(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透孔を有する芯管と、この芯管周囲に、軸方向の異なる部位に注入用吐出口が位置するように配設された複数本の注入細管とからなるグラウト管を地盤中に掘削された削孔中に挿入し、地盤上の多連装重連ユニットポンプにより前記各注入細管を通して地盤中にグラウトを注入する地盤注入工法であって、前記グラウト管が前記削孔中にシールグラウトを介して挿入され、かつ、前記複数の注入細管から長いゲルタイムのグラウトを前記シールグラウトを破って同時に注入する工程、および前記芯管の透孔からゲルタイムの短いグラウトを注入する工程を併用し、これにより前記複数の注入細管からの長いゲル化時間のグラウトの逸脱を防いで、立体的な低圧浸透注入を行うことを特徴とする多連装重連ユニットポンプによるグラウトの地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
開示技術は、広大な面積を有する地盤の改良エリアの地盤良工事において長ゲルタイムのグラウトを確実に且つ短い工期で注入する技術の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、国土面積が狭隘で、多くの山間林野部が多く、しかも、複雑に入り組んだ長い海岸線に近接している特殊な姿勢条件の我国にあっては、土地を有効利用し得るよう地下構造物を構築し、そのための掘削工事は極めて重要であり、そのために、注入に先立って止水や強化を行うため、或いは、基礎地盤の強化のための注入工法が多数開発されてきた。
【０００３】
しかし、これらの従来技術に基づく改良工事はゲルタイムの調整が複雑であり、且つ、施行能率が悪いため、コスト高につく等の問題があった。
【０００４】
薬液注入工法は近時地盤内にケーシングパイプ等を挿入埋設し、ステップダウン方式やボトムアップ方式により、該ケーシングパイプを回転しながら当該ステップでの掘削時において、該ケーシングパイプの吐出口からグラウト等の改良材を地盤中に噴出注入し、固結させて所定の改良領域を形成させ造成するようにする態様や所謂ダブルパッカー方式によるストレーナー注入工法が開発採用されている。
【０００５】
それに対処するに、例えば、特開平７−３００８４９号公報発明等に開示されている如く、所謂多点注入方式による当該広大な領域を有する地盤エリア全体に一挙に立体的な注入を低圧浸透注入方式により行うような技術が開発され、更に、低圧浸透注入を同時に圧送コントロール出来る多点注入用の圧送ポンプを用いた工法が、例えば、特開平１１−８１２９６号公報発明に開示されている如く開発され、実用に供されるようになってきてはいる。
【０００６】
かかる新規な技術は低圧浸透注入で土粒子間浸透を可能にし、しかも、数十個の吐出口から同時に注入できるため、急速施行が可能なことにより経済性に優れているという画期的技術であるが、更に研究開発すべき課題が存在している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
而して、該種多点注入による地盤注入工法ではグラウト管として軸方向の異なる部位に吐出口が位置するように注入細管を一体的に結束して用いるが、該注入細管は合成樹脂製等のものであり、その限り、可撓性であって、例えば、トンネル等の側方削孔から上方、或いは、斜め上方等に注入を行うに際しては、当該合成樹脂製の多数の注入細管の湾曲等が生じて、その直進性が保てないということから施工精度と作業性が劣る欠点があった。
【０００８】
又、注入細管がポンププラントから注入孔まで長距離を要するため、低粘土で長いゲルタイムの注入液を用いる必要があった。ところが、長いゲルタイムの時間の注入液は一度地表面、或いは、地盤中の粗い層に逸脱を始める、とゲル化時間を短縮できないため注入を中止せざるを得ず、その間に注入細管内でグラウトがゲル化してしまう等の不都合さの問題があった。
【０００９】
【発明の目的】
