(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要の地山に掘進すべき大断面トンネル領域の中央底部に、所望長だけ先進中央導坑を掘進して、必要に応じ当該先進中央導坑に対する導坑支保工または導坑支保工と先受け補助工とを施し、この先進中央導坑の下盤部上に先行インバートコンクリートを打設した後、当該先行インバートコンクリート上にレールを敷設して、これに上記大断面トンネル領域である本坑切羽用のアーチ形トンネル掘進機を走行案内して、このアーチ形トンネル掘進機の稼動により、その円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタにて、円弧状断面のアーチ形透し溝を掘削して、これに硬化性材料を充填硬化することで、円弧状断面のアーチ形支保版であるプレライニングコンクリートを、アーチ形に立設した後、このプレライニングコンクリートと前記先進中央導坑との間におけるアーチ形の本坑切羽につき、その一側半部を掘削除去した後、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの一脚基部間を、一側インバートコンクリートによって連設し、次に本坑切羽の他側半部を掘削除去して、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの他脚基部間を、他側インバートコンクリートにより連設し、前記のプレライニングコンクリートの立設から、上記他側インバートコンクリートの連設に至る工程を繰り返すと共に、プレライニングコンクリートの内面に、適時二次覆工アーチコンクリートの打設が施されるようにしたことを特徴とする大断面アーチ形トンネルの掘進工法。
【請求項２】
所要の地山に掘進すべき大断面トンネル領域の中央底部に、所望長だけ先進中央導坑を掘進して、必要に応じ当該先進中央導坑に対する導坑支保工または導坑支保工と先受け補助工とを施し、この先進中央導坑の下盤部上に先行インバートコンクリートを打設した後、上記先進中央導坑から前記大断面トンネル領域の両脚部地盤周辺に対する注入操作による先行補強処理を施し、次に当該先行インバートコンクリート上にレールを敷設して、これに上記大断面トンネル領域である本坑切羽用のアーチ形トンネル掘進機を走行案内して、このアーチ形トンネル掘進機の稼動により、その円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタにて、円弧状断面のアーチ形透し溝を掘削して、これに硬化性材料を充填硬化することで、円弧状断面のアーチ形支保版であるプレライニングコンクリートを、前記の先行補強処理により形成した補強脚部地盤上に立設した後、このプレライニングコンクリートと前記先進中央導坑との間におけるアーチ形の本坑切羽につき、その一側半部を掘削除去した後、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの一脚基部間を、一側インバートコンクリートによって連設し、次に本坑切羽の他側半部を掘削除去して、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの他脚基部間を、他側インバートコンクリートにより連設し、前記のプレライニングコンクリートの立設から、上記他側インバートコンクリートの連設に至る工程を繰り返すと共に、プレライニングコンクリートの内面に、適時二次覆工アーチコンクリートの打設が施されるようにしたことを特徴とする大断面アーチ形トンネルの掘進工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に土破りの比較的薄い未固結地山等にあっても、大断面トンネル（大断面（掘削断面積１００〜１５０ｍ２  ）ないし超大断面（掘削断面積１５０ｍ２  