における外周面より突出して切羽７１に係止する図外の鍔部のような突出体により固定具７３を構成すれば、固定具７３の設置作業を不用とでき、効率的となる。
【００１８】
実施形態１による管の設置方法によれば、地山５０に挿入する前と地山５０内に挿入した後において管の全長を変えることが可能な扱い易い管としての複数管体１を用いることによって、特許文献１；２のように複数の管を接続することなく、地山５０内に１２ｍ程度の長尺な管１Ｘを容易に設置できる。
また、特許文献３のように狭い空間であるトンネル空洞部７０において扱い難い９ｍ〜１２ｍ程度の長尺管５３を扱う必要がなく、特許文献３と比較して扱い易い６．５ｍ以下の複数管体１を用いて、地山５０内に１２ｍ程度の長尺な管を容易に設置できるようになる。
また、地山５０内に送り込んだ複数管体１のうち進行させない外管１２を地山５０に固定した後に、内管１１のみをさらに進行させたので、外管１２と内管１１とが共に進行するのを防止できて、内管１１のみを確実に進行させることができ、地山５０に長尺な管１Ｘ
を確実に設置できる。
【００１９】
また、特許文献３のように、９ｍ〜１２ｍ程度の長尺管５３を用いる場合には、このような長尺管５３を最初から削岩機２４で地山５０に送り込むことが難しいため、ガイドセル４７の先端側に長尺管５３を地山５０に送り込むための把持装置が必要となる。この把持装置は、高価であり、また、把持装置の取り外しが面倒なのでガイドセル４７に把持装置を取付けたままロックボルトの打設作業や支保工作業を行うことがあり、この場合、把持装置を損傷してしまうというような問題点もあった。また、特許文献３では、ガイド管の設置作業と長尺管５３の設置作業とを別々に行わなくてはならないので、管の設置作業が煩雑であるという問題点もあった。
これに対して、実施形態１によれば、６．５ｍ以下の内管１１及び外管１２とにより構成された６．５ｍ以下の複数管体１を用いるので、上述した把持装置を用いる必要がなくなるので、上述した問題点を解消できる。また、複数管体１の設置作業を行うだけでよいので、管の設置作業が容易である。
【００２０】
実施形態２
図３に示すように、内管１１の管の端部と外管１２の管の端部とに互いに係合し合う係合部８４を備えた複数管体１を用いてもよい。このような複数管体１を用いた場合、係合部８４により、内管１１と外管１２とが離れてしまうことを防止できるので、地盤改良材を地山に注入するための長尺な管１Ｘを地山５０に確実に設置することができる。
【００２１】
実施形態３
実施形態１；２では、掘進部２１と内管１１とを係合させて内管１１を独立進行させる構成としたが、図４に示すように、掘進部２１と外管１２とを係合させて外管１２を独立進行させる構成としてもよい。
【００２２】
実施形態４
３本以上の管により構成された複数管体１を用いても良い。例えば、図５に示すように、外管１２と外管１２の内側に設けられた２つの内管１１、あるいは、内管１１と内管１１の外側に設けられた２つの外管１２とにより構成された複数管体１を用いてもよい。この場合、例えば、３本の各管８１；８２；８３の端部と端部とが離れないように、一方の管の端部と他方の管の端部とに互いに係合し合う上述したような係合部８４を設ける。
【００２３】
掘削構成部３２は、掘削後に掘削ビット３１の全てを回収可能な回収式のものを用いても良いし、掘削後に掘削ビット３１の一部又は全部を管の先端側に残すロストビット式のものを用いても良い。
【００２４】
掘進部２１で内管１１や外管１２を牽引しない構成としてもよい。例えば、複数管体１の後端面１ａが切羽７１に到達するまでは、複数管体１の後端面１ａを押圧する押圧部材を用い、複数管体１の後端面１ａが切羽７１に到達した後は、独立進行させる側の管の後端面だけを押圧する押圧部材を用いるようにしてもよい。
【００２５】
尚、複数管体１内に注入管７５を挿入して地盤改良材を注入するようにしたが、パッカーを用いて地盤改良材を注入してもよい。例えば、膨張部材はウレタンのような膨張容易
な材質の部材を用いる。
また、ロッド２３と一緒に進行する押圧部材２６を用いた例を示したが、一端開口で他端閉塞の円形箱体状に形成され、他端が閉塞された底面の中央にロッド２３が貫通する貫通孔を備えて、この貫通孔を介してロッド２３に取付けられる図外の押圧部材と、この押圧部材を押圧するために削岩機２４に取付けられた図外の押棒とを用い、削岩機２４の押棒で押圧部材を押圧することにより、押圧部材が複数管体１の後端面１ａを押すような構成としてもよい。
なお、上記では、伸長後状態は、内管１１の後端部が外管１２の先端部に位置するまで推進させた状態としたが、伸長後状態は、内管１１と外管１２とが重合（ラップ）する部分が残っていればよい。例えば、伸長後状態は、内管１１の先端部が外管１２の先端よりわずかに突出している状態であってもよい。すなわち、本発明では内管１１と外管１２とのラップする範囲を自由に選択することができる。
【００２６】
本発明による地山への管の設置方法は、図６で説明したように、トンネル空洞部の切羽とトンネル空洞部の内壁面との境界付近の切羽又は内壁面から、トンネル掘削進行方向に沿った直線より徐々に離れるような方向に向けて地山に管を設置することにより、トンネル周囲の崩壊を防止する先受工法に利用できる他、切羽から、トンネル掘削進行方向に沿った直線と平行に地山に管を設置することにより、切羽前方の崩壊を防止する切羽補強工法にも利用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１  複数管体、１１  内管、１２  外管、５０  地山、７０  トンネル空洞部。
【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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