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく、これまでに開発されている広域な地盤に対するグラウトの低圧浸透注入による多点注入ポンプの利点を生かしながらも、各グラウト注入細管の剛性を確実に保って、その直進性を注入態様の如何を問わず、安定して行え、しかも、注入の前後において、地盤に対する透水試験も行って注入速度の適切な設定、注入効果の確認、当該透水試験の効果確認の様子によっては、再注入が行え得るようにし、更に、注入細管からの注入に先立って一次注入による粗詰注入や注入中に長いゲル化時間のグラウトが逸脱し始めた場合は、ゲル化時間の短いグラウトを注入してそれを防ぐこと等を可能にし、多連装重連ポンプによるグラウト注入の実用性を飛躍的に発展させるようにした技術を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述課題を解決するために、注入用透孔を設けた金属製又は硬質プラスティック製の芯管の周囲に一体的に沿って設けた軟質の複数の注入細管から地盤内へグラウトを低圧での浸透注入をさせる工法であって、上記各注入細管に対するグラウトの圧送を地盤上から多連装重連ユニットポンプにより同時に行うようにすることを基幹とし、而して、上記グラウトの注入細管への圧送に際し、上記注入細管による長いゲルタイムのグラウトの注入の前に先立って短いゲルタイムのグラウトの注入、或いは、時は懸濁グラウトを上記芯管から一次注入して、上記注入細管からの二次注入の逸脱を防止するようにし、或いは、上記注入細管による注入前に上記芯管等からの低粘性のゲル化時間の長いグラウト注入、或いは、水による透水試験を行って、原地盤の透水性を確認して注入細管からの最適の注入速度を確認した上で注入を行うようにし、更に上記注入細管による注入後、芯管から水、又は、低粘度のゲル化時間の長いグラウトで透水試験を行うようにもし、加えて、上記注入後の透水試験による効果が不十分であることが確認された場合に、上記芯管を介して再注入を行うようにもし、又、上記注入細管からのゲル化時間の長いグラウトが地層面、又は、粗い土層から逸脱している場合に、上記芯管を介してゲル化時間の短いグラウトの注入を行って注入細管からのグラウトの逸脱を防止し、又、前記芯管が上記結束注入細管の剛性を高めて作業性を向上するようにした技術的手段を講じたものである。
【００１１】
【作用】
上述構成において、広大なエリアを有する地盤に対し、設計通りに可及的に均一にグラウトの改良材を低圧浸透注入により、立体的等の地盤改良を行うに際し、注入用透孔を設けた一個の硬質の芯管の周囲に可撓性のある合成樹脂製等の注入細管を環設して、その強度剛性を高め、更に該各注入細管に対し、多連装重連ユニットポンプを介し、グラウト等の改良材を圧送することが出来るようにし、該注入細管による長ゲルタイムのグラウトの二次注入の前に先立って芯管から短いゲルタイムのグラウト又は、懸濁グラウトによる一次注入を行う等して、或いは、透水試験を行い、当該注入細管からの二次注入の後に透水試験を行うようにもし、該透水試験による効果確認が不十分である場合には芯管、又は、注入細管を介して再注入を行うようにもし、又、これらの作業の際の芯管が結束した注入細管の剛性を強めて作業性を向上するようにもしたものである。
【００１２】
【発明が実施しようとする形態】
次ぎにこの出願の発明の実施しようとする形態を実施例の態様として図面に従って説明すれば以下の通りである。
【００１３】
図１に示す態様において、１はこの出願の発明の重要なポイントとなる注入管であり、その中央には大径の所定の剛性を有する金属製又は硬質合成樹脂製の注入用透孔を側面に複数個設けた芯管２が設置され、当該芯管２の周囲に図２に示す様に、所定数複数本の注入細管３が所定のバンド、或いは、接着剤等を介して全周的に環設されており、該各注入細管３は注入管１の先端から所定スパンに亘って長さ方向に相互に設計態様で位置をずらして吐出口４が図３に示す様に、ゴム等によって作成されたフィッシュテール型の逆止弁５を外装して有して開口して設けられており、図３の（イ）に示す様に、注入細管３からのグラウトの非注入時には逆止弁５が閉じて吐出口４を閉じ、又、（ロ）に示す様に、注入時には開口するように機能する。