より大）を、安全かつ短期に掘進できるようにした大断面アーチ形トンネルの掘進工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の大断面アーチ形トンネルの掘進工法としては、既に特公平４−６３１９８号公報による提案が開示されているが、これによるときは図５乃至図７により明示の如く、所要の地山１に掘進すべき大断面トンネル２を、下盤部３上のレール４を走行するアーチ形トンネル掘進機５の稼動により、その透し溝掘削用チェーンカッタ６を駆動させながら、これをアーチ状ガイド枠７に沿って回動させることにより、軟弱地盤１ａ等にアーチ形透し溝８を穿設し、これに別途設けられている硬化性材料注入管９より、図６に示す如く硬化性材料９ａを注入することで、アーチ形支保版としてのプレライニングコンクリート１０を囲成して行き、これに囲まれた大断面の切羽１ｂを、全断面工法により一度に掘削して行くものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の大断面アーチ形トンネルの掘進工法によるときは、機械化施工を効率化するため、全断面工法を採っているが、中断面トンネル（掘削断面積１００ｍ２  以下）の場合には、当該全断面工法によることが、一般的工法となっているものの、大断面トンネルである場合は、鏡吹付けや鏡ボルトなどの通常の補強工では切羽１ｂの自立性を確保することが困難となり、鏡パイルなどで大規模な補強工を必要とすることになってしまう。しかも、大きなトンネル断面であることから一回の掘進で搬出すべき土砂の量が多くなることから、切羽１ｂの進行速度も遅延してしまうことになる。
【０００４】
さらに、当該従来工法にあって重大な問題は、大断面となるほどプレライニングコンクリート１０における両側下部の脚基部により当該地盤に対して与える応力集中が激しくなると考えられるから、この脚部地盤に対する補強を回避できないことが多発するだけでなく、補強工の実施時期が遅きに失すれば、プレライニングコンクリート１０の全体が沈下してしまうといった事態の発生も予測される。
【０００５】
そこで、当該補強工として切羽１ｂの近傍における地盤上にインバートコンクリートを打設し、これによってプレライニングコンクリート１０の両脚基部を連設するようにし、このことで、大断面をインバートコンクリートとプレライニングコンクリート１０とにより早期に閉合することも考えられるのであるがこのような工程によるときは、切羽１ｂの掘削による進捗を、一層妨げる結果となり、大断面トンネルの施工期間が長期化してしまうことになる。
【０００６】
本発明は、上記従来工法の難点に鑑み、その請求項１にあっては全断面工法
によることなく、予め、掘進スピードの早い先進中央導坑を掘進しておき、その下盤部上に先行インバートコンクリートを打設してしまうのであり、しかも、後続の大断面トンネルに領域を画成するプレライニングコンクリートを立設したならば、これと先進中央導坑との間に形成されたアーチ形の本坑切羽を、これまた一度に掘削してしまうことなく、一側半部を掘削したところで、プレライニングコンクリートの一側脚基部と前記先行インバートコンクリートとを、一側インバートコンクリートで連設してしまい、同様にして他側半部を掘削した後、プレライニングコンクリートと他側脚基部と先行インバートコンクリートとを、他側インバートコンクリートにより連設するのである。
【０００７】
上記の如き掘進工程によって、当該請求項１では、先進中央導坑と、その先行インバートコンクリートの施工によって、後続のプレライニングコンクリート形成工程における本坑切羽の自立性を確保すると共に、アーチ形である本坑切羽の掘削土量を減少することにより掘進効率を向上しようとするのが、第１の目的である。
【０００８】
さらに、当該請求項１では、本坑切羽を全断面工法により一度に掘削してしまうのではなく、左右の側半部毎に掘進し、その都度一側インバートコンクリートと他側インバートコンクリートを打設することで、可及的早期の大断面閉合を可能として、大断面アーチ形トンネルを軟弱地盤にあっても支障なく、かつ短期に完成させようとするのが、第２の目的である。
【０００９】