尚、当該図３の（ハ）に示す態様は芯管２より地盤１５中へグラウトを注入する時点でのゴムスリーブ１９の取合断面図、（ニ）に示す態様は、注入時の断面を示すものであり、而して、芯管２を抱き込んだ各注入細管３の剛性が、例えば、トンネル施工に際して該トンネル本体から、上方に向けての側方注入に際して、その剛性を保持し、湾曲等せず、直進性が充分に維持され得るようにされており、該注入管１は所定の広大なエリアの地盤領域に所定ユニット数、例えば、マトリックス状に立体的に配置される。そして、該各ユニットの注入管１は図６，７に示す様に、圧送通路１６を介し、それぞれ圧力検知器９と流量検知器６を設けられ、それらの各々の圧力、流量、検知がなされ、該流量検知器６と圧力検知器９が検知箱８に収められ、各圧力、流量のデータは電気信号でコントローラー１０に送られて各注入細管３の注入が管理されている。これらの注入細管３は前期特開平１１−２１２９６号公報に開示されている様に、多連装重連のユニットポンプ１２にも接続されて改良材タンク１３内のグラウト１４を当該図６に示す様に、圧送通路１６を介して圧送して所定の地盤１５中に挿入された各注入管１の芯管２の注入細管３の各長さ方向に位置をずらして設けた吐出口４から当該地盤１５中に均一にグラウト１４を低圧浸透して一挙に当該広大なエリアの地盤１５中に立体的に注入することが出来るようにされている。
【００１４】
而して、注入管１の詳細は図１，図４，図５，図６，図７に示す様に、グラウト管１は当該所定エリアの地盤１５中に設計に従って、掘削された削孔７´  中にシールグラウト１７を介して挿入され、芯管２は図４に示す様に、在来態様のダブルパッカー工法に用いられる注入用外管（商標登録出願済）タイプのもので、スリット等の注入用透孔２３の外側にゴムスリーブ１９が外装巻装され、当該図４に示す様に、芯管２の外側にダブルパッカ２０を内装された注入細管３が配設され、任意の深度での細管３の注入用透孔２３に位置するように芯管２が配設され、該芯管２からの注入液又は水がその該透孔２３を通し、シールグラウト１７を介し地盤１５中に注入される。注入細管３には図３に示す様に、先端に吐出口４を有し、図１に示す様に、ゴムスリーブや袋体や可撓性テープ等の逆止弁５で覆われている。注入に当たってはこれらの可撓性逆止弁５が送流圧で開口して、グラウトを抽出し、注入後は閉塞する。そして、該芯管２には図５に示す様に、所定ピッチで周公知のパッカー２０を有する芯管２が挿脱自在に設けられるようにされており、当該図５に示す様に、２３は芯管２の注入透孔であり、該芯管２の注入透孔２３に所定深度で臨まされるようにされている。
【００１５】
そして、上述した如く該注入細管３は勿論のこと、注入管１の芯管２にあっても、グラウトは勿論のこと、透水試験用の試験水又は試験注入液をも圧送することが出来るようにされている。
【００１６】
而して、透水試験は一次注入の前、二次注入の前後のいずれで行ってよい。
【００１７】
又、上記多連装重連式のユニット式のポンプ１２は前述特開平１１−８１２９６号公報発明に開示されている如く、上述の態様において、図７，８，９に示す態様の如く、１２はこの出願の発明の１つの要しの中心を成す地盤１５への超多点注入装置であって、ポンププラントの多連装重連式のユニットポンプ１２を成すものであり、該ユニットポンプ１２は、例えば、実態様においては図９に示すカム作動方式の５０連装の態様であるが、例えば、図７，８に示すものにおいては図示の都合上、３連装の重連タイプの態様で示されている。
【００１８】
そして、各ユニットポンプ１２あっては、図示しないインバータモータ等の駆動源に連結されている回転シャフト２３にキー２３´  により、この出願の発明の多連重連ユニットポンプ１２の重要な構成要素を成す所定形状のカム２４が一体的に連結されており、該カム２４によるカム駆動方式のものにされている。
【００１９】