次に請求項２にあっては、上記請求項１における工程に加えて、先進中央導坑の下盤部上に先行インバートコンクリートを打設した後、当該先進中央導坑からの注入作業等によって、次工程である大断面トンネル領域を画成するプレライニングコンクリートの形成に際し、その両脚基部が載置される脚部地盤周辺に対して、モルタル等による先行補強処理を施すのであり、このことにより、プレライニングコンクリートの両脚基部を、上記による補強脚部地盤上に立設することで、当該プレライニングコンクリートの不本意な沈下を、より効果的に防止しようとしている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため請求項１にあっては、所要の地山に掘進すべき大断面トンネル領域の中央底部に、所望長だけ先進中央導坑を掘進して、必要に応じ当該先進中央導坑に対する導坑支保工または導坑支保工と先受け補助工とを施し、この先進中央導坑の下盤部上に先行インバートコンクリートを打設した後、当該先行インバートコンクリート上にレールを敷設して、これに上記大断面トンネル領域である本坑切羽用のアーチ形トンネル掘進機を走行案内して、このアーチ形トンネル掘進機の稼動により、その円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタにて、円弧状断面のアーチ形透し溝を掘削して、これに硬化性材料を充填硬化することで、円弧状断面のアーチ形支保版であるプレライニングコンクリートを、アーチ形に立設した後、このプレライニングコンクリートと前記先進中央導坑との間におけるアーチ形の本坑切羽につき、その一側半部を掘削除去した後、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの一脚基部間を、一側インバートコンクリートによって連設し、次に本坑切羽の他側半部を掘削除去して、前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの他脚基部間を、他側インバートコンクリートにより連設し、前記のプレライニングコンクリートの立設から、上記他側インバートコンクリートの連設に至る工程を繰り返すと共に、プレライニングコンクリートの内面に、適時二次覆工アーチコンクリートの打設が施されるようにしたことを特徴とする大断面アーチ形トンネルの掘進工法を提供しようとするものである。
【００１１】
さらに、請求項２の大断面アーチ形トンネルの掘進工法にあっては、上記の請求項１における構成に加えて、前記した先進中央導坑の下盤部上に先行インバートコンクリートを打設した後、当該先進中央導坑から大断面トンネル領域の両脚部地盤周辺に対する注入操作により先行補強処理を施して、予め、プレライニングコンクリートを立設すべき地盤箇所を硬化しておくようにしたことを、その内容としている。
【００１２】
【作用】
先ず、請求項１に係る大断面アーチ形トンネルの掘進工法によるときは、先行する先進中央導坑が、自由断面掘削機によって、比較的短期に掘進でき、これには先行インバートコンクリートを打設されることで、大断面トンネルの断面中、その一部が早期に補強されることになる。前記の先行インバートコンクリート上にはレールが敷設され、これにより、アーチ形トンネル掘進機を走行案内して、その稼動により効率的にアーチ形透し溝に対して、硬化性材料を充填硬化することができ、円弧状断面のアーチ形支保版である上記のプレライニングコンクリートを、アーチ形となるよう立設することができる。
【００１３】
次に実施される掘削作業は、アーチ形の本坑切羽について実施されるので、先進中央導坑分の掘削土量を差し引いた掘削土量ですむこととなり、このため、その掘削速度は可成り迅速化され、しかも本坑切羽は、左右半側分毎にわけて実施されるので、効率のよい作業を行うことができる。さらに、その都度一側インバートコンクリート、他側インバートコンクリートが打設されて、早期の大断面閉合が実施されるので、プレライニングコンクリートの沈下とか、本坑切羽の崩壊などを防止し得て、安全かつ、能率的に大断面のアーチ形トンネルを掘進することが可能となる。
【００１４】
請求項２にあっては、さらに、先進中央導坑に先行インバートコンクリートが打設された後にあって、安全に先進中央導坑から、プレライニングコンクリートの脚部周辺地盤に対して、モルタルやウレタンの注入処理により、当該地盤につき、工程の遅延なしに先行補強処理が施されるから、より一層プレライニングコンクリートの沈下を、高い信頼性をもって阻止することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明に係る大断面アーチ形トンネルの掘進工法を、その一実施例により図面を参照して以下詳記すると、図１（Ａ）に示した通り、先ず土被りの薄い未固結等である所要の地山１に、大断面トンネル２を掘進して行くのであるが、その本坑切羽２ａに対し、１００ｍ程度先行させて、山岳トンネル標準掘削方式（ＮＡＴＭ）により、図示しない自由断面掘削機を用いて、２車線道路トンネル断面程度の先進中央導坑１１を掘進する。この先進中央導坑１１は、構築しようとする大断面トンネル２にあって、図１（Ｂ）、図２、図３により理解される通り、その中央低部となる位置に掘削することになる。