而して、図８，９に示す様に、多連重連ユニット式のポンプ１のベース２５に一体的に設けられた支持ブラケット２６にはグラウト等の改良材１４の吸引口２７と吐出口２８を有するシリンダー２９がスライド自在に設けられており、該ベース２５に一体的に設け新た支持ブラケット３０に対しては該シリンダー２９の進退調整装置してのスクリュウネジ３２が調整ナット３１を基端部に有して該支持ブラケット７に対し進退動調整自在に設けられており、該シリンダー２９内にはピストン３３がサクションバルブとしての自動開閉バルブ３４を設けられており、該ピストン３３の軸方向に穿設された吸引吐出するグラウト１４の前後の吐出室，排出室に対する吸排孔３５に対して該ピストン３３の進退動に応じて自動開閉して該シリンダー２９の加圧室にする改良材のグラウト１４の自動的供給を行うようにされている。
【００２０】
而して、該ピストン３３に一体的に連結されて前延されているピストンロッド３６の先端には一体的に図８に示す様に、ブラケット３７が固設されて上記カム２４に当接せて転動するカムフォロワーとしてのタペット３８を枢支している。
【００２１】
而して、該ブラケット３７には当該図８に示す様に、支持機構としてのガイドバー４１がガイドのケース４０に一体的に設けられ、その内部には多数のスライドベアリング３９が設けられてベース２５に固設された支持ブラケット２６に一体的に設けられたスライドバー４１にスライド自在に設けられてカム２４の回転による斜め方向の分力を介してのピストンロッド３６の上下の揺動や変形や撓みが防止されてスムーズなピストン３３の進退作動がなされてグラウト１４の吸排がスムーズに行われるようにされている。
【００２２】
而して、各ユニットポンプ１２のカム２４による稼働に際しては進退調整装置としてのスクリュウネジ３２をその調整ナット３１を回転させることにより、シリンダー２９が進退動し、該シリンダー２９とカムフォロワーとしてのタペット３８の取り付けブラケット３７との間に介装している弾圧スプリング４２を介しユニットポンプ１２のストロークが調整されてカム２４のカムフォロワータペット３８に対する当接、非当接を選択自在にし、且つ、その進退動ストロークを調整自在にされている。
【００２３】
かかるシリンダー２９の進退自在にした点はこの出願の発明の多連重連ポンプ１２のこの出願の発明の重要なメカニズムの１つである。
【００２４】
そして、該シリンダー２９の吐出口２８は図６に示す態様の如く、圧送通路１６、及び、ヘッダーを介して各改良材のグラウト１４の圧送通路１６に接続されており（設計によっては圧力ポットを介在させ）該改良材１４のゲルタイムを調整するに際しては、カム２４の前後のカム２４のカム面に一対のユニットポンプ１２を配設し、改良材のグラウト１４のゲルタイムを調整するＡ剤とＢ剤等を適宜に調整した改良材１４を吸排口２７，２８を介して改良材圧送通路１６を通し、吐出口３から当該地盤１５の所定地層に該してグラウト１４を吐出して注入することが出来るようにされている。
【００２５】
そして、多連装重連ユニットポンプ１２に於ける各カム２４のカム面の加圧面と吸引面の形状を適宜に選択設計することにより加圧時間を長く、排出時間を短く、或いは、逆にして改良材１４の圧送通路１６を介しての吐出口４からの吐出圧を急速，中速，低速に適宜に調整することが出来るようにされており、当該実施例においては少量の低圧の低速噴出が成されるようにされている。
【００２６】
したがって、該カム２４はこの出願の発明の１つの要旨の中心を成す該多点注入装置の多連装重連式のユニット式ポンプの重要な構成部分を成しているものである。
【００２７】
上述構成において、所定エリアの広大な面積の地盤１５に対し、図４に示す様に予め、掘削削孔７´  にシールモルタル１７を充填して内部に芯管２をその外周に細径の注入管３を環設した状態で挿入し、液状の圧送プラントにグラウト１４の圧送管１６を介して接続して用意をし、多連装重連式のユニット式ポンプ１２を介しグラウト１４を圧送して細径注入管３に圧送してそれらの軸方向の位置を異ならせて開口した吐出口４´  からシールモルタル１７を介して地盤１５中に立体的に注入する。
【００２８】
その際、該注入は所定の低圧浸透注入であるために、又、予め芯管２より懸濁グラウト、或いは、短いゲルタイムのグラウトで粗詰め注入されているため、地盤１５内に於ける割裂や突起した隆起は生ぜず、地表面や注入領域外へは逸脱せず、吐出口４から一斉に地盤１５中にグラウト１４の低圧浸透による注入が行われるために、均一の注入による所定通りの均一な立体的等の地盤改良が立体的に行われる。