【００１６】
ここで、上記の先進中央導坑１１については、必要に応じその導坑支保を形成しなければならないが、このための手段としては、その内面に鋼製支保工１２を建て込むとか、吹付けコンクリートを形成するとか、ロックボルトの打ち込みをすればよく、この際、後述の本坑切羽２ａを掘削する場合を考えて、ロックボルトにはファイバーボルトを使用するのが望ましい。
【００１７】
さらに、上記の支保工だけでなく、当該先進中央導坑１１の掘削によって生じたゆるみ領域１３が、図２に示したように大断面トンネル２の領域外まで広がって行く虞れがある場合には、先受け補助工法を施工することになり、このため既存の簡易な手段、すなわちファイバーボルト１４を用いたモルタル充填式フォアポーリング（Ｆｏｒｅ  Ｐｏｌｉｎｇ）、ウレタン注入式フォアポーリングなどにより地盤改良を行うことになる。この地盤改良はプレライニングコンクリート１０の内側領域内に打設するのが原則であるが、当該領域外まで打設することもあり得る。
【００１８】
次に、上記のようにして予め掘進した先進中央導坑１１には、その下盤部１１ａにあって、図１、図３に明示の如く、その後方にあって先行インバートコンクリート１５を打設するのである。次に、請求項２にあっては、ここで後述する本坑切羽２ａが接近してくるまでの数十日程度となるタイムラグを利用して、当該先進中央導坑１１からの作業により、図３に明示する如く、大断面トンネル２における左右両側下部の脚部地盤周辺１６ａ、１６ｂに対する先行補強処理を施すのである。
【００１９】
この先行補強処理としては、先進中央導坑１１の内壁面１１ｂから差し込んだ図３に示す注入管１７ａ、１７ｂを用いるモルタル注入工とかウレタン注入工によって補強脚部地盤１８ａ、１８ｂを形成するのである。これ以降は、請求項１と請求項２の何れにあっても、同じ工程によるのであり、先ず、当該先行インバートコンクリート１５の上面に、本坑切羽２ａに対してプレライニングコンクリート１０を形成するための前掲アーチ形トンネル掘進機５につき、これが走行案内されることになるレール４を敷設するのである。
【００２０】
さて、次に、上記のアーチ形トンネル掘進機５を稼動して、図５乃至図８により、前記の如く、プレライニングコンクリート１０を形成するのであるが、ここで同上図を借りて、当該工程につき詳記する。特に図８に明示しているように、円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタ６を支持している移動フレーム１９につき、これを円弧状ガイド部材２０に沿って、カッタ進退用駆動装置２１により前進移動させた後、当該円弧状ガイド部材２０を支持している可動ブーム２２が、アーチ状ガイド枠７に沿って移動し、このことで、前記透し溝掘削用チェーンカッタ６により、長手方向中間部が大断面トンネルの外側に向け凸曲するように弯曲している円弧状断面のアーチ形透し溝８を掘削する。
【００２１】
次いで、上記のアーチ形透し溝８内に硬化性材料９ａを、硬化性材料注入管９を介して充填硬化させることで、円弧状断面のアーチ形支保版であるプレライニングコンクリート１０を図７に明示の如くアーチ形に形成するのであり、図５乃至図７にあって、２３は透し溝掘削用チェーンカッタ６の駆動装置、２４は注入管移動用注入装置、２５は可動フレーム２２の移動用駆動装置、２０ａは円弧状ガイド部材２０の円弧状ラック、７ａはアーチ状ガイド枠７の円弧状ラック、そして２６はレール４を走行する車輪で、２７は、当該車輪２６を駆動する走行用駆動装置で、図８の２８、２９、３０、３１ａ、３１ｂは、円弧状透し溝掘削用チェーンカッタ６における夫々スプロケット、掘削刃、リンク、一対の連結用リンクを示している。
【００２２】
そして、次に再び円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタ６により、円弧状断面のアーチ形支保版であるプレライニングコンクリート１０を形成する工程とを反復して行い、相互に近接または接合されている多数のプレライニングコンクリート１０を長手方向に順次施工していくのである。
【００２３】
ここで、もちろん、上記のレール４は従来例では下盤部３に敷設されているのに対し、本発明では先行インバートコンクリート１５上に設置されている。そして、図９は、上記した特公平４−６３１９８号との関連において、その前記円弧状の透し溝掘削用チェーンカッタ６に関し、これを一個だけ設けるのではなしに、一対を併設するようにした従前例を示している（特開平２−１６７９９４号）。
すなわち、図９にあっては、上記のプレライニングコンクリート１０の形成をより効率的に実施し得るようにした二重チェーンカッタ機構を提案しており、これによるときは、溝形カバー３２がアーチ形透し溝８における溝切進方向Ｄに向けて開口していると共に、大断面トンネル２の長手方向へ二重チェーンカッタと共に移動自在となっている。
【００２４】
さらに、この溝形カバー３２内には、環境駆動自在なる一対の透し溝掘削用チェーンカッタ６ａ、６ｂが、大断面トンネル２の径方向に重縦配置されているだけでなく、溝切進方向Ｄの前部から後部に向けて、アーチ形透し溝８の幅中心に接近するよう傾斜した配装となっており、かつ、これら透し溝掘削用チェーンカッタ６ａ、６ｂの前部だけが溝形カバー３２から露呈し、その他の部分は当該溝形カバー３２内に収納保護された状態となっている。
【００２５】
従って、上記の二重チェーンカッタ機構により、本坑切羽２ａにアーチ形透し溝８を、前記の如く切削するようにすれば、当該切削時に崩落した土砂類が、透し溝掘削用チェーンカッタ６ａ、６ｂの戻り移動部分に落入して、過大な負荷
をかけたりすることなく、しかも、前記のように透し溝掘削用チェーンカッタ６ａ、６ｂが、傾斜して配設されていることから、掘進に際し、溝形カバー３２が、これを阻害することもないので、能率的なアーチ形透し溝８の掘削を行うことができる。
尚、図９にあって、２９ａ、２９ｂは透し溝掘削用チェーンカッタ６ａ、６ｂの掘削刃を示している。
【００２６】
ここで、実際上、アーチ形トンネル掘進機５の中央底部は、図７により理解され、図１（Ｂ）に示されている如く、アーチ状ガイド枠７の内側にあって適当な落下防護覆いの下でアプローチ空間Ｓが形成されるようにするのがよく、このことで、当該アーチ形トンネル掘進機５が稼動中でも休止中の場合にも、先進中央導坑１１の切羽に対する対応が可能となり、休みなく当該切羽の掘削土砂を搬出したり、資材の搬入ができ、作業能率を向上し得ることになる。
【００２７】
上記プレライニングコンクリート１０の施工後、図１（Ｂ）に示すように、本坑切羽２ａを大断面用の自由断面掘削機により掘削することになるが、この掘削は、先進中央導坑１１における前記の導坑支保とプレライニングコンクリート１０との間につき実施されることになるから、本坑切羽２ａの高さは、大断面トンネル２の高さより可成り小さくなっていることから、切羽が安定すると共に掘削土量も少なくなる。
【００２８】
本発明では、上記の本坑切羽２ａにつき全断面を掘削してしまうのでなく、その右または左である一側半部２ａ１  を先行して掘削するのであり、この状態にあってはプレライニングコンクリート１０の一脚基部１０ａが、請求項１では脚部地盤周辺１６ａ上にあり、請求項２では前記の補強脚部地盤１８ａ上に立設されているので、何れの場合もプレライニングコンクリート１０の沈下は抑制されており、この状態下にあって、前記の先行インバートコンクリート１５と一脚基部１０ａとの間を、一側インバートコンクリート１５ａによって連設してしまうのである。
【００２９】
次に、本坑切羽２ａにおける他側半部２ａ２  につき、掘削を行い、これが終われば前同様にして先行インバートコンクリート１５とプレライニングコンクリート１０の他脚基部１０ｂとの間を、他側インバートコンクリート１５ｂによって連設し、これにより、掘削すべき大断面トンネル２の全内周面をプレライニングコンクリート１０と先行インバートコンクリート１５および一側インバートコンクリート１５ａそして他側インバートコンクリート１５ｂとによって、トンネル覆工断面の早期閉合を行うことになる。