【００２９】
尚、この出願の発明においては、当該グラウト１４の一次注入の前に予め、芯管２を介し透水試験水を圧送して所定の透水試験を行い、当該グラウト注入の際逸脱が生じるかどうかの試験を行い、一次注入の注入設計を行い、又、二次注入の注入圧力、注入速度の訂正を行い、又、二次注入後の該試験が不十分な不適合の場合には注入細管３から、或いは、芯管２からグラウト１４の再注入を行って確実な地盤改良を行うことが出来る。
【００３０】
もし、注入用芯管がない場合、注入細管３からの注入を行うが、いづれかのものに逸脱が生じた場合には、多連装重連式のユニットポンプ１２を一斉に停止しなければならないがため、注入細管３内のゲル化によるトラブルが生じ易いが、芯管２からゲルタイムの短いグラウトを注入して二次注入を中断する事なく、該二次注入のの逸脱を防止出来、多連装重連式のユニットポンプ１２の一斉の連続注入が可能となり、稼働効率の向上が図れる。
【００３１】
尚、上記芯管２からの注入は多連装重連式ユニットポンプ１２とは別の通常の注入ポンプを使用するのが一般的であるが、該ユニットポンプの一部のポンプを必要に応じて別に稼働出来るようにしておいてもよいものである。
【００３２】
そして、上記二次注入の後に、予め、透水試験水による透水試験を行って、そのテストを行うが、当該テストが不十分の場合には、注入細管３を介し、再注入を行うか、或いは、芯管２による再注入を行う。
【００３３】
このようにして、当該グラウト１４の地盤１５に対する低圧浸透注入が設計通りに均一に一斉に行われることにより該地盤１５に対しては割裂や地盤隆起の無い、良好な地盤改良施工が行われる。
【００３４】
上述一次注入に際しては、グラウト１４の懸濁状態のゲルタイムの長いグラウトを一次注入用として用い、グラウト１４の二次注入の逸脱を防ぐようにすると、極めて強固な地盤を形成出来る。
【００３５】
尚、当該施工プロセスにおいて、注入管１が芯管２の周囲に合成樹脂製の注入管３，３…を環設してあるために、その剛性が多きくされてトンネル施工等に際してその側部上方への注入プロセスにおいても湾曲等が生ぜず、直進性を維持し、その作業性がより良く保つことが出来るものである。
【００３６】
尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、合成樹脂製の注入細管３の吐出口４には袋や栓体の他に任意の逆止弁の機能をもたせてグラウト１４の注入時に吐出口を開くようにする事により他の注入管からの逆流を防ぐ事が出来る。
【００３７】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、基本的に広大で不均値な地層を有する地盤に対し、当該地盤中にグラウトの低圧浸透注入を介して、立体的な地盤改良施工を行うに際し、全体的に全てのエリアに於いて、地盤中に注入する注入管を用いることにより浸透注入が確実に設計通りに行われるために、当該施工の前後において、地盤に割裂や地盤の隆起等が生ぜず、設計通りの地盤改良が行えるという優れた効果が奏される。
【００３８】
又、ゴムスリーブを有する二重管ダブルパッカ挿入用の外管タイプの剛性の高い芯管の周囲に合成樹脂製の可撓性を有する注入細管を複数本環設してあることにより、而も、該注入細管にその吐出口を軸方向位置を異ならせて、設けてあることにより、吐出するグラウトを地盤中に注入するに際し、前もって、予め、芯管からゲルタイムの短いグラウト等の懸濁液を注入して、ゲルタイムの長いグラウトの本注入の際において、逸脱を防止することが出来るという優れた効果が奏される。
【００３９】
而して、二次注入のゲルタイムが長いグラウトを用いるに、地表面や粗い層に逸脱する場合、芯管からの懸濁状態のゲルタイムの短いグラウトを注入して、上記本注入の逸脱を防止出来るという優れた効果が奏される。
【００４０】
又、上記一次注入により地盤を粗詰めしての注入細管により二次注入の注入を行うことが出来ることから、全ての注入管から全地盤中へ設計通りに均一に低圧浸透注入が行えるという優れた効果が奏される。