【００３０】
ここで、上記本坑切羽２ａに対する掘進サイクルの最終段階にあっては、前記のアーチ形トンネル掘進機５が、次のプレライニングコンクリート１０を形成するため前進することとなるから、前掲導坑支保の取外しを行うが、鋼製支保工１２については、再使用が可能である。このようにしてプレライニングコンクリート１０の内面が露呈されるから、これに対し、適時図１（Ｂ）に示す如く二次覆工アーチコンクリート３３が施工されることになる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上のようにして実施し得るものであるから、請求項１によるときは、予め先進中央導坑を掘進し、これに打設した先行インバートコンクリートにレールを敷設してしまった後、当該レールを走行するアーチ形トンネル掘進機により大断面トンネル領域にプレライニングコンクリートを構築するようにしたから、プレライニングコンクリートを施す本坑切羽の自立性が確保されて安全な作業を保証できると共に、アーチ形である本坑切羽の掘削に際する掘削土量を削減できて、当該掘進能率を向上することができる。
【００３２】
さらに、本坑切羽の左右２回に分けて掘削するようにし、１回の掘削が終わった階段で、夫々前記の先行インバートコンクリートとプレライニングコンクリートの各脚基部とも、夫々一側インバートコンクリートと他側インバートコンクリートにより連設してしまうようにしたから、プレライニングコンクリートの沈下を遅滞なく早期に阻止することができる。
【００３３】
さらに、請求項２にあっては、請求項１の工程に加えて先進中央導坑から、先行インバートコンクリート敷設後にあって、プレライニングコンクリートの脚部地盤周辺に対する先行補強処理を行うようにしたので、プレライニングコンクリートの不本意な沈下を、より高い確率で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る大断面アーチ形トンネルの掘進工法にあって、プレライニングコンクリートの形成工程を示した地山の縦断側面略示図で、（Ｂ）は一側インバートコンクリートと他側インバートコンクリートを打設した状態における地山の横断正面略示図である。
【図２】本発明の同上掘進工法にあって、必要に応じ実施される本坑切羽におけるゆるみ領域に施された先受け補助工法を示した地山の横断正面説明図である。
【図３】請求項２における同上掘進工法にあって、プレライニングコンクリートの脚部地盤周辺に対して施される先行補強処理を示した地山の横断説明図である。
【図４】請求項２に係る同上掘進工法の工程順を示したフローチャートである。
【図５】本発明に係るプレライニングコンクリートの形成に用いられるアーチ形トンネル掘進機の一使用態様を示した地山の縦断側面略示図である。
【図６】図５におけるアーチ形トンネル掘進機を示す平面説明図である。
【図７】図５のアーチ形トンネル掘進機を示す横断正面図である。
【図８】図５のアーチ形トンネル掘進機における透し溝掘削用チェーンカッタの部分斜視図である。
【図９】図５とは異色のアーチ形トンネル掘進機にあって、その透し溝掘削用チェーンカッタを示す部分横断正面図である。
【符号の説明】
１      地山
２      大断面トンネル
２ａ    本坑切羽
２ａ１    一側半部
２ａ２    他側半部
４      レール
５      アーチ形トンネル掘進機
６      透し溝掘削用チェーンカッタ
８      アーチ形透し溝
９ａ    硬化性材料
１０      プレライニングコンクリート
１０ａ    一脚基部
１０ｂ    他脚基部
１１      先進中央導坑
１１ａ    下盤部
１５      先行インバートコンクリート
１５ａ    一側インバートコンクリート
１５ｂ    他側インバートコンクリート
１６ａ    脚部地盤周辺
１６ｂ    脚部地盤周辺
１８ａ    補強脚部地盤
１８ｂ    補強脚部地盤
【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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