【００４１】
又、地盤注入において、起こりがちな注入中のトラブル、例えば、機器の調整のトラブルにより注入細管のいずれかが注入不能になったり、或いは、シールグラウトにより注入細管の吐出口が閉塞してしまい、そのステージの注入が不能となってしまった場合、芯管により補充注入する事が出来、このため極めてトラブルに強い注入工が可能となる。即ち、安全機能を備えた注入工法と言える。
【００４２】
又、本注入の前に、透水試験を行って、グラウトの逸脱等の透水性の確認を行って、適切にゲルタイムを調整したグラウトの低圧浸透注入を行うことが出来るという優れた効果が奏される。
【００４３】
而して、環設する注入管のに中心に金属製又は硬質合成樹脂製の剛性の高い、芯管を設け、該芯管の周囲の適宜範囲に軟質性樹脂等の柔らかい柔軟性のある注入細管を複数設けることにより、該注入管全体の剛性が高められ、トンネルの周囲等の地盤の改良を行うに際し、即ち、上向き等の浸透注入等に際し、注入管が湾曲等せず、直進性が保たれ、作業能率がより向上するという優れた効果が奏される。更に、注入ポンプから注入孔に至るまで長い工程があってもその区間は軟質な結束注入細管からなるためにフレキシブルに変形して地形に対応出来るという効果がある。
【００４４】
更に、注入ポンプから注入口に至るまでの長い距離があっても、その区間は柔軟な結束注入細管から成るためにフレキシブルに変形して地形に対応出来るという優れた効果が奏される。
【００４５】
そして、この出願の発明によれば、地盤の広大なエリアに凹凸のある地盤中に多連装重連式のユニットポンプを介し、一斉に浸透注入が出来るために、設計通りの均一なグラウトの低圧浸透注入が行われて当該地盤の割裂や隆起が起こらず、信頼性の高い施工が行え、後工事における建造物の構築等の信頼性を高めることにもプラスするという優れた効果が奏される。
【００４６】
而して、本注入の二次注入の前に芯管等を介しての、透水試験を行ってグラウトの一次注入の効果を確認をした後に二次注入を行うことが出来るために、合理的な二次注入が可能となるという効果がある。
【００４７】
又、芯管からの一次注入による急速固結により注入細管を介しての施工に際し、ゲル化時間が長く浸透性に優れ地上部の長い経路でもゲル化の長いグラウトを用いても地盤中に於いてグラウトの逸脱が防げ、注入を続行出来るという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施例の注入管の部分拡大側面図である。
【図２】同横断平断面図である。
【図３】注入細管の吐出口の横断面図であり、（イ）は吐出口からの注入前の部分拡大断面図、（ロ）は注入時の吐出口の部分拡大断面図、（ハ）は注入細管に対するゴムスリーブ注入前の断面図、（ニ）は同注入時の断面図である。
【図４】注入前の地盤中へのグラウト管の挿入状態部分拡大横断面図である。
【図５】図４の部分拡大部分断面図である。
【図６】この出願の発明の多点注入のプラントの部分概略模式図である。
【図７】この出願の発明のプラントの全体模式図である。
【図８】この出願の発明の多連装重連式のユニットポンプの概略平断面図である。
【図９】この出願の発明の多連装重連式のユニットポンプの概略縦断面図である。。
【符号の説明】
２          芯管
３          注入細管
１５        地盤
１４        グラウト
１２        多連装重連式のユニットポンプ
４          吐出口
４´          浸孔
２０        パッカ
１９        ゴムスリーブ
５          スリーブ
２´          内管
【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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【図９】
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